森林覆盖了地球陆地面积的31%,大约有80%的地上有机碳和40%的地下有机碳储存在森林中,森林生态系统对于全球陆地碳储存和碳循环起着非常重要的作用。研究森林碳密度和碳储量能够为生态系统管理提供必要的理论支持,为建立森林生态系统碳管理模型提供有力的数据支撑。吕梁山位于黄河中游,沿黄河低海拔区是黄土高原土壤侵蚀最严重的地区之一,而中高海拔区分布着各种类型的天然林,是国家森林保护的重点项目实施区域之一。对森林碳密度和碳储量进行定量化研究,能够更好地探索不同管理策略和环境因素对森林碳源和碳汇的影响。然而,由于不同区域气候类型和管理措施的差异,森林面积和森林碳密度都可能会发生显著变化,这种情况在环境梯度被压缩、空间尺度多变的山区表现尤其突出。因此,如何定量化山区森林碳密度?不同类型森林的碳密度估算方法有何差异?环境因素如何影响森林碳密度?怎样提高森林植被碳密度?这些问题的思考既是森林植被碳储量研究的基础,也是区域森林碳经营的重要理论参考。论文以吕梁山森林资源清查资料为基础,主要进行以下研究:（1）依据2005和2010年吕梁山南段两期森林资源清查资料,用加权生物量经验回归模型法和生物量转换因子连续函数法对天然林乔木层生物量和碳密度进行估算,并对两种估算方法进行比较;（2）依据加权生物量经验回归模型法获得的28×112（物种×样方）碳密度矩阵,对森林植被运用双向指示种分析法（Two-way Indicator Species Analysis,TWINSPAN）进行分类、运用除趋势对应分析法（Detrended Correspondence Aanalysis,DCA）和典范对应分析法（Canonical Correspondence Analysis,CCA）进行排序;同时采用单因素方差分析和相关分析对不同生境下的乔木层碳密度进行研究。（3）基于2010年吕梁山森林资源清查资料中的3768个样地数据,运用生物量扩展因子法和区域类型参数换算法,估算了天然林和人工林的碳密度和碳储量,并利用半变异函数方差法（Semivariogram Analysis）分析了碳密度的空间分布格局,运用逐步回归、嵌套分析（Nested ANOVA）等分析了环境因子、立地因子与碳密度的关系。（4）对吕梁山区主要优势树种乔木林的总碳密度、生物量碳密度、土壤碳密度与分布区域的年均气温、年降水量、海拔、土层厚度、林分年龄、林分密度的关系进行了对比分析。研究结果如下:（1）采用加权生物量经验回归模型法估算的生物量碳密度显著高于生物量转换因子连续函数法的估算结果;同一植被类型在不同样地间,回归模型法估算的生物量碳密度波动较大,连续函数法相对稳定;回归模型法建立在样木水平上,更适宜于具有每木检尺数据的中小尺度森林类型生物量的精确估算;连续函数法是建立在不同林型的样地水平上,适宜于在缺乏每木检尺数据条件下的省级以上大尺度森林类型的生物量估算。（2）吕梁山南段天然林森林群落可分为8个群系,不同群系间碳密度差异极显著（p<0.01）,其中群系7（辽东栎+色木槭）和群系4（辽东栎+油松）的碳密度显著高于其它群系,群系1（白皮松+侧柏）最低。2010年乔木层碳密度显著高于2005年,平均每年以1.542 Mg ha^-1的速度增加。乔木层碳密度与海拔或坡度显著相关,阴坡和半阴坡（北坡和东坡）碳密度大于阳坡和半阳坡（南坡与东南坡）,山脊碳密度最小。（3）吕梁山天然林和人工林碳密度分别为123.7 Mg ha^-1和119.7 Mg ha^-1。天然林和人工林碳储量分别占整个区域碳储量的54.8%和45.2%。天然林的生物量碳密度显著高于人工林(两者分别为22.5和13.2 Mg ha^-1)。天然林（人工林）碳密度具有较高（较低）的空间异质性,其空间变异范围为32.7km（102km）,在该范围内碳密度体现出较强（中度）的空间自相关性。（4）天然林和人工林生态系统的总碳密度没有显著差异（p>0.05）,而多数类型（优势树种或树种组）人工林的总碳密度和生物量碳密度增长指数却大于天然林。由于大规模植树造林项目的实施,人工林对该地区的总碳储量做出了实质性贡献。（5）因地制宜进行物种选择和森林抚育,可显著提高森林碳密度。在植树造林与天然林保护树种的选择上,应从地形、环境等多方面综合分析,在适地适树的前提下,植树造林可考虑以碳密度增长指数较大的侧柏、油松、刺槐林为主,而天然林抚育可以华北落叶松、云杉、白桦林为主。辽东栎材积大、分布较广,抚育管理时应以混交林为主,不宜纯林。综上所述,吕梁山森林碳密度的影响因素主要为林分年龄、林分密度、年均气温、年降水量;各群系碳密度随海拔或坡度增加呈先增后降的趋势。天然林碳密度的空间异质性和空间自相关性比人工林高,而自相关范围较小。天然林的生物量碳密度显著大于人工林;而人工林的碳密度增长指数大于天然林。