通过样地调查观测和室内样品分析，对位于山西吉县黄土丘陵区的华北落叶松人工林生态系统各层次的生物量和植物、土壤、降水样品的13种元素的循环特征进行了研究。估算了研究区华北落叶松人工林生态系统的生物量特征和分布，元素的特征和分布，四大分室养分循环状况。结果表明:　　研究区华北落叶松人工林径阶（密度分布呈倒“V”型）、树高与生物量有幂函数相关关系，w=a(D2H)b模型拟合性较好。乔木层生物量的积累主要在树干，典型生态经济型防护林树种。骨骼根和粗根系分布于0～40cm的土层中，40cm以下土层中储藏根和吸收根仅占极小比例，根系集中表层分布、主根不发达，发育会受到土壤厚度的限制。郁闭水平满足晋陕黄土丘陵沟壑区黄土梁峁阳坡、阴坡适生水平，可进行适当的下层疏伐保持，完全郁闭后再进行除伐。树枝生物量略低，整枝活动应保留活枝。灌木层的生物量为1.621t/hm2，远低于同树种天然林。枯落物层较厚，自然含水率为75.3％，最大持水率298.1％，保水蓄水能力正常。　　华北落叶松人工林植物元素含量乔木层＜灌木层＜草本层，大量元素的含量均较高，微量元素中Zn、Fe和Mn浓度也较高，Cu、Ni含量很低均小于0.04 mg· g-1。Duncan法对多组样本间差异显著性分析，树根、灌木和树皮中的N、Ni含量，树皮、树果和树根中的P含量，树皮、树干、树果和灌木中的K含量，树枝和灌木中的Ca、Cr含量，树果、树根和树皮中的Mg、Na含量，树干、树枝和树皮中的Fe、Mn含量，树枝、树果和草本中的Cu含量，树叶和树枝中的Cd含量，树果和树叶中的Zn，均无显著性差异(p＞0.05)。　　土壤层元素中Mg的含量基本不受土壤深度的影响，N的含量随土壤深度的增加而减小，变化稳定，在表层的含量最高。P在土壤深度10cm到40cm含量突然快速降低。Fe的含量要远高于其他集中微量元素，约是Zn含量的20倍。各微量元素含量在土壤层表层呈垂直分布，除Zn外含量均减少，表明元素在土壤中被淋溶而向下迁移。除土壤深度60～80cm和80～100cm外其余层次N含量，除20～40cm和80～100cm外其余层次P含量，均显著差异(p＜0.05)。凋落物中P、Zn和Cu经过淋溶含量降幅较大。凋落物乔木层树叶的元素含量接近。落枝、落皮合计仅占凋落总量的40％以下。研究区林外降水的元素含量皆低于穿透降水，树干径流中的全部大量元素和Cu、Mn浓度均高于林外降水和穿透降水，其中变幅最大的P(其次是K、Ca)，浓度分别是林外降水和穿透降水的56和7倍，林外降水和穿透降水中P浓度较低，大部分来源于大气尘埃，本身难以淋溶。　　结合各分室元素特征和分布情况，归纳总结华北落叶松人工林森林生态系统的养分循环特征参数、指标。研究区华北落叶松人工林生态系统内元素年归还量134.719 kg·hm-2·a-1、年存留量53.409 kg·hm-2·a-1、年吸收量188.129 kg·hm-2·a-1，N、P、K的循环系数均值(0.68)，表明研究区生态系统循环速率较快;利用系数偏小，储存效率慢，土壤层元素利用效率较高;元素通过林冠后均明显增加（林冠截留量142.1mm），并且对降水量(587.8mm)要求一般。较高的富集系数使研究区华北落叶松人工林适应瘠薄自然环境，元素消耗量低，是适生于生态环境脆弱的晋西黄土丘陵区的树种。