气候变化对东北森林主要建群种潜在分布的影响

在过去近百年全球气候迅速变暖的过程中，中国东北地区的气候变化幅度更显突出。各种大气环流模型的预测结果表明，该区在未来百年内的升温将更加急剧。东北地区的森林在过去的百年内已经遭受了气候变暖、自然和人类干扰的三重压力，森林的质量已经急剧下降，数量也大大减少。未来剧烈的气候变化将会对它产生怎样的影响无疑是人们所关注的热点。 本文以整个东北地区的森林为研究对象，以景观生态学原理为基础，结合地理信息系统以及多种数学方法和统计模型，分析过去40年以及未来100年的气候变化特点和趋势，探讨了东北地区目前的森林植被与环境因子的数量关系，探讨了未来气候变化对东北森林建群种以及目前占优势的落叶松属树种潜在分布的影响。以此为东北地区的生态环境保护、林业的持续发展提供一些基础信息。 通过本论文的相关研究，得出以下主要结论： （1）在过去40年中，区域的气候朝温暖和干旱化方向发展。1966-1970是最为寒冷的5年，而1969年是最寒冷的年份；2001-2003是最为炎热的3年。降水的变化具有以下的规律：南部的多雨期出现的比北部早，东部的多雨期比西部的早。而在未来100年，东北的气温会持续上升，2050年气温平均上升2.7℃左右，2100年达到6℃左右。升温具有如下特点：南部增温幅度比北部小，东部的增温幅度比西部小。降水的变化在整体上没有明显的规律，2050年，东部和西部的降水减少，而北部和南部则增加；2100年，东部、东北部和南部的降水减少，而西部的降水增加。 （2）用典范对应分析对目前的植被与环境因子的数量关系进行研究，同时检验了样方大小以及样带的走向对排序结果的影响。结果表明： 在区域尺度上，沿小兴安岭走向设置的样带1是一条海拔和温度的综合梯度带，样带的东南部气温较高，海拔较低，西北部正好相反。寒温带针叶林（兴安落叶松等）分布于样带西北部，温带针阔叶混交林（红松等）分布于东南部。 沿大兴安岭走向设置的样带2是一条降水、温度和海拔的综合梯度带，样带西南部的降水较多，气温较高，海拔也较高，而东北部的环境条件则相反。寒温带针叶林（兴安落叶松林、樟子松林等）分布样带东北部，温带针叶林（油松等）落叶阔叶林（榆树疏林等）分布于海拔较高的样带西南部。 沿长白山脉走向设置的样带3森林类型最为丰富，体现了海拔和温度的综合梯度，海拔梯度的方向与样带走向近于垂直，样带西南部的温度较高。寒温带针叶林（臭冷杉林、鱼鳞云杉林等）分布于样带北部；温带针叶林（油松、赤松等）和阔叶林（辽东栎林、麻栎林等）分布于样带南部。 在景观尺度上，设置于呼中自然保护区的样带是一条海拔、温度和降水的综合样带；设置于丰林自然保护区的样带1是一条海拔和坡度的样带。大尺度上的排序分析有利于我们从整体上把握植被和环境因子之间的数量关系，但是也存在一些问题。例如，样方的大小和样带的走向都会影响到排序的结果。双序图中的物种在环境梯度上的位置是相对的，需要和该样方具体的环境值域结合起来解释物种的环境分布。同一条样带以不同的方式取样时，狭布种的排序结果会发生变化，而广布种的排序的结果变化不大。 （3）在考虑2个气候因子、3个地形因子和6个土壤因子的基础上，用logistic回归模型，模拟预测三种气候变化方案-HADCM2SUL、CGCM1和CGCM2-对东北森林建群种未来潜在空间分布的影响。 （a）HADCM2SUL方案: 气温上升3.5℃，降水增加30.7%； （b）CGCM1方案: 气温上升5.2℃，降水增加25.1%， （c）CGCM2方案: 气温上升3.33~7.17℃，降水变幅-66~115mm， 本文所采用的HADCM2SUL和CGCM1气候变化方案是它们的全球平均值。而CGCM2是针对中国东北地区的，具有空间异质性的气候变化方案。结果表明，除了山杨的潜在分布不受影响之外，其他建群种受气候变暖的影响的方向以及程度依气候变暖方案的不同而不同： HADCM2SUL方案下，兴安落叶松潜在分布面积急剧减少，云杉、冷杉和白桦开始减少，红松、长白落叶松和蒙古栎增加。 CGCM1方案下，兴安落叶松几乎消失，云冷杉急剧减少、白桦，红松减少、长白落叶松和蒙古栎仍然增加。 CGCM2方案下，兴安落叶松、云冷杉和红松完全消失，长白落叶松大量减少，蒙古栎和白桦的存在概率减少。 （4）在考虑2个气候因子和3个地形因子的基础上，用权重证据法（Weight Of Evidence，WOE）和logistic回归模型，对落叶松属三个树种的潜在分布研究表明，兴安落叶松的生境是三者之中最为寒冷和干旱的，长白落叶松倾向于温暖湿润的环境，华北落叶松则趋向于温暖以及较干旱的环境。CGCM2气候变化方案下，兴安落叶松潜在分布区将完全退出东北；长白落叶松潜在分布区将从目前的长白山地区向北迁移到小兴安岭南部以及张广才岭和老爷岭的大部分地区；而目前位于大兴安岭最南端的华北落叶松则可能迁移到大兴安岭中段的乌兰浩特附近山区。

科尔沁沙地一年生植物种子生态适应机制

一年生植物是干旱半干旱地区植被的重要组成部分，其种子对环境的适应机制能促进植物种群的进化，也是利用种子进行植被更新恢复实践的科学基础。本文以科尔沁沙地西部乌兰敖都地区多种一年生植物为研究对象，采用室内模拟和野外调查的方法，研究了植物种子在生产、脱落、传播、休眠和萌发等生活史过程中对环境的生态适应机制，结果表明：(1) 22种一年生植物以生产大量的小粒种子来达到最大的繁殖目的；近圆形小粒种子易于被风媒传播，种子重量大或偏离圆形或有附属物的种子易于被动物或人类传播。(2) 11种一年生植物种子萌发表现为冒险对策，11种一年生植物会通过降低种子萌发数量或推迟萌发时间或二者结合的方式来分摊风险，表现为躲避风险的萌发对策；降雨量和温度是影响种子萌发的主要环境因素。(3) 多种一年生植物种子是沙丘演替阶段土壤种子库的主要组成部分，是地上一年生植物植株的主要来源；多种一年生植物种子在土壤中形成混合型的短期持久种子库，即3月份以瞬间萌发种子库为主，9月份则以非瞬间萌发种子库为主。综合上述研究结果，探讨了科尔沁沙地一年生植物种子生态适应机制相关性及其与植被过程的关系。

小叶锦鸡儿人工林土壤线虫群落特征的研究

通过对科尔沁沙地小叶锦鸡儿人工林土壤线虫群落特征的研究，初步阐明土壤线虫群落随人工林种植年限的变化，以及人工林土壤线虫群落季节和垂直分布特征，揭示线虫作为沙地土壤恢复状况的指示作用。土壤线虫数量、群落多样性和稳定性随着小叶锦鸡儿人工林种植年限的增加而增加。春季土壤线虫总数、植物寄生性线虫、食细菌线虫和捕食-杂食线虫数量、线虫群落成熟度指数（MI）在不同年限人工林间存在显著差异。土壤线虫总数、食细菌线虫、食真菌线虫和捕食-杂食线虫数量峰值出现在春季。土壤线虫总数在0~10cm土层数量较高。食细菌线虫和捕食-杂食线虫在土壤0~10 cm或0~20cm数量较多。不同年限人工林的土壤线虫组成与多样性在季节和土壤深度分布特征存在不同。聚类分析的结果表明: 春季5年人工林、10年人工林、22年人工林和天然林壤线虫群落有明显差异。线虫总数、食细菌线虫、捕食杂食性线虫与土壤有机碳含量、全氮含量、pH和EC和CEC 极显著正相关。线虫群落组成结构的变化可以指示沙地土壤的恢复状况。

不同种植年限温室土壤线虫群落结构特征

不同种植年限温室土壤线虫群落结构特征的研究显示：露地菜田改为蔬菜温室后，由于土壤理化性质发生了显著的变化，土壤线虫群落结构也发生了相应的改变。温室土壤线虫总数、食细菌线虫及植物寄生线虫数量均显著高于露地菜田。在温室土壤中，随着温室使用年限的增加，土壤线虫总数、食细菌线虫及植物寄生线虫数量均呈增加的趋势。露地菜田与温室土壤中不同营养类群线虫的相对丰度均为：食细菌线虫﹥植物寄生线虫﹥食真菌线虫、捕食/杂食线虫；但温室土壤食细菌线虫相对丰度高于露地菜田，而植物寄生线虫、食真菌线虫、捕食-杂食线虫的相对丰度均低于露地菜田。露地菜田改为蔬菜温室后，土壤线虫生态指数均发生了明显的变化，土壤线虫群落的多样性和稳定性均显著降低，线虫种类的丰度下降，土壤线虫群落趋向单一化，但这一变化随着温室种植年限的增加逐渐呈现出减小的趋势，说明随着温室种植年限的增加，土壤线虫群落对温室土壤环境变化的适应能力逐渐增强。自由生活线虫成熟度指数（MI）对土壤环境的改变非常敏感，可以作为反映土壤环境变化的一个重要指标。

辽东山区长白落叶松人工林天然更新及间伐对其影响

长白落叶松（Larix olgensis）在东北地区广泛栽培，然而，其林下天然更新不良，究其原因却鲜见相关报道。本文在野外调查的基础上，结合不同间伐强度和地面处理的播种实验，分析影响长白落叶松天然更新不良的主要因素；同时，探讨了不同间伐强度对长白落叶松林内生境和天然更新的影响。旨在为更好地经营管理长白落叶松人工林提供依据。研究结果表明： （1）落叶松种子雨在林缘1次扩散距离一般不超过1.5倍树高，其强度与林分结构和结实年份有关。种子雨中有活力的种子仅占总体的30%。土壤种子库的种子主要分布在枯枝落叶层，翌年8月，土壤种子库的种子几乎全部丧失了活力，这表明落叶松种子不能在地面形成连续的种子库； （2）结实的落叶松人工林内有1年生落叶松幼苗出土，一般其高生长不超过6 cm，地径生长少于0.1 cm，叶片数量不超过25片。幼苗4月份就开始出土，6月份幼苗数量最多，9月份多数幼苗消失。落叶松林下很难见到自身更新的幼树，只有在光照充足、地被物少与土壤较湿润的林地能见到； （3）落叶松幼苗出土株数与间伐强度无关，但却受到地面处理的影响，保护的裸地有最高的出土率，而没有保护的裸地出土率最少，这表明裸地及保护有利于落叶松种子出土； （4）长白落叶松幼苗存活率、存活时间和生长随间伐强度增大而增加，而较多的地被物不利于幼苗存活和生长，这些表明光照强度和地被物限制长白落叶松幼苗存活和生长。另外，霜冻、降雨集中和连续的高温天气也影响幼苗存活； （5）间伐后，幼苗幼树总数增加，并使更多的幼苗进入幼树层，且增加的百分率与间伐强度呈正相关（p<0.05）；落叶松林内天然更新的阳性树种比阴性树种对间伐响应更明显，其中，对间伐响应最明显的树种是黄波罗。

耕作方式对土壤线虫群落组成及多样性的影响

对中国科学院沈阳生态实验站潮棕壤农田耕作方式对土壤线虫群落组成及多样性影响的研究表明，撂荒地和免耕玉米地土壤线虫总数有明显的季节变化，撂荒地土壤线虫总数显著高于常规耕作玉米地和免耕玉米地。撂荒地、常规耕作和免耕玉米地土壤线虫优势营养类群均为植物寄生线虫，而捕食-杂食线虫和食真菌线虫占线虫总数的比例相对较低。 本研究共观测到土壤线虫44个属，撂荒地、常规耕作和免耕玉米地分别观测到41、39和34个属。撂荒地线虫优势属为Helicotylenchus和Paratylenchus；常规耕作玉米地优势属为Pratylenchus、Helicotylenchu和Arobeloides；免耕玉米地优势属为Pratylenchus、Helicotylenchus和Filenchus。 常规耕作玉米地土壤食真菌线虫与食细菌线虫的比值（F/B）显著高于撂荒地和免耕玉米地，优势度（λ）显著低于撂荒地和免耕玉米地。撂荒地自由生活线虫成熟度指数（MI）显著高于常规耕作和免耕玉米地，撂荒地植物寄生线虫成熟度指数（PPI）显著低于常规耕作玉米地和免耕玉米地。常规耕作玉米地均匀度指数（J′）显著高于免耕玉米地。 以富集指数（EI）和结构指数（SI）为基础的土壤线虫区系分析表明，撂荒地受到人为干扰较轻，食物网结构较稳定；常规耕作玉米地食物网结构受到人为干扰较重；免耕玉米地介于二者之间。

CO2、O3浓度升高对油松、银杏抗氧化系统的影响

本文以开顶箱法分别控制CO2、O3浓度，在CO2、O3浓度升高及其二者相互作用条件下，分析沈阳城市森林主要树种油松、银杏活性氧水平，抗氧化系统活性以及膜脂过氧化程度动态变化，揭示城市油松、银杏抗氧化系统对全球气候变化的响应规律。 1. 在短期(60天)内CO2浓度倍增（700µmol mol-1）使油松、银杏超氧自由基（O2-.） 产生速率与过氧化氢（H2O2）含量减少，而抗坏血酸（ASA）含量与超氧化物歧化酶（SOD）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）、单脱氢抗坏血酸还原酶（MDAR）、脱氢抗坏血酸还原酶（GR）活性升高，丙二醛（MDA）含量下降。与对照相比，大多数测定显示出显著差别。植株抗氧化能力增强，对活性氧清除能力提高。但长期（70天以上）CO2浓度倍增处理则使试验结果发生逆转。 2. 高浓度O3（80nmol mol-1）使O2-. 产生速率提高，H2O2 含量增加，MDA含量也随之增加。ASA含量与SOD、APX及GR活性在高浓度臭氧熏蒸的前期升高，但随着臭氧暴露时间的延长ASA含量与保护酶活性均变得低于对照。因此，在高浓度臭氧熏蒸的前期（30天以内），抗氧化酶能够在一定程度上调节自身的活性适应环境变化。但连续的高浓度臭氧胁迫导致活性氧含量升高，抗氧化酶活性下降。在试验后期, 虽然肉眼可见的伤害尚未观察到，但丙二醛含量显著升高，膜脂过氧化程度加深，油松、银杏的抗氧化系统已经不能抵抗长期臭氧胁迫所带来的氧化伤害。 3. 高浓度O3熏蒸初期，经倍增浓度CO2预处理的油松、银杏O2-.产生速率与H2O2含量，SOD、APX、MDAR、GR活性与自然O3浓度条件下植株无显著差异，表明高浓度CO2预处理银杏、油松对O3的抵抗能力增强。但随着高O3曝露时间的延长，O2-.产生速率与H2O2含量增加，SOD、APX、MDAR与GR活性低于对照，而且（经高CO2预处理后移入自然CO2、O3浓度中的植株）之差异逐渐增大，在试验末期达到差异显著水平，表明高CO2诱导油松、银杏产生的对O3胁迫的高抗性是不稳定的。 4.高浓度O3预处理(50天)使油松、银杏的抗氧化系统活性下降，已如前述。将经高浓度O3预处理的油松、银杏分别置入倍增浓度CO2与自然CO2环境中，随后的20天高CO2处理使活性氧水平低于自然CO2环境，而抗氧化酶活性高于自然CO2环境。这表明倍增CO2浓度能有效的恢复高浓度O3处理对油松、银杏的氧化胁迫。

石油污染土壤生物修复中矿物油和多环芳烃降解的生态过程研究

采用实验室培养和室外盆栽试验相结合的方法，对石油污染土壤生物修复中存在的微生物适应性、矿物油和难降解污染物多环芳烃(PAHs)的生物修复生态过程和修复过程中的次生污染问题进行研究，旨在探讨微生物强化降解的影响因素和次生污染物的生成机制，为石油污染土壤的快速、完全生物修复提供实验依据和理论基础。 首先，通过人工调控的实验室摇床培养试验(周期为100天)和室外盆栽试验(周期为150天)研究了外源微生物的强化降解作用及土著微生物的适应性，结果表明，在石油污染土壤的生物修复中，外源专性细菌和真菌对矿物油和PAHs的降解在接种初期(<20d)具有优势；土著微生物对石油污染物的降解需要一个短期的适应过程，之后则表现出较强的降解优势，并很快抵消外源降解菌形成的早期优势。 其次，通过长期室外盆栽试验，分别采用L9(34)的正交设计(周期为5年)和两因素对比试验设计(周期为3年)，探讨石油污染土壤生物修复中矿物油和PAHs降解的生态过程，以及有机肥添加、有无植物等因素对污染物生物降解的影响。结果表明，土壤中的矿物油随生物修复时间的延长，降解速度减慢，矿物油的降解主要发生在前2年内(降解率为88.5~95.1%)。经过植物修复，土壤中原始柴油组分发生很大变化，烷烃、环烷烃等低分子量的组分几乎完全降解，同时生成了一些次生代谢产物。土壤中可利用N、P等营养物质的匮乏是矿物油降解的限制性因子。污染物浓度水平决定对有机肥的需求，对污染程度较高的石油污染土壤，有机肥的添加显著促进矿物油和PAHs的降解。 最后，利用陆地生态系统食物链不同级别的代表性生物体(小麦和蚯蚓)的敏感指标(生长和生理生化指标)，对经过修复处理的石油污染土壤的健康质量进行生态毒理学评价，结果表明，修复后的土壤对小麦和蚯蚓仍有一定的残留毒性，小麦根部指标和生理生化指标及蚯蚓分子毒理学指标对土壤污染状况的指示作用更敏感。

镉超积累植物的生态特征及污染耐性机理分析

在已发现的超积累植物中，镉超积累植物种类较少，对其重金属耐性及超积累机理的研究还未有突破性进展，这些植物金属耐性机理的描述对于镉污染土壤的植物修复研究是非常有意义的。本研究以镉超积累植物龙葵（Solanum nigrum L.）、球果蔊菜（Rorippa globosa (Turcz.) Thell.）为研究对象，以茄子（Solanum melongena L.）和风花菜（Rorippa islandica (Oeder.) Borb.）为对照植物，描述了镉超积累植物污染耐性的生态特征，系统探讨了镉超积累植物的耐性机制。 （1）龙葵较茄子有更高的镉耐性及镉积累性；球果蔊菜较风花菜有更高的镉耐性及镉积累性，球果蔊菜茎部受抑制现象是实现其特异吸收和积累重金属的适应性反应，这种地上部营养物质的重新分配现象可能是球果蔊菜作为超积累植物独特的生态特征。 （2）龙葵根系中SOD和CAT活性及叶片中POD和CAT活性的协同作用在缓解镉积累引起的膜脂过氧化损伤中发挥着积极作用，球果蔊菜叶片SOD和CAT的协同作用在缓解镉积累引起的膜脂过氧化损伤中也发挥重要作用，可以推断龙葵、球果蔊菜体内抗氧化酶防御系统在其镉耐性中扮演重要的角色。 （3）镉的污染胁迫均能明显促进龙葵和球果蔊菜体内脯氨酸的积累，脯氨酸在其镉耐性及积累性中扮演着重要角色，其中叶片脯氨酸可能发挥着更大的作用。 （4）龙葵叶片中柠檬酸和乙酸含量的动态变化与其镉积累有关，球果蔊菜叶片中苹果酸和酒石酸含量的动态变化与其镉积累有关，有机酸可能在龙葵及球果蔊菜镉耐性及积累性中起到一定的作用，但高含量的有机酸并不是植物镉耐性和超积累性的主要原因。 （5）植物螯合肽可以作为植物镉超积累特征的生物指标，但植物螯合肽的合成并非镉超积累植物耐性的主要机制。

辽东山区生态分类系统及其在数字林业中的应用

过去五十年，我国的森林资源状况发生了明显变化，森林经营方式也相应出现问题。森林区划中，同时存在二类小班和三类小班两个小班体系，二者在空间上存在不一致性；即使是同一小班体系，先后两次调查结果也不一致。这些问题不利于应用数字技术制定长期的森林管理计划。传统的林业体制和经营方式不能满足生态系统管理的应用，阻碍了我国森林可持续经营管理的发展。生态分类系统是以生态系统内植被、土壤和地形等组分之间的相互关系为基础对土地进行的划分，对实现森林的生态系统管理具有重要意义。本文建立了辽东山区生态分类系统，进而探讨其在数字林业中的作用。 采用TWINSPAN分类和PCA、CCA排序的方法对研究区样方数据进行分析，结果表明，坡度和坡向是控制研究区域内水分梯度和养分梯度的主导因子，决定了植被的空间分布格局。依据这样的关系，进行了生态土地类型（ELT）、生态土地类型相（ELTP）的划分和制图。ELT分类由DEM数据获得，ELTP分类通过叠加ELT和植被图得到。ELTP能同时反映特定地块上潜在的植被类型和现存的植被类型，其分类单元相当于传统林相图中的小班，可应用于森林资源调查和管理中。 生态分类过程中的关键性技术方法也是本文重点解决的问题。通过比较5m分辨率和25m分辨率的DEM数据，得到5m分辨率DEM是绘制ELT分类图的最佳数据源。本文也探讨了地形图矢量化生成DEM的方法，以及根据DEM数据提取ELT分类图过程中的关键技术问题。 在上述基础上，本文着重论述了生态分类系统在数字林业中的作用。生态分类系统为森林资源信息和数据的管理提供了一个具有生态学含义的框架体系。生态分类系统是实现森林生态系统管理的重要过程，空间信息技术是实现森林生态系统管理的有效手段。以生态分类系统和空间信息技术为依托的生态系统管理方法，加上计算机模型和辅助决策界面的支持，构成数字林业的基本框架，是实现林业可持续发展的驱动力。

长白山地区近50年气候变化及其预估

收集长白山地区15个气象站1953-2007年气温、降水、蒸发、日照时数和水汽压观测数据和国家气候中心整理的2001-2099年的 气温、降水预估资料，利用数理统计方法，系统分析长白山地区气候现状、变化及其预估，为气候变化对人类生存环境影响研究并制定适应对策提供依据。主要结论如下： 1.长白山地区气温、降水日数、日照时数和不同界限温度（≥0℃、≥5℃、≥10℃和<0℃）积温均有显著趋势。年极端最低、年平均、平均最高/最低气温和气温日/年较差在1984、1992、1995、1985、1972和1979年发生突变。所有最高/最低气温与日照百分率有显著负相关关系，一定程度是温室效应结果；最高、最低气温变化不同步造成气温日较差和年较差的非对称性。 2.长白山地区生长季节合计降水量和降水强度日际变化较大。降水以7月30日为界，呈现前升后降极显著的线性趋势，且发生均值突变。降水强度以6月27日和9月3日为分界点，分为三个阶段。降水集中度、集中期和集中时段时空非均一性分布明显。 3.在SRES A1B、SRES A2和SRES B1三种情景下年平均气温均为上升趋势，年内变化一致为冬季升温最迅速，夏季则相对缓慢；而年降水强度总体增加，年内变化比较一致：冬季增加最为明显，而夏季变化不大。 4.未来长白山地区各站≥0℃、≥5℃和≥10℃的积温均有不同程度增加，持续时间延长。负积温增加，持续时间缩短，开始日期推迟，而结束时间提前。

杉木人工林土壤活性有机质特征及其积累与矿化

土壤有机质是土壤肥力的关键要素，维持或提高土壤有机质含量和质量非常重要。其活性部分对外界因素比较敏感、周转速率快，在土壤肥力和碳循环中具有重要作用。作为我国特有的杉木人工林，其土壤活性有机质特征、积累与矿化过程必然会与其它森林类型不同。而目前我们对它的土壤活性有机质还知之甚少。因此，本研究采用野外调查和室内模拟相结合的方法，以常绿阔叶林、22年生杉木纯林、15年生杉木纯林、15年生杉木＋刺楸人工混交林、15年生杉木＋桤木人工混交林为主要研究对象，通过比较研究阐明杉木人工林土壤活性有机质特征，并通过室内模拟，探讨土壤有机质积累/矿化过程。本研究旨在为进一步研究杉木人工林地力衰退机理及退化生态系统土壤恢复机制提供科学依据，同时也为人工林土壤可持续经营提供理论依据。主要研究结果如下： ⑴杉木人工林与常绿阔叶林相比，它的土壤微生物量、可溶性有机质、水溶性碳水化合物、轻组有机质的含量及占相应部分的比例均显著下降(P < 0.05)，土壤呼吸熵升高。这说明常绿阔叶林改变为杉木人工林后土壤肥力和有机质质量降低。 ⑵杉木人工林土壤活性有机质动态变化与常绿阔叶林基本一致。在所研究的时间段内，土壤微生物碳、氮和热水浸提有机碳、氮含量从3月份逐渐升高，至6月份出现峰值，此后开始降低，而冷水浸提有机碳、氮含量变化呈波浪形；从3月份至8月份，除铵态氮含量升高外，土壤硝态氮、有效磷和速效钾含量均下降。 ⑶杉木人工纯林与杉阔混交林相比，杉木+桤木、杉木+刺楸混交林土壤活性有机质各组分的含量均有所升高，土壤呼吸熵降低。杉木与不同阔叶树混交对土壤质量和有机质的影响不同，杉木与固氮树种—桤木混交对土壤质量改善和恢复的效果好于非固氮树种—刺楸混交。 ⑷阔叶树种叶凋落物与杉木叶凋落物混合改善了凋落物的质量，促进了混合凋落物的分解，其中与刺楸叶凋落物相比，桤木叶凋落物与杉木叶凋落物混合表现得更明显，但差异不显著(P < 0.05)。杉木与火力楠叶凋落物混合比例不同对土壤活性有机质和养分的影响不同，随着火力楠凋落物相对比例的增加，混合凋落物分解速率加快，土壤活性有机质和养分的增加量升高。随凋落物量增加，土壤活性有机质含量增加。 ⑸杉木纯林土壤有机碳日均矿化量和CO2-C的21d累计释放量的分配比例均显著低于常绿阔叶林(P < 0.05)，0-10 cm土层土壤显著高于10-20 cm土层(P < 0.05)；杉木纯林土壤氮矿化速率大于常绿阔叶林土壤，但差异不显著(P > 0.05)；随着培养温度升高，土壤碳氮矿化速率加快。土壤有机碳矿化量与活性有机质初始含量之间具有极显著的正相关性，氮矿化量与此的相关性较低。 ⑹土壤有机质各组分之间存在密切的相关性，表明各组分之间存在相互作用；热水浸提有机质与其它有机质组分之间存在极显著相关性(P < 0.01)，可以表征土壤活性有机质；土壤微生物量、可溶性有机质、水溶性碳水化合物与土壤全氮、硝态氮、全磷和有效磷呈正相关，达到显著(P <0.05)或极显著水平(P <0.01)，与铵态氮含量呈显著负相关(P <0.05)；密度分组有机碳与土壤颗粒组成、养分等指标相关性低。因此，可以把热水浸提有机质作为评价土壤质量的指标。

辽东山区森林植被及格局分析

辽东山区是辽宁省中部城市群和辽河平原的绿色屏障和重要的水源基地，也是辽宁省人口聚集区。本文选取本溪县东营坊乡为研究对象，通过野外调查并结合植被数量统计分析，讨论了次生林和人工林的结构特征，并以此为基础分析森林植被的空间格局，为合理利用和保护辽东山区，使这一地区可持续发展提供借鉴。 结果表明：①共调查到71科159属245种，其中被子植物61科144属222种，裸子植物2科5属8种，蕨类8科10属15种。温带类型分布是主要组成部分；②次生林形成了多种群落类型，划分为6类19亚类，其中蒙古栎林是重要群落类型。海拔、坡度和坡向是影响次生林植被格局的重要因子，其中海拔对其影响最大，反映了人类干扰的影响。人工林主要有红松和落叶松人工林。人工林一般随着海拔增加种植面积降低，而次生林随着海拔增加而增加；③次生林径级分布基本为负指数分布；人工林基本为倒“S”分布，随着年龄增加，种植树种表现为向大径级的整体迁移；④长白山阔叶红松林乔木层Shannon-Wiener指数最高，次生林次之，人工林最低；长白山阔叶红松林灌木层Shannon-Wiener指数最高，次生林和人工林相差不大；而草本层Shannon-Wiener指数，次生林最高，人工林次之，长白山阔叶红松林最小；比较不同层次Shannon-Wiener指数，次生林和人工林草本层Shannon-Wiener指数明显高于乔木层和灌木层，长白山阔叶红松林这3层Shannon-Wiener指数相差不大；⑤ 碱厂林场有林地是主要的土地利用类型，在有林地中，次生林占主导地位。人工林平均斑块面积小，次生林平均斑块面积大。Shannon-Wiener指数达到2.4211，均匀度指数达到0.7722。

大兴安岭北坡森林景观火后恢复及演替模式研究

1987年大兴安岭北坡发生的特大森林火灾，过火面积达1.33×106ha,如何在如此大面积的火烧迹地上恢复森林资源，是森林经营管理者迫切需要回答和解决的问题。本文应用空间直观景观模型(LANDIS)设计不同的管理方案，模拟火后森林景观在不同自然干扰和人类干扰下的长期演替动态，以弥补这一不足。通过对比研究这些管理方案对森林景观的长期影响，不仅可以评价目前该区所采取的经营管理方案是否合理，还可以找到更合适的管理方案，为火后森林景观的定向恢复和加速恢复过程提供实际的指导意义。此外，通过对1987年火后十几年来森林植被的野外调查研究，可以弥补LANDIS只模拟树种不模拟草本和灌木，且以10年为步长的不足，加深人类活动对火后森林植被短期变化影响的理解。本文研究主要结论如下： 1）相对于轻度灭火方案而言，目前重度灭火方案可以增加针叶林（落叶松和樟子松）在该区所占的比例，相应地降低白桦等阔叶林在该区所占的比例。而且，目前重度灭火强度可以增加针叶树种成过熟林在该区所占的比例，减少幼龄林所占的比例，可见目前重度灭火方案有利于火后森林恢复。另外，目前重度灭火方案下的累计过火面积较少，火烧频率降低，但火干扰以重度火烧为主，这可能对于森林资源造成重大的损失。 2）种植强度越高，越有利于针叶林的更新。但考虑到经济以及劳动力等因素，中等种植强度（例如，种30%）已能很好地有利于火后森林恢复。相对于聚集种植而言，在整个重度火烧区进行随机种植可以增加针叶树种在该区所占的比例，降低白桦等阔叶树种所占的比例，因此随机种植更有利于火后森林恢复。进行人工造林时尽量不要种植单一物种。相对于其他种植比例而言，目前落叶松和樟子松的种植比例（7：3）有利于针叶树种的恢复。 3）相对于完全依靠天然更新而言，目前经营管理措施可以增加针叶树种在该区所占的比例，相应地降低阔叶树种的比重。在目前经营措施下，由于火后10年内进行大规模的森林采伐，使针叶树种的成过熟林及聚集程度等有较大幅度的下降，虽然随后逐渐增加，但也需要近100-150多年的时间才能恢复。总之，目前经营管理方案与完全依靠天然更新相比，有利于火后森林恢复，但在演替的前期（100-150多年）也存在一些问题。因此，大兴安岭林区发生特大森林火灾后，应禁止大规模的森林采伐，否则会发生森林年龄结构的锐变等一些问题，不利于森林景观的稳定。如果进行大规模的森林采伐，即使进行人工造林，也要很长时间才能得以恢复。 4）在火后完全依靠天然更新，无论是草本、灌木还是乔木树种在演替前期都发生了极大的变化。火后初始，阳性草本植物迅速增加，占据火烧迹地。但目前（火烧16年后）草本物种数开始下降，而且阳性草本逐渐减少，阴性草本逐渐增加。草本盖度的变化与物种变化呈明显的正相关，随着物种数的下降，草本盖度也逐渐下降。而灌木盖度与物种数则没有明显的相关性。目前喜阳灌木物种逐渐消失，而耐荫的逐渐增多，但总的灌木物种数只有少量减少。目前该区树种以白桦等阔叶林为主。在人工促进天然更新下，目前火烧迹地上的物种数仅稍高于天然更新。而由于人促更新使物种尤其是乔木更有利于更新，火烧迹地上的植被盖度却要高于天然更新。相对于天然更新而言，在人促更新下，目前在火烧迹地形成的针阔混交林中，针叶树种所占的比例明显提高。在人工更新下，目前火烧迹地上主要以针叶树种为主，而阔叶树种则较少。

黑土侵蚀区景观生态建设的水土保持效应

黑龙江省拜泉县是我国黑土侵蚀与综合治理的典型代表。经历了上世纪垦荒初期环境优美、土地肥沃，70年代后期水土流失严重、生态恶化，80年代以来大规模生态治理、环境明显改观的典型发展过程。是人类征服自然——自然报复人类——人类与自然和谐共处等人与环境关系演进的一个小小缩影。本论文以该典型区为研究案例，以景观格局——景观功能——景观生产力关系分析为研究思路，从遥感、统计资料、调查访问和取样实测等获得原始数据，运用景观指数和地理信息系统（GIS）等空间分析方法，结合通用土壤流失方程、地统计学和能值分析，综合评价了黑土侵蚀区景观尺度水土流失治理的区域土壤侵蚀控制效应、区域土壤性质恢复效应及大规模生态建设的农业效应。旨在为区域水土流失治理综合评价探索研究思路，也为该县或同类地区生态建设、环境保护及景观规划决策提供科学参考。本论文取得如下研究成果： (1). 经过多年来的大规模生态建设，拜泉县的生态环境有了明显的改观。区域景观类型数量和空间配置的变化对发挥其水土保持功能起到了很好的调控作用。从1989年到2002年，县域耕地面积减少24731hm2，林草地面积、水体面积分别增加了13568 hm2和1191 hm2，水库和塘坝增加1402座。全县55%的水土流失面积得到治理，82.2%的农田得到林网的防护，43.7%的景观地表超渗径流得到集蓄，土壤侵蚀模数由9.14 下降到6.50 。进一步的景观结构调整要注意增加林草地等类型斑块的聚集度；调节林网连接度、环度及网眼大小；增加水库塘坝的泻洪与灌溉配套设施等。 (2). 通过拜泉县双阳河流域30个子流域景观指数与土壤侵蚀模数的相关性分析，定量研究了景观结构和土壤侵蚀程度的关系。结果表明：农田面积百分比、景观聚集度与土壤侵蚀模数显著正相关，灌木林地和草地面积百分比、香农多样性指数与土壤侵蚀模数显著负相关。梯田、等高垄农田、顺坡垄农田、乔木林地、灌木林地、草地面积百分比，景观分维数、景观聚集度、景观香农多样性9个结构因子与土壤侵蚀模数的复相关系数（R=0.931）大于任一单因子相关系数，景观结构对土壤侵蚀的影响是多因子综合作用的复杂过程，且达到高度相关，9个结构因子与侵蚀模数之间存在线性回归关系。研究区平均土壤侵蚀模数为6.58 ，侵蚀强度较轻，但大于东北黑土区土壤容许流失量标准（2 ）。该流域是典型的农业景观，农田面积占景观总面积的71.8%，而且分布比较集中，它是未来土壤水蚀的主要景观要素，同时也是水土保持的主战场。增加灌草地斑块、实施农田保护性耕作等将是该流域继续控制土壤侵蚀的有效办法之一。 (3). 通过对拜泉县通双小流域土壤性状的空间变异性和空间相关性研究，得到下列结论：全碳、全氮、砂粒、粉粒、粘粒含量和容重具有中度的变异性，而砾石含量变异强烈，它能够表征该流域黑土的侵蚀强度。除砾石外，所有土壤性状之间具有显著的相关性 (P<0.05)。土壤性状主要与坡位、海拔高程和土地类型有关。全碳、全氮、粉粒和粘粒含量具有强度的空间自相关性，而容重和砂粒含量在空间上是中度自相关的。无论在农田，还是在整个流域，均有2/3左右的土地存在氮缺乏，容重和砂粒偏高的现象。地形、土地利用、侵蚀和侵蚀治理综合地影响了土壤性状的空间分异。但过去的土壤侵蚀是最突出的因子。侵蚀治理和土地类型调整在20-30年的尺度上，并没有显著地改善土壤的性质。目前的侵蚀治理对于土壤的移位和流失起到了很好的控制作用，但短期土壤质量恢复并不令人满意。如何提高土壤质量，将是又一迫在眉睫的任务。为了提高土壤质量，保护林地和草地不被破坏，改变农田的耕作方式等是该流域改善土壤性质的有效管理措施。 (4). 在拜泉县农业系统经济特征和生态建设动态分析的基础上，运用能值理论，研究了县域农业生态经济系统在大规模生态建设前后时间序列上的系统生产效率和可持续发展动态。主要结论如下：拜泉县经济发展与生态建设都取得了较大的成绩，但在县域生产生活大环境明显改善的情况下，农业系统自身的环境压力依然存在；农业系统的生产效率不高；农民生活水平较低；但大规模生态治理的农业效应已初步显现；系统的能值可持续发展有良好的趋向。