水肥添加对半干旱沙质草地植被生长和养分吸收的影响

在陆地生态系统中，干旱和养分缺乏是制约植被生长和养分吸收的主要逆境因素。从单个植物种到植被群落，水分及养分的有效性控制着生态系统的各个环节。本文以科尔沁半干旱沙质草地植被群落为研究对象，通过两年的田间水(80mm、40mm)、N肥（200 kg•ha-1）和P肥(P2O5)（100 kg•ha-1）添加试验，从植被的生产力、植被群落结构、植物的形态特征、植物的适应特性、植物N、P浓度等方面分析了沙质草地植物的养分限制状况，初步研究了沙质草地水分以及N、P养分供应状况与植物生长的关系。结果表明： N素是该地区植被生长的首要养分限制因子，从单个植物物种（主要指优势种白草和黄蒿）到植被群落均受到土壤中N素的限制作用。N添加下植被地上生物量以及白草和黄蒿地上单株生物量均显著增加，植被的群落结构发生变化，植物N浓度、植物N:P比也显著增加，但是植物P浓度由于植物快速生长的稀释作用而减小。 对群落生产力来说，N添加下植被生物量提高了155%，白草和黄蒿地上单株生物量分别提高了276%，291%。试验处理中200kg•ha-1的施N量并未达最佳施肥量的阈值；单独添加水和添加P在对整个生长季植被地上生物量以及白草和黄蒿地上单株生物量的影响不显著；但是早期的水分处理促进植物茎的生长，使植物茎叶比增大，并使得早期植物N、P浓度相对较小，因而改变了非禾草类植物N、P浓度的季节动态变化；同时添加水和P肥可以促进非禾草类植物对P素的吸收和利用，而同时添加P肥和N肥与单独添加N肥结果相似。 对植被群落结构来说，水肥添加对群落的组成以及不同优势种所占的比例均有不同程度的影响。所有处理中以黄蒿为主的非禾草类植物在群落中均占据着优势地位，而且水添加、N添加以及P添加减小了以白草为主的禾草类植物在群落中的竞争优势，禾草类植物在植被总生物量中所占的比例均有不同程度的下降，其中添加N处理下的影响尤为显著，与对照相比，N添加下禾草类植物所占的比例由40.75%下降到18.95%，下降了21.8%。 生长季内（6～10月），水肥添加下植被地上生物量、单株生物量以及植物N、P浓度、植株含水量、植株茎叶比均呈现显著的季节动态变化。在所有植物中，非禾草类植物生物量的季节动态决定了总植被生物量的季节动态，在N添加下呈递增趋势，而未添加N处理下则呈现增加后减小的变化趋势。植被地上生物量N、P浓度随着时间具有相同的季节动态变化，禾草类植物N、P浓度随时间均呈现下降趋势，而肥料添加下非禾草类植物N、P浓度也呈现显著的下降趋势，但是由于添加水的作用，在水+肥处理下植物N、P浓度则呈现先增大后减小的季节动态变化。植株N、P浓度以及植株相对含水量随着植株的生长均呈下降趋势，而植株茎叶比则呈上升趋势。 研究区草地各处理下植被以及单个物种植物N:P比都很小，介于2～13之间，N添加下植物N:P比显著增加，应用临界N:P比可诊断土壤中氮素是植物的主要限制因子。随着环境中N、P有效性的波动，不同器官以及不同时间，植物N:P比均表现出不同的动态变化趋势，但植物仍能够维持体内N、P浓度保持相对平衡，植物N、P浓度显著正相关。在植被水平上，除水+P添加外，其他各处理下禾草类植物以及非禾本可植物N、P浓度均呈显著正相关关系，回归线形方程中的斜率a的倒数实际可以上表征植物生长季内的平均N:P比。在物种水平上，各处理下白草植株N、P浓度呈线性相关关系，而黄蒿则没有这个特性，白草具有较强的体内N、P浓度平衡机制。

中国蜜环菌属系统学研究

对中国已经发表的13个异宗配合的蜜环菌生物种的200多号标本用形态学和解剖学的方法进行了系统学研究，对其进行了详细的形态结构描述和重要性状的显微结构绘图，讨论了它们和近缘种间的区别，总结了这些种类的世界分布，国内分布范围和生境，给出了中国蜜环菌属的分种检索表，在此基础上报道新种5个：中国蜜环菌（CBS F）A. sinensis H.C. Wang，G.F. Qin & J. Zhao，褐囊蜜环菌（CBS H）A. bruneocystidia H.C. Wang，G.F. Qin & J. Zhao，秦氏蜜环菌（CBS J）A. qinii H.C. Wang & J. Zhao，杏孢蜜环菌（CBS L）A. amygdaliformospora H.C. Wang，G.F. Qin & J. Zhao，紫盖蜜环菌（CBS N）A. violacea H.C. Wang，G.F. Qin & J. Zhao。 用性亲和性实验对我国的同宗配合蜜环菌进行了研究，改进了用于同宗配合蜜环菌性亲和性实验的实验方法，将我国的同宗配合蜜环菌划分为8个新生物种，澄清了过去对它们的模糊认识，同时探讨了它们和欧洲及北美异宗配合的蜜环菌A. mellea的关系。 选取世界各地同宗配合的蜜环菌和我国部分存在疑问的异宗配合的蜜环菌生物种菌株进行了部分β-Tubulin序列测定，在此基础上进行了系统发育分析，探讨了各生物种间的系统发育关系，对一些疑难问题进行了讨论。

长期重金属污染胁迫下农田土壤微生物特征研究

本论文以沈阳张士污灌区土壤为例，首次采用传统微生物生态学与现代微生物分子生态学相结合的研究方法系统地研究了污灌区长期重金属污染胁迫下原位农田土壤微生物特征。结果表明，虽然已经停止污灌十多年，张士灌区土壤耕作层（0～30 cm）仍然存在普遍的Cd污染，灌区土壤Cd含量高达1.75～3.89 mg kg-1。部分区域土壤Cd呈现向下迁移的趋势,且同时伴随有Cu、Zn复合污染。灌区土壤Cd含量较高时清水灌溉能降低土壤表层Cd含量，灌区土壤Cd含量下降到一定程度（约2 mg kg-1）后，清水灌溉对消除土壤表层Cd污染的作用消失。重金属元素中Cd对土壤微生物的影响最突出，在三个不同季节中土壤Cd与土壤微生物生物量（MBC）和微生物商（qM）呈显著负相关，与土壤微生物代谢商（qCO2）呈显著正相关。所检测的微生物指标中qM和qCO2与多种重金属元素呈显著相关性，可作为评价一定程度重金属污染的微生物指标。土壤营养元素（除P外）与微生物特征呈显著正相关性，土壤营养元素对微生物的刺激作用有可能在某种程度上掩盖了重金属对土壤微生物的负面影响。 用16S rDNA-PCR-DGGE方法，研究了不同浓度Cd胁迫下土壤Cd抗性细菌群落结构的动态变化，结果表明在Cd的胁迫下Cd抗性细菌多样性显著增加，不同土壤样品中Cd抗性细菌群落结构向相似的方向偏移，群落结构最终将可能趋向一致。Cd胁迫使敏感菌Pontibacter消失，而伯克氏菌（Burkholderia）、罗尔斯通氏菌（Ralstonia）、芽孢杆菌（Bacillus）和节杆菌（Arthrobacter）则富集成为优势菌。 从张士灌区Cd污染土壤中分离出32株Cd抗性细菌，研究了Cd抗性细菌和Cd抗性基因cadA的分布特征。这32株Cd抗性细菌分别归属于拟杆菌门(Bacteroidetes)（37.5%）、变形菌门(Proteobacteria) （37.5%）、放线菌门(Actinobacteria)（9.4%） 和厚壁菌门(Firmicutes)（15.6%）。在液体LB培养基中对Cd的抗性浓度都大于2 mmol L-1，对Zn抗性浓度介于5～13 mmol L-1。首次从Cetobacillus属的Cd抗性菌株S1基因组DNA中扩增出cadA基因的部分片断。在芽孢杆菌属(Bacillus)的4株菌N7，N9，N10和N11的基因组DNA中扩增出cadA基因的部分片断。序列分析结果表明这5株菌的cadA基因序列相似性为99％～93％，它们与坚强芽孢杆菌（Bacillus firmus） cadA 基因序列(M90750）相似性为94％～92％。系统发育分析结果表明这5株菌的cadA都与Bacillus firmus cadA 基因有着较近的亲缘关系。不同属的Cd抗性细菌间cadA基因的高度相似性揭示了cadA基因能在不同种属间转移的特性。

华东地区木材腐朽菌多样性与资源研究

木材腐朽菌是生物多样性的重要组成部分，在森林生态系统中起着关键的降解还原作用；同时，木材腐朽菌还是重要的生物资源，与人类的生产与生活密切相关，具有重要的经济价值。因此，木腐菌一直是真菌研究的重点领域之一，然而过去对华东地区木腐菌的研究还非常薄弱，对华东地区木腐菌的种类和资源还缺乏清晰的认识。本文对华东地区不同森林生态类型中的木腐菌进行了广泛的调查采样，通过形态学、分子系统学和单孢融合交配实验，对华东地区的木腐菌多样性与资源进行了系统的研究，同时对具有重要经济意义和潜在应用价值的种类进行了菌种的分离保藏，并初步分析了华东地区木腐菌的区系特点。通过本论文的研究，提高了对华东地区木腐菌资源与多样性的认识，丰富了我国木材腐朽菌的种类，为控制林木病原菌、开发利用有益真菌资源提供了基本信息和科学依据。本论文的主要研究结论如下： 1．华东地区的木腐菌有3目13科92属270种，其中真菌新种6个，分别是：铁杉集毛孔菌Coltricia tsugicola Y.C. Dai & B.K. Cui，香榧嗜蓝孢孔菌Fomitiporia torreyae Y.C. Dai & B.K. Cui，拟囊状体大孔菌Megasporoporia cystidiolophora B.K. Cui & Y.C. Dai，菌索多年卧孔菌Perenniporia rhizomorpha B.K. Cui, Y.C. Dai & Decock，微小硬孔菌Rigidoporus minutus B.K. Cui & Y.C. Dai，浅黄芮氏孔菌Wrightoporia luteola B.K. Cui & Y.C. Dai；中国新记录种9个，分别是：紫多孢孔菌Abundisporus violaceus (Wakef.) Ryvarden，卡玛蜡孔菌Ceriporia camaresiana (Bourdot & Galzin) Bondartsev & Singer，撕裂蜡孔菌Ceriporia lacerata N. Maek., Suhara & R. Kondo，塔斯马尼亚集毛孔菌Coltriciella tasmanica (Cleland & Rodway) D.A. Reid，瑞克纤孔菌Inonotus rickii (Pat.) D.A. Reid，骨质多年卧孔菌Perenniporia minutissima (Yasuda) T. Hatt. & Ryvarden，灰硬孔菌Rigidoporus cinereus Núñez & Ryvarden，凹形栓孔菌Trametes ectypus (Berk. & M.A. Curtis) Gilb. & Ryvarden，变形干酪菌Tyromyces transformatus Núñez & Ryvarden。 2．利用分子系统学方法，确定了一些通过形态学研究难以鉴定或容易混淆的种类的分类地位，并对嗜蓝孢孔菌属、彩孔菌属和多年卧孔菌属进行了系统发育分析，发现木腐菌新种3个：Fomitiporia sp.、Hapalopilus sp. 和Perenniporia sp.。 3．华东地区的异担子菌为岛生异担子菌，并且存在两个生物种：T生物种和Y生物种。T生物种为腐生菌，Y生物种为兼性腐生菌，华东地区不存在多年异担子菌这一严重的森林病原菌。 4．华东地区的木腐菌种类丰富，组成复杂多样。优势科为多孔菌科，其次为锈革孔菌科，这两科的种类构成了华东地区木腐菌类区系的主体；优势属主要有多年卧孔菌属、多孔菌属、针层孔菌属和泊氏孔菌属。 4．华东地区木腐菌科的地理成分分为3类：热带亚热带成分，北温带成分和世界广布成分，以世界广布成分为主。属的地理成分分为5类：世界广布属，北温带分布属，热带–亚热带分布属，东亚–北美分布属，大洋洲–北温带分布属，以世界广布属和北温带分布属为主。种的地理成分分为8类：世界广布种，北温带分布成分，泛热带分布成分，亚–欧共有成分，东亚–北美共有成分，东亚–澳大利亚共有成分，东亚成分，中国特有种，以北温带分布种和世界广布种为主。 5．华东地区木腐菌的各主要区系成分均有分布，以世界广布成分和北温带成分为主，表现出明显的北温带性质，可能起源于北半球，华东地区木腐菌类的区系地理成分与其所处的地理位置、气候特点与植物区系的组成密切相关。此外，华东地区的中国特有种类也较为丰富，说明了华东地区木腐菌类的区系具有一定的独特性，也在一定程度上反映了华东地区生态环境条件的特殊性，而木腐菌的生长与环境条件和寄主树木种类有很大的关系。 6．华东地区的木腐菌资源非常丰富，林木病原菌有36种，其中新发现的病原菌有3种；野生的食用木腐菌有11种，野生的药用木腐菌64种，工业用木腐菌有28种。对其中的一种重要经济真菌——黄白多年卧孔菌进行了分离培养，找出了最佳生长条件：最适生长温度为25℃左右，相对最适pH值为5.5，相对最好的碳源为可溶性淀粉和葡萄糖，相对最好的氮源为酵母汁。

小兴安岭主要树种及林型对气候变化的潜在响应研究

本文采用了国际上可信度高、应用广泛的林窗模型LINKAGES，结合多个气候模式的预测结果，对小兴安岭地区的17个主要树种和4个主要林型对气候变化的潜在响应进行了系统研究。验证结果表明，LINKAGES模型能够较好地跟踪并再现小兴安岭现有林分及各主要林型的演替动态，适用于树种和林型对气候变化响应的预测研究。主要结论如下： 1）以树种为研究对象的模拟结果表明，不同树种均具有各自不同的生存温度临界值，因此对气候变化的敏感性也不同。当温度缓慢上升时，云冷杉、枫桦将面临退化危险，但红松及其他阔叶树种的生长优势均更加明显；当温度快速上升时，大部分树种均显示出不同程度的衰退趋势，仅蒙古栎等耐高温、干旱的阳性树种能够较好地适应未来的高温环境。 2）以整个林分为研究对象的模拟结果表明，在小幅增温情景下，林分中的云冷杉、枫桦趋于退化，而红松及其他伴生阔叶树种的比重则逐渐增加，森林总生物量呈上升趋势；在中幅增温情景下，现存的云冷杉红松阔叶混交林有可能逐渐演化为阔叶混交林，物种多样性明显减少；在大幅增温情景下，小兴安岭现有林分呈显著的退化趋势。 3）林分年龄影响森林的演替方向。不同年龄林分对气候变化的响应程度存在差异。当未来气候条件适于红松生长时，过熟林的恢复能力最强，而中幼林的适应能力最强；当未来气候条件不适于红松生长时，过熟林的恢复能力下降，而中幼林依然具有较强的适应能力。 4）季节增温方式是影响森林演替方向的另一重要因素。当冬季增温幅度大于夏季时，小兴安岭现存林分的演替受气候变暖的影响相对最小，树种组成仍然能够保持较为稳定的针阔混交状态；反之，当冬季增温幅度小于夏季时，现存林分的演替受气候变暖的影响最显著，树种衰退最迅速。小兴安岭针阔混交林的演替与未来的增温方式关系密切，上限温度是现存树种能否继续存活的重要决定因子。 5）以林型为研究对象的模拟结果表明，如果未来气候维持当前的状况不变，云冷杉红松林、枫桦红松林、椴树红松林和蒙古栎红松林四种主要林型的森林组分均将继续维持目前的优势地位，并一直保持较为稳定的动态平衡。 在变暖气候情景下，各林型中的云杉、臭冷杉和枫桦将退出森林演替；目前的云冷杉红松林、枫桦红松林和椴树红松林均将逐渐向椴树、色木槭阔叶红松林演变；蒙古栎红松林林型内部的树种组成基本不变，但蒙古栎所占比例将大幅上升。 6）气候变化幅度决定各林型未来的生物量水平。椴树红松林和蒙古栎红松林100年后的红松生物量和林分总生物量均在小幅增温情景（OSU和GISS模式）下达到最大，云冷杉红松林则在中幅增温情景（CGCM2和HadCM3模式）下达到峰值，而枫桦红松林在现行气候条件下已经为最理想状态，气温的小幅变化也会对其造成影响。在大幅增温情景（UKMO和GFDL模式）下，各林型均难以适应近8℃的增温而全部呈退化趋势。 此外，土壤水分越充足，各林型对高温的耐受范围就相对越大。故从林型角度进行预测分析时，除温度外还应进一步考虑土壤水分与林内的湿度状况。

沈阳市城市扩展分析与模拟研究

城市扩展及其导致的土地利用/土地覆被变化作为全球环境变化的重要驱动因素，日益引起社会各界的普遍关注。新中国成立以来，沈阳市经历了快速的城市化过程，特别是进入21世纪以来，伴随着人口增长和经济发展，中心城区持续向外扩张，导致基本农田大量流失，区域景观和生态环境质量日益下降，给沈阳市的城市增长管理和可持续发展带来严峻挑战。 利用遥感(RS)、地理信息系统(GIS)和空间Logistic回归模型对1988-2004年间沈阳市的城市扩展与土地利用变化特征及其驱动力进行深入分析，并在此基础上利用基于细胞自动机(CA)的城市扩展模型－SLEUTH对历史时期(1988-2004年)的城市扩展格局进行模拟与重建，对未来(2005-2030年)不同发展条件下的城市扩展进行模拟与环境影响评估，以期为城市增长管理与区域可持续发展提供决策支持。本论文取得如下研究成果： (1) 1988-2004年间，沈阳市辖区城市面积持续增加，城市扩展强度逐渐增强；2000-2004年城市扩展规模和强度都达到最大；沈阳市城市化进程正在显著加速。城市扩展具有明显的空间分异特征：整个研究时段内，市区西南方向是城市扩展的主方向，中心城区周边(8~10km)及各级经济开发区是扩展的热点区域。 (2) 1988-2004年间，沈阳市辖区土地利用变化最主要的特征是耕地向城乡建设用地的大面积转换。持续的城市扩展导致区域景观日益破碎化和复杂化。城市和其它建设用地的景观影响日益增强，耕地的优势地位减弱，且破碎化程度增加，斑块形状日趋复杂。城市化空间梯度上的土地利用格局变化分析表明，随着城市化水平的提高，景观组成和空间配置发生了明显变化。处在城市化前沿区域的城郊地区，景观格局表现出景观多样性增加、破碎化程度加深和形状日趋复杂等特点。 (3) 1988-2004年间，沈阳市辖区城市扩展主要受到社会经济发展的推动作用和政策因素的激励与导向作用。空间Logistic回归分析显示，开发区建设与行政建制变化、道路与城镇分布、浑河和城市规划是城市空间扩展的主要影响因素。 (4) ROC曲线统计、Kappa统计与多分辨率误差估算以及景观指数从城市扩展总体预测能力、增长数量、空间位置和空间格局上给予SLEUTH模型一个全面、客观的评估。总体上来说，SLEUTH模型具有可信精度，较好地表达了沈阳市1988-2004年间城市扩展的总体趋势，对城市扩展面积的拟合精度很高。但是，与其它城市扩展模型相似，在像元尺度上对城市扩展空间位置的预测和对城市空间格局的表达还有待于提高；随着分辨率的降低，模型对城市发展中空间邻域关系的表达效果趋于提高。SLEUTH模型对城市扩展的总体模拟精度要高于空间Logistic回归模型，但是对城市扩展位置的模拟准确性低于后者。 (5) 通过分析发现，影响SLEUTH模拟准确性的主要因素包括模型结构、地方城市发展特征、模型应用的时空尺度和模型输入数据的获取与误差传递等。通过修改模型组分设置、开展模型敏感性与不确定性分析以及实行城市扩展一体化模拟可以提高SLEUTH模型的模拟效力，而具体实现方法需要深入研究。基于模型评估结果和效力提高的对策，对城市扩展演变的时空格局进行了较为准确的重建，为其相关研究提供了可靠的历史数据资料。 (6) 遵循沈阳市目前和未来的区域开发政策、最新修编的城市总体规划，以及社会对区域生态环境保护的要求，设计了五个城市发展预案，即目前趋势发展预案(CT)、区域开发政策与城市规划预案(PP)、生态可持续发展预案(ES)、紧凑式发展格局预案(CD)和特定增量发展预案(GA)。对不同预案条件下未来(2004-2030年)城市扩展面积和空间格局、城市扩展热点区域、城市景观格局变化及其景观生态效应，以及对其它类型土地资源的消耗四个方面进行了分析和比较，为沈阳市城市规划、生态建设以及可持续增长管理提供了许多有价值的决策信息。

沙地樟子松水分生理生态特征及其适应性——以科尔沁沙地东南缘为例

沙地樟子松天然分布于大兴安岭以西的呼伦贝尔草原红花尔基一带，分布范围虽然相对狭窄，但其具有重要的防风、固沙等生态功能，而且，该区沙地樟子松林的分布范围正呈现不断扩大的趋势。然而，在引种区（科尔沁沙地东南缘），20世纪70~80年代曾经引起国际关注的沙地樟子松人工林，自从90年代初以来，逐渐出现了以枯梢、生长下降，甚至死亡等为特征的衰退现象。与此同时，沙地樟子松人工造林仍在北方干旱、半干旱沙区大面积推广。面对如此具有重要防风固沙作用并在大范围推广的沙地樟子松人工林，解释其为何衰退，其机理如何，回答现存沙地樟子松人工林发展方向及培育等理论和实践问题，成为目前面临的巨大挑战。 本论文在对沙地樟子松天然分布区与引种区野外调查、气候差异性对比分析的基础上，结合对引种区沙地樟子松幼苗、幼树及中龄林的水分生理生态过程实验，研究了沙地樟子松在引种区自然条件和干旱胁迫下的光合生理和水分生理生态特征；重点分析了水势、气孔导度等生理因素和土壤含水量、光合有效辐射、气温、空气相对湿度等生态因素对净光合速率、蒸腾速率的影响。结果表明： 1）较低、较长的低温和降雪覆盖有利于沙地樟子松更好的生长；运用De Martonne干燥度指数对气候类型进行划分，沙地樟子松引种区（科尔沁沙地东南缘）生态系统应为草地或疏林草地生态系统。 2）引种区近50 a来年平均温度存在着明显的线性上升，平均每10 a增温0.185 ℃；该区年平均降水量没有显著的变化趋势，但是，在过去的50 a里，该区平均每15 a 左右出现1次大旱。 3）在引种区多年年平均降水量条件下，沙地樟子松幼苗80%以上的时间处于受胁迫的状态，17%的时间处于不受水分胁迫的状态，而仅有1%左右的时间处于不能利用土壤水分的状态；在不同密度、不同年龄的沙地樟子松人工林中，土壤可溶性盐总量都很低，对沙地樟子松林木生长不会造成盐分胁迫；由于地下水位的急速下降，目前，引种区大部分地方地下水不能被沙地樟子松所利用。 4）随着模拟年降水量的减少，沙地樟子松幼苗的生长明显受到抑制，针叶水势、蒸腾速率、光合速率均有下降，各部分生物量积累明显降低；当模拟年降水量低于350 mm时就已经对沙地樟子松的生长产生了较大的限制。 5）在科尔沁沙地东南缘，影响沙地樟子松生理生态特征的主要因素为水分条件，特别是在树高生长旺季以及生长末期，而在生长中期，主要是光照和水分共同影响沙地樟子松的生长；在沙地樟子松天然分布区（红花尔基），影响沙地樟子松生长季节中期生理生态特征的主要因素也是水分和光照条件，这与在科尔沁沙地东南缘樟子松生长中期观测到的结论一致。然而，与天然沙地樟子松相比，引种区沙地樟子松每天干物质的积累增加为天然分布区的3~13倍，每天蒸腾耗水量为天然分布区的7~19倍。 综合以上对引种区的生态气候、水分条件以及沙地樟子松本身生理生态特征的分析结果得出，引种区与天然分布区水、热差异导致引种区沙地樟子松在年内的生长期延长（与天然沙地樟子松相比），以及在生长季节每天蒸腾耗水量的剧增及耗水时间的延长；同时，在引种区由于年内降水分布极不均衡，冬季降雪覆盖少，导致4、5、9三个月份的水分极度亏缺，该季节引种区水分亏缺严重限制了沙地樟子松的生长。大面积营造纯林、地下水位急剧下降（目前，引种区大部分林地的沙地樟子松已不能利用地下水）以及引种区每15 a左右一次的特殊干旱是导致沙地樟子松死亡的最直接原因。从个体水平上来说，近50 a的引种驯化，沙地樟子松并没有完全表现出适应引种区生长环境的迹象。最后，基于以上对沙地樟子松人工林衰退分析的基础上，提出了对现存沙地樟子松人工林总体经营的方向及具体经营对策。

岷江上游景观边界网络格局研究及生态效应分析

景观边界是特定时空尺度下相对均质的景观之间所存在的异质性过渡带，作为景观的一个四维组分，边界动态直接反映景观变化，与基于斑块的研究相比，明确景观边界的生态意义是理解景观过程的一个新的切入点。边界效应是景观边界最显著特征之一，也是当前生态学领域的研究热点，但大部分研究集中在生态系统及其以下尺度，对大尺度上的研究涉及内容尚少。 本文以岷江上游地区为例，利用TM影像数据、林相图、土地利用图和野外实测数据，应用RS、GIS、SPSS、Fragstats等软件的数据处理、分析、运算功能，研究了景观边界网络格局的变化，并分析了与之相关的生态过程；研究了类型水平上森林景观的边界效应以及景观尺度上林农复合景观的边界网络效应。旨在揭示岷江上游景观格局的变化趋势及其驱动因子，以及林农复合景观格局的生态效应，从而为研究区土地利用提供科学参考。研究结果如下： （一）在岷江上游地区的13种景观边界类型中，建筑用地边界和农田边界是人工边界，同时也都是清晰边界；但林地、灌木林地、草地等自然景观之间的边界并不都是模糊边界。冰雪边界是典型的随季节变化的变动型边界，其它边界在年内的变化则相对稳定。 （二）在1974-2000年期间，由于人为干扰强度的加剧，岷江上游景观边界网络结构变得更加复杂，在早期以边界长度增加为主，网络连接度变大，在后期以边界数量和结点数量增加为主，网络连接度变小；森林景观与低坡位景观类型间的边界减少，森林下线上移；农田与林地的边界在早期增加，1986年后减少，而与灌木林地的边界持续增加；基于边界特征的格局分析表明，森林景观结构变得简单化，而农田、灌木林地、草地等景观类型的结构变得更加复杂。 在景观水平上，基于边界和结点特征的格局指数与对应的基于斑块特征的格局指数具有基本一致的变化趋势，但基于边界和结点特征的指数对格局的变化更灵敏，在类型水平上，基于结点的格局指数比基于边界的格局指数具有更大的灵敏性，而且前者能够反映出后者反映不出的格局信息。 （三）研究区的农田边界共有5种类型，分别是农田与林地、灌木林地、草地、水体、建筑用地之间的边界，总长6583.4km；其中林农边界长2473.7km，占37.6%，是除灌农边界（占农田边界总长度的44.9%）之外比例最大的农田边界类型，广泛分布在岷江干流及其支流的河谷中，海拔多在1000-3500m之间。 （1）多元线性回归分析结果表明，农田生物量的边界效应深度与海拔和坡度显著相关，与其它因子相关性不大；林地生物量的边界效应深度与海拔和坡向相关性较大，与其它因子相关性不大；林农边界对农田生物量产生正面效应，对林地生物量产生负面效应，且对农田的影响面积大于对林地的影响面积；根据回归方程计算边界效应的影响面积，2000年有14532hm2林地生物量受到林农边界网络的影响，占研究区林地面积的1.2%，有16659 hm2农田生物量受到林农边界网络的影响，占研究区农田面积的22.6%，由于边界位置、长度的变化，不同年间林农边界网络的生态效应也存在差异。 除了生物量，本文还研究了林农边界网络对林地和农田土壤水分和生物多样性的影响： （2）林农边界减少林地和农田边缘的土壤水分，岷江上游有2103 hm2农田和371 hm2林地其土壤水分受到林农边界效应的影响，分别占研究区农田面积的2.3%和林地面积的0.03%。生物多样性受林农边界网络影响的农田面积为4855 hm2，占研究区农田面积的5.37%；生物多样性受林农边界网络影响的林地面积为3401 hm2，占研究区林地面积的0.29%。 上述研究从景观边界网络的角度揭示了岷江上游近三十年的景观变化特征，在印证斑块类型所反映的景观变化特征的同时，还反映出传统格局研究方法反映不出的格局信息，为景观生态学中格局与过程研究提供了新思路，也丰富了边界效应的理论和案例研究，有关结论还可为高山峡谷区土地利用格局优化和实施退耕还林还草工程提供参考依据。

岷江上游地区景观格局与生态承载力变化及预测研究

岷江上游是我国十分典型的山地生态脆弱区。该地区的生态环境意义十分重大，既是长江上游生态屏障的重要组成部分，更是成都平原的重要生态屏障和水源生命线，其生态环境状况直接影响成都平原水资源的质量和数量，以至影响到整个岷江流域甚至整个长江上游的生态环境与社会经济发展。本论文通过3S技术手段，应用转移矩阵、景观指数和Kappa指数系列方法对岷江上游的景观变化从1974到2000年进行了综合分析，同时应用CLUE-S模型在有无“天然林保护工程”两个预案下对该区域2001到2020年的景观变化进行了预测。然后，应用基于能值理论进行改进的生态足迹方法和传统生态足迹方法对岷江上游地区的1982到2000的生态承载力进行了分析，以反映研究区的生态环境质量和可持续发展情况；应用多元统计方法和CLUE-S模型预测的结果预测了研究区2001到2020年的生态足迹和生态承载力。对岷江上游地区的景观格局和生态承载力的变化进行分析和预测得到如下主要结论： 1. 岷江上游地区景观在1974到2000年间格局变化并不十分显著，景观由少数几种景观类型所控制，各景观类型有不断趋于平均化的趋势，但速度缓慢，景观的破碎化程度越来越严重。研究区的景观变化以有林地的不断减少和其它景观类型的相应增加为特点，主要的景观变化发生在有林地、灌木林地、草地、耕地和经济林地之间。此时间段内的景观林地的面积不断减少，大部分转化为灌木林地和草地，使得其面积相应增加。耕地和经济林地面积不断增长，增长速度最为迅速。 2. 在有无“天然林保护工程”两种预案下，有林地向着不同的方向发展，有林地变化情况的不同导致其它景观类型的变化不同。在“无天保”预案下，林地面积不断减少，灌木林地、草地和耕地面积不断增长，景观的破碎化程度不断加剧，斑块形状更加不规划，景观的连通性不断下降。在“天保”预案下，林地面积有增长趋势，灌木林地和草地面积有所下降，耕地面积有下降趋势，景观的破碎化程度有减小的趋势，景观形状变得更加规则，景观的连通性也将得到改善。由此，“天然林保护工程”对景观格局未来变化有着决定性的作用。 3. 岷江上游地区的生态足迹从1982到2000年间呈缓慢的上升趋势，表明研究区内居民的生活水平不断提高，但速度缓慢。虽然研究区在研究时期内的生态承载力大于需求，但生态承载力呈明显的下降趋势，造成这种情况的主要原因是由于资源的不合理利用方式造成的，特别是对森林的过度采伐。连续的木材采伐给岷江上游地区脆弱的生态系统带来严重后果，导致了林地面积减小、森林质量下降、水土流失加剧和泥石流频繁发生。 4. 对于生态足迹和生态承载力在两个预案的预测表明到2020年为止岷江上游地区仍为可持续发展状态。在“无天保”预案下，生态承载力不断下降，生活足迹不断上升，研究区向不可持续的方向发展；在“天保”预案下，生态承载力在2003年后开始逐渐上升，同时，由于木材采伐被禁止，导致岷江上游地区的生态足迹大为下降，研究区将向更加可持续的方向发展。由两种预案的结果对比可以发现1998年开始实施的“天然林保护工程”能够扭转岷江上游地区未来的生态承载力变化方向。生态承载力可以反映生态系统的质量，说明该政策的实施可以有效改善岷江上游地区未来的生态系统。 5. 传统生态足迹方法应用的生物生产能力数据为常量，所以它能够有效地比较不同年份和不同区域间消费数据的变化情况。实际土地需求法应用的生物生产能力和均衡因子均根据研究区实际数据计算得到，其反映研究区的实际情况更为有效。应用能值对生态足迹方法进行改进，改变了传统生态足迹以生物圈为限制的不足。本文改进的方法－区域能值足迹法能够有效地反映研究区的实际情况，同时又能够将科技进步所带来的影响加以考虑。

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。

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。

长白山阔叶红松林树种的空间分布格局：机会还是竞争？

森林群落中物种是怎样分布的？各物种是如何共存于同一群落中的？物种的分布格局是如何随尺度变化的？哪些过程影响了物种的空间分布格局？森林群落中是否存在着强烈的种内或者种间竞争？是机会还是竞争在构建森林群落中起着更为重要的作用？这些问题的回答，对于我们了解森林群落的结构特征及其内在的生态学过程、揭示物种多样性维持和共存机制具有极其重要的意义。本论文以长白山阔叶红松林25 ha大型固定样地为研究平台，基于第一次样地调查数据，采用不同的空间格局分析方法，从不同的研究角度，对阔叶红松林的群落组成与结构特征、空间格局、种间关系、密度制约机制、物种共有度格局等进行了较详尽的研究。主要研究结论如下： 1) 样地内胸径≥1cm的木本植物共18科32属52种。总的独立个体数为38902，包括分枝的总个体数为59121。个体数最多的前3个种的个体数占总个体数的60%，前14个种占95%，而其余38个种仅占5%。从物种多度、胸高断面积、平均胸径和重要值来看，群落成层现象显著，具有明显的优势种。 2) 对树种空间分布格局的分析发现：树种的空间分布格局随树种、径级、垂直高度、空间尺度的变化表现出不同的分布格局；大多数树种在较小的空间尺度上是聚集的，聚集程度随林层的增高而降低，而在较大的空间尺度则主要表现为规则或者随机分布；小树在小尺度上表现出不同程度的聚集；一些树种的分布格局表现出一定的空间异质性。 3) 对树种的种间相关性分析发现：树种的种间相关性随树种、径级、垂直高度、空间尺度而变化；红松与紫椴在整体上表现为正相关，但并不是在各林层间都表现为正相关；红松和紫椴的幼树和小树大多聚集在母树的周围，蒙古栎和水曲柳的幼树和小树在母树周围分布较少；对不同树种在不同径级和垂直层的空间相关性的分析发现，蒙古栎和水曲柳多分布在光环境比较好的地方，而红松和紫椴这两个耐阴树种则分布在郁闭的冠层下，表明不同的物种具有不同的生境要求以满足其存活和建成的需求；通过比较6个个体数差异极大的槭属树种的种群结构、空间格局和空间相关性等发现，15个物种对中的7个物种对不存在明显的相关性，不同径级的物种对之间的比较也没有发现明显的相关性，即它们之间并不存在明显的种间竞争。 4) 分析密度制约机制对树木存活的影响，可以发现：死亡前树种的格局大多是比死亡后更加聚集的；对于死亡后存活树木的格局，5个主林层树种中的3个和8个次林层和林下层树种中的3个树种的死亡都是随机的，8个次林层和林下层树种中的5个表现出正的密度制约存活；13个树种中的9个树种的存活与其自身的胸高断面积负相关，表明在大树之间存在着强烈的种内或种间竞争；主林层树种存活与近邻距离内同种的个体数没有明显相关性，而次林层和林下层树种的存活与近邻距离内同种的个体数大多呈正相关；大多数树种的存活与同种的胸高断面积表现出负相关，表明了强烈的种内竞争的存在，树木个体的大小对种内竞争的贡献要远远大于该树种种群的密度。 5) 对物种共有度格局的分析发现：阔叶红松林群落在小的空间尺度上出现了较少的物种共有度格局，表明也许存在强烈的种间竞争；而在较大尺度上，基于群落等级、个体数较多的物种组和径级较大的物种组的分析，都出现了随机的物种共有度格局，表明在较大的尺度上并不存在明显地影响物种分布的生态学过程；基于系统发生的物种组的物种共有度格局明显地不同于群落等级的物种共有度格局，在系统发生的物种组内，没有发现种间竞争的证据，而在小尺度上却存在正的种间相关性。 6) 从不同角度对物种分布格局的分析可以看出，森林群落结构与空间尺度是密切相关的。树种的空间分布格局随尺度而变化，在一个尺度上表现为一种格局，而在另一个尺度上则可能表现为另一种不同的格局。种内和种间相关性的分析也在不同的空间尺度上表现出不同的空间相关性。

镉对花生品质影响及胁迫响应机制研究

近年来，我国花生重金属镉超标的现象屡见不鲜，致使花生在我国出口创汇的能力受到了严重影响。因此，本项研究选用北方两种花生－锦花5号和阜花13号为供试材料，采用室外盆栽方式，初步探讨了镉胁迫对花生品质的影响及花生对镉胁迫的响应机制，揭示了花生易富集镉和对镉高耐性的原因。 1．在外源高镉处理下，两品种花生的产量随镉处理浓度的增加而降低；籽实Cd含量均随土壤中Cd含量的增加而显著增加（p＜0.05），在土壤低Cd处理时，花生籽实更易富集Cd；花生受Cd胁迫后，籽实的亮氨酸含量受Cd的影响较为严重；氨基酸组成比例在较低镉处理剂量下未受到影响。 2．受Cd污染的花生籽实，种皮Cd含量较高；蛋白质是络合镉的主要营养部位，而脂肪中镉的含量甚微，研究处理范围内均低于食品中Cd的限量值0.2 mg•kg-1 ；因此供试花生籽实不能作为人体对植物蛋白的来源，但可以作为人体对食用油脂的来源。 3．花生籽实中存在植物螯合肽PC4，它在花生中镉的耐性方面发挥着重要的作用。尽管非蛋白巯基（NPT）、半胱氨酸（Cys）、PC4和脯氨酸（Pro）含量受作物品种和外源镉处理剂量的影响，但它们对籽实中重金属镉的络合发挥着作用。此外，脯氨酸（Pro）还可以作为花生受镉胁迫的生物指示物。

CO2浓度升高对三种树木叶片化学和舞毒蛾幼虫取食及生长的影响

探讨全球气候变化的生物学和生态学效应是当今生态学中的热点，研究大气CO2浓度升高对植物-昆虫相互作用关系的影响具有重要的理论和实践意义。本文使用开顶式气室（Open-top chamber，OTC）在野外条件下研究了CO2浓度升高对三种树木（小青杨、白桦和蒙古栎）叶片化学成分含量的影响，以及树木叶片品质变化对一种广食性森林昆虫（舞毒蛾）幼虫取食、生长发育和取食偏嗜性的影响。得出如下结果：（1）CO2浓度升高对3个受试树种叶片中的营养成分及次生代谢物含量均有显著影响，总体表现为氮含量降低，而碳氮比、非结构性碳水化合物、总酚和缩合丹宁含量增加。叶片中的化学成分含量可随时间发生显著变化，不同树种、甚至同一树种不同冠层高度的叶片对CO2浓度升高的响应强度也是不同的。叶片的干物质含量和比叶重对CO2浓度升高的响应不显著。（2）室内非选择性取食实验、室内选择性取食实验以及上树取食饲养方式下的多龄期取食实验，均发现高浓度CO2处理组内舞毒蛾幼虫的生长发育受到显著抑制。但对四龄舞毒蛾幼虫所进行的短期生物测定并未发现不同CO2浓度处理下幼虫的生长发育速率、对食物的取食率和转化率等昆虫营养指标存在显著差异。（3）叶片品质的降低是导致舞毒蛾幼虫生长发育受抑制的主要原因。但是总体上，CO2浓度升高导致的叶片品质变化并未显著影响幼虫的取食率和取食量。（4）舞毒蛾幼虫对不同叶片种类表现出清晰的取食选择性，这种选择性在其幼龄期就可表现出来。幼虫对小青杨上层叶片有最显著的偏嗜性，对蒙古栎下层叶片有最明显的拒食性。但是CO2浓度升高导致的叶片品质变化对舞毒蛾幼虫的取食选择性和寄主偏嗜行为并未产生显著影响。（5）检测出高浓度CO2处理组内舞毒蛾幼虫虫粪中含有浓度更高的植物次生代谢物质（总酚和缩合单宁），这很可能是昆虫整体生长发育受抑制的重要原因之一。