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本论文选择长白山高山冻原生态系统为研究对象，在系统调查分析高山冻原植被群落的基础上，用野外调查测试和室内分析相结合的手段，利用分室模型探讨了碳、氮、硫、磷4种元素在长白山高山冻原生态系统植被-凋落物-土壤系统间的分布、积累、输入和输出规律，阐明了元素生物循环对该生态系统形成和演替的作用机理。本研究主要结果如下：
(1)长白山高山冻原植被主要由5种植被群落、36个群系、59个群丛组成，其分别属于176属336种。
(2)在调查的43个优势种植物中，单物种生物量以牛皮杜鹃(159.01kg·hm-2)、笃斯越桔(137.52kg·hm-2)、高山笃斯(134.7kg·hm-2)、宽叶仙女木(131.5kg·hm-2)、圆叶柳(128.4kg·hm-2)为较大，占长白山高山冻原植被群落的34.3％。植被群落生物量随海拔升高呈逐渐减少趋势；地下生物量随海拔升高呈逐渐增加趋势。不同植被群落的生物量分布规律是沼泽高山冻原植被(SA)(3.22t·hm-2)＞典型高山冻原植被(TA)(2.96t·hm-2)＞草甸高山冻原植被(MA)(2.9t·hm-2)＞石质高山冻原植被(LA)(0.25t·hm-2)＞石海高山冻原植被(FA)(0.06t·hm-2)。植被生物量与海拔高度呈显著负相关；长白山高山冻原生态系统平均生物量为2.21t·hm-2。
(3)长白山高山冻原生态系统凋落物量平均为0.991t·hm-2·a-1。凋落物中氮、硫、磷含量分别为0.49％、0.14％、0.21％；积累量分别是45.93kg·hm-2、15.04kg·hm-2、21.02kg·hm-2。5种植被群落FA、LA、TA、MA、SA年归还量分别为0.72kg·hm-2·a-1、1.35kg·hm-2·a-1、14.65kg·hm-2·a-1、10.88kg·hm-2·a-1、11.91kg·hm-2·a-1；平均归还率分别为0.33、0.42、0.39、0.39、0.48。
(4)长白山高山冻原4种土壤类型的土壤呼吸量依次为泥炭化高山冻原土250.79g·m-2·a-1，草甸化高山冻原土227.69g·m-2·a-1，潜育化高山冻原土211.36g·m-2·a-1和石质化高山冻原土209.42g·m-2·a-1。C/N、土壤持水量、有机质和总氮是影响高山冻原土壤呼吸的主要理化因子。土壤呼吸与地上生物量、地下生物量和总生物量的相关系数分别是R(above)2=0.63，R(under)2=0.85，Rtotal)2=0.73，(n=15，p＜0.05)，其中地下生物量对高山冻原土壤呼吸贡献率最大。
(5)长白山高山冻原生态系统土壤碳分布特征是MA植被群落中总碳含量显著大于其他植被群落(p＜0.05)；但在每一植被群落中土壤表层(0～10cm)总碳浓度显著大于10～20cm。土壤氮分布特征是MA植被群落中氮含量显著大于其他植被群落(p＜0.05)；表层土壤中氮含量明显高于10～20cm土层，但变化趋势一致。土壤磷分布特征是LA植被群落中磷含量显著低于其他植被群落(p＜0.05)。土壤硫分布特征是MA群落中硫含量显著高于其他植被群落(p＜0.01)。
(6)长白山高山冻原植被-土壤系统中有机碳净储量为364713t，其中土壤库中有机碳储量316203t；植被库中碳储量33457t；凋落物库中碳储量15053.2t；植被群落稳定后年均储存碳3146t。长白山高山冻原每年有17251t碳经过植被的同化作用被储存在植被系统中，每年有15053.2t的碳以凋落物的形式进入土壤圈，每年约有14105t碳通过土壤(包括植物根系和凋落物呼吸)的呼吸释放到大气圈。目前对固定大气CO2起汇作用。
(7)长白山高山冻原植被-土壤系统中氮、硫、磷净储存分别为89085.1t，35517.54t，22436.16t；其中土壤库分别占99.3％，99.5％，99.2％。各分室氮储量为：植被库306.66t，其中植物地上部分231.46t，地下根系储存75.2t；凋落物库72.2t；土壤库88706t；各分室硫储量为：植被库64.9t，其中植物地上部分44.33t，地下根系20.57t，凋落物库28.54t；土壤库35424.1t；各分室磷储量为：植被库46.11t，其中植物地上21.89t，地下根系24.22t；凋落物库47.87t；土壤库22442.18t。长白山高山冻原植被-土壤系统中植物地上部分、地下根系、凋落物中氮年转移量分别为：131.7t·a-1，58t·a-1和73.7t·a-1；硫年转移量分别为31.18t·a-1，10.12t·a-1和21.06t·a-1；磷年吸收量和年归还量分别为24.25t·a-1和31.59t·a-1。