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本文研究了5年、8年、14年生桤木人工林生态系统的生物产量、碳贮量、养分积累与分布及水文学过程等生态功能,揭示桤木人工林生态系统的结构与功能过程,为研究森林生态系统对全球气候变化响应和反馈提供基础数据,为制定区域森林生态系统经营模式提供科学依据。研究结果如下：5年生、8年生和14年生桤木人工林乔木层生物量分别为51.23 t·hm2、73.05 t·hm2和95.31 t·hm2,地上生物量分别占林分总生物量的85.69%、82.36%和88.18%。树干、树枝的生物量随年龄的增大所占比例有所增加。各组分生物量的大小排序：树干>树冠>树根。林分的净生产力随年龄的增加而增加,分别为13.02、13.09和15.03t-hm-2·a-1。5年生桤木人工林根系总根长度变化趋势呈现出：细根>大根>粗根。根系比根长(SRL)变化为细根SRL>粗根SRL>大根SRL。桤木人上林大根RLD根长密度(RLD)沿沿水平方向上,大根呈递减趋势,粗根、细根RLD随着距树干距离的增大先减少再增加再减少的变化趋势；沿垂直方向上,大根和粗跟RLD在0-30cm内逐渐增加,随后开始逐步减小；细根随上层的加深而逐步减小。桤木根系分布良好的相范围为固相率38.5-54.5%,液相率21-36.5%,气相率12.5-35.5%,在此之外的根系牛长都呈现不良状态。桤木人工林生态系统生物量随年龄的增加而增加,5、8、14年生桤木生态系统生物量分别为54.65、76.50、103.23t-hm-2,活地被物生物量分别占系统总生物量的3.18%、1.71%和3.75%,林下死地被物层生物量分别占系统总牛物量的3.07%、2.91%和3.91%。桤木各器官的碳密度算术平均值随年龄的增长而增加,5年生、8年生和14年生的分别为0.4788、0.4857和0.4958 gC·g’,变异系数在0.25%-9.58%之间,不同器官C密度由高至低排序大致为：树干>树枝>树叶>树根>树皮,林下植被各组分和死地被物的碳密度随着林龄的变化规律不明显,土壤层(0-60 cm)平均碳密度也随着林龄的增长逐渐增加,且在垂直分布上随着土层深度的增加而逐渐下降。林木不同器官的碳贮量与其生物量成正比例关系,随着林龄增长,乔木层碳贮量的优势逐渐增强,从5年生的25.88 t·hm-2增加到14年牛的49.63 t-hm-2。桤木人工林生态系统碳库主要由植被层、死地被物层和土壤层组成,按其碳库大小顺序排列为：上壤层>植被层>死地被物层。5年生、8年生和14年生桤木林生态系统中的碳贮量分别为95.89、122.12和130.75 t·hm-2,土壤碳贮量占整个生态系统碳贮量的59.42%以上。随着林龄增长,地上部分与地下部分碳贮量之比有逐渐下降的趋势。5年生、8年生和14年生桤木年净固定碳量分别6.51、6.26和7.82 t·hm2·a1。湖南省现有桤木林植被层碳贮量为2.8034×106t,为其潜在C库的47.51%。桤木叶片中营养元素的含量相对较高,枝条中各营养元素的含量变化与叶基本一致;干材中N、P、K、Ca元索含量均在春季达到最低值；树皮中营养元素季节变化规律不明显。N的含量以叶片中最高,而Ca的含量则以树皮中最高,这与各器官的生理功能不同而密切相关。林下植被和枯落物与乔木层相比,养分含量相对较高；桤木叶中N、P、K浓度明显高于枯落物,而Ca则相反。5年、8年和14年生桤木林乔木层、活地被物层大量元素含量的排序均为：N>Ca>K>Mg>P。随着年龄的增加N的含量增加；而K的含量则随着年龄的增加而降低。林下活地被物层大量元素的含量排序依次为：8年生>14年生>5年生。死地被物大量元素养分含量的排序为：N>Ca>Mg>K>P。桤木林生态系统中土壤各层养分含量顺序均为：K>Mg>N>P>Ca,养分积累量为166046.23 kg·hm-2；乔木层养分积累量为754.77 kg·hm-2,各组分养分积累量排列顺序为：树叶>树枝>树干>树根>树皮；林下植被层的养分积累量为154.83 kg·hm-2,枯落物层的养分积累量为99.21 kg·hm-2,二者的养分积累量为254.04 kg·hm-2,占整个生态系统的0.15%。生态系统养分总积累量达167809.80 kg·hm-2,绝大部分由土壤层贡献所得。桤木每生产1t干物质,需要营养元素12.516 kg。四川桤木和台湾桤木林穿透雨量、林冠截留量和树干径流量与大气降雨量有显著关系,分别呈直线关系、指数函数关系和二次函数关系。四川桤木木人工林的穿透雨量、林冠截留量、树干径流量分别占大气降雨量的78.21%、16.51%、5.28%；台湾桤木人工林的穿透雨量、林冠截留量、树干径流量分别占大气降雨量的80.77%、15.03%、4.20%。四川桤木和台湾桤木人工林穿透水中养分元素含量排列顺序分别为：Ca>K>Mg>NH4+-N>NO3--N>Mn>Fe>Cu;Ca>K>NH4+-N>Mg>NO3--N>Fe>Mn>Cu。其中NH4+-N含量穿透水较林外降水降低了60%以上,且在穿透水和树干径流中含量呈现为先减后增,而K、Fe、Cu均呈增大趋势。四川桤木林降水过程以K元素增幅最大,从2.010mg·L-1增加至10.461mg·L-1。5年生四川桤木和台湾桤木的林冠截留率分别为：16.51%和15.03%,茎流率分别为5.28%和4.20%。四川桤木人工林有效持水量较高,为17.0t·hm-2,台湾桤木林为16.2t·hm-2。灌木草本层的持水速度与浸水时间呈指数函数关系变化,浸水时间越长,持水速度越小,在浸水3h后基本处于饱和状态。枯落物有效持水量排序为四川桤木人工林(1.70mm)>台湾桤木人工林(1.62mm)>宜林地(0.13mm)。桤木林地枯落物总量和未分解层枯落物储量随季节变化逐渐增加,半分解层枯落物随季节的变化基本呈现增加趋势。枯落物总量和未分解层储量均是四川桤木林>台湾桤木林,半分解层枯落物和枯落物层含水率均是台湾桤木林>四川桤木林,而未分解层枯落物含水率是四川桤木林最大。各层次枯落物含水率与土壤水分呈正相关关系。0-75cm土层范围内土壤水分随土层的加深其含量逐渐增大,土壤平均含水量排序为：四川桤木林(19.86%)>台湾桤木林(17.59%)>宜林地(17.18%)。30-75cm层土壤,各分层次含水量都是四川桤木林>台湾桤木林>宜林地。土壤含水量变异系数随土层加深逐渐减小。桤木林地30cm以下土壤含水量与降雨量相关性不显著；日平均气温对四川桤木林和台湾桤木林各层土壤含水量无显著(p>0.05)影响；日平均相对湿度对四川桤木林各层次土壤含水量影响不显著,对台湾桤木林0-75cm层有显著性正相关影响。