为实现森林植被从单功能向多功能的管理转变,需在不同空间单元上深入刻画和定量分析植被结构特征的时空变化及其多功能影响的基础上提出多功能管理技术。黄土高原环境恶劣、侵蚀严重、干旱少雨、林水矛盾突出,格外需进行林水协调的多功能植被管理。为此,在作为黄土高原重要水源地的宁夏六盘山区,选择了半干旱的叠叠沟小流域内典型坡面上的三种植被（华北落叶松人工林、天然虎榛子灌丛、天然草地）,于2010-2019年生长季监测了华北落叶松林的生态水文过程,利用新调查和历史样地资料分析了植被结构特征时空变化及其环境响应,量化了立地因子和植被结构的多功能（碳固存、木材生产、物种多样性保护、产水等）影响,然后在林分尺度确定了不同坡向、坡位及林龄时能兼顾产水主导功能及其他功能的合理林分密度,在坡面尺度提出了符合多功能管理需求的不同植被的合理配置模式,可为六盘山半干旱区的森林植被多功能管理提供科技支撑。主要结果如下:1.森林结构特征随主要因素的变化天然草地主要分布在阳坡、半阳坡、半阴坡的各坡位,建群种有艾蒿、苔草、铁杆蒿、本氏针茅、披碱草等;随坡向偏离正北的角度增加,平均株高和LAI先缓慢下降,在坡向超过120°和90°后迅速降低;盖度先保持稳定并在坡向超过110°后缓慢降低。随土壤厚度增加,平均株高和LAI先快速升高,在土厚大于55和40 cm后升高缓慢;盖度先快速升高并在土厚大于50 cm后趋于稳定。虎榛子灌丛主要分布在各坡向的上坡位。随坡向偏离正北角度增加,平均株高、覆盖度、LAI、叶量先较稳定;当坡向在80-120°、70-130°、60-110°、90-130°区间内增加时,均为缓慢下降;之后迅速降低。随土壤厚度增加,平均株高、覆盖度、LAI、叶量均先快速升高,当土厚在10-25、10-25、10-30、10-35 cm区间内增加时均为缓慢增加,之后趋于稳定。华北落叶松人工林主要分布于阴坡半阴坡。随密度增加,树高、胸径均先表现为稳定;在密度超过2000、1500株/hm2时缓慢下降;在密度超过3000、2300株/hm2后降速加快。郁闭度和冠层LAI随密度增加的变化呈相反趋势,即先快速增加、后慢速增加、再趋于稳定。随坡向偏离正北角度增加,树高、胸径、郁闭度、冠层LAI均先表现为稳定,在坡向分别超过80°、80°、60°、50°后开始迅速降低。随土壤厚度增加,树高、胸径、郁闭度、冠层LAI均先为升高,在土厚超过90、80、80、100cm后逐渐趋于稳定。基于综合分析,构建了植被结构特征响应多个主要因素的耦合模型。2.森林植被固碳功能的变化与管理虎榛子灌丛与草地仅调查了植被碳密度,其随坡向偏离正北的角度增加呈逐渐减小、随土壤厚度增加呈逐渐增大。华北落叶松林各垂直层次的碳密度大小顺序为根系层（0-100 cm土壤层）>乔木层>枯落物层>林下植被层,其中根系层土壤碳密度比例高达88.5%。乔木层、枯落物层及生态系统总碳密度均随林龄与土层厚度增加逐渐增大,随密度增加呈先升后降（峰值在3300株/hm2）,随坡向偏离正北角度增加呈逐渐减小。受多因素综合影响,林下植被碳密度随主要影响因子的变化均较弱。根系层土壤碳密度随林分密度增加为先微弱降低、后逐渐升高（在密度范围500-3300株/hm2内）、再缓慢降低,随其他因子的变化趋势与乔木层碳密度相同。3.森林木材生产功能的变化与管理华北落叶松人工林的林分蓄积和平均单株材积均随林龄和土壤厚度增加而逐渐增大,随坡向偏离正北的角度增加而逐渐减小;随林分密度增加,平均单株材积逐渐降低,但林分蓄积呈先升后降（峰值在3100株/hm2）。依据林分蓄积及平均单株材积的相对值随主要因素的变化,确定华北落叶松林的数量成熟期林龄为27年,但林龄50年时的林分蓄积及平均单株材积仍保持增长趋势;在实施追求优质木材生产并兼顾其他功能的多功能近自然经营时,需延长轮伐期至50年以上或实施持续覆盖的间伐利用。根据林分蓄积及平均单株材积随坡向及土壤厚度的变化,划分了木材生产功能区,其中坡向偏离正北的角度小于59°、土壤厚度大于152 cm时为木材生产最优区;坡向偏离正北的角度在59-98°、土壤厚度在80-152 cm时为木材生产适宜区;坡向偏离正北的角度大于98°、土壤厚度小于80 cm时则为木材生产非适宜区。4.灌草及林下植被特征的变化与管理草地的植物种数随草地盖度增加呈先升后降（峰值在盖度80%）。虎榛子灌丛下的草本种数与盖度随灌丛覆盖度增加呈线性降低。采用华北落叶松林下植被生长特征对林冠层LAI的上外包线评价了其对林冠层结构的响应。随林冠层LAI增加,林下植物种数先升高,在LAI为3.23时达到峰值（32种）后则降低;草本层覆盖度先稳定在较大值（97%）,在LAI大于3.39时逐渐下降;灌木层覆盖度先升高,在LAI为2.33时达到峰值（47%）后则降低;草本层、灌木层及林下植被总生物量均呈先稳定后下降的变化。在对林下植被的物种数、覆盖度、生物量分别赋予权重0.63、0.26、0.11后,确定了适宜林下植被生长的林冠层LAI管理范围是2.65-3.25。林下植被管理还需考虑其他功能,在难以兼顾林下植被的特殊立地或经营时期,应优先保障主导功能或相对重要的主要功能。5.森林植被产水功能的变化与管理分析了森林植被生长季产流量在不同降水年份（枯、平、丰水年）随主要因素的变化。草地产流在各年份均为正值;产流量随坡向偏离正北角度增加而逐渐增多,随土壤厚度增加则先快速降低后缓慢降低。虎榛子灌丛产流在枯水年为负值,在平水年及丰水年为正值;产流量随坡向偏离正北角度增加先稳定后增加,随土壤厚度增加先降低后稳定。华北落叶松林产流在枯水年为负值,在平水年及丰水年为正值;产流量随林龄、密度和冠层LAI、土壤厚度、坡向偏离正北角度增加分别表现为先降后升、逐渐减小、逐渐降低、逐渐增加的变化。不同植被类型的产流以草地最大,灌丛居中,林地最小。本研究区要将保障区域供水安全作为主导功能和多功能经营的限制条件,但要避免过分损失其他功能;依据不同立地的各种功能潜力与管理需求,在林分尺度确定了合理林分密度,在坡面尺度确定了植被种类合理配置模式,从而提升森林植被的服务功能综合效益。6.林分尺度上的华北落叶松林多功能经营的决策方案基于森林各单一功能随坡向、土壤厚度、林龄和密度的变化,提出了在不同立地环境和林龄时的多功能（密度）管理的权衡决策方法:第一步,首先确定不同立地条件和林龄时的最大林分密度;其次是确定满足林分稳定要求的合理郁闭度（0.6-0.8）对应的密度范围,作为基本密度区间,但在特定立地或经营时期无法满足要求时可不予考虑;然后依据不同立地的各功能提供潜力与区域发展需求,进行各种功能的重要性排序,确定各单一功能达到其最大值的90%以上时的最优密度范围。第二步,依据各功能的重要性赋予不同权重,利用各单一功能最优密度范围的中值与对应权重进行加权平均,确定最优多功能密度;但为了增加实际操作的灵活性,向两端各扩展15%,作为多功能管理密度的范围;然后依据高龄林管理密度范围应小于或等于低龄林密度范围的原则,适当调整计算得到的多功能管理密度范围。利用上述方法,以较差（阴坡上坡位、半阴坡上坡位、半阳坡下坡位）、适中（阴坡中坡位、半阴坡中坡位）、较好（阴坡下坡位、半阴坡下坡位）的立地为例,在各林龄段确定了其多功能管理密度范围。7.坡面尺度上不同森林植被的合理配置模式基于华北落叶松林、虎榛子灌丛、天然草地这三种植被类型的各单一功能随立地条件与植被结构的变化规律,利用下面的决策程序提出了在四个坡向的典型坡面上进行多功能管理的最佳植被配置模式。第一步,根据大量的立地特征与植被特征调查结果,将各坡面均匀划分为6段坡位（坡顶、坡上、中上、中下、坡下、坡脚）,并设定了各坡位的平均土壤厚度。第二步,根据研究区内的植被分布规律,在典型坡面的不同坡位分别设置了可能存在的植被配置模式,其中在植被种类分布相对简单的阴坡和阳坡均设置了3种配置模式,在植被种类分布相对复杂的半阴坡和半阳坡分别设置了11种和6种配置模式。第三步,依据各功能的坡面均值,评价了坡面上的各潜在植被配置模式,并基于坡面尺度的森林植被多功能管理原则确定了适宜的坡面植被配置模式。在立地条件较好并主要发挥固碳和木材生产功能的阴坡（半阴坡）,坡顶部均配置虎榛子灌丛,坡上部配置华北落叶松林（草地）,其他坡位均配置华北落叶松林;在立地条件较差并主要发挥产水功能的阳坡和半阳坡,坡顶和坡上部均配置虎榛子灌丛,其他坡位均配置天然草地。