东北多年冻土对气候变化的响应

近地表面多年冻土对寒区生态系统的植被覆盖、水文条件、土地利用和工程建设具有重要影响，随着气候变化研究的广泛开展，区域冻土环境的变化也成为学者关心的重要议题。中国东北的多年冻土处于欧亚大陆多年冻土带的南缘，多年冻土不如以北地区发育，是十分脆弱的多年冻土。然而，多年冻土在东北寒区生态系统中却起着重要的作用。若东北多年冻土发生退缩，则有可能加速落叶松北移和湿地退缩的过程，也会对C的释放产生重要影响。因而探明现实气候条件下东北区域多年冻土的影响因子和发育状况以及未来气候条件下多年冻土的退缩趋势，将有助于促进东北寒区生态系统的冻土和其它学科研究，同时也可为寒区开发建设提供有意义的参考。 本研究从分析东北多年冻土的主要影响因子——气候、地形和土壤条件等入手，准确地掌握了多年冻土的发育状况，并以此为根据进行了景观尺度上多年冻土分布信息的提取和融深信息的研究。同时，在区域尺度上对多年冻土的现实分布和未来气候条件下多年冻土的可能分布状况进行了探讨。最终得到以下重要结论： （1）冻结数对东北多年冻土分布具有重要的指示作用 冻结数模型具有明确的物理意义，可以指示多年冻土的发生状况。研究中，利用地形、纬度等因子，结合气温和降水数据模拟了现实气候条件下东北地区的冻结数值；并依据冻结数模型的区划标准对东北多年冻土进行分区。结果表明，冻结数在指示多年冻土分布时具有重要作用。 （2）土壤含水量、地形坡度和群落因子对多年冻土具有重要影响 以大兴安岭呼中国家级自然保护区为例，调查了该区多年冻土活动层厚度，并利用多重对比分析和相关分析的统计方法，对多年冻土活动层的影响因子进行了分析。结果表明，多年冻土活动层厚度与多个环境因子之间存在着复杂的关系。其中，土壤表层含水量与活动层厚度具有极显著的负相关关系（P<0.001），其相关系数在0.90以上，说明含水量越高，活动层厚度越浅。地形坡度和活动层厚度的相关性也达到显著水平（相关系数为0.321，P=0.006），表明坡度越陡，活动层厚度越大。几乎每个样带的海拔与活动层厚度都有显著的相关性，但在整体研究区域内海拔与活动层厚度不存在相关性。这说明活动层厚度的变异仅在本研究的样带尺度上具有规律性，而在稍大尺度上这种规律性就消失了。对于不同的群落活动层厚度的多重对比分析表明，群落的差异对活动层厚度也有明显的影响，其中狭叶杜香-泥炭藓群落（Larix gmelini-Ledum palustre var. anqustum-sphagnum magellanicum）更有利于多年冻土的保存。 （3）景观尺度上的多年冻土分布状况 在景观尺度上，以呼中国家级自然保护区为研究区，应用神经网络方法，同时以土地覆盖、等效纬度、坡向和土壤湿度多种影响因子为数据源，对多年冻土分布信息进行提取。结果表明，考虑土地覆盖、等效纬度和土壤湿度的数据源组合可以获得高精度最高的多年冻土分布信息，分类精度可以达到89.0%，多年冻土面积占研究区面积百分比达到46.71%，为780.1 km2。 （4）景观尺度上多年冻土的融深状况 研究考虑了包括植被和等效纬度两个影响活动层厚度的重要因子，并将Stefan公式进行变形，简化为包含热量条件的等效纬度因子和植被条件的C因子的函数关系。最后应用该函数关系模拟了呼中自然保护区活动层厚度空间分布，模拟结果的精度为87.25%。在模拟结果中，面积和所占比例最大的活动层厚度为70-80 cm间的活动层厚度，所占面积达到341.4 km2 ，占整个研究区面积的20.43%。而面积最小的活动层厚度为30-40 cm间的活动层厚度，面积为0.02 km2 。通过群落与活动层厚度的空间分布对比发现，呼中自然保护区占最大比例的活动层（70-80 cm）所对应的植物群落主要为落叶松-丛桦-笃斯-藓类群落（Larix gmelini-Betula ovalifolia-Vaccini uliginosum-moss）。说明呼中自然保护区冻土湿地植被主要以该群落类型为主，演替处于中间阶段。 （5）区域尺度上多年冻土的分布状况 利用证据权重法，以可能影响多年冻土分布的气候、地形和土壤等因子作为数据源，对研究区在现实气候条件下的多年冻土分布进行预测，获得了多年冻土在现实气候条件下的分布概率等信息。结果表明，当分布概率大于0.17时，划分出的多年冻土的精度最高，为78.71 %。此时，多年冻土面积为2.03×104 km2 ，约占研究区总面积的1.76%。 （6）东北多年冻土分布对气候变化的响应 利用空间代时间的方法和Kappa指数，对证据权重法在预测未来气候变化条件下多年冻土分布的准确性进行了验证，结果表明，证据权重法预测气候变化条件下多年冻土的分布状况是可行的。 在CGCM3模拟的三种气候模式下，多年冻土在2050年和2100年都将发生明显的退缩。2050年，SRES A1、SRES A2和SRES B1三种气候情景下多年冻土的面积分别为786.38 km2，705.94 km2和1 028.81 km2。与现实气候下多年冻土的面积2.03×104 km2相比，多年冻土分别退缩了96.13%，96.53%和94.94%。而2100年的模拟结果表明，三种气候情景模式下，多年冻土已经全部退化。 （7）气候变化条件下东北多年冻土的分区变化 研究将冻结数等值图与2000年中国东北冻土分区图进行叠加，计算了不同多年冻土亚区的边界对应的冻结数值，建立了利用冻结数进行中国东北多年冻土分区的标准。根据冻结数指标确定的新的中国东北冻土分区与原中国东北冻土分区进行Kappa指数认证。结果表明，冻结数分区标准更适用于中国东北多年冻土的区划。 利用新的冻结数分区标准对CGCM3模拟的三种气候情景模式下的气候变化数据进行区划表明，三种气候模式下东北多年冻土区在21世纪都会有非常明显的退缩。2050年时冻土区缩减了37.7%-42.6%，2100年时缩减了62.5%-74.0%。同时，研究结果显示，东北多年冻土区域的退缩不仅发生在多年冻土区的南界，同时多年冻土的中心退缩也较为明显，即大片连续多年冻土亚区和大片连续—岛状多年冻土亚区的退缩最为剧烈。2050年时，三种气候情景下，大片连续多年冻土亚区将退缩88.8%以上；2100年时，SRES A2模式下，大片连续多年冻土亚区将完全消失。

中国柳叶藓科植物的研究－分类、区系和生态

柳叶藓科（Amblystegiaceae）是侧蒴藓类中一个较大的科，世界报导有 39 属，约 300 余种。由于其配子体特征受环境影响较大，其属种的分类位置历来存有争论。中国记载有柳叶藓科 115 个分类单位，己知 23 属，67 种，12 变种，3 变型（Redfearn, et al. 1996），其记录和标本鉴定比较混乱。因此，对中国柳叶藓科全面系统的分类、区系和生态研究，对深入了解中国苔藓植物多样性及特点有重要的科学意义。作者在大量文献查阅和考证后，对国外 9 个主要苔藓植物标本馆的有关中国柳叶藓科 47 份模式标本和标本 300 余份，国内 6 个主要标本馆的 3，000余份标本进行了全面系统的形态解剖学和分类学研究，对孢子和蒴齿的形态特征进行了扫描电镜观察。并采用等级聚类分析方法，对其属种间的系统关系、地理分布特点和区系成分定量研究。同时，在国内首次开展了藓类专科的生态学研究，在吉林长白山、黑龙江五营、辽宁白石砬子和医巫闾山保护区进行样方调查，对样方以及柳叶藓科植物与环境因子的关系进行了典范对应分析。研究的主要结果有：1. 对中国柳叶藓科进行系统分类的结果是共记录 19 属 46 种 5 变种。对每一分类单位给予形态特征描述和绘图，并利用 Arcview 软件绘制其中国分布图。发现中国新分布记录植物 3 种，1 变种：圆叶湿原藓 Calliergon megalophyllum Mikut, 毛叶镰刀藓 Drepanocladus trichophyllus (Warnst.) Podp, 细肋镰刀藓 Drepanoclaldus tenuinervis Kop. 和牛角藓宽肋变种 Cratoneuron filicinum var. atrovirens (Brid.) Ochyra。归并 Campylium amblystegioides Broth. (=Isopterygium minutirameum), Leptodictyum serrulatum Broth. (=Eurhychium pulchellum), Drepanophyllaria cuspidarioides C. Muell. ( = Hygroamblystegium tenax), Amblystegiella yuennanensis Broth. (= Platydictya jungermannioides) 和 Amblystegium schesianum C. Muell., Hygroamblystegium ramulosum Dixon, Cratoneuron longicosatatum Bai X.-L. (Cratoneuron filicinum) 7 个新同物异名，并纠正 9 个前人错误记录。2. 电镜扫描观察结果孢子大都近球形，通常无萌发孔，具近极薄壁区。纹饰皆由周壁形成，一般呈规则或不规则颗粒状、疣状或瘤状，区别在于孢子大小，颗粒或瘤或疣的大小、高度以及密集程度等。孢蒴多为长柱形，弯曲，只有三洋藓的孢蒴形态变化较大。藓齿两层为灰藓型蒴齿。齿毛数量和发育程度各异。总的来说，柳叶藓科植物的孢子体特征在属间或种间差别不大。3. 系统关系的等级聚类分析结果支持了近年来对柳叶藓科植物修订的某些属的概念。如传统上定义很广的细湿藓属（包括狭义的细湿藓属、嗜湿藓属和偏叶藓属）和水灰藓属在聚类树状图中常不聚合在一起。说明了广义细湿藓属的水灰藓属不是一个很自然的分类类群，而应该分为更细的属。柳叶藓属、湿柳藓属和薄网藓属的种类明显常聚在一起，位置较近，且比较稳定，可以同归于柳叶藓属。毛叶镰刀藓与范氏藓和大范氏藓的关系较近，说明适合将毛叶镰刀藓归并入范氏藓属中，范氏藓属和湿原藓属的较近。4. 对中国柳叶藓科的地理分布和区系成分的聚类分析表明，该科为典型的泛北极分布类型，大多分布于北半球的温带和寒带，59％为欧亚美共有种，14％为东亚特有成分，其中 8％ 为中国特有成分。属种的分布特点主要是，牛角藓属、柳叶藓属、细湿藓属、嗜湿藓属、三洋藓属和水灰藓属的中国分布比较广泛，大湿原藓属和偏叶藓属主要分布在东北地区和西南高山地区，而湿原藓属、范氏藓属和镰刀藓属则主要分布在东北地区。总的来说，气候较为寒冷的东北地区是中国柳叶藓科植物的主要分布区。西南地区的种类也较为丰富，是柳叶藓科植物的中国特有属种的分化中心。其他地区的柳叶藓样植物大多是分布在高山地区，表现出地区商的不平衡性。5. 对东北地区柳叶藓科植物的生态调查和典范对应分析研究进一步说明，柳叶藓科多分布于阴湿或水生生境，喜中性的酸碱条件。湿原藓属、范氏藓属、和镰也藓属植物常分布于沼泽，其中范氏藓属和镰藓属的一些种类常沉水或半沉水生长，而其他种类能分布于相对较干燥或季节性积水的地方。牛角藓属和水灰藓属植物常分布于溪流中，牛角藓属常分布于泉水或溪流的源头，而水灰藓属则喜流动的溪流。细湿藓属，柳叶藓属和嗜湿藓属植物的生境较为干燥，既能在林下土生、石生或树干生，也能分布于较为潮湿的生境。三洋藓常见于森林林下，在有些开阔地带也能生长分布，其生境范围明显较柳叶藓科其他各类为广，是唯一能适应陆生环境的柳叶藓科植物。对柳叶藓科植物与其环境因子的进行的典范对应分析结果表明，所研究的 26 种柳叶藓科植物大部分分布于水生环境，因其在排序图中与基质含水量接近。与基质含沙量、草本层郁蔽的相关也较大。其中水生环境下的 19 种柳叶藓科植物与水流速度和水体 pH 值关系较密切。

木本固氮植物与微生物联合共生体人工构建的研究

植物与微生物之间的共生体（如菌根和根瘤）使宿主植物从生理、生态功能方面获得利益，其抗逆性得到提高，从而使植物的生存竞争能力得到提高。近二十年来，对于菌根或根瘤这样两位一体的共生体系的研究相当活跃，并取得显著的进展。但是对于“固氮植物、根瘤菌或放线菌、菌根真菌”这三者之间形成的共生体的研究还较少，而且基本上停留在对现象的描述上，缺少对三者之间关系的探讨及对共生机理的揭示。因此，研究木本固氮植物的联合共生体，对总结树木与微生物共生生态的基本规律、提示生物间的朴素协调关系、科学地利用共生资源、发挥共生优势以及促进生态物脆弱地带的生态恢复、提高土地生产力、丰富生态学理论都具有重要意义。通过对固氮树木沙棘和刺槐联合共生体人工构建的研究，得出如下结论：联合共生体的确认：通过显微观察和形态解剖特征观察，确认了在人工纯培养条件下，两种典型的固氮树种均能形成根瘤、菌根联合共生体。非豆科固氮树种沙棘与弗兰克氏放线菌共生形成根瘤的同时，还能与内生菌根菌共生形成内生菌根。豆科固氮树种刺槐在与根瘤菌共生形成根瘤的同时，还能与内生菌根真菌、外生菌根真菌共生形成内生菌根和外生菌根。菌根菌对固氮树种生长的促进作用：接种菌根真菌明显地促进了固氮树种的生长，但不同的菌种及组合促生效果不同。相比较而言，VAH较适合沙棘，而VAR���更适合刺槐，毛边华锈伞（H.mesophaseum）是比较适合剌槐的外生菌根真菌，这说明了共生菌种选择的必要性以及选择土著菌种的重要意义。内生菌根真菌和外生菌根真菌的混合接种对刺槐的生长具有增效作用，但不同菌种搭配的效果不同，尤其以VAR���毛边华锈伞（H.mesophaseum）接种组合效果最佳。固氮菌对固氮树种生长的促进作用：接种固氮菌能明显地提高结瘤固氮能力，从而促进宿主植物的生长。HR16是沙棘较理想的共生固氮菌株，接种HR16的沙棘植株的生理指标及生长指标均明显提高。接种根瘤菌336的刺槐小苗也明显地改善了其生长状况。联合共生体中菌根菌和固氮菌之间存在着相互依存，互相促进的关系：这是人工构建联合共生体的前提。沙棘联合共生体中，VA菌根菌对Frankia的结瘤固氮能力具有明显的促进作用，而同时Frankia对菌根的发育也具有促进作用。刺槐联合共生体中菌根菌和根瘤菌之间也表现出相同的规律，菌根真菌对根瘤菌的结瘤固氮能力具有明显的促进作用，尤其是内、外生菌根真菌混合接种，效果更佳。根瘤菌对菌根的发育也同时具有促进作用。菌根菌与根瘤菌之间的协同增效作用以及联合共生体人工构建的最佳组合：联合共生体中菌根菌和固氮菌之间的关系决定着二者对宿主植物的生长存在着协同增效作用。混合接种固氮菌和菌根菌，明显的提高了宿主植物生长的综合指标，但不同的菌种搭配表现出不同的作用。对沙棘而言，VAH＋HR16（Frankia）是最佳的组合。对刺槐来说，根瘤菌（Rhizobium 336）＋VAR���毛边华锈伞（H.mesophaseum 870191）是最佳的组合。无论是豆科固氮树木还是非豆科固氮树木，促进结瘤固氮能力的最佳组合、促进菌根发育的最佳组合以及促进植株生长的最佳组合是一致的。共生资源的调查及菌种培养条件：通过对刺槐林下菌根真菌资源的调查、分离和培养，进一步了共生资源，摸索出了一套较理想的适合外生菌根真菌的培养条件及培养基，为人工构建联合共生体提供了技术保障。综上所述，本文在木本固氮植物联合共生体人工构建的研究中得出具有重要意义的结论：从殂态解剖特征上确诊了木本固氮植物联合共生体人工构建的可能性；定量研究了菌根菌和固氮菌对宿主植物的促进作用以及两者之间的联合增效作用，选择出了最佳的联合共生体构建接种组合；对宿主植物、菌根菌、固氮菌之间的相互关系及机理进行了初步的探讨，为联合共生体人工构建应用于生产提供了理论基础和技术依据。

Nisin高产菌株选育及应用的研究

本论文以牛奶为原料分离出42株球菌，经鉴定其中15株为乳链球菌（Streptococcus lactis）。对15株乳链球菌进行Nisin效价测定后，确定SN-21为诱变的出发菌株（598.1IU/ml,NO.95培养基），经过硫酸二乙酯和紫外线的多次诱变后，选育出一株Nisin高产菌株（1514IU/ml,CM培养基），命名为S. L. 21 (Streptococcus lactis 21)。通过对S. L. 21发酵条件的选优，其Nisin效价达到1862IU/ml。采用紫外吸收光谱法确定S. L. 21发酵产物中的抑菌物质为Nisin。在Nisin高产菌株选育的同时，开创了Nisin应用于蕨菜罐头的加工贮藏研究。通过在蕨菜罐头中添加0.1g/kg的Nisin，降低了蕨菜罐头的杀菌温度（100 ℃）和杀菌时间（15min），保证了蕨菜的品质，提高了蕨菜罐头的贮藏安全性，这为低酸易软烂野生蔬菜食品的加工贮藏提供了一条重要途径。100 ℃，15min杀菌条件下，在加工的蕨罐头中，未添加Nisin的处理和添加苯甲酸钾（1.0g/kg）的处理，均出现胀罐，爆罐现象。经分析确定蕨菜罐头胀罐原因是由污染的细菌产气引起的。通过分离污染菌优势类群得到8株芽孢杆菌，经系统的细菌学鉴定，4~#菌株为巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium），8~#菌株为短小芽孢杆菌（Bacillus pumilus），其余为枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）。经进一步产气试验证明5~#菌株产气快，产气量大，是引起蕨菜罐头胀罐的污染优势种，经研究发现蕨菜罐头污染菌优势种是一种枯草芽孢杆菌的新变种，命名为枯草芽孢杆菌嗜热耐盐新变种（Bacillus sutilis n. var. sp.），这株新变种具有耐热（90 ℃），耐盐（10%NaCl），产生的特点。对蕨菜罐头污染菌优势种（5~#）进行防腐剂抑菌试验发现其对Nisin敏感（MIC 500ppm），而对苯甲酸钠（MIC 1.5%）和山梨酸钾（MIC 3%）不敏感，抑菌率试验进一步证明，在允许应用范围内，只有Nisin对蕨菜罐头防腐有良好的效果，而苯甲酸钠和山梨酸钾抑菌效果均不理想。在Nisin对污染菌优势种（5~#）的溶菌作用试验中，通过电镜可以观察到，Nisin的作用首先是破坏细胞壁，细胞膜，造成细胞内物质外流，严重溶菌结果，导致污染细菌死亡。以上关于Nisin应用于蕨菜罐头防腐，蕨菜罐头污染菌优势类群的分析，污染菌优势种的研究的试验结果均为国内外首次报导。总之，通过在蕨菜罐头中添加Nisin来抑制污染菌优势种的生长敏殖，进而达到降低杀菌强度的目的，对于保证蕨菜固有的品质及今后蕨菜等野生资源的开发具有重要的意义。

中国裂叶苔科植物的研究-分类、区系和生态

裂叶苔科（Lophoziaceae）是叶苔目植物中的一个大科，其植物体形态变化较大，分类较为困难。中国在裂计佩一苔科下已记录的植物有23属、106种、2变种和2变形。本论文在大量文献考证和对国内外3000余份标本深入研究基础上，对中国裂仆佩一苔科进行了较系统全面的分类修订，记录了中国裂价卜苔科植物共有11属45种3变种1变形，提供了种属形态特征描述和41幅图版。发现中国新记录2种1变型：异瓣裂叶苔（Lophozia diversiloba Hatt），毛口挺叶苔（Anastrophyllum piligerm (Nees.) Steph.）和密叶三瓣苔小叶变形（Tritomaria quinquedentata fo. gracilis (Jens.) Schust.）；新组合名1个：小挺叶苔尖变种（Anastrophyllum minutum (Schreb. in Cranz.) Schust var. acuminatum (Horik.) Cao & Sun comb. nov.），还有省区新分布记录16个。采用聚类分析方法分析了裂叶苔科种属间的关系，结果支持广义裂汗卜苔属和挺口一卜苔属的概念。 区系成分的分析研究表明：中国裂计佩一苔科植物的地理成分主要以泛北极分布类型为主，占79.6%.东北地区、秦岭地区、西南地区和台湾省为我国裂p_佩一苔科植物种类最丰富的地区。在国内首次开展了苔类专科的生态学研究，并采用CCA方法对结果进行分析。研究表明：裂叶苔科植物在长白山分布上表现出明显的垂直地带性，可分为三类：（1)分布在2000米以上苔原带的种类，主要有小挺叶苔A. minutum、石生挺叶苔A. saxicola、密叶三瓣苔T. quinquedentata、高山裂叶苔L. sudetica，圆叶裂叶L. wenzelii；（2）分布在1730米到2000米苔岳桦林带的种类，主要有：方叶无褶苔L. bantriensis，细裂瓣苔B. barbata，阔瓣裂叶苔L. excisa；（3）分布在1150-1730米以下暗针叶林的种类，主要有：三瓣苔T. exsecta，多角胞三瓣苔T. exsectiformis、囊苞裂叶苔L. ventricosa，秃瓣裂叶苔L. obtusa和倾立裂叶苔L. ascendens。影响裂叶苔科植物分布的主要坏境因子是海拔高度。 对处于不同纬度三个地区的同种裂叶苔科植物的比较分析说明：随纬度的升高其分布的海拔高度逐步降低。

柽柳科植物系统学及生态学研究

本文主要开展了以下两方面的研究：1．柽柳科系统学研究基于核核糖体DNA ITS序列，并结合形态特征，论证了山柽柳属（Myrtama（Royle）Ovcz＆Kinz）是一个自然的属。山怪柳属是怪柳属向水柏枝属进化过程中的中间过渡阶段，表现出许多“杂合”的性状，但系统学关系与水柏枝属更为接近，柽柳属、由柽柳属、水柏枝属同属于怪柳族Tamariceae；基于18S（nrDNA），rbcL（cpDNA），和tRNA Ser／Gly（cpDNA）间隔区分子序列，并结合形态特征，支持红砂属（holonachna Ehren）．为一个独立属的分类学意见，并认为红砂属是柽柳科共同祖先向琵琶柴属进化过程中的一个分支，与琵琶柴属关系很近，两者同属于红砂族Reaumurieae。画出了柽柳科系统演化关系图，并认为红砂族较为古老，柽柳族较为进化，由红砂族演化出柽柳族， 而柽柳属为联结红砂族和柽柳族的中间联结。首次较全面的研究了怪柳属植物的地理学。柽柳属是典型的旧世界温带分布属，伊朗一吐兰地区的西亚亚区是现存本属植物的现代分布中心和分化中心；根据柽柳属植物的现代地理分布、形态演化趋势、现有的化石及地质历史资料推测，柽柳属起源于古地中海热带成分盛行的早第三纪始新世，具有起源古老的性质，并且随着晚第三纪古地中海的退缩、气候逐渐干旱而得到进一步发展，产生许多新的以温带成分为主适应旱生环境的现代柽柳属种类。分析了怪柳属植物的形态变异，比较了怪柳科18种植物营养枝解剖结构，并对国产柽柳属植物进行了分支分类学和分子生物学研究，在此基础之上对国产柽柳属植物有争议的种进行了分类学修订。认为短毛怪柳为刚毛怪柳的一个变种，恢复其学名Tamarix hispida Var���Karelinii（Bge）Baum，而甘蒙柽柳（Traustromogolica Nakai）、白花柽柳（T.albiflonum M．T．Liu）、多花柽柳（T.hohenackeri Bge）为自然的分类学种。日．柽柳科生态学研究全，调查了新疆境内柽柳属植物的分布及群落特征，并对重点调查的塔里木河中游柽柳群落及刚毛柽柳盐淇群落特性进行详细描述。发现塔里木河中游怪柳随着地下水埋深的逐渐增加而表现出从繁茂到衰退到死亡这样一个生长规律，说明柽柳生存和发展总是与分布区的地下水位相联系，此外，怪柳群落与胡杨林一起构成了荒漠河岸林独特的景观；刚毛柽柳群落种类贫乏，根据种类组成及分布生境将刚毛柽柳群落划分为三大群丛组，而以刚毛柽柳为建群种构成的广裹盐漠属于比较脆弱的生态系统，仅具有相对稳定性。首次开展了柽柳科分子生态学研究。利用RAPD分析技术对新疆境内10个刚毛柽柳居群进行了遗传结构特征分析，认为刚毛柽柳遗传变异丰富，变异主要分布在居群间；维持刚毛柽柳遗传多态现象的机制主要是基因流的隔离；刚毛柽柳的繁育系统属于一种自交和不完全异交混合的交配类型。刚毛柽柳天然居群的遗传多样性丰富，遗传分化较大，反映了刚毛柽柳对环境广泛的适应性。

章古台沙地人工林树木养分再吸收与利用效率

以科尔沁沙地章古台地区人工林树种樟子松（Pinus svlvestris var���mongolica）、油松（Ptabulaeformis）、赤松（Pdensora）和彰武小钻杨（Populusxiaozhuanica）以及11、20、29、45四个年龄樟子松树木为材料，从植物N、P、K、Ca、Mg养分方面探讨了树木对贫痔生境的适应能力。结果表明：针叶树樟子松、赤松、油松叶片N、P、K含量的季节特征相似。叶片N含量各季节变化较小，而叶片P、K含量在2003年总体表现出逐渐增加的趋势。四个年龄樟子松叶片的养分含量季节特征相似。樟子松叶片的平均N和P含量显著（P＜0.05）高于赤松，油松最低，而三者N：P比和K含量无显著差别。彰武小钻杨叶片的N、P、K含量显著高于针叶树。樟子松叶片N、P、K的再吸收效率与能力及利用效率均低于油松和赤松，而Mg的再吸收效率与能力及利用效率均高于两种树种。反映了樟子松对N、P、K养分的保存·利用和减少损失量的能力均低于油松和赤松，而对Mg的保存和利用能力则强于两种树种。结合叶片凋落造成的年养分损失量大小差异，对N、P、K供应不足生境的适应能力大小为：油松＞赤松＞樟子松。针叶树N、P、K、ca、Mg的再吸收能力和利用效率都显著高于落叶树彰武小钻杨，反映出针叶树更能适应贫瘠环境的特点。随着樟子松年龄的增加，叶片的N、P、K、Mg再吸收效率和能力都表现出了下降的趋势，反映了樟子松对贫瘩生境的适应能力随着年龄的增加而下降。同时，随着年龄的增加樟子松叶片单位N、P、K、Mg养分的生产力水平下降，表现了在养分利用上的衰退特征。对树木叶片N:P比、养分再吸收效率与能力及利用效率进行分析和比较，表明研究区最限制树木生长的养分可能为N，P的限制作用还不突出。人为干扰造成大量N、P、K养分从森林生态系统中损失。树木叶片N的年再吸收量与总的N年损失量相当，反映了在剧烈人为干扰条件下，养分再吸收对于树木的生长和生存具有更加重要的作用。

沈阳城市森林生态系统健康与管理研究

本文系统研究了沈阳城市森林的布局与结构、城市森林功能、城市森林病虫害发生与树木健康状况和城市自然资源与社会经济状况等指标对沈阳城市森林生态系统健康与管理的影响。同时一，采用2种生态系统健康评价方法对沈阳城市森林生态系统健康状况进行了评价，并提出了沈阳城市森林生态系统健康管理的对策。研究结果如下：1、截至2004年末，沈阳城市森林植被覆盖率已经达到35％，城市森林林地分布基本合理，但需要进一步加强道路林地、居住区林地和城郊大面积生态林建设。2、沈阳城市森林以乔木为主，乔灌株数比为1.7：1，乔灌的覆盖度比约为7:1。3、沈阳城市森林不同类型林地中植物组成不同。公园林地中有74个属，137个种（变种）；庭院林地中有53个属，104个种（变种）；居住区林地中有45个属，81个种（变种）；道路林地中有43个属，94个种（变种）；运河风景林地中有75个属，142个种（变种）；棋盘山风景林地中有48个属，118个种（变种）。4、公园林地、庭院林地、居住区林地、道路林地和运河风景林地的Shannon一Wiener多样性指数分别为2.78、3.05、3.15、3.18和3.18，均匀度指数分别为0.56、0.66、0.72、0.70和0.64。除了棋盘山风景林地外，沈阳城市森林中栽植总量超过乔木总量5％的乔木树种有7个属，分别为李、柳树、杨树、桧柏、榆树、槐树和银杏，7种树木总量达到了全部乔木总量的82.09％；栽植总量超过灌木总量5％的灌木树种也有7个属，分别为水腊、丁香、李属，小聚、玫瑰、忍冬和连翘，7个属灌木总量达到了全部灌木总量的87.92％。5、公园林地、庭院林地、道路林地和防护林地中OBH＜20cm、20cm＜DBH＜60cm和DBH＞60cm树木的比例分别为：57.9％、40.0％、2.1％，49.2％、47.8％、3.0％，65.3％、33.1％、1.6％和64.6％、34.9％、0.5％，表明沈阳城市森林树木的规格总体上偏小。6、经样方调查和CITYgreen模型计算，沈阳城市森林的生态效益约2.0亿USD／yr.。公园林地、庭院林地和风景林地的景观指标相对较高；道路林地和居住区林地的景观效果一般；防护林地的景观效果较差。7、目前已经发现的沈阳城市森林病害约600余种，虫害约700余种，其中杨树主要病虫害39种，柳树的主要病虫害有33种，榆树和槐树的主要病虫害均为，1种。杨柳树腐烂病、光肩星天牛、天幕毛虫、桃红颈天牛和美国白蛾等是近10年来沈阳城市森林中普遍发生和造成严重危害的主要病虫害。沈阳城市森林主要树木的平均健康指数为2.68，处于一般健康状态。8、沈阳城市森林的土壤和水资源状况均不利于树木的健康生长，沈阳的社会经济发展也有待于进一步提高。9、经过生物指示物法（光肩星天牛为生物指示物）、专家权重法、公众问卷调查和对比研究，沈阳城市森林生态系统总体上处于亚健康状态。10、通过对沈阳城市森林资源、管理状况的调查研究和健康状况的评价，本文提出了沈阳城市森林生态系统健康管理的对策，包括合理规划沈阳城市森林林地布局，增加道路林地、居住区林地和城郊林地的面积和植被覆盖率；调整树木种类组成，避免单一或少数树种的大量栽植，提高生物多样性水平；保护大树和古树；增加城市森林管理资金的投入；应用先进技术，采取科学的病虫害防治和植物养护方法，促进树木的健康生长等。This project systematically studied the urban forest ecosystem health and management in Shenyang. The study explored factors, such as urban forest structure, distribution, pests, aesthetic value, ecological benefit, natural resources and socieo-economic status, that affecting the urban forest ecosystem health and management. Two methods were used to evaluate the ecosystem health. This project also proposed Shenyang's urban forest ecosystem health management strategies. The research results can be summarized as follows: 1. As of the end of 2004, urban forest coverage in Shenyang is about 35%, and is in relatively even patch distribution pattern. However, the street trees and roadside forest patches, residential block forest patches should be enhanced. 2. Trees are the major component of the Shenyang s urban forest, followed by shrubs. The quantity ratio of tree to shrub is about 1.7:1, and the coverage ratio of trees to shrub is about 7:1. 3. Species composition varies by location. There are 74 genera, 137 species (including varieties) in the public parks; 53 genera, 104 species (and var.) in the green spaces of the institution (including school), factory, and company; 45 genera, 81 species (var.) in residential blocks; 43 genera, 94 species (var.) in streets and roadside forest patches; 75 genera, 142 species (var.) in the Canal landscape forest patches; 48 genera, 118 species (var.) in the Qipan Mountain recreation forest. 4. The Shannon-Woener indices varies in parks, in institution, factory, and company yards, in streets and roadside forest patches, in residential blocks.there are 2.78, 3.05, 3.18, 3.15, 3.18, respectively; and the evenness indices are 0.56, 0.66, 0.70, 0.72, 0.64, respectively. Besides the Qipan Mountain forest patches, trees of 7 genera, Prunus spp., Salix spp., Populus spp., Sabina spp., Ulmus spp., Robinia spp. and Ginkgo biloba are of more than 5% the total urban trees, respectively. In fact, trees from these 7 genera are about 82% of all trees in Shenyang's urban forests. In terms of shrubs, species of 7 genera, Ligustrum spp., Syringa spp., Prunus spp., Berberis spp., Rosa spp., Lonicera spp., and Forsythia spp. are more than 5% the total urban shrubs, respectively. 88% of all the shrubs in Shenyang s urban forest are from these 7 genera. 5. The diameter class of DBH<20cm, 20cm60cm of trees in parks, in institution, factory, and company yards, in in streets and roadside forests, and in protective forests are 57.9%, 40.0%, 2.1%; 49.2%, 47.8%, 3.0%; 65.3%, 33.1%, 1.6%; and 64.6%, 34.9%, 0.5%, respectively. The result indicated that the DBH is relatively small in Shenyang s urban forests. 6. Using random plots sampling and CITYgreen model calculation, the ecological benefit of Shenyang's urban is about 0.2 billion US dollars per year. The aesthetic value of parks, institution and company yards, and scenary forest patches is relative high; however, the aesthetic value of protective forest patches is low. 7. There are more than 600 types of diseases and more than 700 kinds of insects in Shenyang's urban forest. Among them, Populus spp., Salix spp., Ulmus spp. and Robinia spp., are attached mainly by 39, 33, 11, and 11, difference types of pests respectively. The rot disease of the Populus spp. and Salix spp., and the insects such as, Anoplophora glabripennis, Malacosoma neustria, Aromia bungii, and Hyphantria cunea are major pests in Shenyang s urban forest for the past 10 years. The trees health condition is relatively poor by having the average health index of 2.68 for major species. 8. The urban soil and water resource are not favorable to tree's growth in Shenyang, and so is the socieo-economic status. 9. Through using bio-indicator, professional and public evaluation, and comparision with other urban forests, it can be concluded that the status of Shenyang s urban forest is not very healthy in general. 10. To improve the urban forest ecosystem health in Shenyang, a better urban forest design need to be implemented to enhance the area and vegetation coverage of the street and roadside forests, the residential block forests, and the surburb forest Species biodiversity need to be enhanced by adjust the species composition of urban forest trees to reduce the single or several tree species populations and to plant more varieties. A better fundings for urban forest health management need to be budgeted. Advanced technologies in tree care and scientific measures to control pests need to be adopted to prove better care for plants and to keep trees grow healthfully.

半干旱地区固沙林土壤氮素转化及其有效性研究

土壤氮素（N）转化是生态系统关键的生态学过程之一；而土壤N有效性是沙地生态系统生产力和稳定性的关键限制性因子。以科尔沁沙地东南缘樟子松（pinus sylvestris var���mongolica）、赤松（P.densiflora）和小叶杨（populus simonii）固沙林以及草地为研究对象，采用野外试验和室内实验相结合的方法，全面系统地开展了凋落物分解、土壤N矿化、淋溶等过程及土壤N有效性的研究，旨在揭示半干旱区固沙林土壤N转化及其有效性的特征和机制，为沙地植被恢复、重建、管理和评价提供科学依据。主要结论如下：（1）采用网袋法进行凋落物的分解试验，结果表明不同类型凋落物乘量衰减、元索释放、质员变化均存在明显差异，分解第1年供N能力表现为小叶杨＞草＞樟子松＞赤松；（2）采用PVC顶盖理管法和离子交换树脂袋法分别研究了林地和草地土壤N矿化过程，结果表明土壤N矿化速率表现为小叶杨川章子松七赤松＞草地，N相对有效性表现为赤松＞樟子松＞草地全小叶杨；（3）草地和小叶杨林地土壤N潜在性淋济较高，而樟子松林地较轻；（4）土壤容重、pH值、养分、温度、水分、土壤微生物、土壤动物、林下植被等环境和生物因子反映区域土壤N转化及共有效性的一般特征，而强烈的人类干扰是引起生态系统问差异的关键因索：造林有利于提高沙地土壤N积累和有效性，但樟子松造林30年后才有明显效果：放牧地土壤N硝化速率及其有效性明显高于禁牧地，但质量下降，即NH4+-N/NO3--N失衡，不利于植物吸收、微生物调控和环境保护；（5）赤松、樟子松和小叶杨均为研究区固沙造林的可选树种，合理和科学管理有利于维护生态系统N平衡，实现．可持续经营。

长白松的分类学研究甩其数据库的建立

以经典分类学的基础，利用球果、针叶的统计分类和针叶同功酶的分类研究做为补充，对长白松(Pinus sylvestriformis (Takenouchi)T. wang ex Cheng)及与长白松近缘的另外三种（变种）松树进行综合研究。最后用系统分类学方法综合多方面资料，得出如下结论。1、长白松与赤松(Pinus densiflora Sieb et Zuce)樟子松(Pinus sylvestris L. var. mongolica Litv.)。在形态上有功酶SOD谱带上和染色体上都存在种间差异，因此，作者同意长白松做为獐种的观点。2、长白松与兴凯松(Pinus ussuriensis(Liou et Wang)Cheng et Y.W. Law)在形态，同功酶SOD谱带上和染色体上都非常相似。但是二者存在地理分布上的间断，且已分化出部分相异的性状。因此，作者同意二者都为独立的观点，同时二者又是近缘种。本文最后一部分工作是将研究所得的长白松的分类资料。以及现存的有关长白松的生物生态学特性，珍稀濒危状态和利用价值等资料转换成密码数据。在IBM－PS－50计算机上。在dBASE III操作系统下输入数据。建立长白松数据库。为以后建立自然保护区地理信息系统打下基础。

中国管口苔属（Solenostoma Mitt.）植物研究

本文是对中国管口苔属（Solenostoma Mitt.）植物种类的初步整理和研究。共记载3亚属、44种及1变种，其中有24个新组合，如下：Solenostoma (L.) subulatum (Evans) Wang, S. (L.) atrovirens (Schleich) Wang, S. (L.) grossitextum (Steph.) Wang, S. (S.) fusiformis (Steph.) Wang, S. (S.) lanigerum (Mitt.) Wang, S. (S.) pseudocyclops (Inoue) Wang, S. (S.) subrubrum (Steph.) Wang, S. (S.) pyriflorum var.minutissimum (Amak.) Wang, S. (S.) sinensis (Nich.) Wang, S. (S.) faurianum (Beauvd) Wang, S. (S.) cyclops (HAtt.) Wang, S. (S.) apressifolium (Mitt.) Wang, S. (S.) schaulianum (Steph.) Wang, S. (P.) Japonicum (Amak.) Wang, S. (P.) tetragonum (Lindb.) Wang, S. (P.) rosulans (Steph.) Wang, S. (P.) thermarum (Steph.) Wang, S. (P.) hattorianum (Amak.) Wang, S. (P.) rupicolum (Amak.) Wang, S. (P.) rubripunctatum (Hatt.) Wang, S. (P.) hasskarlianum (Nees) Wang, S. (P.) setulosum (Herzog) Wang, S. (P.) truncatum (Nees) Wang, S. (P.) tsukushiensis (Amak.) Wang, 其中有14种及1变种为中国分布新纪录，如下：Solenostoma (L.) grossitextum (Steph.) Wang, S. (S.) fusiformis (Steph.) Wang, S. (S.) faurianum (Beauvd.) Wang, S. (S.) cyclops (Hatt.) Wang, S. (S.) pusillum (Jens) Steph., S. (S.) pyriflorum var. minutissimum (Amak.) Wang, S. (P.) rubripunctatum (Hatt.) Wang, S. (P.) thermarum (Steph.) Wang, S. (P.) rosulans (Steph.) Wang, S. (P.) hyalinum (Lyell) Mitt., S. (P.) radicellosum Mitt, S. (P.) Japonicum (Amak.) Wang, S. (P.) tsukushiensis (Amak.) Wang, S. (P.) hatterianum (Amak.) Wang, S. (P.) rupicolum (Amak.) Wang, 其中还有6种中国特有种，如下：Solenostoma (L.) subulatum (Evans) Wang, S. (P.) flagellalioides Gao, S. (P.) microphyllum Gao, S. (P.) orbicularifolium Gao, S. (P.) setulosum (Herzog) Wang, S. (S.) sinensis (Nich.) Wang。本文还对管口苔属（Solenostoma Mitt.）的研究历史作了回顾。对中国管口苔属各分类群的鉴别特征、产地和地理分布作了叙述，对区系成份做了分析。并对前人工作中的某些问题进行了讨论，提出了自己的看法。

余甘子、细叶草乌及土荆皮化学成分研究

本论文由三部分共6 章组成。第一部分报道了余甘子、细叶草乌和土荆皮等三种药用植物的化学成分研究成果；第二部分报道了细叶草乌和土荆皮中分离得到的化合物的活性测试，以及这两种植物的质谱分析；第三部分概述了土荆皮的研究现状。第一部分包括1－3 章。在第1 章、第2 章和第3 章中分别报道了余甘子(Phyllanthus emblica L.) 、细叶草乌(Aconitum richardsonianum var.pseudosessiliflorum) 和土荆皮( pseudolarix kaempferi) 的化学成分。采用正、反相硅胶柱层析等各种分离方法，从余甘子中共分离出10 个化合物，其中1 个为新化合物，另外还有2 个为首次从该植物中分离得到。细叶草乌的化学成分研究尚未见报道，我们从该植物中共分离出15 个化合物，其中6 个为二萜生物碱，9个为非生物碱成分。从土荆皮中分离得到16 个化合物，其中8 个二萜、1 个三萜和7 个其它类型化合物，其中有4 个化合物为首次在该植物中分离得到；从土荆皮挥发油中分离鉴定出了22 个化合物，占挥发油总量的90%。第二部分包括4－5 章。第4 章报道了从细叶草乌和土荆皮中分离得到的13个化合物的药理活性研究，结果显示，展花乌头宁和土荆乙酸葡萄糖苷等表现出较高的组织蛋白酶K 抑制活性；土荆乙酸葡萄糖苷表现出较高的组织蛋白酶B抑制活性；8-去乙酰滇乌碱表现出较高的蛋白质酪氨酸磷酸酶抑制活性。第5 章报道了细叶草乌和土荆皮总浸膏的质谱( ESI-MS ) 分析，研究结果表明，ESI-MS 法可以简单快速地检测这两种植物的主要成分；通过ESI-MS2 分析初步探讨了一些化合物的裂解规律，尝试质谱在其结构测定中的具体应用。第三部分为第6 章。从化学成分、药理、构效关系、主要成分的定量分析、及其合成研究等方面概述了土荆皮的研究进展。 This dissertation consists of three parts. The first part elaborate thephytochemical investigation of three medicinal plants, Phyllanthus emblica L.,Aconitum richardsonianum var. pseudosessiliflorum and pseudolarix kaempferi. Thesecond part reported the bioassay of 13 constituents from Aconitum richardsonianumvar. pseudosessiliflorum and pseudolarix kaempferi, and ESI-MS analysis of these twoplant . The third part is a review on the research progress of pseudolarix kaempferi.The first part is composed of three chapters. Chapters 1-3 focus on the isolationand identification of chemical constituents from Phyllanthus emblica L., Aconitumrichardsonianum var. pseudosessiliflorum and pseudolarix kaempferi. 10 compoundsincluding a new tannin were isolated from the fruits of Phyllanthus emblica by repeatcolumn chromatography over normal and reversed phase silica gel, 2 of them werefirstly reported in this plant. The chemical constituents of Aconitum richardsonianumvar. pseudosessiliflorum never reported before, 15 compounds including 6 diterpenealkaloids were isolated and identified from the roots of this plant. 16 compoundsincluding 8 diterpenes , 1 triterpene and 7 other compounds were isolated from the bark of pseudolarix kaempferi, among them, 4 compounds were firstly reported fromthe EtOH extracts of this plant, and 22 compounds were identified from its essentialoil, representing 90% of the total essential oil.The second part includes chapters 4 and 5. Chapter 4 reported thepharmacological activities of 13 compounds isolated from Aconitum richardsonianumvar. pseudosessiliflorum and pseudolarix kaempferi. Results demonstrated that chasmanine and pseudolaric acid B-β-D-glucoside exhibit relatively high anti-Cathepsin K activities; pseudolaric acid B-β-D-glucoside exhibits relatively highanti-Cathepsin B activity; 8-deacetyl-yunaconitine exhibits relatively high anti-PTP1Bactivity. Chapter 5 reported the ESI-MS analysis of extractions from Aconitumrichardsonianum var. pseudosessiliflorum and pseudolarix kaempferi, it was showedthat ESI-MS can be used as an useful tool in analyzing the major constituents of thesetwo plant much quick and easy, in addition, the fragmentation rules of somecompounds were discussed, in order to find some applications of ESI-MS2 method in their structure determination.The third part is a review on the research progress of pseudolarix kaempferi,including the chemical constituents, pharmacology, structure-activity relationship(SAP), quantitative analysis and synthesis of the major constituents.

二萜生物碱植物的化学成分研究

本论文由三个部分组成。第一部分是综述性文章-天然C19-二萜生物碱的结构及其核磁共振波谱。这篇综述参考160余篇文献，将迄今为止发表的230余个天然C19-二萜生物碱按其结构和波谱特征，分为10个类型。重点叙述了每个类型的结构和核磁共振波谱，对一些立体构型与13C-NMR化学位移的关系进行了讨论。最后以表格的形式报导了每个天然C19-二萜生物碱的结构及其植物来源，并把其中170余个收集到的13C-NMR化学位移数据整理成表，作为手册，对鉴定此类化合物大有帮助。第二部分是实验论文--弯啄乌头的化学成分研究。重点报导了弯啄乌头(Aconitum campylorrhynchun Hand-Nazz.)中分离到的一个新生物碱--8-乙酰都啦碱(8-acetyldolaconine)的结构鉴定，并根据DEPT、COSY、COLO等对1H-NMR和13C-NMR的所有信号归属都进行了指定。通过各种图谱还发现这个生物碱的A环同时存在着椅式和船式两种构象导购体。另外还报导了从同一植物的生物碱部分分离到的两个二萜生物碱，它们都是嘟啦碱和aconosine.在非生物碱部分还分离到三个化合物，经鉴定证明是β-谷甾醇、棕榈酸和香豆酸。第三部分也是实验论文--展毛翠雀花中生物碱成分的研究。报导了从展毛翠雀花(Delphinium Kamaonense Var.glabrescens W. T. Wang)中初步分离到的两个生物碱。经IR、NS、1H-NMR和13C-NMR等方法确定结构，证明其中一个是新化合物，命名为展毛翠雀碱(glabredelphinine)。另外一个是前几年发现的二萜生物碱tatsiensine。这两个化合物的A环上都有碳-碳不饱和键，这在天然C19-二萜生物碱中还比较少见。This master's thesis consists of three parts. The first part is a review: The relationship between the chemical structures of natural C19-diterpene alkaloids and their NMR chemical shift data. The C19-diterpene alkaloids were divided into ten types according to their structures and NMR data. Some relationaships between configuration and NMR chemical shift have been discussed. The structures and distributions of more than 230 known C19-diterpene alkaloids and the assignments of 13C-NMR data of the 170 alkaloids of them were listed in tables. The second part is an experimental paper, Studies on the chemical constituents of Aconitum campylorrhynchum. Six compounds were isolated from the roots of title plant. One of them is a new alkaloid. It has been elucidaled as 8-acetyldolaconine by means of IR, MS, 1H-NMR,13C-NMR,DEPT,COSY,COLOC and on the basis of identification with aconosine by saponification. Other five compounds were idenfified as dolaconine, aconosine,β-sitosterol, palmitic acid and p-coumaric acid. The third part is also experimental paper: The alkaloids of Delphinium Kamaonense var.glabrescens. Two alkaloids were isolated from the roots of title plant. One of them, C22H22O6N,m.p.201-3℃,named glabredelphinine, was proved to be a new compound. Its structure has been established as 2(3)-dehydro-6-demethyl-18-delcosine by means of IR, MS, 1H-NMR and 13C-NMR.The other one was identified as tatsiensine by comparising of IR, MS, 1H-NMR and 13C-NMR data with that from the literatute.

三种豆科灌木对干旱胁迫的响应与适应

干旱胁迫是全球范围内影响植物生存、生长和分布的重要环境因子。岷江上游干旱河谷区，由于生态环境的脆弱性和长期人类活动的干扰和过度利用，导致植被严重退化，水土流失加剧，山地灾害频繁，干旱化和荒漠化趋势明显。这种趋势若不能遏制，将严重阻碍区域社会经济的快速协调发展，并且威胁成都平原地区的发展和长江中下游地区的生态安全。因而开展干旱河谷生态恢复研究成为解决这些问题的关键。水分匮乏是限制干旱河谷生态恢复的关键因子，在全球气候变化的背景下，干旱胁迫在区域尺度上可能会更加严重，并使干旱河谷的生态环境更加恶化。因此，深入研究干旱河谷乡土植物对干旱胁迫的响应和适应机理，具有非常重要的理论和实践意义。 本论文以岷江上游干旱河谷的三种乡土豆科灌木，白刺花（Sophora davidii）、小马鞍羊蹄甲（Bauhinia faberi var. microphylla）和小雀花（Campylotropics polyantha）理论和实践意义。为研究对象，在人工控制条件下设计了4-5个连续性干旱胁迫处理，系统地研究了灌木幼苗的生长、生物量积累和水分利用效率（WUE）、形态结构和生理过程等对干旱胁迫的反应，揭示了幼苗的干旱适应能力及种间差异。主要研究结论如下： 1) 灌木生长和繁殖对干旱胁迫的反应 在干旱胁迫下，幼苗生长速率显著减小，叶片衰老和脱落比率增大，这些变化随着胁迫强度的增加具有累积效应。叶片比茎对干旱胁迫的反应更敏感。在严重干旱胁迫下，幼苗的有性繁殖被限制，但在中等程度干旱胁迫下，幼苗的有性繁殖能力被提高。 2) 灌木生物量积累及其分配和WUE对干旱胁迫的反应 在干旱胁迫下，灌木各器官的生物量都显著减小，但是生物量的分配侧重于地下部分，使得根茎比在干旱条件下增大。幼苗的耗水量（WU）随着干旱胁迫的增加而显著减少。白刺花和小马鞍羊蹄甲WUE在干旱胁迫下降低；小雀花的WUE在中等干旱胁迫下升高。 3) 灌木叶片结构特征对干旱胁迫反应 白刺花叶片具有较为典型的旱生型结构，而小马鞍羊蹄甲和小雀花则为中生型结构。在1至2年的干旱胁迫下，灌木叶片结构组成未发生本质性的改变，主要是细胞大小的变化。在中等和严重干旱胁迫下，叶肉组织厚度明显减小；并且气孔和表皮细胞面积也显著减小，气孔和表皮细胞密度显著增大；叶肉细胞层数、P/S值、表皮厚度等无显著变化。 4) 灌木对干旱胁迫的生理响应 气体交换参数和叶片相对含水量（RWC）在中等干旱胁迫下发生了明显的改变，而叶绿素荧光参数和光合色素含量在严重干旱胁迫下才发生显著变化。在干旱胁迫下，净光合作用速率（Pn）、气孔导度（gs）和RWC呈下降趋势，而叶片温度（Tl）呈增加趋势，蒸腾速率（Tr）的变化不明显。除了日最大Pn减小以外，干旱胁迫对气体交换参数的日变化无显著影响，但是对光合-光响应曲线有显著的影响，使有效光合时间缩短。在严重干旱胁迫下光系统受到损害而代谢减弱，PSⅡ中心的内禀光能转换效率（Fv/Fm）、量子产量（Yield）、光化学淬灭参数（qP）显著降低，而非光化学淬灭参数（NPQ）明显增加。气孔限制和非气孔限制对Pn的影响与干旱胁迫强度有关。在中度胁迫下，气孔限制起主导作用，在严重胁迫下非气孔限制起主导作用，40% FC水分条件可能是灌木由气孔限制向非气孔限制的转折点。 5) 灌木对干旱胁迫的适应能力及其种间差异 三种灌木对干旱胁迫具有较好的适应能力，即使在20% FC，幼苗未因干旱胁迫III而死亡；80% FC适宜于幼苗生长。白刺花生长速率慢，耗水量较少，具有较强的耐旱和耐贫瘠能力，并具有干旱忍受机制，能够在较干旱的环境中定居和生长。小马鞍羊蹄甲和小雀花，生长快，水分消耗量较大，尤其是小雀花，对干旱胁迫的忍受能力较弱，具有干旱回避机制，因而适宜于在较为湿润的生境中生长。综合分析表明，生长速率较慢的物种抗旱能力较强，其更适宜于作为干旱地区植被恢复物种。 Drought is often a key factor limiting plant establishment, growth and distribution inmany regions of the world. The harsh environmental conditions and long-termanthropogenic disturbance had resulted in habitat destruction in the dry valley ofMinjiang river, southwest China. Recently, it tended to be more severe on the vegetationdegradation, soil erosion and water loss, natural disaster, as well as desertification, whichimpact on regional booming economy and harmonious development, and would be verydangerous to the environmental security in the middle and lower reaches of Yangzi River.Therefore, ecological restoration in the dry valley is one of the vital tasks in China. Waterdeficit is known to affect adversely vegetation restoration in this place. Moreover, in thecontext of climate change, an increased frequency of drought stress might occur at aregional scale in the dry valleys of Minjiang River. The selection of appropriate plantingspecies for vegetation restoration in regard to regional conditions is an important issue atpresent and in further. The research on responses of indigenous species to drought stresscould provide insights into the improvement of the vegetation restoration in the dry valleys of Minjiang River. In this paper, the responses of three indigenous leguminous shrubs, Sophora davidii,Bauhinia faberi var. microphylla and Campylotropics polyantha, to various soil watersupplies were studied in order to assess drought tolerance of seedlings, and to compare interspecific differences in seedlings’ responses to drought stress. The results were as follows: 1 Growth and reproduction of shrubs in response to drought stress Seedling growth reduced significantly while leaf senescence accelerated underdrought stress, the cumulative responses to prolonged drought were found. The capacityfor reproduction was limited by severe drought stress, and improved by moderate droughtstress. Leaf responses were more sensitive than shoot to various water supplies. 2 WUE, biomass production and its partitioning of shrubs in response to drought stress Drought stress reduced significantly the total dry mass and their components ofseedlings, and altered more biomass allocation to root system, showing higher R/S ratiounder drought. Water use (WU) and water-use efficiency (WUE) of both S. davidii and B.faberi var. microphylla declined strongly with drought stress. The WU C. polyantha ofalso declined with drought stress, but WUE improved under moderate drought stress. 3 Anatomical characteristics and ultrastructures of leaves in response to drought stress There were xeromorphic for S. davidii leaves and mesomorphic for B. faberi var.microphylla and C. polyantha at the all water supplies. The foundational changes in leafstructures were not found with drought stress. However, mesophyll thickness, the areas ofstomatal and epidermis reduced slightly while the densities of stomatal and epidermisincreased under severe drought stress. Variations in these parameters could mainly be duoto cell size. Other structures did not displayed significant changes with drought stress. 4 Physiological responses of shrubs to drought stress The gas exchange parameters and leaf relative water content (RWC) were affectedby moderate stress, while chlorophyll fluorescence and chlorophyll content were onlyaffected by severe stress. Drought stress decreased net photosynthesis rate (Pn), stomatalconductance, light-use efficiency and RWC, and increased leaf temperature. Therespiration rates (Tr) were kept within a narrower range than Pn, resulting in aprogressively increased instantaneous water use effiecency (WUEi) under drought stress.Moreover, drought stress also affected the response curve of Pn to RAR, there was adepression light saturation point (Lsat) and maximum Pn (Pnmax) for moderate andsevere stressed seedling. However, diurnal changes of gas exchange parameters did notdiffer among water supplies although maximum daily Pn declined under severe stress.VISevere stress reduced Fv/Fm, Yield and qP while increased NPQ and chlorophyll content.Photosynthetic activity decreased during drought stress period due to stomatal andnon-stomatal limitations. The relative contribution of these limitations was associatedwith the severity of stress. The limitation to Pn was caused mainly by stomatal limitationunder moderate drought stress, and by the predominance of non-stomatal limitation undersevere stress. In this case, 40% FC water supply may be a non-stomatal limitation 5 Interspecific differences in drought tolerance of shrubs Three shrubs exhibited good performance throughout the experiment process, evenif at 20% FC treatment there were no any seedlings died, 80% FC water supply wassuitable for their establishment and growth. S. davidii minimized their water loss byreducing total leaf area and growth rate, as well as maintained higher RWC and Pncompared to the other two species under drought stress, thus they might be more tolerantto the drought stress than the other two species. On the contrary, it was found that C.polyantha and B. faberi var. microphylla had higher water loss because of their stomatalconductance and higher leaf area ratios. They reduced water loss with shedding theirleaves and changing leaf orientation under drought stress. Based on their responses, thestudied species could be categorized into two: (1) S. davidii with a tolerance mechanismin response to drought stress; (2) C. polyantha and B. faberi var. microphylla withdrought avoidance mechanism. These results indicated that slow-growing shrub speciesare better adapted to drought stress than intermediate or fast-growing species in present orpredicted drought conditions. Therefore, selecting rapid-growing species might leavethese seedlings relatively at a risk of extreme drought.

水分梯度上不同灌木生长对干旱河谷土壤理化和生物学性质的影响

岷江上游干旱河谷区水土流失强烈，地质灾害频繁，生态环境十分脆弱，而土壤条件恶劣（水分不足和养分缺乏）是阻碍该区植被恢复的关键因子，因此研究水分和乡土灌木生长对土壤的影响对该区的生态恢复具有指导意义。本文通过定点模拟实验，选取三种优势豆科灌木为研究对象，分别是白刺花（Sophora davidii）、小马鞍羊蹄甲（Bauhinia faberi var. microphylla）和小雀花（Campylotropics polyantha），设置5 个水分梯度，分别为100%、80%、60%、40%和20%田间持水量（FC），对栽种植物与不种植物下土壤理化性质和酶活性进行测定分析，系统比较和研究了不同水分条件和不同乡土灌木生长对干旱河谷区土壤结构、养分循环、酶活性以及微生物量的影响。主要结果如下：1. 无论生长植物与否，土壤的毛管持水量和毛管孔隙度都随着水分含量的减少而降低，最大持水量、总孔隙度和容重变化不大，相应地，土壤中的非毛管孔隙随含水量的减少而升高。各水分条件下，种植植物的毛管持水量和毛管孔隙度低于无植物生长的土壤，非毛管孔隙度相应地高于无植物土壤。土壤含水量在100%－40% FC 时，三种豆科灌木的毛管持水量和毛管孔隙度存在差异，而20% FC 条件下，三种豆科灌木土壤的物理性质基本相同。2. 水分胁迫影响土壤中养分的矿化和积累，主要表现在降低了水溶性碳和铵态氮的含量，中等程度胁迫时（60% FC）促进了有机碳和硝态氮的富集，对速效钾和有效磷没有明显作用。种植豆科灌木后各水分梯度上都增加了有机碳、铵态氮、速效钾和有效磷的积累。增加程度上三种豆科灌木间有一定差异，对于土壤有机碳总量，种植白刺花和小马鞍羊蹄甲明显高于小雀花，同样的情况还出现在铵态氮和速效钾上，但是对于有效磷，种植小雀花后的增加程度则明显高于白刺花和小马鞍羊蹄甲。种植豆科灌木不仅增加了土壤养分的相对含量，也改变了其在水分梯度上的变化趋势及其变化幅度，这种作用主要体现在碳元素和氮元素上。3. 无植物生长时脲酶活性随水分含量的减少而升高，水分胁迫对磷酸酶和过氧化氢酶的作用不显著，蔗糖酶也保持在相对较高的水平。种植植物后，蔗糖酶、磷酸酶活性与无植物时相比有较大幅度的提高，种植白刺花的脲酶活性也升高，其升高的程度在不同水分含量时不同。种植植物还降低了酶活性在水分梯度上的变幅，使之在水分梯度间的差异显著性降低。脲酶活性在指示土壤性质改变方面是较敏感的指标，其它三种酶在不同植物间的差异不明显。4. 在无植物生长时，中等程度的水分胁迫（60% FC）提高了土壤微生物量碳含量，过高或过低的土壤水分均不利于微生物碳的积累。种植小马鞍羊蹄甲后微生物量碳在水分梯度上的变化趋势与无植物生长时一致，而种植白刺花和小雀花后微生物量碳随着水分含量的减少而降低。不同种类植物的微生物量碳在水分梯度上的变化特征也不同，100% FC 条件下三种植物间没有差异，80%和60% FC 条件下小马鞍羊蹄甲显著高于白刺花和小雀花，40%和20% FC 条件下白刺花和小马鞍羊蹄甲也显著高于小雀花，说明不同种类植物随着干旱胁迫程度的加深微生物量碳的降低幅度不同，在极度干旱时，白刺花和小马鞍羊蹄甲土壤依然保持了较高的微生物活性，而小雀花土壤微生物量则明显下降。The dry valley of the upper reaches of the Minjiang River is seriously degradedmountain ecosystem. It was endangered by extremely soil lost and frequentlygeological disaster. Previous studies showed that short of water and nutrients in soilwas the principal limiting factors of vegetation restoration in this area. The typical soiland three dominant leguminous shrubs Sophora davidii, Bauhinia faberi var.microphylla and Campylotropics polyantha in upper reaches of arid Minjiang Rivervalley were considered as experimental material. Two-month old seedlings of eachspecies were exposed to five water supplies (100%, 80%, 60%, 40% and 20% waterfield capacity (FC)) in a temperature and light-controlled greenhouse. Afterthree-month water treatment, soil physiochemical variables and soil microbialactivities were determined by conventional methods. The main results showed that:1. Soil capillary capacity and capillary porosity decreased along water supplyregimes in all treatments, while saturated water capacity, total porosity and bulkdensity kept in a relatively stable level, as a result, the non-capillary porosity andcapacity increased with decrease of water supply. Compared to non-planted soil, theplant-soil systems had a higher non-capillary porosity and capacity, suggestingappropriate oxygen was present in soil to maintain the living of microorganism. Soilof three type shrub species shared the same capillary capacity and capillary porosityunder 20% FC.2. Water soluble carbon and NH4+-N decreased in response to water stress, whiletotal organic carbon and NO3--N promoted by moderate water stress and inhibited by 100% and 20% FC. Total organic carbon, NH4+-N, rapidly available K and availableP increased after the planting of leguminous shrubs in five water supply regimescompared to non-planted soil. For TOC, NH4+-N and rapidly available K, thepromotion effect was higher in S. davidii and B. faberi var. microphylla than C.polyantha planted soil, while available P displayed the opposite side. The planting ofshrubs also reduced the variance of observed traits along water supply gradients.3. Drought stress increased urease activity in non-planted soil, while insignificantdifferences were observed in phosphatase and catalase activity among five watersupply regimes. The planting of leguminous shrubs facilitated the β-glucosidase andphosphatase activity compared to the non-planted soil. It also reduced the variance ofenzyme activity along water supply gradients. Urease was more sensitive to waterstress than other three enzymes.4. Soil water content significantly affected microbial biomass carbon andCmic:Corg. S. davidii and B. faberi var. microphylla showed more drought toleranceability than C. polyantha, attributing not only to their relatively smaller variance ofmicrobial biomass carbon along soil water supply gradients, but also to the highlevel of microbial activity under severe water stress. S. davidii and B. faberi var.microphylla benefited reproduction of soil microorganism at 60%-80% FC, whilesevere drought limited it due to the competition of water and nutrients between plantand soil microorganism.