黄土高原侵蚀区长芒草对坡地土壤水分养分的影响

在黄土高原神木六道沟流域选相邻退耕坡地和裸地,均匀布点采样结合室内分析,采用SPSS处理数据,研究30龄长芒草(Stipa bungeana)对土壤水分、养分的影响。结果表明:在长芒草根系分布区土壤水分下降很快,并且形成干层,其中40~60 cm含水量均低于5.5%,最低达3.2%;同时,长芒草可使土壤养分在表层累积,而降低20~50cm土层处养分含量;全氮、全磷、有机质、硝态氮和铵态氮含量均随土层的加深而降低。

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。

长白山阔叶红松林内木质物残体的生态学研究

木质物残体（WD）在维持森林生态系统生物多样性、稳定性，参与森林生态系统养分循环、碳循环，促进群落更新演替及生态系统平衡等方面发挥重要作用。 本文以长白山阔叶红松林为对象，研究森林类型及采伐干扰如何影响林内WD相关特征，量化主要树种粗死木质物残体（CWD）分解规律，结果表明：（1）不同森林类型内WD的树种种类均由几个不同优势树种控制，其存在形式、径级分布和腐烂级分布均显著不同；（2）WD数量和贮量在森林采伐后表现出明显的先降低再升高再降低的变化趋势，其中CWD变化明显；（3）随着森林演替的进程，轻度腐烂的WD（1级、2级）表现为采伐初期增加，随后逐渐减少，而深度腐烂的WD（4级、5级）表现为采伐后初期减少随后增加，中度腐烂的WD（3级）在整个演替的过程中变化不明显；（4）随着腐烂级别加深，各个树种WD的密度、C、N、P、K、Ca、Mg含量均发生规律性的变化，C/N比值不断下降；（5）CWD分解释放CO2通量在不同树种间存在差异，并与CWD含水量之间存在显著的负相关。整个生长季节CWD分解释放CO2通量呈现比较一致的先升高后降低的单峰曲线格局，其峰值均出现在7－8月，因树种不同而有一定差别，与温度的变化趋势一致而与含水量的变化相反。在上述研究基础上，本文探讨了长白山阔叶红松林内WD管理对策及未来发展方向，为森林经营工作提供科学的理论依据。

杉木连栽致害真菌拮抗菌Bacillus subtilis3728的研究

杉木是我国重要的速生丰产树种，分布在北纬21°41′到33°41′，东经102°到122°的广大地区，杉木人工林面积约占我国人工林总面积的1/4，随着连栽代数的增加，土壤中毒和生产力下降程度日趋严重。 本论文以分离自与红树林、珍珠贝、海兔子、海绵、软珊瑚等与海洋动、植物共栖或共生存的106株海洋微生物(54株放线菌，52株细菌)为资源，以杉木连栽致害真菌尖孢镰刀菌萎蔫专化型(Fusarium oxysporum f.sp.vasinfectum)菌株SF2为靶菌，通过平板对峙试验和土壤原位定殖试验，筛选到一株分离自红树林木榄(Bruguiera gymnorrhizo)根际土壤的海洋细菌3728菌株；该菌对SF2具有很强抑菌活性，能够高密度在杉木根际土壤中定殖，对杉木幼苗的生长有一定的促进作用。采用传统的细菌学和分子生物学的鉴定方法对其进行了菌种鉴定，为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。 通过对抗菌谱的研究，发现海洋细菌3728除了对杉木连栽主要致害真菌尖孢镰刀菌萎蔫专化型菌株SF2有很强的抑菌活性外，对大豆连作致害菌 (Penicillium purpurogenum)，棉花枯萎病菌(Fusarium oxysporum)，棉花立枯病菌(Rhizoctonia solani)，大豆根腐病菌(Fusarium solani)以及小麦赤霉病菌(Fusarium graminerum)等也有较强的抑制作用。室内模拟试验还表明，在土壤中接种海洋细菌3728后，能够明显增加土壤中氨化细菌和氨化真菌的数量，能够增加土壤中功能性微生物——纤维素分解细菌和纤维素分解真菌的数量和种类，增强了纤维素分解能力。再添加C/N比较低的白三叶草凋落物，土壤中氨化细菌、氨化真菌的数量继续增加，土壤纤维素分解能力更显著提高。这为进一步开展对杉木连栽障碍的生物调控试验，提供了一定的科学依据。

杉木人工林土壤有机碳动态及其稳定性研究

土壤有机碳的动态和稳定性是陆地生态系统碳循环和全球气候变化研究中的关键问题。人工林土壤有机碳受到气候条件、植被组成、植物生长发育过程以及人类干扰等多种因素的影响，其动态变化过程和稳定机制具有一定的特殊性。本研究以亚热带典型杉木人工林生态系统为研究对象，通过活性有机碳分析、酸水解和密度分组等方法将土壤有机碳分为周转速率不同的碳库，考查杉木人工林各土壤碳库在不同时间尺度上的动态变化，并通过分析找出杉木人工林土壤有机碳损失的主要途径和恢复的可能性。为准确评价杉木人工林土壤碳库的稳定性和可持续经营提供科学依据。通过系统的研究，得出以下结论： (1) 溶解性土壤有机碳和微生物生物量碳（MBC）含量具有明显的季节差异。土壤水溶性有机碳以夏季最高，杉木人工林最低值出现在秋季，常绿阔叶林和火力楠纯林则出现在冬季。土壤MBC均在秋季最高，冬季和夏季较低。从春季到秋季，土壤热水浸提有机碳（HWC）和碳水化合物（HWcC）含量持续降低；转入冬季以后，HWcC含量继续降低，而HWC含量只有常绿阔叶林继续降低，两种人工林略有升高。因此，土壤活性有机碳的季节变化规律受到植被类型的影响。 (2) 总体而言，杉木人工林从幼林阶段至成熟林阶段是一个土壤有机碳积累的过程。在杉木人工林发育的初期，土壤微生物数量、活性及其对底物的利用效率均较低，各碳库的含量呈减少的趋势，但土壤有机碳自身的顽固性增强；随着杉木人工林发育成熟，土壤微生物数量、活性及其对底物的利用效率均明显增加，土壤有机碳自身的顽固性减弱，各碳库含量则有所增加或趋于稳定。但与幼林阶段相比，成熟阶段土壤有机碳自身的顽固性增强，物理保护程度减弱。 (3) 在杉木纯林取代常绿阔叶林及其连栽过程中，土壤总有机碳含量逐渐降低，二代与三代纯林之间趋于平稳；活性碳库I (LP I)、顽固性碳、各密度组分有机碳含量、土壤微生物量、活性及其对底物的利用效率明显降低，生态系统不断退化。常绿阔叶林土壤有机碳顽固性指数显著高于杉木纯林。随着杉木连栽代数的增加，土壤有机碳顽固性并没有明显的变化，但受到的物理保护作用逐渐增强。而且土壤中非纤维素碳水化合物含量逐渐减少，而纤维素及其占总碳水化合物的比例逐渐增加，即生物有效性降低。 (4) 杉木人工林随着连栽代数的增加，土壤C贮量下降的数量和幅度均降低，表明其土壤有机碳库趋于稳定。 (5) 杉阔混交和杉阔轮栽模式均可显著增加土壤活性有机碳的含量和比重，提高土壤微生物对底物的利用效率，促使生态系统趋向成熟和稳定，有利于土壤生态功能的恢复和杉木人工林的可持续经营。 (6) 在不同植被类型和人为干扰条件下，热水浸提有机碳占总有机碳的比例（HWC/SOC）是表征土壤生物活性有机碳库周转的较好指标，可以用来指示土壤生物活性有机碳库的动态变化。纤维素占总碳水化合物的比例（LP II/ (LP I + LP II)）能够一定程度上反映人为干扰对土壤有机碳质量的影响，可以作为森林土壤有机碳生化质量的指标。碳库管理指数（CMI）可以反映森林生态系统土壤微生物对底物的利用效率，而碳库指数（CPI）则与活性有机碳的周转速率密切相关。

落叶松人工林养分循环与养分利用效率研究

通过对抚顺市温道林场20、53和69年生长白落叶松（Larix olgensis）人工林生物量和营养元素的积累与分配、养分利用效率和养分再吸收效率、养分生物循环的研究，探讨了长白落叶松生长发育不同阶段的养分生态学特征；对东北林业大学帽儿山实验林场17年生兴安落叶松（Larix gmelinii）人工林进行5年的施肥（NH4NO3，15 g•m-2•a-1），研究了施肥对人工林养分生物循环的影响。结果表明： （1）20、53和69年生单株落叶松生物量分别为33.14 kg•tree-1、311.42 kg•tree-1和408.46 kg•tree-1，随林龄的增长而增加。各器官生物量的分配格局为：树干>根>树枝>树皮>针叶。树干生物量的分配比例为50.16%~69.20%，随林龄的增长比例增大，而其他器官生物量的分配比例则逐渐减小。20、53和69年生单株落叶松净生产力分别为3.04 kg•tree-1•a-1、9.68 kg•tree-1•a-1和10.21 kg•tree-1•a-1，随林龄的增长而增大。针叶和树干的净生产力最大，分别占整株林木净生产力的40.07%~47.93%和27.32%~40.97%，并且随林龄的增长而增大。树枝、树皮和根的净生产力则表现出随林龄的增长呈抛物线状。 （2）20、53和69年生单株落叶松N、P、K、Ca、Mg等5种营养元素的总贮量分别为308.14 g•tree-1、2021.01 g•tree-1和2485.24 g•tree-1，随林龄的增长而增加。5种营养元素的贮量大小为：Ca>N>K>Mg>P。树干养分贮量的分配比例为19.74%~34.23%，随林龄的增长呈抛物线状。针叶、树枝和树皮的养分贮量占整株林木养分贮量的比例为35.16%~45.59%，建议在采伐木材时实施去皮、打枝等措施，留下针叶、树枝和树皮在林地中，让其自然分解以使营养元素重新归还利用，对于维持林地的养分平衡和长期生产力具有积极作用。 （3）20、53和69年生单株落叶松年吸收养分量分别为35.31 g•tree-1•a-1、97.83 g•tree-1•a-1和100.08 g•tree-1•a-1，随林龄的增长而增加。5种营养元素的年吸收量大小为：Ca>N>K>Mg>P。落叶松的养分利用效率随林龄的增长而增大，但生长到一定年龄阶段后，其养分利用效率逐渐趋于稳定。落叶松的最佳采伐年龄应为养分利用效率保持稳定时的年龄，此时采伐单位干材所带走的林地养分量较少。不同营养元素的利用效率不同，P的利用效率最高，Mg、K次之，N、Ca最低。不同器官的养分利用效率不同，树干的养分利用效率最高，其次是根、树枝、树皮，针叶最低。随着林龄的增长，树干和根的养分利用效率增大，而树枝和树皮的养分利用效率减小。 （4）落叶松叶片的N再吸收效率为50.76%~55.11%，随林龄的增长表现出增大的趋势；P和K再吸收效率分别为64.38%~68.85%和87.85%~90.62%，随林龄的增长表现出减小的趋势。从养分利用效率和养分再吸收效率综合判断，本研究区落叶松生长可能受土壤N、P、K供应的限制，3种营养元素的限制作用大小为：K>P>N。 （5）落叶松人工林养分的年吸收量、年存留量和年归还量分别为51.94~78.35 kg•hm-2•a-1、17.77~29.43 kg•hm-2•a-1和34.18~48.92 kg•hm-2•a-1，均随林龄的增长而减少，这与林分密度逐渐减小有关。5种营养元素的年吸收量和年存留量大小均为：Ca>N>K>Mg>P，年归还量大小为：Ca>N>Mg>K>P。落叶松人工林的养分循环速率为0.624~0.658，随林龄的增长而增大。5种营养元素的循环速率以Mg、N最快，Ca、P次之，K最慢。K的循环速率较低，可能与研究区土壤K含量较低而表现出的K再吸收效率较高有关。 （6）施肥导致落叶松叶片N再吸收效率显著降低，而凋落叶片的N浓度显著增加，从而使凋落叶片的C/N比由80.29降低到60.29。施肥林地凋落叶片C/N比的降低使其分解速率加快，有利于其养分归还土壤，从而加快了系统的养分循环速率，提高了系统的养分利用率。因此，在人工林经营中，施肥不仅能提高林地生产力，而且对于维持林地养分循环具有积极作用。

马尾松人工林针叶养分动态与养分迁移机制

养分再吸收是植物保存养分的重要机制之一,对植物的生长、竞争和适应性等产生重要影响。国外对养分再吸收的研究集中于比较不同生活型或不同立地条件对养分再吸收的影响，且多为静态研究，而通过动态研究能较全面的认识植物养分再吸收特征。马尾松是我国南方主要造林树种之一，国内对马尾松林养分循环的研究主要集中于养分分布和养分外循环，而对养分内循环的认识还十分有限。本文以马尾松为研究对象，分析了马尾松的养分动态和养分回特征，并在试验研究和文献资料检索的基础上对养分再吸收的机制进行了讨论，结果表明： 1)10年生马尾松不同器官N、P、K含量表现为：叶＞果＞根＞枝；枝的P、K养分再吸收效率和叶无显著差异，但N的再吸收效率叶＞枝，由于枝的养分含量占全树养分含量较大比重，因此营林过程中利用自然整枝将有利于提高林分养分利用效率；成熟叶N、P养分含量随针叶衰老逐渐下降，落叶前后比叶质量平均下降20.5%，物质回收突出，反映了马尾松养分利用效率高；养分再吸收效率生长期比较稳定，落叶期达到最大值；根系和土壤养分在8月均有一低谷，这可能与该时期马尾松生长旺盛，养分需求较多有关；养分再吸收效率与土壤、根系、叶片养分之间缺乏相关性，马尾松新叶生长获得养分的两条途径(养分回收和根系吸收)没有表现出此消彼涨的现象，这可能与根系养分含量变化较小，还不足以通过统计分析表现出来有关。 2)由于针叶凋落前存在物质回收，3个林龄(10、23、45龄)马尾松针叶凋落后的平均质量、长度和单位长度质量分别下降了15.9%、4.6%和13.9%；不同林龄马尾松单叶N、P、K平均50%以上被回收，养分再吸收效率和转移度均随林龄先增后减，与生长规律密切相关，这是因为23龄马尾松生长旺盛，养分需求比较多，导致养分再吸收效率和转移度比其它林组高；各林龄阶段P转移度都较高，可能与该地区土壤P缺乏有关。以单位质量养分含量和单位长度养分含量所计算的养分再吸收效率偏低，但不显著，因此，对于类似于马尾松的针叶树种，在研究养分再吸收效率时，可以应用易于操作的基于质量浓度的养分再吸收效率。 3)通过绿叶N/P所反映的N、P养分的相对限制性影响了植物对N、P的利用特征，并以马尾松和樟子松为例证实了这种关系的存在；常绿植物和落叶植物随N的限制性增强，N的再吸收效率、转移度、利用效率随之升高，反之亦然；常绿植物随P的限制越强，P的再吸收效率反而降低，反之亦然，这可能与常绿植物P含量低有关；常绿植物P的再吸收水平和利用效率与P的限制性没有关系；落叶植物随P限制性增强，P的再吸收水平和利用效率随之升高，反之亦然，但P的限制性与P的再吸收效率没有关系；N/P与N和P利用特征的关系对于指导适地适树有实际意义，在土壤N含量比较低的立地，选择N/P高的植物，将有利于提高N的养分利用效率，反之，在P含量比较低的立地，选择N/P高的植物将有利于提高P的利用效率。

长白山阔叶红松林生态系统碳密度对采伐干扰的响应研究

本研究以长白山地区原始和次生的阔叶红松林为对象，在2007和2008年共建立了8种类型10块1 ha样地。通过野外调查和取样分析，得到各样地森林生态系统的植物、枯死物和土壤碳密度值，并结合采伐样地经营历史情况（采伐时间和强度），得到长白山地区原始阔叶红松林生态系统碳密度参考值和次生阔叶红松林生态系统碳密度对采伐强度和植被恢复时间的响应特征。在此基础上，通过建立阔叶红松林乔木碳密度与生态系统碳密度的回归关系，并结合露水河林业局3个时期（1987、1995和2003年）的小班数据和原始林碳密度参考值，估算露水河林业局林业用地3个时期和潜在的碳储量。主要研究结果如下： （1）原始阔叶红松林生态系统碳密度参考值：植被、枯死物、土壤和生态系统碳密度值分别为149.18±54.57、20.93±14.33、156.39±14.99、326.50±34.52 t•ha-1。其中下木层、乔木层碳密度分别是1.55±0.74，147.63±54.39 t•ha-1；粗木质残体和枯枝落叶碳密度分别是15.64±13.66、5.29±1.72 t•ha-1；0-50 cm的各层土壤碳密度分别为62.14±6.31、46.17±10.25、27.82±6.20、12.57±4.67、7.69±2.20 t•ha-1。 （2）原始阔叶红松林生态系统碳密度对采伐干扰的响应特征为：采伐干扰均会减少生态系统碳密度；其中植被碳库对采伐干扰最为敏感且碳密度值均减少，采伐强度直接决定植被碳密度的减少程度和恢复时间；枯死物碳库对采伐干扰最不敏感且碳密度值是先增加后减少，采伐强度和植被恢复时建群树种决定枯死物碳密度的变化程度；土壤碳库对高强度采伐干扰敏感，采伐强度决定土壤碳密度是否发生变化。 （3）估算露水河林业局林业用地在1987、1995、2003年和潜在的森林生态系统碳储量分别为29.58×106 t、27.55×106 t、30.46×106 t和38.75×106 t。

长白山阔叶红松林与大气间CO2及H2O交换的过程与模拟

在全球变化背景下，森林生态系统CO2和H2O交换过程已经成为国际研究的前沿问题。本研究以长白山阔叶红松林为研究对象，利用基于生理生态学过程的多层模型，考虑了混交林中不同树种的生物量、冠层高度和厚度，对冠层及生态系统尺度的碳水通量进行了详细模拟及分析，同时用涡动相关实测数据对模拟结果进行检验，并模拟和预测了阔叶红松林生态系统碳水收支对气候变化的响应，以期为我国研究区域甚至更大尺度碳水平衡的时间和空间格局特征提供模型储备。本文的主要结论如下： 1）长白山阔叶红松林主要优势树种红松、紫椴、水曲柳、色木槭和蒙古栎的生理生态学参数（初始量子效率α、光饱和时的最大净光合作用速率Pmax、最大Rubisco催化反应速率Vcmax、CO2饱和时的最大净光合作用速率Jmax）有着明显且不同的季节变化。6、8月的α值较大，Pmax、Vcmax和Jmax的最大值也出现在6—8月，而5、9月的各项参数值均较小。 2）对阔叶红松林冠层结构的观测，发现各树种在冠层中所处位置有明显差异。假设各树种水平分布均匀，以各树种的冠高、冠厚和叶片生物量为依据，将冠层垂直分为20层，模拟出各层各树种的CO2和H2O通量。这与传统的假设各树种垂直均匀分布相比，更加符合阔叶红松林的实际群落结构。 3）长白山阔叶红松林的能量平衡比EBR为0.800，居于国际同类观测的中上水平，涡相关观测数据较为可靠。CO2和H2O通量有明显日变化，夜间值较小且变化平缓，白天值呈单峰形的日变化。对2003—2007年生长季的模拟结果分析表明，CO2和H2O通量模拟值与涡相关实测值的回归线斜率分别为0.935和0.875，截距为-0.0136 mg•m-2•s-1和13.7 W•m-2，相关系数为0.655和0.622（n=30107）；CO2通量模拟和实测的平均值分别为-0.138和-0.134 mg•m-2•s-1，模型高估了2.99%；H2O通量模拟和实测的平均值分别为88.5和85.4 W•m-2，模型高估了3.63%，模拟效果较好。从季节变化来看，生长季初、末期（5月和9月）CO2和H2O通量较小，生长旺盛期（6—8月）通量值较高。CO2和H2O通量受环境因子的综合影响，其中，辐射和气温是主要限制因子。 4）对模型的主要参数和环境因子的敏感性分析表明，CO2通量对a1 (气孔导度的参数)、Vcmax、Ca (大气CO2浓度)变化的响应较强，而H2O通量对a1、LAI (叶面积指数)、Ta (气温)变化的响应较强。CO2通量对Ca的变化最为敏感，而H2O通量对其它环境因子的响应程度均高于CO2通量。与将冠层分为20层的方法相比，5层方法（Gaussion五点积分法）得到的碳吸收量和蒸发散量分别低估了25.3%和11.1%。这两种分层方法产生的差异，主要来自于不同层的辐射吸收和权重分配。

杉木人工林化感自毒作用研究

本文对杉木连栽障碍及植物化感作用研究的历史及现状进行了综述，并对杉木人工林的化感自毒作用进行了研究。研究结果表明，杉木人工林的确存在化感自毒作用现象，杉木人工纯林土壤、杉木活体及残体植株水浸液对杉木种子发芽和幼苗生民有一定的抑制作用。进一步比较杉木不同组织或残体水浸液的化感自毒作用强度后，发现杉木根水浸液对自身种子发芽和幼苗生长的抑制作用要大于其它部分组织，其它的顺序依次为：杉木鲜叶、凋落叶、半分解枯落叶、枝干和树皮水浸液。利用除酚剂和HPLC等手段，并采用相关分析表明，几种酚类化合物即没食子酸、对一经基苯甲酸、原儿茶酸、香草酸、紫丁香酸、对-香豆酸、邻-香豆酸、正一香豆酸和阿魏酸是杉木人工林中可能的化感自毒物质。本文还针对减轻杉木人工林化感自毒作用的林业经营措施进行了研究，发现杉木人工纯林中的采伐剩余物根桩对下茬杉木幼树的更新有不利的影响，这种不利的影响来自于根桩分解过程中释放的酚类化感物质。但根桩的化感作用会随分解程度的增加而减弱。另外，论文还从植物化感作用的角度，对克服杉木人工林连栽障碍的其它生产措施，如营造混交林及人促林下植被的发育生长，进行了研究；提出了与杉木化学生态关系良好的两种伴生树种，并从化感作用角度证明人促林下植被发育有利于克服杉木人工林的连栽障碍。

长白山阔叶红松林生态系统健康评估理论与实践

生态系统健康（学）是当前生态系统学和环境管理的研究热点，生态系统健康评估是生态系统健康（学）的主要研究内容之一。好的可操作的评估理念和技术手段是推动生态系统健康（学）研究的重要因素和内在要求。不合理的林业生产是全球森林生态系统健康程度降低的最主要因素之一。人为强度砍伐干扰直接导致林区森林面积减少、生物多样性严重破坏、资源短缺危机、森林生态系统健康程度急剧下降、提供的生命支持系统功能显著减弱。本文以长白山林区典型森林生态系统一阔叶红松林为例，提出并运用了相关森林生态系统健康评估理论和技术，进行了定量的评估研究。以期为区域森林生态系统健康管理和生态系统健康学的发展提供借鉴。研究表明：（1）通过建立恰当的概念，选择合适的原始阔叶红松林作为生态系统健康基准是可行的，并且是进行健康评估的基础；（2）干扰造成群落垂直结构、水平结构、生物多样性、生物量等具体指标的变化，导致阔叶红松林生态系统健康现状降低；（3）群落尺度上，指示物种和指示类群等生态指示法是评估生态系统健康的有效方法；（4）健康的森林生态系统是一个模式生态系统集，利用健康距离和指标体系可以在群落尺度或区域等更大尺度上对森林生态系统结构、功能、活力等多个特征进行单独或综合性健康评估；（5）综合构成指数也是一个森林生态系统健康评估的有效的方法，它在揭示森林生态系统群落结构动态和演替发展趋势上具有优越性；（6）砍伐干扰对原始森林生态系统健康具有严重破坏性。

森林蒸散模型与模拟研究-以长白山阔叶红松林为例

森林蒸散不但是森林水量平衡的重要分量，也是森林热量平衡的重要分量。准确模拟森林蒸散量是森林水文学、森林气象学学科发展的需求，同时也为森林流域水资源、森林生态系统管理及其开发利用提供科学依据。本文以长白山阔叶红松为对象，利用长白山阔叶红松林气象观测塔安装的常规气象梯度观钡（系统、开路涡动相关系统的观测数据，依据空气动力学基本理论与能量平衡方程建立了森林蒸散机理模型（模型a与模型b），并确定了参数：零平面位移高度d以及温度和风速廓线稳定度订正函数φm和φh。同时，对比分析了模型模拟森林蒸散量的精度，结果表明：本文模型a模拟蒸散量的精度为84.06％：模型b的模拟精度为79.47％；空气动力学方法中的Pruitt法、Businger法、Dyer法的模拟精度分别是59.85％、53.81％、52.07％；波文比法模拟精度仅为41.15％。最后，利用MAOS-I型小气候自动观测系统的观测数据以及土壤含水量监测结果，分别应用模型。和水量平衡法对长白山阔叶红松林生长季节（2001年7-9月）的蒸散量进行了模拟与计算。结果表明，模型。得到的森林蒸散总量为268.91mm，水量平衡法获得的结果为288.18mm。两者相差：19.29mm，相对误差为6.7％。

杉木人工林土壤动物群落特征

土壤动物在森林生态系统中起着非常重要的作用，但杉木人工林土壤动物的研究尚属空白。传统的杉木（Cunninghamia lanceoata）用材林经营易导致土壤退化，降低土壤的生产潜能。目前许多造林学家正在植物群落水平上应用不同的栽植模式调节土壤系统以改善杉木人工林采伐迹地的土壤质量。本文的目的是为了确定这种调节方式如何影响土壤动物群落的多度、多样性和生物量格局。此项研究选择了立地条件非常相似的3种栽植模式。20年生的一、二代杉木纯林以天然次生常绿阔叶林为对照构成连栽组；13年生8杉木2桤木（AInus creemstoyne）混交林以13年生二代杉木纯林为对照，20年生8杉木2火力楠（越动eI勿朋cc了盯创）混交林以20年生二代杉木纯林为对照组成两种混交模式；20年生火力楠纯林以20年生二代杉木纯林为对照构成轮栽组。同时在第一代杉木纯林中抽取了5块样地监测群落的季节变化作为一种辅助性的调查，结果表明：在多度上，杉木人工林取代天然林后，土壤动物出现了显著性的下降，但是一二代杉木纯林之间没有明显的差别，火力楠轮栽主要促进了大型土壤动物的增加，但火力楠混交对土壤动物没有影响，恺木混交主要促进了双翅目、(虫+齿)目、线虫、线蚓的增加。在多样性上，一、二代杉木之间连栽对土壤动物没有影响，但杉木人工林取代天然林、火力楠混交、火力楠轮栽以及恺木混交均显著地降低了土壤动物的多样性。在生物量上，各对比林型之间均没有发现显著性的差别。从目前的观察看来，多度和多样性的结果支持树种是驱动土壤动物群落发展的一个主要原因，生物量的结果表明栽植模式对土壤动物的影响在某些方面是有限的，也暗示应用栽植模式来调控土壤质量是一个长期的过程。

长白山阔叶红松林林地土壤CO2排放规律与机理

土壤CO2释放通量总量与潜力作为陆地土壤碳循环过程研究的重要组分，一直是国际统碳循环研究的前沿领域。鉴于温带森林对全球气候变化的敏感性，以阔叶红松林为代表的土壤CO2 放通量过程与机制的研究，能够为正确评估我国温带森林土壤碳库动态和潜力提供科学依据。本文利用静态箱／气相色谱技术，连续测定了长白山阔叶红松林及其附近的次生林土壤CO2释放通量并进行比较研究，结果表明：（1）长白山阔叶红松林土壤CO2释放通量具有明显的季节动态，与温度的变化趋势大致相同，在生长季节中表现出8月份＞7月份＞9月份＞5月份＞4月份。（2）土壤温度是控制CO2释放的关键驱动因子；土壤含水量变化对CO2 释放亦有一定的影响。（3）不同土壤类型的土壤COZ释放通量强度不同，其中阔叶红松林年C排放量为7253.72 kg/hm2，白桦林排放量为6581.28 kg／hm2，山杨白桦混交林和山杨林排放量分别是6301.64 kg／hm2和4941.77 kg/hm2。（4）凋落物对林地CO2释放有显著的影响，贡献率约占-12％-38％；根系的贡献约为7.26％-57.6％。

杉木连栽土壤中毒与真菌毒素的研究

本论文报道了杉木连栽土壤中毒与真菌毒素的研究结果。研究结果表明：杉木连栽土壤致害真菌随杉木连栽代数的增加而显著增加，在国内外首先提出了杉木连栽土壤尖抱镰刀菌及其分泌的毒素对杉木生长的危害，是造成杉木连栽障碍的重要原因，并据此提出了克服杉木连栽障碍的PGPR生物调控技术措施，见到了可喜的苗头。以绿豆、小麦、白菜为指示植物对杉木连栽土壤进行的毒性检测结果，随杉木连栽代数的增加，杉木土壤对指示植物一绿豆、小麦、白菜的抑制作用呈现加强的趋势，表明杉木连栽导致土壤毒性物质的积累。为了探明土壤毒性物质来源，我们调查了不同连栽代数杉木土壤微生物区系变化情况，发现随连栽代数的增加，细菌、放线菌数量明显减少；而真菌数量随连栽代数的增加而显著增加，不同连栽代数杉木土壤真菌经PCR-DGGE分析显示：杉木连栽对土壤真菌多样性、群落结构、丰富度影响较大。随连栽代数的增加，土壤真菌生物多样性降低，镰刀菌等一些重要致害真菌类群急剧富集。用生物检测的方法从连栽杉木土壤中分离得到5株对杉木具有抑制作用的菌株，对两株毒性最强的菌株采用经典和现代分类鉴定方法，鉴定结果表明：SFZ为尖抱镰刀菌萎蔫专化忆仁（Fusariumoxysporumf.sp.vasinfectum）；SF31为正青霉（Eupenicilliumbrefeldianum），这两株真菌中SF2对杉木的毒害作用尤为突出，其发酵液在64倍稀释浓度下仍能强烈抑制杉木种子的发芽和生长，表明尖抱镰刀菌萎蔫专化性及其分泌的毒素是造成杉木连栽障碍的重要原因。我们对致害真菌SFZ发酵液经预处理、萃取、硅胶柱层析、制备薄层层析等步骤进行分离纯化得到了毒素粗结品，并进行了质谱检测，与已知的镰刀菌毒素一丁烯酸内酉爵目比较，推测质核比244为丁烯酸内酷的一种。连栽杉木土壤中毒的生物调控初步研究结果表明：519、B25和MB-97三种抗真菌混合PGPR菌剂在杉木林间微区实验应用4个月，能显著促进连栽土壤杉木幼苗的生长，缓解杉木连栽土壤中毒症状。对PGPR定殖能力检测显示：6个月后能检测到大量519存在于杉木土壤中，说明在这种特定的环境下，S19能生存并取得优势地位，有很好的定殖能力，表明S19可能对调控杉木土壤中毒具有良好的应用前景。同时，这一实验结果也是连栽杉木土壤中毒性物质来源于土壤真菌的有力佐证。