固氮树木丛枝菌根真菌（AMF）遗传多样性的研究

丛枝菌根是自然生态系统中分布最广的内生菌根，在促进植物生存与生长、植被恢复以及生物多样性保护等方面有着非常重要的作用。 随着现代分子生物学技术的不断发展，丛枝菌根真菌研究得到空前发展。大量DNA分析新技术在丛枝菌根真菌的分子遗传、分类鉴定、种间及种内亲缘关系、菌株持久性等方面得到应用，与传统菌根研究方法相比，表现出巨大的优越性。 本项研究利用分子生物学技术和研究方法对中国吉林长白山地区非豆科固氮植物以及东北地区固氮树木的丛枝菌根真菌DNA分子多态性及其与宿主植物之间的相互关系等进行初步研究，旨在利用分子生态学理论和研究方法揭示丛枝菌根真菌多样性及其与宿主植物之间相互适应和协同进化的一般规律，为更好地保护和利用这一重要的微生物资源提供理论依据。 通过比较与筛选，建立起丛枝菌根真菌痕量DNA快速、简便、高效的提取纯化方法——改良CTAB法。经PCR检测，所得DNA满足进一步研究的要求。 根据丛枝菌根真菌18s rRNA 小亚基核基因片段的特点，利用“科”特异性引物进行半巢式标记PCR (Labelled Primers-PCR，LP-PCR) 及单链构象多态性（Single-Stranded Conformation Polymorphism，SSCP）分析技术研究了长白山赤杨在属水平上表现出的多样性。另外，利用巢式PCR-RFLP技术，分别对来源于长白山不同海拔的四种赤杨菌根样品的AMF侵染情况及其系统进化进行了研究。利用AMF特异性PCR技术对我国东北地区四种非豆科树木和5种豆科树木菌根侵染情况和系统发育规律进行了研究 研究结果显示：赤杨根内AMF存在丰富的基因多样性。AMF的侵染有从宿主混乱性向宿主专一性发展的趋势。 长白山地区赤杨属植物至少有东北赤杨、西伯利亚赤杨和色赤杨三个树种在其“属”的水平上与共生的球囊霉科（Glomaceae）至少一个“种” 的丛枝菌根真菌，即根内球囊霉（Glomus intraradix），在“种”的水平上表现出不相关于宿主海拔高度的某种相互选择性。 东北赤杨AMF菌的宿主专一性水平最强，球囊霉属已成为东北赤杨的优势侵染类群；对于其余三种赤杨，AMF则出现宿主混乱现象。宿主因素比海拔因素对AMF侵染特异性的影响更为重要。 豆科与非豆科样本的混乱性都比较强，在特定植物和AMF属之间无特异侵染规律，相对来说，非豆科树木比豆科树木对于AMF的选择性要更强一些，更倾向于和球囊霉属与无梗孢囊霉属的AMF构建共生体.

有性繁殖在沙丘植被恢复中的作用

有性繁殖是植物适应干扰的重要机制。目前，人们对于植物如何从有性繁殖方面适应风沙环境还知之甚少。本论文以半干旱草原区的科尔沁沙地为对象，采用实验室分析、模拟试验、野外调查等方法，研究了种子形态及其功能意义、种子传播与植物沙生适应性的关系、埋藏种子萌发与沙丘植物更新的关系，探讨了沙丘土壤种子库时空格局、土壤种子库持久性与沙丘植被恢复的关系，揭示了生殖物候对植物沙生适应性的影响，探索了有性繁殖在多年生沙生植物适应风蚀中的作用。 研究结果表明：（1）沙生植物通过调节种子重量和形状降低种子位移，增大幼苗补充几率；（2）沙生植物通过将种子脱落推迟至“风季结束、雨季来临”时期，或者通过种子遇水溶出粘液粘沙增大重量，分摊干旱和风沙干扰给幼苗补充带来的风险，维持种群繁衍；（3）埋藏能调节沙生植物种子萌发时间和萌发率；（4）沙生植物通过生殖物候可塑性和延长结实期增强沙生适应性；（5）沙生植物具有持久种子库，能提供稳定种源；（6）多年生沙生植物可通过有性繁殖适应风蚀，入侵流动沙丘区。本研究为植物有性繁殖研究提供了方法论借鉴。根据研究结果我们提出了沙丘植被恢复和管理建议。

东北沼泽湿地的潜在分布对气候变化的响应

东北是我国沼泽分布最广泛、类型最多的地区，而该地区也是中国将来气温变化幅度较大的地区，气候趋于暖干化，这些都不利于沼泽的发育和存在。据CGCM3气候变化模型预测：到2100年，温室气体排放浓度增高（排放水平720ppm、大于720ppm和550ppm）的三种排放情景下，气温分别增高3.22℃、4.36℃和2.13℃，年降水量分别平均增长102mm、127mm和74mm，干燥度增大，变化的幅度和排放浓度极为一致。本文将Logistic模型结合CGCM3气候变化数据，以预测未来100年后沼泽湿地的潜在分布。 由于沼泽分布具有地带性和非地带性规律的特点，本文针对整个东北地区、东北山地和东北平原建立了三个Logistic模型，环境因子包括11种地形因子和7种气候因子。三个模型的ROC值分别为0.86、0.92 和0.76，这说明山地区模型的精度最高，平原区精度最低。概率阈值基于ROC曲线设定为0.23、0.24 和0.26。结合CGCM3，预测结果显示：100年后，沼泽分布都趋于减少，尤其在平原地区，沼泽可能会全部消失。在COMMIT模式下，虽然CO2浓度保持不变，但是气候变化造成的后果依然持续进行，平原地区沼泽大量消失，沼泽潜在分布面积将减少34.11%；在SRES B1情景下，沼泽潜在分布面积减少66.46%，南部平原和山地沼泽消失；SRES A1B情景下，沼泽潜在分布面积减少80.11%，松嫩平原、松辽平原、长白山、大兴安岭南部地区沼泽消失，三江平原和小兴安岭地区只有零星存在；SRES A2情景下，沼泽潜在分布面积减少了87.25%，只分布在大兴安岭北部和小兴安岭西部的沟谷地带，其它各地几乎全部消失。通过GIS手段计算沼泽潜在分布与环境因子的相关系数，在东北区域和山地区，影响最大的地形因子和气候因子分别是坡位和寒冷指数；在平原区，影响最大的地形因子和气候因子分别是与河流距离和温暖指数。 MODIS数据是近年来常用的一种适用于宏观区域的遥感数据源。本文利用Logistic模型，多时相数据配合地形辅助数据，对大兴安岭北部地区的沼泽进行提取，分类精度84.63%。利用该数据进行沼泽分布模拟，能取得更高的精度（ROC值为0.957）。模拟结果表明：CO2浓度增高的三种排放情景下，沼泽的潜在分布面积分别减少54.16%、59.62%和73.51%。沼泽分布由南向北、由两侧向中心萎缩，且分布趋于破碎化。

苯并（a）芘的微生物降解及其酶蛋白应答研究

本文以苯并(a)芘为目标污染物，探讨了母体化合物BaP及其次生代谢产物的连续降解的方法、降解过程和微生物的酶蛋白应答，并运用种子（小麦、白菜和萝卜）根伸长生长实验，考查了BaP的不同降解时期次生代谢产物造成的复合污染整体效应，旨在探讨BaP及其次生代谢产物的降解影响因素，减少其环境累积，为BaP污染环境的全面修复提供实验依据和理论基础。 在实验条件下，运用HPLC鉴定出真菌FZSY-1降解BaP的同时生成了三个次生代谢产物BP1,6-quinone, BP7,8-diol 和 3-OHBP；同时鉴定出真菌FZSY-2降解BaP的同时生成了两个代谢产物BP1,6-quinone 和 3-OHBP。 驯化微生物与氧化剂（KMnO4）的耦合降解系统对BaP及其代谢产物的连续降解效果好于单纯微生物降解。三个次生代谢产物中，BP1,6-quinone在环境中最易累积。同时提出了微生物与氧化剂协同的作用可以有效促进环境中持久有机污染物（尤其是高浓度，小面积污染）的连续降解。对于FZSY-1与氧化剂（KMnO4）耦合降解BaP，在TW80存在下，与对照（未加TW80）相比，在降解的前期（3天取样），BaP及其代谢产物的降解相对滞后；而在降解的后期（12天取样），BaP及其代谢产物的降解高于对照。 在不同BaP浓度下，检测了四种酶，C120、C230、CAT和PPO。三株细菌的CAT酶活与BaP的浓度无关；三株细菌的C230酶活都比较高；三株细菌的PPO酶活均较低。加入共代谢底物(琥珀酸钠)后，与对照(未加入共代谢底物)相比，C120、C230酶活明显提高。 以BaP以及FZSY-1（BZSY-2）降解BaP不同时期的复合降解产物（BaP，M6，M12，CK）为目标污染物，它们对小麦种子根伸长的抑制作用顺序为：M6﹥BaP﹥M12﹥CK。BaP，M6，M12，CK对白菜和萝卜种子根伸长的抑制作用顺序和小麦相同；同一目标污染物（M6）对这几种供试种子（小麦、白菜和萝卜）根伸长的抑制作用顺序为小麦﹥白菜﹥萝卜；三种植物种子根伸长抑制作用均表现为：真菌的M6﹥细菌的M6，真菌的M12﹥细菌的M12。

科尔沁沙地东南部固沙林土壤磷素研究

土壤养分的持续供应是生态系统可持续性发展的基础，尤其在土壤贫瘠地区。土壤磷素被认为是干旱区生态系统的潜在限制性养分因子，但目前半干旱区土壤磷素的深入研究很少。针对半干旱区生态系统恢复方式、人工防护林可持续性经营等关键问题，本论文旨在弄清处于半干旱区的科尔沁沙地东南部沙地人工林土壤磷素转化的主导过程及影响因素，并从土壤磷素可持续供应的角度来评价研究区生态系统的可持续发展。 以处于无人为干扰下、立地条件基本一致的科尔沁沙地东南部的有代表性的生态系统为研究对象，包括原生植被榆树（Ulmus macrocarpa）疏林草地，退化草地，油松（Pinus tubulaeformis Carr.）人工林、樟子松（Pinus svlvestris var. mongolica）人工林和小叶杨（Populus simonii）人工林。系统全面的研究了土壤磷素状况及其季节变化，并深入探讨了樟子松人工林土壤磷素转化及其影响因素（林龄、密度、土壤冻融）。主要结论如下： （1）研究区风沙土表层0~20 cm全磷（<0.2 g kg-1）和活性无机磷含量（<3 mg kg-1）都极低，有机磷占全磷的50%以上，是土壤磷的主要组分。凋落物分解、有机磷矿化和微生物周转是有效磷的主要来源，与这些过程有关的土壤的生物过程控制着土壤磷素转化。Ca-P（钙结合的磷酸盐）的溶解也是速效磷的次要来源，而Al-P（铝结合的磷酸盐）和Fe-P（铁结合的磷酸盐）是活性无机磷库。凋落物分解对有效磷供应起首要作用（尤其在人工林中），凋落物分解的年磷归还量是10 cm层矿质土壤有效磷供应量的1.7~3.4倍。 （2）土壤含水量是影响土壤磷素供应的关键环境因子，而冻融作用对土壤微生物磷和活性无机磷含量无显著影响。 （3）与各人工林相比，榆树疏林草地具有高效的养分循环和较强的土壤磷素保持能力，其退化大幅度降低了土壤持水能力和肥力。而在退化草地上营造以针叶树种为主的人工纯林及针阔混交林进一步降低了土壤全磷含量。从土壤磷素可持续供应的角度来看，在干旱贫瘠地区不宜营造高密度的人工林。研究区的植被恢复，应该选取磷素利用效率高，而养分周转较快的植被类型。这样，不需要集中的人为管理，就能使生态系统达到一种自我维持的良性循环状态。 （4）樟子松的生长受到土壤磷素供应的限制，当年生叶片无机磷浓度比全磷浓度能更准确、直接地反映土壤供磷水平的变化。为满足林分的需求，樟子松的根系活动能够增强根际微生物和磷酸酶活性以促进有机磷的矿化，同时能降低根际土壤pH值以促进Ca-P的溶解。随着林分的发展，活性无机磷含量无显著变化，但土壤磷库（主要是总有机磷）逐渐耗竭，有机磷的矿化潜力也逐渐降低。这表明，随着林分发展，磷素对樟子松人工林的限制性逐渐增强。 （5）为保证已有人工林的可持续发展，必须通过间伐、保护地被物、施肥来调节养分需求与归还之间的平衡，维持地力，保证土壤养分的持续供应。其中保护林下凋落物尤为重要。为防止地力衰退，该地区樟子松林的最大密度（以每公顷胸高断面积为密度指标）应保持在24.1~26.6 m2 ha-1。

微生物固定化方法修复多环芳烃污染土壤

针对传统游离微生物修复技术的缺点和弊端，提出了采用固定化微生物技术修复受多环芳烃污染的非流体介质的新课题。本文筛选出2株高效降解菌，并进行了固定化载体筛选，优化并确定了3种固定化工艺。通过实验室模拟实验，考察了固定化菌对PAHs污染非流体介质的修复能力，最后通过扫描电子显微镜（SEM）分析，对固定化微环境强化修复机制进行了初步探讨。 细菌芽孢杆菌（Bacillus sp.，SB02）和真菌毛霉（Mucor sp.，SF06）对土壤中的Pyr、BaP降解率高，降解速率快，为高效降解微生物。 碱化后的泥炭土适宜作为细菌固定化载体；玉米芯适宜作为真菌固定化载体；改性后蛭石适宜作为混合菌固定化载体。这些载体来源广泛，成本低廉，工艺简单，安全无毒。 将固定化菌应用于Pyr、BaP污染土壤的修复，考察了初始接种量、环境温度、土壤含水量对固定化菌降解Pyr、BaP的影响，固定化菌对不同系列浓度Pyr、BaP的降解，以及固定化菌在不灭菌土壤中对Pyr、BaP的降解，表明固定化菌对土壤中Pyr和BaP的降解率均高出游离菌20%，固定化混和菌降解效果最好，其次是固定化真菌，再次是固定化细菌。 SEM分析了固定化颗粒的微观结构和微生物在颗粒内部的形态变化，结果表明颗粒内部丰富的疏松多孔结构和巨大的比表面积为微生物提供了适宜的生存空间，使吸附固定化成为可能。 固定化菌对沈抚灌区PAHs污染土壤修复效果非常理想，经过6个月，土壤中总PAHs的去除率达70.3%，高于游离菌。

土壤低剂量PAHs污染生态毒理诊断指标研究

本文探讨了蚯蚓细胞色素P450作为生物标记物诊断土壤低剂量PAHs污染的可行性，主要以蚯蚓P450含量和AHH活性二项指标为主，开展“土壤低剂量PAHs污染敏感生态毒理诊断指标研究”，并结合其它分子毒理诊断指标，通过指示敏感性比较，最终建立土壤低剂量PAHs污染早期诊断的敏感生物标记指标或指标组合，为土壤污染早期诊断奠定基础。 蚯蚓P450含量测定方法研究表明，在强化预处理的基础上，通过微粒体增溶、物理分离和解剖后内脏直接测定等去干扰手段均可实现P450含量的测定。通过三种方法的比较，最终确定内脏直接测定法为最佳方法。在此基础上，对CO通气量进一步优化，确保P450含量的准确定性和定量。 低剂量PAHs胁迫下蚯蚓细胞色素P450响应研究表明，P450含量和AHH活性两指标随暴露时间的增加总体上表现为“先诱导后抑制”的响应规律，且响应因PAHs的不同而存在差异，对芘的指示效应最强，荧蒽次之，菲最弱，与其毒性大小相关。其中，AHH对PAHs的指示作用优于P450含量，两指标的响应情况显示了它们作为生物标记物的可行性。为增强污染诊断的灵敏性和有效性，可将蚯蚓P450含量和特异性同工酶活性联合，彼此互为补充，共同应用于土壤污染生态毒理诊断中。 低剂量PAHs胁迫下，参比指标的响应情况与P450相比结果显示，P450含量和AHH活性的指示效应最明显；SOD和POD活性的指示次之；GST和CAT活性虽表现出指示效应，但并不是对三种PAHs都具有指示效果；MDA含量对低剂量PAHs的指示性最差。不同指标对污染物的指示敏感性存在差异，因而在进行土壤污染生态毒理诊断时，应选用多指标联合，彼此相互补充，以适应不同污染状况下的污染诊断。酶活性对毒物暴露的响应在时间上是一个动态变化过程，单一时段的暴露结果可能不足以揭示污染物的毒性效应，选择多时段检测对污染暴露的灵敏指示尤为重要。 应用蚯蚓生化指标对沈阳污灌区土壤进行毒性诊断，结果表明P450、AHH、GST、POD和CAT五个指标通过不同时段的检测均可对供试土壤显示出指示效应；而SOD和MDA两指标均出现“漏诊”现象。同实验室条件下低剂量污染情况相比，P450含量和POD的指示效果在两种情况下均较好；AHH、SOD在实验室条件下的指示更为优越；而GST、CAT和MDA更适合于污染物复杂的实际土壤诊断。研究结果从实际应用的角度再一次证实，任何一种指标若采用单时段的检测均存在其污染诊断的“盲区”。在进行实际环境污染诊断时，采用多指标和多时段检测是不可或缺的。

土壤中PAHs的光催化降解动力学及机制研究

本文以土壤为介质，以三环的菲（Phe）、四环的芘（Pyr）和五环的苯并[a]芘（BaP）为目标污染物，研究了紫外灯照射下土壤中多环芳烃（PAHs）的降解，并以半导体纳米TiO2和Fe2O3为催化剂研究了土壤中PAHs的催化降解，对光降解及光催化降解的动力学进行了研究，在室内条件下考察了土壤条件和环境因子对光降解及光催化降解PAHs的影响；研究了太阳光照条件下土壤pH值对光降解和催化降解的影响和腐殖酸对光降解的影响；初步探讨了纳米TiO2催化光降解土壤中PAHs的机制。 研究结果表明：土壤中PAHs的紫外光降解符合一级动力学模型，土壤中PAHs光降解与土壤厚度呈显著负相关，土壤粒径对紫外光解PAHs有显著影响，温度从20 ℃升高到30 ℃，光解速率逐渐增加，在PAHs污染土壤的光降解中腐殖酸起敏化作用，随着紫外辐射强度的增加，光降解速率加快。 纳米TiO2和Fe2O3均能促进土壤中PAHs的紫外光降解，PAHs光催化降解符合一级动力学模型，在酸性和碱性土壤条件下，光催化降解PAHs的速率均高于中性，在不同光质条件下，TiO2 、Fe2O3催化光降解PAHs的速率发生变化，随着紫外辐射强度的增加，光催化降解速率常数增加，半衰期减少；腐殖酸促进TiO2 、Fe2O3催化土壤中PAHs的光降解，腐殖酸在这个过程中起着敏化作用。 在太阳光照射下酸性和碱性土壤中PAHs的降解快于中性，PAHs污染土壤中在加入腐殖酸后光降解速率加快，在酸性条件下催化降解最快，在碱性和中性条件下相差不大。 土壤中PAHs存在着PAH的光致电离、电子向O2的转移的两种降解途径；在有催化剂TiO2条件下，由于催化剂在光照后形成的电子-空穴能够氧化还原污染物，PAH的光致电离、电子向O2的转移的引起的降解，共同促进了土壤中PAHs的光催化降解。

中国急流牙甲族的系统学研究

急流牙甲族Sperchopsini属于鞘翅目Coleoptera牙甲科Hydrophilidae的水牙甲亚科Hydrophilinae，共包括五属，即水龟虫属 Hydrocassis、革牙甲属 Ametor、Sperchopsis、Anticura、Cylomissus，世界共计有25种，我国分布有2属18个种。 本文回顾了水甲虫、牙甲科以及急流牙甲族的研究简史；综述了水甲虫在分类学、保护生物学、形态学、遗传学、分子生物学等方面研究进展，总结了水甲虫与生态因子的关系以及水甲虫作为生态系统健康指示物的可行性。还简要介绍了昆虫分子系统学，以及细胞色素氧化酶亚基I（COI）和rDNA内部转录间隔区（ITS）在昆虫学研究中的应用。 通过对收集到的700余号急流牙甲族的标本观察和分类研究，发现了一新种（内蒙水龟甲Hydrocassis mongolica sp.nov.）。并且对已知全部种类重新作了描述，特别是长茎革牙甲 Ametor elongatus雄性外生殖器部分，首次对7个种类（长茎革牙甲 Ametor elongatus、粗革牙甲 Ametor scabrosus、帝水龟甲 Hydrocassis imperialis、伪舟水龟甲Hydrocassis pesudoscapha、条纹水龟甲Hydrocassis scapulata、舟水龟甲 Hydrocassi scapha、四川水龟甲Hydrocassis sichuana）的雌性个体进行了描述。编制了急流牙甲族的分属、分种检索表。 采用支序分类学的方法对中国急流牙甲族种类的系统发育关系进行探讨。结果显示革牙甲属内的A. latus、A. rudesculptus、A. rugosus 及A. scabrosus 构成单系（不包括A. elongates），支持皱革牙甲A. rugosus和A. latus属于革牙甲属。水龟虫属内H. anhuiensis、H. baoshanensis、H. lacustris、H. pseudoscapha、H. scaphoides、H. scapulata、H. sichuana、H. taiwana、H. uncinata、H. schillhammeri构成一个单系。水龟虫属包括两大类群，一类群包括H. anhuiensis、H. lacustris、H. scapulata、H. sichuana 、H. taiwana，另一类群包括H. baoshanensis、H. scaphoides、 H. schillhammeri 、H. uncinata。两类群的不同之处在于后一类群的阳基侧突上有一齿状凸起。 测序了H. scapulata、H. sichuana和H. mongolica雌雄各一个个体的COI和ITS2序列。全部的COI基因序列为828bp，编码275个氨基酸。H. scapulata的ITS2序列有446bp，H. sichuana的有456bp，H. mongolica的有455bp。用MEGA 3.1计算比对距离（pairwise distances）和构建邻近系统树。结果显示对于COI，种内的比对距离分别是0(H. scapulata)、0.008(H. mongolica)、0.004(H. sichuana)，种间的比对距离在0.024-0.045之间。对于ITS2，种内的比对距离分别为0.005(H. scapulata)、0(H. mongolica)、0.007(H. sichuana)，种间的比对距离在0.028-0.047之间。H. sichuana和新种间的比对距离在0.024-0.037(COI)和0.044(ITS2)。比对距离揭示出种内低于0.008，种间在0.024-1.078之间。因而，它们之间应该是种间关系而不是种内的关系。COI数据集和ITS2数据集所构建的系统树存在一定的差异，前者显示四川水龟甲和条纹水龟甲是姐妹种，后者显示新种和条纹水龟甲是姐妹种。总之，在内蒙古自治区发现的为一新的物种。

污染土壤中镉、铅的活化及植物有效性研究

以草甸棕壤作为供试土壤，通过盆栽实验、模拟实验及吸附-解吸实验对影响镉、铅活化和植物有效性的主要因素，如施肥、老化、淹水、有机酸、无机阴离子与土壤污染负荷等因素进行系统的研究，得出以下结论： 肥料的种类、施用水平不同对小麦生长及镉、铅的植物有效性的影响亦不相同。增施氮肥提高了镉、铅的植物有效性；磷肥和钾肥可缓解镉、铅对小麦的毒害作用，并能显著抑制小麦对铅的吸收。低磷时降低了小麦对镉的吸收，而高磷时提高镉的植物有效性。钾肥可降低镉的植物有效性。 随老化时间的增长，镉存在着由交换态SE，铁锰氧化物结合态OX向碳酸盐结合态WSA，有机结合态OM，残渣态RES转化的趋势；而SE，OX，OM态铅有向WSA，RES转化的趋势。淹水处理引起土壤Eh值下降、pH值上升；降低镉、铅的迁移性，在持续淹水过程中，土壤中SE镉（铅）占总量的百分比明显下降，而其他四种形态的比例上升。 土壤中镉、铅的解吸率与有机酸和无机阴离子的类型、浓度密切相关。柠檬酸、草酸、组氨酸对Cd、Pb的浸提能力为：柠檬酸﹥草酸﹥组氨酸。C1- 、SO42- 、F- 对解吸土壤中镉、铅的影响力顺序分别是：C1- > SO42- > F-；SO42- > C1- > F-。 不同污染负荷的土壤Cd2+ 和Pb2+吸附动力学行为以及解吸动力学过程的最优拟合模型均为双常数方程，其次为Elovich方程，最差模型是一级动力学方程。

东北森林净第一性生产力对气候变化的响应

研究森林净第一性生产力（NPP）对全球气候变化的响应，是了解全球气候变化与森林生态系统相互作用关系的关键。本文在分析长白山、丰林、呼中三个研究区气候变化特征的基础上，运用生态系统过程模型PnET-II模型,模拟东北主要森林的NPP过去43年来的动态，并结合动态GCM结果（CGCM2）预测未来一百年东北主要森林NPP的变化趋势。通过与实测数据和文献资料的对比，结合模型敏感性和不确定性分析，验证和探讨了模拟结果的准确性。主要结论如下： （1）近43年的气候变化趋势表明，三个研究区的气温都有上升趋势。丰林和长白山地区20世纪90年代后期增温明显，但降水减少，表现出暖干化趋势。呼中地区90年代后的降水减少趋势并不明显,表明东北的暖干化趋势存在地区差异。未来近100年气候变化趋势预测表明，三个研究区的日最低温和日最高温都有明显的增加趋势，日最低温的增幅大于日最高温。未来100年气温变化可分成两个阶段，21世纪前半叶温度增幅较小，而后半个世纪增速明显加快。与温度的增加趋势相反，21世纪光合有效辐射有明显的下降趋势。三地的降水在21世纪都有增加,但具体年际变化趋势有差异。这些与森林生长密切相关的气候因子的变化，将会给该地区的森林生态系统带来深刻的影响。 （2）模型估算三个地区主要森林NPP值,过去43年来有下降趋势，但不显著，而且存在年代际间波动。未来一百年，随着气候变暖，三地所有森林的NPP值都有不同程度的降低，2050年前NPP变动幅度较小，2050年后有较明显的减少趋势。 （3）模拟CO2浓度增加和气候变化对NPP的双重影响，丰林和长白山的红松林和硬阔林的NPP有不同幅度的增加，而云冷杉林和落叶松的NPP都减少。气候变化对云冷杉和落叶松林的生产力影响较大。 （4）植被参数的敏感性分析表明，与光合作用有关的植被参数对NPP的预测结果影响较大；对气候参数的敏感性分析表明，森林NPP对温度的反应敏感。 （5）通过与实测值的比较，结果表明PnET-II模型能较准确地估算东北森林净第一性生产力；与其它已有文献的比较其结果表现不一，其中一个重要原因可能是PnET-II模拟时未考虑氮碳循环过程导致。

杉木人工林凋落物对土壤碳平衡的影响

土壤碳循环过程是目前全球碳源碳汇研究的核心，目前对土壤碳循环过程和机制的研究还十分缺乏。杉木人工林约占我国人工林面积的1/4，由于近几十年经营管理措施不当，土壤有机碳的下降已经成为不争的事实，极大地影响了杉木人工林生产力的可持续发展。本研究通过对杉木人工林土壤有机碳来源、分解和释放动态的区分量化，结合13C标记示踪试验，开展了杉木凋落物分解对土壤有机碳平衡影响的研究，为土壤碳平衡和转化机理及杉木人工林的可持续经营提供了可靠的理论依据。通过系统的研究，得出以下结论： ⑴估算了典型杉木人工林土壤碳的周转状况，研究发现典型杉木人工林土壤碳更新较慢。土壤碳年输入量、形成量、转化量、输出量和贮存量分别为2.79 t hm-2、1.58 t hm-2、2.04 t hm-2、4.57 t hm-2、113.21 t hm-2。其中在土壤碳年排放量中矿质土层呼吸、根呼吸、凋落物层呼吸碳分别占土壤碳总排放量的50.6%、26.0%、23.1%。 ⑵计算了凋落物分解对土壤碳平衡的贡献。不同器官凋落物在土壤中的矿化释放碳量和进入土壤碳库量均随着凋落物易分解性的增大而增大，并且各器官凋落物分解以CO2-C释放最多，以微生物量碳存在的量次之，以可溶性碳存在的量最少。年均温16.5 ℃条件下培养100天，分别来自于叶、枝、细根、粗根有机碳的13.81%、9.26%、5.74%、4.62%被矿化释放，占总CO2-C释放量的比例分别为43.7%、37.2%、31.9%、29.0%。同时不同器官凋落物依次有3.05%、3.26%、2.24%、1.84%存在于土壤微生物碳库，占总微生物量碳的比例分别为12.9%、14.3%、10.5%、8.8%；不同器官凋落物依次有0.62%、0.62%、0.31%、0.24%存在于可溶性有机碳库，占总可溶性有机碳的比例分别为3.99%、4.10%、2.13%、1.73%。 ⑶不同器官凋落物进入土壤对土壤碳排放的激发效应不同，叶、枝、细根、粗根加入土壤产生了正激发效应，激发率依次为6.6%、7.0%、2.2%、2.8%。并且土壤风干－湿润过程影响了凋落物在土壤中的分解和转化过程。土壤风干－湿润使起始矿化底物库增大，培养初期凋落物分解速率上升，同时土壤原有机碳矿化速率降低，微生物对凋落物碳的利用以及凋落物对可溶性有机碳的贡献下降。 ⑷凋落物碳在不同轻组密度组分中的分布不同，但各器官凋落物间无明显差异，均为中等密度自由轻组最多，其次为最小密度自由轻组，最少为闭蓄轻组。室外培养224天，结果表明叶、枝、细根、粗根凋落物在各密度组分中的分配情况为：<1.0 g cm-3自由轻组中16.5~19.1%，1.0~1.8 g cm-3自由轻组中56.8~65.2%，闭蓄轻组中残留5.7~6.9%，其余的9.9～21.0%被矿化损失。研究还表明，凋落物粉碎添加方式能改变其在土壤组分中的分布比例，倾向于向较重的密度组分中分布而被保护起来利于有机碳的积累。

沙蚕(Nereis diversicolor )耐铜、镉和石油烃污染的分子生态毒理学研究

沙蚕作为海陆交错带的关键性物种，常被作为环境污染的指示生物。沙蚕生态毒理学已成为生态毒理学研究中又一大有发展前途的研究方向，而有关其耐受高污染胁迫机理的研究则会促进其在生物修复等应用技术领域的发展。针对目前国内外对耐受性机理研究较少的这一现状，并根据我国近岸海域污染的客观事实，本研究确立了以重金属Cu/Cd和有机物石油烃为主要污染物的沙蚕耐污染毒理效应研究，从分子生态毒理学角度对其耐受机制进行探讨。 本研究所采用的三种单一污染物对沙蚕均具有潜在的生理毒性，根据半致死剂量的高低确定毒性强弱顺序依次为：石油烃>Cu>Cd。乙酰胆碱酯酶对石油烃毒性效应的灵敏性明显强于重金属，可溶性蛋白对三种污染物毒害响应的敏感性则较差。两种不同类型的重金属均可以诱导MT的合成，污染物与解毒系统之间存在时间－效应和剂量－效应关系，但当达到一定浓度时MT基本达到饱和，并维持某一稳定水平。沙蚕对重金属和石油烃均表现出显著的生物富集现象。 重金属Cu/Cd和石油烃的联合作用对沙蚕的毒性效应与污染物浓度组合有关，在高浓度石油烃组合中，两种污染物表现出拮抗作用，重金属对于石油烃所引起的神经毒性有钝化作用，而以可溶性蛋白含量作为单一指示则表现出一定的局限性。石油烃不能显著诱导沙蚕MT的合成，但与重金属Cu/Cd联合作用时能够显著影响MT含量。沙蚕对不同污染物的生物富集受两者浓度组合关系的影响。 根据以上结果推测沙蚕耐受重金属的机制可能与MT的解毒功能有关，因此通过分子生物学手段获得了沙蚕金属硫蛋白基因的部分cDNA序列，该序列长度为287bp，编码65个氨基酸，富含Cys达24.2%。但有关其全序列基因的研究还有待进一步深入。

氮沉降对长白山森林表层土壤碳氮周转过程的影响

在大气CO2升高和氮(N)沉降增加等全球变化背景下，N元素对生态系统碳(C)、N元素周转过程的影响开始引起越来越多的关注。作为陆地生态系统C库重要组成部分的森林土壤，也逐渐成为研究的重点之一。 本文选择长白山地区典型森林生态系统表层土壤和凋落物，利用人工施N，在实验室控制条件下，模拟N沉降对森林土壤表层C、N元素周转过程影响。旨在从微观上揭示N沉降对凋落物和土壤表层腐殖质分解过程中C、N元素周转过程和土壤C库的影响，主要结论如下: (1) 外源N输入加快了凋落物早期的分解。阔叶树种（岳桦 Betula ermanii、蒙古栎 Quercus mongolica、椴树 Tilia amurensis）的凋落物的分解速度明显快于针叶树种（红松 Pinus koraiensis、鱼鳞云杉 Picea jezoensis）。凋落物的木质素含量是控制其分解速度的主导因子。 (2) N添加对凋落物可溶性有机C（DOC）淋失没有显著影响。DOC淋失主要受凋落物基本性质的控制。阔叶树种的凋落物DOC淋失量明显高于针叶树种。 (3) 不同植被下的土壤性质和C、N周转过程有较大的差异，岳桦林下土壤的微生物生物量和N矿化速率都显著高于暗针叶林，而土壤的C矿化量却低于暗针叶林。岳桦林土壤的DOC和DON淋失量也高于暗针叶林。 (4) N添加显著降低了森林表层土壤的呼吸速率。外加氮对土壤DOC淋失的影响存在一个平衡点，过高的N输入可能加快土壤中DOC的分解速度，降低DOC的淋失量。 研究结果表明，尽管长白山森林生态系统还没有达到“N饱和”，但不断升高的N沉降水平将对长白山典型森林生态系统土壤的C、N元素的周转过程产生较大的影响。但要全面评估N沉降对长白山地区森林土壤C库的影响，还需在野外进行长期定位研究。

辽东次生林土壤呼吸及主要组分分离与量化

土壤呼吸是森林生态系统碳循环的重要组成部分，对土壤呼吸的主要组分根系呼吸和土壤微生物呼吸进行分离并量化，对于了解土壤碳释放规律、估算生态系统土壤碳的年际通量以及预测气候变化条件下根系或土壤微生物对土壤碳释放格局的影响具有重要意义。本文采用挖壕法测定辽东山区蒙古栎林、杂木林和胡桃楸林的土壤表面CO2通量，并同步分析土壤水热因子及土壤有机质、N含量、根系生物量、土壤酶活性、土壤微生物生物量等。研究结果表明：（1）辽东山区次生林0-10cm土壤有机质含量为9.29-18.15%，全氮含量为0.43-0.90%，pH值为5.67-6.19；次生林生长季细根生物量平均为152.61- 447.79 g/m2，粗根生物量平均为255.42-507.42 g/m2，根系总量平均为540.93-955.22 g/m2；土壤酶活性季节变化明显，且具垂直分布特征，蒙古栎林的土壤转化酶、淀粉酶和脱氢酶活性最高，胡桃楸林最低，胡桃楸林过氧化氢酶活性相对最大；土壤微生物量碳、氮的季节变化呈明显的单峰曲线并与土壤温度相关，土壤微生物量碳氮之间具显著相关性（P<0.05）。（2）次生林土壤总呼吸、根呼吸和土壤微生物呼吸具明显的日、季变化规律，生长季根呼吸贡献相对较低，胡桃楸林根呼吸贡献率为34.0-34.8%，蒙古栎林为17.9-28.4%，杂木林为14.7-35.3%；土壤微生物呼吸贡献率为66.0-85.3%，高于根呼吸贡献率，说明辽东山区次生林土壤微生物呼吸决定土壤总呼吸的变化趋势。（3）土壤呼吸与地下5cm土壤温度呈指数函数关系，土壤总呼吸的Q10值为1.29-2.30，微生物呼吸的Q10值为1.28-2.09，根呼吸的Q10值为1.29-3.72；土壤总呼吸、微生物呼吸、根呼吸与土壤含水量均无明显相关关系；蒙古栎林根呼吸与细根生物量显著相关，杂木林根呼吸与粗根生物量及根系总生物量显著相关，胡桃楸林根呼吸与根系生物量总量显著相关（P<0.05）；微生物呼吸与淀粉酶、转化酶、脱氢酶、过氧化氢酶均无显著相关性（除胡桃楸林与过氧化氢酶显著相关）；微生物呼吸与土壤微生物量碳、氮均呈显著线性相关关系（P<0.05）。（4）蒙古栎林土壤总呼吸、根呼吸、土壤微生物呼吸年际碳释放量分别为572.78、147.78和425.59 g C m-2a-1，杂木林分别为403.12、108.92、297.51 g C m-2a-1，胡桃楸林分别为519.47、173.75、345.72 g C m-2a-1；生长季和非生长季通过根呼吸释放的碳量均小于分解土壤有机质的微生物呼吸释放的碳量，非生长季次生林土壤碳释放量为39.21-152.04 g C m-2a-1，占全年呼吸总量的10-29%，说明冬季土壤碳释放量不能忽略。