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。

长白山暗针叶林苔藓植物对森林更新的影响

本文以长白山暗针叶林为研究对象，探讨了苔藓植物对森林更新的影响。研究内容包括：苔藓植物群落特征与林木更新的关系，苔藓植物体及其浸提液对种子萌发、幼苗生长的影响，苔藓植物浸提液的化学成分分析。主要结果：1）当苔藓层盖度大于40％或厚度大于4cm时，红松、臭冷杉、花楷槭幼苗数量较少；当苔藓层厚度小于4cm时，花楷槭和花楸幼苗数量较多；去除苔藓层后，小种子树种臭冷杉和鱼鳞云杉幼苗数量增多，而大种子树种红松则相反。2）不同种类、数量和活性的苔藓植物体对树木种子萌发和幼苗生长的影响是不同的。活苔藓植物体量多时，塔藓和拟垂枝藓对红皮云杉和落叶松种子发芽率没有显著影响，但不同程度地促进幼苗的生长。而活植物体量少时及杀青后的苔藓植物体，则在不同程度上抑制红皮云杉和落叶松种子萌发及幼苗生长。3）在实验室条件下，塔藓和拟垂枝藓活体浸提液对红皮云杉和落叶松种子发芽率没有显著影响，但在一定浓度下，塔藓浸提液抑制红松种子发芽，拟垂枝藓浸提液则促进其发芽；两种苔藓植物浸提液均抑制红皮云杉和红松幼苗生长，促进落叶松幼苗的生长。在室外条件下，杀青后塔藓的浸提液促进红松幼苗的生长，并且影响土壤的氮、磷含量。4）采用气质联用仪进行分析表明，塔藓浸提液中含有的已知发芽抑制物质要多于拟垂枝藓浸提液。

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。

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。

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。

长期施肥对土壤团聚体中碳水化合物分布特征的影响

碳水化合物是土壤有机质的重要组成部分，根据碳水化合物的稳定性和异源性可以了解植物和微生物以及微生物不同群体在土壤有机质积累过程中的相对贡献。本研究以公主岭黑土和沈阳农业大学棕壤两个长期定位试验基地土壤作为试验材料，分析长期施肥对碳水化合物在黑土和棕壤团聚体中积累和分布特征的影响，并通过对小团聚体二次分级研究碳水化合物在小团聚体内部的分布规律，探讨长期施肥对碳水化合物在小团聚体中分布的影响以及碳水化合物对小团聚体结构组成的贡献。通过上述研究，我们发现： 1. 有机肥有利于两种土壤的团聚化作用，有机肥使黑土小团聚体进一步复合，形成大团聚体，施肥措施引起棕壤微团聚体和粉＋黏粒的进一步复合，形成大粒径的团聚体。化肥对黑土团聚体结构起到一定的破坏作用，不利于大粒径团聚体的形成。 2. 有机肥促进大粒径团聚体以及小团聚体中微团聚体的形成，从而使土壤有机碳、氮和碳水化合物在土壤中截获（积累）。土壤中新增加的有机碳、氮和碳水化合物主要截获在>53µm的团聚体结构中，小团聚体中新增加的有机碳、氮和碳水化合物主要截获在粗砂和微团聚体结构中。 3. C/N和中性糖分布特征表明，无论是土壤团聚体还是团聚体内部结构，大粒径团聚体结构中包含的有机质来源于新添加的有机物料及根系的有机物较多，经历较少的微生物转化作用；粉＋黏粒结合的有机质微生物来源的碳水化合物的含量较高，说明有机质经历了强烈的微生物转化作用，生物稳定性较高。氨基糖分布特征表明，细菌趋向于在小粒径团聚体中积累，而团聚体粒径越大越有利于真菌生长。 4. 有机肥有利于提高土壤中植物来源糖和真菌对土壤有机质积累的贡献所以能够提高土壤及团聚体中有机碳、氮及碳水化合物的含量，但在有机质较高的黑土上有机肥施用存在一个临界值，当有机肥用量超过这个值时，即“过量”施用时，土壤微生物就不能利用全部的植物来源的有机化合物，多余的部分保存在大粒径团聚体结构中，成为微生物可利用的潜在的碳源和能源。

辽东山区次生林林窗环境因子动态

林窗是森林生态系统中的一种特殊结构，影响着整个森林生态系统的结构、物种组成、演替及生态系统功能。我国现有森林资源以次生林为主体，而林窗是森林演替的重要环节，因此通过次生林林窗特征及其内部环境因子动态研究，能够明确林窗在次生林演替中的重要作用。本论文以辽东山区次生林为对象，选取人工砍伐形成的三个不同大小的林窗，林窗按照面积大小分三个梯度来选取，从大到小分别为大林窗,中林窗和小林窗。通过野外调查、观测，较系统的研究了三个不同大小林窗的环境因子变化以及植物多样性与环境因子的相关关系。旨在明确林窗内各环境要素的变化规律及不同大小林窗间的差异，为东北山区的次生林管理经营与管理提供参考。 对林窗内环境因子（光量子通量密度、温度、空气湿度和土壤水分）、土壤氮素有效性以及植物多样性分析结果表明：（1）光量子通量密度日变化趋势均为单峰型，到达峰值的时间均在中午以前，且峰值出现的位置均在林窗中心偏北部。光量子通量密度在生长季开始时强度较大，而在生长旺季强度偏小；面积较大的林窗中心光量子通量密度没有显著差异，但林窗边缘与林内差异显著（P<0.05）。（2）空气温度日变化趋势为单峰型，非生长季面积小的林窗其温度高于面积大的林窗，生长季则面积大的林窗温度较高；林窗内南部的湿度高于林窗北部，而温度则为林窗北部高于林窗南部。（3）土壤水分在两个深度层次间无显著差异，但在雨季的土壤含水量明显高于其它月份；林窗内部不同位置，面积较大的林窗内部各点差异不显著，但面积小的林窗其中心与林窗内部各点差异显著（p<0.05）；土壤温度日变化与气温的变化一致，但其变幅较小，这可能与土壤和大气间的热量传递有关。（4）林窗内土壤硝态氮含量存在着明显的季节性，林内与林窗中心及林窗边缘差异显著，且面积较大的林窗硝态氮含量高于面积较小的林窗；面积较小林窗的氨态氮含量较高。矿化速率变化与硝态氮的变化一致。（5）各林窗内植物多样性在中林窗和小林窗边缘范围内都存在着物种多样性增加的趋势，而大林窗并未表现明显的物种多样性增加的趋势；环境因子与物种多样性指数在各林窗中均无显著的相关性。

CO2升高对土壤微生物群落影响的模拟研究

大气CO2浓度升高可以通过植物间接影响土壤生态系统。土壤生态系统的结构和功能改变将影响有机质矿化和营养物质循环，进而可能对CO2浓度升高产生正反馈或负反馈。微生物是土壤生态系统的主体，在对CO2浓度升高的反馈中起着至关重要的作用。本研究以开顶箱系统为平台，采用微生物分子生态学技术和现代酶学技术，通过对长期接受500 ppm CO2的红松幼树、长白赤松幼树和蒙古栎幼树非根际土壤连续两个生长季的测定，系统研究了高浓度CO2对温带森林土壤微生物群落的生物量和微生物活性的影响，检测了土壤微生物群落的结构和功能以及土壤化学性质变化，主要结论如下： （1）高浓度CO2处理提高了土壤有机碳含量。与对照组相比较，红松幼树土壤有机碳含量提高9.4%；长白赤松幼树土壤提高0.6%；蒙古栎幼树土壤提高1.3%。 （2）高浓度CO2处理使土壤磷酸酶（phosphatase）、几丁质酶（1,4-β-acetylglucosaminidase, 1,4-β-NAG）和多酚氧化酶（phenol oxidase）活性发生了显著变化，高浓度CO2使红松土壤 1,4-β-NAG活性提高7-25%，长白松土壤1,4-β-NAG平均活性降低14%，蒙古栎土壤1,4-β-NAG平均活性提高31%。 同时研究还发现，过氧化物酶（peroxidase）和多酚氧化酶(phenol oxidase)活性与微生物量碳和微生物量氮呈显著的正相关。相关分析还显示，土壤湿度与1,4-α-葡萄糖苷酶（1,4-α-glucosidase）活性、 微生物生物量碳和微生物生物量氮呈显著的正相关。 高浓度CO2在不同程度上改变了土壤转化酶活性和脱氢酶活性。高浓度CO2显著提高了红松和长白赤松土壤硝化酶活性；而显著降低反硝化酶活性。 （3）研究发现三种树土壤的真菌和细菌群落存在着季节性演替，并且高浓度CO2熏蒸处理使真菌群落结构发生了显著的变化，表现为一些种群优势度下降，另一些升高。虽然，细菌群落没有如真菌群落变化的明显，但研究中也发现高浓度CO2的确使个别细菌种群的优势度发生了显著改变。 亲缘关系与Calocybe carnea，Magmatodrilus obscurus密切的真菌是红松土壤优势种群，与Humicola fuscoatra关系相近的是长白松土壤的优势种群，并且此三种真菌的季节性变化不显著。研究发现高浓度CO2使红松土壤中亲缘关系与Pachyella clypeata，Cochlonema euryblastum，Lepiota cristata，Eimeriidae sp.， Trichoderma sp.相近的种群的丰富度显著提高，使蒙古栎土壤中亲缘关系与Serendipita vermifera，Calocybe carnea种群丰富度显著下降，使蒙古栎土壤中与Candida sp.，Magmatodrilus obscurus和Pachyella clypeata亲缘关系密切种群的丰富度显著提高。 （4）三种幼树叶的原位分解培养429天结果显示，红松和长白松凋落物的β-葡萄糖苷酶（1,4-β-glucosidase）和木糖苷酶（1,4-β-xylosidase）活性随着分解而逐渐增加，而这两种酶在蒙古栎凋落物分解过程中保持相对恒定；高浓度CO2显著影响叶凋落物分解磷酸酶（phosphatase），纤维二糖酶（cellobiohydrolase）, 几丁质酶(1,4-β-NAG)，多酚氧化酶（phenol oxidase）和过氧化物酶（peroxidase）的活性。研究发现，凋落物的生物化学性质变化能引起分解的微生物群落发生变化，进而引起分泌的胞外酶活性变化，科学印证了大气CO2浓度升高“通过影响凋落物质量进而影响分解叶凋落物的微生物群落的结构和功能”的猜测。 不同凋落物之间酶活性差异显著，真菌和细菌群落结构也显著不同。序列与Hyphodiscus hymeniophilus亲缘关系密切的真菌和亲缘关系与Verrucomicrobia bacterium密切的细菌是长白松凋落分解的最优势种群，序列与Lophium mytilinum亲缘关系密切的真菌是红松凋落分解的最优势种群。 另外，研究还发现，高浓度CO2使参与分解红松凋落物Beta proteobacterium OS-15A亲缘关系相近的细菌种群和与Azospirillum amazonense亲缘关系相近的种群丰富度显著降低；使与Luteibactor rhizovicina亲缘关系相近的种群和与Luteibactor rhizovicina亲缘关系相近的种群显著提高。高浓度CO2使定殖于长白松凋落物上Hyphodiscus hymeniophilus亲缘关系相近的种群和与Bionectria pityrodes亲缘关系相近的种群显著提高，而使与Neofabraea malicorticis亲缘关系相近的种群和与Hyphodiscus hymeniophilus亲缘关系相近的种群显著下降。

镉暴露下鱼体磷脂的代谢组学研究及安全评价

食品安全一直是世界各国密切关注的社会问题，直接关系人民群众的身体健康和社会稳定。代谢组学已广泛应用于毒理学机制研究、药物安全性评价等领域。将代谢组学技术应用于食品安全评价领域是一项有益的探索研究。目前我国许多水域镉含量超标，导致鱼类等水产品对镉的蓄积，对人体膳食健康造成威胁。 本文以鲫鱼为受试动物，开展室内水箱养殖实验，设定50g•L-1、500g•L-1两个镉浓度水平，共养殖25天，其中暴露期20天和净化期5天。通过镉含量测定和鱼肉磷脂代谢组学分析得到以下结论： 1）以暴露浓度、暴露时间、鱼体组织部位为因素，发现了鲫鱼对水环境中镉的积累和分布规律； 2）针对鱼肉开展磷脂代谢组学分析，①定性分析，通过质谱图解析基本确认了鱼肉中主要的磷脂分子的脂肪酸组成。②定量分析，采用HPLC定量分析暴露0天（K组）、10天（B组）、20天（D组）共计30个鱼肉样本中的磷脂酰胆碱（PC）含量， 发现K组与B组、B组与D组之间有显著性差异（P＜0.05），K组与D组无显著性差异。表明暴露10天后PC含量普遍低于正常水平（暴露0天），暴露20天后PC含量基本恢复到正常水平。③模式识别分析，PLS-DA主成分分析可有效识别K、B、D三组样本。 3）分别从限量标准、膳食安全风险评估两个角度评价了鱼肉膳食安全风险。通过PC定量分析和主成分分析，发现鱼肉中PC总量可以作为指示鲫鱼受到镉暴露的生物标示物；通过磷脂代谢图谱与鱼肉镉含量PLS拟合模型分析有效表征和量化了鱼肉磷脂对镉暴露的代谢响应，探索性提出借助拟合模型，通过磷脂代谢图谱分析预测鱼肉样本的镉含量。 4）在食品安全风险评价方面，建议采用限量标准、膳食摄入量、代谢组学识别和模型预测分析等相结合的手段，对传统风险评估体系在继承的基础上加以科学性的扩充和完善。

镉、铅排异大白菜品种的筛选和鉴定及安全生产调控技术

随着工农业的快速发展，土壤重金属尤其Cd和Pb污染日益严重。筛选和培育具有重金属低积累特性的农作物排异品种被认为是当前应对土壤重金属污染最为合理和有效的途径之一。本文通过盆栽试验、大田试验和砂培试验，研究了大白菜品种对Cd和Pb的吸收和积累的品种差异、对Cd、Pb胁迫的响应以及大白菜安全生产的调控技术，得出以下结论： 1) 盆栽梯度试验中，80种大白菜地上部对Cd的吸收存在显著差异(p < 0.05)。在3种Cd处理下(1.0, 2.5和5.0 mg/kg)，80种大白菜Cd含量浓度范围分别为(mg/kg) 0.22–2.46, 0.90–14.10和2.03–18.01, 其平均值分别为 0.79, 3.76 和6.79 mg/kg DW。大白菜对Cd胁迫具有较强的耐性。大田试验中，15种大白菜的富集系数和转运系数与盆栽梯度试验的结果基本一致。排异植物的筛选和鉴定标准包括：(1)该植物的地上部和根部的Cd含量都很低或者可食部位低于有关标准；(2) 富集系数(BF) < 1.0；(3) 转运系数(TF) < 1.0；(4)该植物具有较高的Cd耐性，在较高的Cd污染下能够正常生长且生物量无显著下降。采用此标准，结合盆栽梯度试验和大田试验结果，北京新3号、绿星70和丰源新3号可鉴定为Cd排异品种。秋傲和赛新5号具有排异Cd特性，但其对Cd的耐性较差。 2) 盆栽梯度试验中，在Pb投加浓度为500和1500 mg/kg处理下，30种大白菜地上部对Pb的吸收存在显著差异 (p < 0.05)，其Pb浓度的范围分别为：0.52–8.68 和1.86–16.20 mg/kg, 其平均值分别为3.01 和6.87 mg/kg DW。并且，随着Pb浓度的增加，白菜地上部Pb含量有随之增加的趋势。大白菜对Pb具有较强的耐性。低浓度的Pb处理对大白菜的生物具有一定的促进作用。结合盆栽试验和大田试验的结果，秋傲、世博秋抗和福星80可鉴定为Pb排异大白菜品种。 3) 砂培试验中，在Cd和Pb胁迫下，大白菜地上部的丙二醛(MDA)含量增加，随着Cd处理浓度的增加，超氧化物歧化酶(SOD)活性呈现先下降后上升接着下降的趋势，酸菜王的SOD活性要高于北京新3号SOD的活性。随着Pb处理浓度的增加，福星80地上部的SOD活性随之增加，而绿星大棵菜地上部的SOD活性先下降后增加。在不同梯度的Cd处理下，大白菜地上部的可溶性蛋白(SP)含量未见显著降低，甚至有所增加，而在不同梯度的Pb处理下，大白菜地上部的SP含量有所降低。 4) 施用改良剂可升高土壤的pH值和降低土壤中的有效态Cd，从而对大白菜的生长具有促进作用。施用改良剂可显著降低大白菜对Cd和Pb的吸收和累积。

华北典型旱地土壤氮素周转与主要微生物过程研究

微生物介导的氮素矿化作用、硝化作用和反硝化作用等，在土壤氮素循环中起着重要作用。微生物群落作为基本功能单位决定着这些微生物过程的进程，因此，土壤微生物多样性研究是土壤氮素循环研究领域中一个至关重要的内容。作为重要的农业管理方式，施肥和灌溉对土壤微生物群落及其功能有着重要影响。本论文以山西运城“中澳粮食主产区水肥优化管理试验区”小麦-玉米轮作农田为试验地点，研究了传统和优化两种水肥管理方式下的土壤总矿化速率、总硝化速率、微生物量碳的变化，以及土壤细菌群落结构变化，并获得以下主要结果： （1）不同水肥管理方式下共计四个处理：传统施氮肥区（A-UN）、传统不施氮肥区（A-NN）、优化施氮肥区（B-UN）和优化不施肥区（B-NN）。传统水肥管理区的灌溉方式为漫灌，冬小麦生长期土壤施氮肥量为85.0kgN/ha，玉米生长期施氮肥量210kgN/ha。优化水肥管理区的灌溉方式为喷灌，冬小麦生长期土壤施氮肥量为120kgN/ha，玉米生长期施氮肥量为120kgN/ha。土壤样品采集时间分别为3月份冬小麦土壤施肥前和施肥后、5月份冬小麦孕穗期、6月份冬小麦收获期、7月份玉米抽雄期和9月份玉米收获期。 （2）在冬小麦生长期，无机氮肥的施入明显改变了优化水肥管理区土壤细菌群落结构，但未发现对传统水肥管理区土壤细菌群落结构的明显影响。在玉米生长期，无机氮肥的施入对两种水肥管理区土壤细菌群落结构影响均较小。在所有处理中，细菌群落结构有着明显的季节变化性，不同季节之间细菌群落结构变化较大。 （3）优化施氮肥处理中（B-UN）存在着丰富的氨氧化细菌，该土壤中的氨氧化细菌属于Nitrosospira，且都归于Nitrosospira cluster3。优化施氮肥处理中（B-UN）也存在着氨氧化古菌，但氨氧化古菌的类群比较单一，存在着一个绝对优势类群，测序结果表明此氨氧化古菌属于泉古菌门。在两个不同时期（3月和5月），氨氧化细菌的群落结构发生了较大变化，而氨氧化古菌的群落结构变化则很小。 （4）7月总矿化速率大于9月。氮肥的施入对矿化速率有激发效应，氮肥施入量越大，土壤氮素的总矿化速率越大。7月份土壤总矿化速率的大小顺序为传统施氮肥处理（A-UN）>优化施氮肥处理（B-UN）>优化不施肥处理（B-NN），速率介于2.59mgN/Kg干土.d-1与12.6 mgN/Kg干土. d-1之间。9月份土壤总矿化速率介于1.84 mgN/Kg干土.d-1 与2.28 mgN/Kg.d-1之间。土壤NH4+-N消耗速率与矿化速率极其显著正相关（R=0.914，p<0.001），与总硝化速率显著正相关（R=0.496，p<0.05），与NH4+-N浓度极其显著负相关（R=-0.803，p<0.001）。 （5）玉米田土壤总硝化速率一直处于非常低的水平，总硝化速率介于0.016 mgN/Kg干土.d-1-0.22 mgN/Kg干土.d-1之间。以7月优化施肥处理（B-UN）最高，为0.22 mgN/Kg干土.d-1。土壤NO3- N消耗速率与土壤NO3- N浓度极其显著正相关（R=0.845，p<0.001）。土壤硝化潜势远大于土壤总硝化速率，土壤硝化潜势介于52.47 mgN/Kg干土.d-1-80.87 mgN/Kg干土.d-1之间。 （6）土壤微生物量碳有着季节变化性，7月份土壤微生物量碳大于9月份土壤微生物量碳。施无机氮肥使传统水肥区土壤微生物量碳迅速降低，降低幅度为28.7%，但对优化水肥区微生物量碳没有影响。无机氮肥的施入使土壤微生物量碳趋向降低，降低幅度为26%左右，至9月份，施肥区土壤微生物量碳（A-UN和B-UN）小于不施肥区(A-UN和B-NN)，且优化水肥管理微生物量碳大于传统水肥管理微生物量碳，这表明传统水肥管理不利于土壤微生物量碳的积累。

基于MODIS数据的草地生产力估算研究

草地在广大的干旱、半干旱地区是重要的可更新资源，草地生产力是草地质量评价最重要的指标之一，不仅体现草地生态系统的稳定性及生物种群的多样性，而且在畜牧业的发展及生态建设方面都有极其重要的参考价值和指导意义。本文以内蒙古通辽市科尔沁半干旱草地生态系统为研究对象，通过生长季野外生物量调查，结合遥感植被指数建立该区域三类草地系统的经验估产模型；同时利用遥感植被指数建立的植被光合模型（VPM）模拟草甸草地区域总初级生产力（GPP），为区域畜牧业的发展、生态环境评价及生态恢复提供基础数据。主要结论有： （1）对2000—2006年MODIS的8 d合成归一化植被指数（NDVI）资料和逐日气象资料的分析结果显示：季节变化过程中，研究区水汽压与NDVI的相关程度明显大于降水量；积温和累积降水量共同控制着各年草地的返青速度，草地快速生长期（6、7月）的降水量对NDVI年最大值的影响比年总降水量更显著；时滞分析表明，水汽压对之后约12 d的NDVI有持续的显著影响，平均气温的时滞为11~15 d，降水对NDVI影响的累积和时滞双重效应可达36~52 d。 （2）根据野外生物量调查结果和MODIS数据,分别采用归一化植被指数（NDVI）、增强植被指数（EVI）和修正的土壤调节植被指数（MSAVI）对草甸草地、半退化草地以及沙丘草地三种类型的草地分别建立了生物量估算模型，其拟合优度系数分别为：0.704、0.537、0.723，经F检验其相关性均达到显著水平（P<0.01）。 　　（3）由于引入了草地生长阶段光合生理的季节动态，VPM模拟的总初级生产力（GPPVPM）和涡度相关法观测的总初级生产力（GPPobs）结果有很好的一致性，GPPVPM（1506.54C•m-2）略低于GPPobs（1615.38gC•m-2）。表明VPM可用于半干旱草地总初级生产力的模拟，从而实现对通量观测GPP的尺度扩展，为区域或全球生态系统总或净初级生产力的模拟提供高时间、空间分辨率的准确模拟。

浑河源头不同森林类型穿透雨及上游水质监测

浑河西源头区（辽东山区）次生林生态系统在水源涵养、水土保持和调节水源功能等方面起着非常重要的作用，浑河作为沈阳和抚顺两市的母亲河，其水质的优劣直接影响到当地的生产和生活。为更好地了解该区水源涵养林的水分循环、森林对于雨水的作用及不同土地利用方式对于浑河水质的影响，本文测定了辽东山区主要森林类型穿透雨和溪流的理化性质，同时监测了浑河上游沿线（浑河西源头-抚顺下游）的水质。其主要结果如下： 与林外雨相比，1)五种林型（红松人工林、落叶松人工林、蒙古栎林、花曲柳林和杂木林）穿透雨均出现了显著酸化(P＜0. 05)，其酸化程度较严重的为红松林和落叶松林，其次为杂木林、蒙古栎林和花曲柳林；2)由于雨水对于干沉降的冲刷和林冠与雨水中离子的交换，五种林型穿透雨电导率（COND）值和总溶解固体（TDS）含量显著升高(P＜0. 05)，升高顺序依次为：蒙古栎林＞花曲柳林＞落叶松林＞杂木林＞红松林；3）由于雨水溶解了干沉降物质和林冠附生生物吸收了雨水中的溶解氧，五种林型穿透雨的溶解氧（DO）浓度显著降低(P＜0. 05)，其中，落叶松林和蒙古栎林降低幅度较大，其次为花曲柳林、杂木林和红松林；4）由于干沉降物质中含有Cl-离子且植物体对于Cl-吸收较小所致，五个林型穿透雨中Cl-浓度较林外雨明显升高，Cl-浓度由大到小依次为：落叶松林＞蒙古栎林＞杂木林＞花曲柳林＞红松林；5)花曲柳林、蒙古栎林和杂木林穿透雨中NO3-浓度均高于林外雨，说明雨水对于植物体表面物质中的NO3-淋溶和冲刷占主导作用；而落叶松林和红松林穿透雨NO3-浓度低于林外雨，因为针叶林具有较大的叶面积指数，其林冠吸附了雨水中的NO3-。 浑河上游沿线水质（浑河西源头即清原森林生态实验站、红河漂流源头、 红河漂流尾点、清原县城上游、清原县城下游、四道河、四道河和英额河汇合后、 红透山镇上游、红透山镇下游、大伙房水库和抚顺市下游）变化（1）从清原森林生态实验站到红河漂流下游浑河水质变化如下:电导率值和总溶解固体含量升高、浊度增加、溶解氧浓度下降、温度（T）升高、氧化还原电位（ORP）增加、氯离子和硝氮浓度升高，主要由于沿线居民生活生产排放和红河漂流的人为废弃物导致；2) 河水流经清原县城和红透山镇后:pH值减小、电导率值升高、溶解氧浓度减小、温度上升、氧化还原电位下降、硝态氮浓度减小，由于清原县城和红透山镇密集的居民活动及工业排放导致；3) 抚顺下游和其他采样点相比:电导率值最高、浊度最高、溶解氧浓度最低、温度最高、氯离子和硝氮浓度最高,主要由于抚顺市区密集的人口活动和工业排放导致。 林外雨、穿透雨和溪流水理化性质相比：pH穿透雨＜pH林外雨＜pH溪流水， COND林外雨＜COND 穿透雨＜COND溪流水，DO穿透雨 ＜DO林外雨＜DO溪流水，ORP溪流水＜ ORP林外雨＜ ORP穿透雨，Cl- 林外雨＜Cl-穿透雨＜ Cl-溪流水，NO3- 林外雨＜NO3-穿透雨＜NO3-溪流水。

长白山阔叶红松林碳循环对CO2升高响应过程的模型模拟研究

以长白山原始阔叶红松林和连续多个生长季500ppmCO2处理的红松幼苗为研究对象，采用TECO模型及参数的优化，结合长白山阔叶红松林生态系统的碳通量多年连续监测数据、开顶箱系统(Open-Top-Chambers，高浓度CO2处理)的实地连续监测数据以及相关研究结论的比较，定量模拟生态系统群落水平和个体水平的碳收支(碳通量和碳密度)、碳分配格局和蒸发散等年际变化。模拟结果显示： 1)生态系统群落水平的碳通量和碳密度模拟结果与通量塔监测数据对比发现：长白山阔叶红松林生态系统目前仍是个大气的碳 “汇”。碳汇强度的季节变化波动较大。土壤碳密度占整个阔叶红松林生态系统总密度的67.9%。 2) 开顶箱的个体水平的模型模拟与实地观测显示：CO2升高显著提高红松幼苗的总初级生产力和净初级生产力；地上生物量受到抑制，地下生物量显著增加。 3) CO2对红松幼苗蒸发量和蒸腾量的影响要高于生态系统，CO2提高红松幼苗蒸发量，但对幼苗的蒸腾量影响不大。