Design of high-efficiency diffraction gratings based on rigorous coupled-wave analysis for 800nm wavelength

We report on the design of a high diffraction efficiency multi-layer dielectric grating with wide incident angle and broad bandwidth for 800 nm. The optimized grating can achieve > 95% diffraction efficiency in the first order at an incident angle of 5 degrees from Littrow and a wavelength from 770nm to 830 nm, with peak diffraction efficiency of > 99.5% at 800 nm. The electric field distribution of the optimized multi-layer dielectric grating within the gratings ridge is 1.3 times enhancement of the incidence light, which presents potential high laser resistance ability. Because of its high-efficiency, wide incident, broad bandwidth and potential high resistance ability, the multi-layer dielectric grating should have practical application in Ti:sapphire laser systems.

梯形介质膜光栅衍射特性分析

基于严格耦合波理论建立了梯形介质膜光栅的衍射机理模型,利用该模型讨论了底角为70°的梯形介质膜光栅-1级的衍射行为。通过对梯形介质膜光栅的占空比、槽深和剩余厚度的优化,设计了应用于1053 nm和51.2°角度入射的梯形介质膜光栅。对于顶层为HfO2的介质膜光栅,当槽深为200 nm,剩余厚度为100 nm,占空比为0.35时,其衍射效率优于99.5%,而对于顶层为SiO2的梯形光栅,为获得99.5%的衍射效率,其槽深为800 nm,剩余厚度为320 nm。而且,获得同样的衍射效率,顶层为HfO2的梯形光栅具有更宽的光谱特性。数值计算表明,严格耦合波理论模型对梯形介质膜光栅衍射效率的计算具有很好的收敛性和稳定性。

Optical properties and microstructure of Ta2O5 biaxial film

This study investigates the optical properties and microstructure of Ta2O5 film deposited with the glancing angle deposition technique. The tilted nanocolumn microstructure, examined with scanning electron microscopy, induces the optical anisotropy of thin film. The optical properties of thin film are characterized with an inverse synthesis method. Based on the Cauchy model, the dispersion equations of optical constants of film are determined from the transmittance spectra measured at normal and oblique incidence over 400-800 nm. The starting values derived with an envelope method quicken the optimization process greatly. The dispersion of the principal indices N-1, N-2, and N-3 and the thickness d of thin film are presented statistically. A good agreement between the measured optical properties and theoretical calculation is obtained, which validates the model established for thin film produced by glancing angle deposition. (C) 2008 Optical Society of America

绢毛相思引种栽培研究

项目为我国北纬24度以南水土流失严重地区开展水土保持治理提供优良的先锋造林树种。绢毛相思具有比我国60年代引种的大叶相思更强的耐寒、耐旱能力，并具有适宜裸根栽培种植等优良栽培性状。因此作为水土保持先锋造林树种推广利用具有适生范围广、栽培成本低、营林效果好的价值。据广东省五华县水土保持试验站测试，在强度面蚀地段，绢毛相思3年生林地与同处未营林裸地相比，1988年3-8月间，总降水量823.5mm，林地泥沙流失量为25.57T/Km2，而裸地为1607T/Km2；林地表土层（0-30cm深）土壤有机质含量比裸地提高近1倍，达0.62％；每公顷面积绢毛相思根瘤固氮量相当300Kg尿素，可提供薪炭材能源折合标煤1.7T（折标煤系数为0.5）。该项成果已在广东、广西、海南、贵州、福建大面积推广应用。1986-1988年，仅在珠江水系和广东梅州地区水土流失地段，营林面积800公顷，仅改良土壤和提供农村薪炭材二项，产值达944万元。

《中国热带亚热带被子植物花粉形态》

本书系统地描述了分布于我国热带、亚热带被子植物133科、800多属、1300多种的花粉形态。每种有花粉形态描述、地理分布、生境、习性等方面的资料记载，书中共有花粉显微照相图版200幅，花粉扫描照相图版19幅。本书在理论上可分为植物分类、系统发育和探讨古地理、古气候和古植被等有关问题提供资料。在生产实践上可为石油、煤炭、地质勘探系统的孢粉分析者鉴定化石花粉的参考依据。本书可供从事植物分类学、植物地理学、孢粉学、古植物学、地层学等方面科研、教学、生产工作者参考。

葡萄属植物系统学研究

葡萄属（Vitis.L.）植物隶属于葡萄科(Vitaceae)，主要分布于北温带，最南可以分布到南美洲的委内瑞拉和亚洲的越南以及印度北部。本文通过对该属分类研究历史的回顾，认为该属存在的问题主要表现在如下几个方面： 1）葡萄属自1753 年由Carl Linne创立以来，虽经planchon于1887年做了修订，但属的范围仍需进一步界定;2）在Planchon之后的100多年中未见有一全面的分类学修订工作，出现在该属的800多个名称需要考证;3）对一些广布种的变异认识不足，导致了大量可疑种。针对这些问题本文进行了如下几个方面的工作： l、形态学：通过大量的野外工作和标本观察，对该属植物的主要性状做了分析，讨论了这些性状状态在葡萄属中的变异规律及演化趋势，将灌木状习性、退化的卷须以及不裂的叶片视为进化的性状。 2、细胞学：利用前人对葡萄属(Vitis.L.)染色体数目的统计及一些杂交实验分析的结果，结合形态学等方面的特征分析，认为在葡萄科，染色体基数X=10为原始的，而x=19则为衍生的。葡萄属的染色体基数xl9(2n=38)，多倍体较少见;麝香葡萄属[Muscadinia (Planch.) Sma11]的染色体基数为x=10 (2n=20)．与蛇葡萄属、酸蔹藤属和爬山虎属的一致。葡萄属和麝香葡萄属间的杂种是不育的。 3、孢粉学：对葡萄属32种5变种及麝香葡萄属[Muscadinia (Planch.) Sma11]1种的花粉外壁做扫描电镜观察，结果发现花粉外壁雕纹在这两属间和葡萄属内变异较小，对区分属以及属下种上类群意义不大，但对种的鉴别有重要的价值。 4、植物化学：前人对植物化学的工作表明，植物的一些次生代谢产物如类黄酮化合物在葡萄科各类群中的分布规律较好地反映了各类群间的关系。这些结果较好地支持了Planchon对葡萄属范围的界定。 5、山葡萄复合体(V.amurensis complex)包括山葡萄(V.amurensis Rupr.)、燕山葡萄(V.amuresis Rupr. var. dissecta Skvorts.=var.yanshanensisD．Z．Lu et H．P．Liang)、百花山葡萄(V.baihuashanensis M．S．Kang et D．Z．Lu)、复叶葡萄(V.piasezkii Maxim.)、少毛复叶葡萄[V. piasezkii Maxux1．var. pagnuccii (Planch.) Rehd.]共3个种和2个变种，广泛分布于中国北方，形态变异较大。本文对该复合体做了形态分析，并用RAPD (Random Amplified Polymorphic DNAs)分子标记方法分析了这几个类群的关系。综合这些结果，归并了燕山葡萄和百花山葡萄。 在上述工作的基础上，我们得出了如下的结论： l、葡萄属在葡萄科中是一个进化的类群。整理后的葡萄属包括8系62种、l亚种和15变种，其中有2个新系、1个新组合系、2个新变种、1个新组合种和l3个新异名。 2、本文赞同SmaU在1903年作出的分类学处理，把麝香葡萄作为一个独立的属，比葡萄属原始但与葡萄属有着最近的亲缘关系。 3、依据形态特征和APD分析结果把山葡萄复合体的3个种2变种归并为2种l变种，即山葡萄、复叶葡萄和少毛复叶葡萄，认为分子标记技术在分析属内近缘种闻关系上很有价值。 4、葡萄属具有东亚和北美2个现代分布中心，该属可能起源于北美的东部，在晚白垩纪经白令陆桥散布至欧亚大陆。

植物细胞壁富含羟脯氨酸糖蛋白生化特性及基因克隆的研究

植物细胞壁富含羟脯氨酸糖蛋白生化特性及基因克隆的研究分成三部分： 第一部分，首先从胡萝卜愈伤组织的细胞壁中获得0.2M氯气钙可溶性蛋白质组分, 经10% TCA沉淀及羧甲基纤维素层析，分离得到一个伸展蛋白，并以SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳，氨基酸组成分析，分子电镜观察对所得的伸展蛋白进行了鉴定，结果表明，在胡萝卜愈伤组织中只存在一种伸展蛋白;SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳的考马斯蓝染色和PAS反应均为阳性，表明伸展蛋白除蛋白质组分还含有糖基;氨基酸组成分析表明，羟脯氨酸的克分子含量约占全部氨基酸的40%，丝氨酸的克分子含量约为羟脯氨酸的四分之一，含有大量的碱性和中性氨基酸，而只含有非常少量的酸性氨基酸，并且这些氨基酸克分子百分数也接近于胡萝卜富含羟脯氨酸糖蚤白基因推测出的克分子百分数。这些结果表明已经得到了一个电泳纯的伸展蛋白。伸展蛋白分子电镜观察证明它是一个棒状分子，长度为87纳米。 第二部分，用得到的伸展蛋白免疫家兔和大鼠，得到的抗体的免疫双扩散效价分别为1:2和1:1，用酶联免疫吸附分析测定的兔抗体效价为1:12，800，同时还建立了竞争性酶联免疫吸附分析测定伸展蛋白含量的标准曲线，线性范围为10-0.00001微克。利用得到的抗体对大豆下胚轴伸展蛋白的合成进行了研究。免疫荧光定位表明，大豆下胚轴表皮细胞及表皮下几层薄壁细胞有大量的荧光标记，并且这些荧光标记大部分分布在细胞质内。大豆下胚轴O.lM Tris-HCl pH7.4和0.2M氯化钙的提取物Western Blotting分析证明0.2M氯化钙提取物有与胡萝卜伸展蛋白电流性质相似的组分，并且这个组分在真菌诱导物处理的大豆下胚轴中的积累明显高于受伤处理的下胚轴。受伤和真菌诱导物处理大豆下胚轴中伸展蛋白积累的变化已经用Western Blotting分析和斑点酶联免疫吸附分析来观察，发现真菌诱导物处理的对灰斑病抗性的大豆下胚轴能够较快地积累伸展蛋白（24 - 48小时），而敏感品系的大豆下胚轴则合成伸展蛋白较晚（43-72小时）。在观察大豆下胚轴免疫荧光定位也发现类似的结果。对伸展蛋白基因的转录活性的初步研究认为抗性品系的大豆下胚轴同源mRNA转录可能早于24小时，而敏感品系大豆下胚轴同源mRNA转录可能在24小时后。以上结果认为大豆下胚轴含同源的mRNA和蛋白质组分，因此推测大豆基因组DNA有伸展蛋白基因。 第三部分，根据第二部分得到的结果，用已经得到的编码胡萝卜伸展蛋白的基因（克隆于pUC8质粒载体中）作探针，与大豆基因组DNA的EcoRI部分酶解片段杂交寻找大豆伸展蛋白基因，已经发现四个片段与探针DNA有同源性。它们的分子量分别约为23kb，8kb，5kb和2.8kb，并且23kb片段可能有更高的同源性。将23kb片段插入pUC9质粒载体上进行可隆，并用菌落原位杂交筛选获得5个克隆，对其中两个克隆用ECoRI酶解并进行分子杂交分析，重组质粒被EcoRI切成四个片段。2.8kb片段为pUC9栽体，2kb片段为与pDC5AI质粒伸展蛋白同源性较好的片段。对于23kb片段的重组质粒有待于进一步的分析。

植物根与茎输水结构的研究和功能分析

本文采用树脂复型法对裸子植物红豆杉的管胞，木本单子叶植物竹和棕榈藤木质部中各种管状分子（主要是导管和管胞）的内壁结构进行了研究;采用原子力显微镜对玉米和小麦根内皮层细胞内切向壁的表面结构进行了探索性的研究;用光学显微镜并结合荧光技术对典型的旱生、中生及水生植物根内皮层的次生加厚壁进行了比较观察;同时辅以传统的组织切片法对以上研究结果做了进一步的论证。 采用树脂复型法，不仅可观察到常规解剖法所能展示的结构，而且还可清晰地观察到管状分子间具缘纹孔对等常规方法所难以显示的三维构造，并对其各项结构参数进行了定量测量。结果表明：裸子植物管胞和竹、藤管状分子具缘纹孔的内、外口比例分别约为3:1 和1:1，其它各项结构参数均存在较大差别。此外，在云南省藤和桂竹等导管内壁上还观察到瘤层结构，瘤体直径大小为200-800纳米之间。 旱生植物内皮层细胞内切向壁的闪生加厚最为明显，水生植物的加厚程度最微弱，而中生植物则介于两类植物之间。玉米内皮层细胞内切向壁的内表面起伏不平，并具有70-90纳米的“孔状”质外体结构，其频率约为2，000个/平方微米。

羊草繁殖生物学特性的研究

羊草(Leymus chinensis (Trin.) Tzvel. )又称碱草，隶属禾本科，赖草属，因其营养价值高，富含蛋白质，适口性好，抗旱，耐盐碱，耐贫瘠，抗逆性强，适应性广等优点，对我国发展草原畜牧业和退化草地、荒漠化治理方面具有举足轻重的作用。近年来，由于自然环境变劣，荒漠化加剧，以及过度放牧等不利影响，加之羊草本身固有的“三低”问题（即结实率低、出苗率低、产草量低）已对羊草生物多样性维持构成了严重的威胁，严重限制了我国人工草地建设和天然草地的改良和沙化治理的步伐。加强羊草生物学研究，开展羊草种质生物多样性保护，成为当前研究的紧迫课题。经对国内外相关文献的查新发现：国外发表的文献匮乏，国内的报导大多集中在草原生态等宏观领域，在羊草繁殖生物学方面缺乏系统的研究。本文以本课题组从国内外收集的羊草资源为材料，从以下几个方面进行了初步探索： 一、羊草繁殖性状与遗传多样性分子标记指标的相关分析。利用分子标记与形态标记对随机抽取的17份羊草种质进行了种质评估的比较研究。结果表明：两种方法均在17份供试材料中鉴别出9份羊草种质,说明分子标记方法用于羊草种质资源鉴定是可行的，并具有快速、准确、不受环境条件限制等优点。在40个10 Mer的随机引物当中筛选出21个有效引物，以之对9份羊草材料进行RAPD 分析，共扩增出115条带，其中95条带表现出多态性，多态比率82.61%，并筛选出S1213-900，S1213-1700，S1215-5500， S1396-1370，S1384-900，S1202-5180，S1220-2200，S1381-1580，S1211-1300，S1211-800为羊草种质所具有的10个特异性标记，据此可将羊草种质与披肩草、赖草加以区分。同时在羊草种内亦发现13条可区分供试羊草种质的特有标记。形态标记与分子标记相关性分析结果显示：羊草种质的小穗数，种子千粒重，叶色，有性繁殖量和结实率5个形态学指标与遗传多样性指标---特有带百分率及遗传距离之间，存在一定相关性。同时对羊草种质资源在收集和评价过程中存在的问题进行了探讨。 二、羊草不同基因型无性繁殖特性比较研究。以本课题组从吉林、内蒙古等省份收集的10个基因型羊草为供试材料，在相同的生态因子作用下，以吉生1号羊草为对照，对10个基因型羊草的叶数增量、芽数增量、芽高度、芽间距、芽重量、根量六个无性系形态性状指标进行测评。结果表明：基因型的差异也是影响羊草无性系生长发育的重要影响因子。因此，在今后的羊草无性繁殖生物学研究中，应综合考虑环境因子和基因型因子对羊草无性繁殖生长发育的影响。在所测评的10个基因型中，各基因型的形态性状指标差异很大，栽3基因型较其他基因型优于对照吉生1号，此结论可为今后培育羊草新种提供重要资料。 三、羊草幼穗离体培养方法的建立。其方法是取羊草幼穗为外植体，经0.1%升汞溶液表面消毒后，接种到含2mg/L的2,4-D的MS培养基上，置于恒温25℃条件下诱导愈伤组织。在加有1mg/L2,4-D的MS培养基上继代2次后，转移到含1mg/L KT和0.5mg/LNAA的MS培养基上分化培养得到再生芽。在除去激素后的基本培养基上获得了生根的试管苗。试管苗移栽到温室后生长正常。羊草试管苗的分化因基因型和外源激素条件的不同而异。 四、羊草有性生殖特性的研究。在自然条件下进行了羊草自交、异交结实性实验，采用FDA染色法检测羊草小孢子活性，并观测羊草雌蕊、雄蕊发育的时空特点。结果表明：在大田中羊草异交结实率远大于其自交结实率;成熟花药中有活性的花粉达到92.2%以上;同时，在发育时间顺序和空间结构上，羊草的雌蕊、雄蕊并不妨碍自体授粉。因此，初步结论认为羊草具自交不和性。

亚热带山地景观尺度植被-环境关系的空间格局分析-以三峡大老岭地区为例

本文主要通过大量的植物群落学调查和植被、环境状况的数量分析，分别从植物区系、森林群落及其主要木本物种、干扰和物种多样性五个方面分析了三峡大老岭地区山地植被景观的空间格局及其与环境因子的关系，结果表明： 1） 植物区系：科的分布区类型以热带性质为主;属一级温带性质明显，北温带、东亚和泛热带诸分布类型突出;区系上属于华中植物区系地区的东部。 2） 在垂直梯度上：种子植物属热带分布诸类的比例自海拔400至800米（～1100米）之间呈上升趋势，然后下降;温带分布的第8、9、10、11类随海拔而上升;地中海－中亚中心分布的第12、13类只见于比较干热的河谷地带;东亚分布和中国特有属在海拔900～1100m和1600～1800m段取得小的峰值;世界分布属的比例随海拔而上升，蕨类植物属则相反。 分别用种子植物属的分布型比列构成，和全部521个属的种类数量，对15个海拔段作聚类分析：前者首先反应了海拔1100～1200m处的划分，与植被干扰状况的垂直分布差异一致;后者强调了海拔900/1000m和1800/1900m 处的分异，可能反映了地带性常绿阔叶林基带／常绿落叶阔叶混交林带，和常绿落叶阔叶林带／落叶阔叶林带的分异。 3） 对本地区森林植被的数量分类结果表明：基本上可以分为中低海拔次生落叶 针阔混交林和中高海拔山地常绿落叶阔混交林两大群。第一群主要包括栓皮栎林－杉木林－马尾松林组（低海拔段）和短柄抱栎林－锥栗林组（中低海拔段）。第二群包括中低海拔沟谷常绿阔叶林组、中海拔段常绿落叶阔叶混交林组和高海拔段米心水青冈林－茅栗林组。 DCCA排序区分了11个群落类型或群落组。采用的7个地貌因子变量中效果显著的可归纳为三组：①海拔，主要反映热量和降水梯度;②坡度和坡位，可能主要反映土壤厚度及其水分和养分状况;③坡向及坡位，反映光照条件。其中植被格局的海拔梯度效应最显著。沿海拔梯度分段分析上述诸因子对植被格局差异影响的垂直分布，表明海拔因子的局部效应在海拔600－800m和1500－1700m段最显著;坡向的效应在海拔1600m以上最突出;坡面、坡位、坡形、坡度等因子的作用在海拔中部最大。对植被格局影响因子的贡献进行定量分离，表明地形对对大老岭森林格局具有强烈的控制作用。 4） 对大老岭森林植被275个主要的木本种类进行TWINSPAN分类，得到16个种组;DCCA排序结果将上述16组合并为8群，两方面都主要反映了沿海拔和坡位＋坡向的分化;海拔中部的局部地形差异导致物种组的分化比两端更细致和强烈。 根据物种生活型及其在植物群落中的地位，分6个种组进行排序和环境解释，表明：①尽管低海拔地段受到强烈人为干扰，常绿种类仍显示了数量和性质沿海拔梯度的变化;②珍稀物种在海拔梯度上形成两个相对集中的区段，大致对应于山地常绿落叶阔叶混交林带的上下边缘;③先锋树种在中低海拔的中上坡位富集;④在中、高海拔的中低坡位，落叶的乔木伴生种显示了极大的多样性;⑤为数不多的针叶树种在海拔和局部地形梯度上也有明确分异;⑥它们和落叶的栎（Quercus）、栗（Castanea）、水青冈（Fagus）、鹅耳枥（Carpinus）属物种在大老岭地区不同地形部位的植被中起着主要的建群作用。 具体统计海拔梯度上，常绿和落叶的乔、灌木4类物种分布的种数变化表明：海拔1100m以下人为活动干扰与木本物种多样性呈一致的负相关;海拔1100m以上常绿种减少与与落叶种的增加形成对照;1100～1700m之间是落叶乔木种最丰富的地段，海拔1700m以上四类物种数量急剧下降，与山顶脊附近生境多样性降低、植物群落类型趋同有关。另外，典型亚热带的棕榈和蕉只见于海拔1000m以下;针叶树种以海拔1150m左右为界分成两组。前述4类物种的分布边界在海拔850～1050m和海拔1650～1750m之间形成比较明显的峰值，基本对应着山地常绿落叶阔叶混交林带的上下边缘。 根据海拔分布范围，将样方中出现的558种木本植物按常绿乔／灌种和落叶乔／灌种分别分成5个热量生态类群。统计各自的面分比表明：a. 落叶灌木种的多样性分布重心在海拔梯度上的位置比落叶乔木种高，常绿种则相反，因此灌木和类的分布特征能更好的反映次生环境中的植被－气候关系;b. 在海拔850～1850m的木本物种形成巨大的多样性，仅出现于这一段的物种也很可观;亲缘物种的分化和替代突出，反映其对生物多样性发生和维持的意义重大;c. 亚热带中山地带对落叶种生物多样性的意义远大于常绿种。 5）统计全部群落样方内枯立木、倒伏木、断头木和伐桩四类受干扰木的大小、数量、物种以反映地形对干扰的影响：①枯立木以2～15cm径级个体为主，小径级的树种选择性不强，主要分布在山南坡口上坡位，海拔1800m以上尤多，在陡峭的坡地中部减少;其大径级个体的物种构成和分布格局反映了与生境干旱有关干扰的存在。②倒伏木主要分布在海拔1200～1800m之间坡面中部和顶脊两侧，发生频率与坡度成正比;坡地中部以中、小径级阳性树种为主，山坡顶脊两侧的倒伏木则多为大径级的群落优势种。③断头木主要分布在海拔1200～1700m，和海拔1900m以上。小径级的断头木分布格局接近于枯立木，较大径级的断头木则多与倒伏木的分布相关，断头木中少有典型的阳性树种，主要由林下荫耐种构成。④人为砍伐的伐桩主要为中大径级的植被建群种或优势种个体，在海拔1000m以下，1100-1200m和1600-1800m形成三个峰值，其分布主要与人口密度、生产方式、林木种类以及交通运输便捷程度有关，通常沟谷和山脊线上的伐桩密度较大。大老岭地区人为干扰主要反映在海拔1100m以下，自然干扰的格局在海拔1100m以上才得到反映。 6）在不同取样尺度上，对大老岭地区森林群落各层次α多样性和β多样性的空间格局分析表明：i. 乔木层α多样性在海拔1200-1800m之间取值较高，灌木、草本层α多样性的垂直梯度不显著，但在海拔1200-1800m之间的波动变化较为剧烈，南坡面有最丰富的灌木层多样性而西坡乔木层的物种最丰;从植被整体上，海拔1000m以下物种丰富度较低，1000-1700m之间变化剧烈，1700m以上丰富度水平较高。ii. 海拔1000-2000m之间94个样方中，乔、灌、草三层多种生物多样性指数变化影响因子的大小顺序是：坡位>海拔>坡向>坡面>坡度>坡形。乔、灌、草各层几种多样性指数在多维的地形因子梯度上形成各异的分布格局，反映了山地物种多样性格局控制因子的多样性和多尺度，及局部地形因子对景观尺度上生物多样性空间格局的强烈影响。iii.对海拔1050m和1670m处植被α多样性的变尺度分析表明：随取样尺度增大，低海拔乔木、灌木层α多样性增长速率比高海拔大;后者草本层的多样性增长比较快。海拔1050m处群落各层的α多样性在800m~2尺度上渐近稳定;海拔1670m处，400m~2尺度上各层α多样性指数已基本稳定。 南、北、西坡面β多样性沿海拔梯度大致减少，在海拔1600m以上更明显，在海拔梯度中部变化剧烈。反映不同坡面上群落间异质性水平是：西坡>北坡>南坡。 在对植被、环境上述各个方面的格局特征分析基础上，对三峡地区侵入岩山地类型建立了一个综合的植被景观格局模式。 文章最后就两个景观尺度植被－环境的综合性问题进行了讨论：1）气候、植物区系、植被和物种分布等对老岭以至于三峡地区和亚热带山地常绿落叶阔叶混交林带的位置、宽度的反映;和气候、地形、干扰等因子对这一生态过渡带格局和动态的影响;2）三峡地区生物多样性垂直分布的特征、维持和变化的现代机制，以及保护的重点和策略

神农架植被及其生物多样性与垂直分布格局-兼论中国中、北亚热带植被带的划分

本文主要通过样线法和样方法相结合，进行了大量的群落学调查和分析，分别从植物区系、物种多样性的垂直分布格局和森林群落类型三个方面分析了神农架植被的基本特征及其物种多样性，结果表明： 1．神农架地区具有很高的物种丰富度，有高等植物3，479种，隶属于1，010属，202科。 其中，蕨类植物305种，80属，32科;种子植物3，174种，930属，170科，其中裸子植物32种，19属，6科，被子植物3，142种，911属，164科;单子叶植物501种，175属，21科，双子叶植物2，641种，736属，143科。植物区系属的分布区类型中北温带分布型最多，其次为东亚分布、泛热带分布、东亚北美间断分布、旧世界温带分布以及热带亚洲分布。中国特有成分占5.65%，较全国的8.12%低。温热比(温带分布型(8-11)属数与热带分布型(2-7)属数的比值）为1.200，比全国(0.385)高。 调查样方中共出现高等植物784种，隶属于454属，144科，其中蕨类植物41种，32属，16科;种子植物743种，422属，128科，其中裸子植物20种，14属，5科，被子植物723种，408属，123科;单子叶植物86种，58属，11科，双子叶植物637种，350属，112科。属的分布区类型中北温带分布型最多，其次为东亚分布、泛热带分布、东亚北美间断分布、旧世界温带分布以及热带亚洲分布。温热比为1.52，草本层>乔木层>灌木层分别为2.18、1.76和1.14。 2．神农架植被类型多样，具有常绿阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、落叶阔叶林、针阔混交林、亚高山针叶林、硬叶常绿阔叶林和亚高山灌丛草甸等自然植被类型。本文，依据乔木物种的重要值将神农架地区的森林植被划分出了69个类型。用Twinspan将调查的森林群落划分为32组，能基本上反映群落间相似的关系。 3．神农架地区具有完整的植被垂直带谱：海拔900 (1300) m以下为常绿阔叶林带;海拔900 (1300) m～1500 (1800)ⅡI为常绿落叶阔叶混交林带;海拔1500 (1800) m-2000 (2200)m为落叶阔叶林带;海拔2000 (2200) m～2400 (2600)m为针阔混交林带：海拔2400 (2600)m以上为亚高山针叶林带。神农架地区植被的垂直带的分化从总体上比较显著，但由于小生境的异质性和人为干扰，垂直带谱又具有一定的模糊性和次生性。南北坡具有一定的差异，但不十分明显，也说明神农架植被的过渡性。 4．神农架物种多样性的垂直分布格局。神农架的物种多样性与海拔的关系，类似于“中间膨胀”规律(mid-altitude bulge)，在中低海拔处生物多样性最高。通过二次多项式回归拟合，得到如下拟合曲线： 1)海拔与总体物种数：y= _14.445x2+ 34.74lx+42.07，Xd=1.203km; 2)海拔与乔木层物种数：y=-6.9707x2+ 21.334x+0.2004，Xdrl.530km; 3)海拔与灌木层物种数：y=-6.1599x2+ 9.9747x+30.991，Xd=0.8 lOkm: 4)海拔与草本层物种数：y= _3.9907x2+ 10.455x+15.35，Xd-1.308km; 5）海拔与乔木层Shannon-Wiener指数：y=_0.3337x2+ 0.9877x+0.2537，Xd' 1.480km; 6)海拔与灌木层Shannon-Wiener指数：y=-0.1938xz+ 0.422lx+1.2103，Xd=1.089km： 7)海拔与草本层Shannon-Wiener指数：y=_0.1072x2+ 0.294lx+0.9954，Xd=1.372km; x为海拔( km)，y为各物种多样性指标，Xd为物种多样性的最大时的海拔。 从这些拟合曲线中可以看出：总体物种多样性在海拔1200m左右的常绿落叶阔叶混交林带最高：乔木层物种多样性在海拔1500m左右的常绿落叶阔叶混交林带与落叶阔叶林的过渡带最高;灌木层物种多样性在海拔800-llOOm左右的常绿阔叶林与常绿落叶阔叶混交林带的过渡带最高;草本层物种多样性在海拔1300-1400m左右的常绿落叶阔叶混交林带最高。 但物种多样性随海拔变化有许多的起伏和波动。这些波动有些反映了群落的垂直带谱随海拔梯度变化的特点，在垂直带谱的过渡区物种多样性往往较高;有些波动反映了一些特殊的生境，有些反映了人为活动的影响，造成了神农架植被的次生性。因此，影响神农架物种多样性垂直分布的因素有：植被本身的性质和特点、过渡带的特点、生境的异质性和人为活动。 5．神农架植被水平地带性的过渡性。海拔1300m以下的植物属的分布区类型的温热比南坡总是比北坡小，而且相差十分显著，反映了神农架作为植被分界线的价值。神农架南坡的基带植被是常绿阔叶林，因此南坡属于中亚热带。北坡的基带植被，虽然也有常绿树种的零星分布，甚至有小块的常绿阔叶林，完全由于小生境所至，分布的主要类型是常绿落叶阔叶混交林，应属于北亚热带。因此，神农架是中、北亚热带重要的过渡地带。神农架地区中北亚热带的具体分界线宜按照分长江干流和汉水的水岭来划界，即猴子石、大窝坑、神农架、神农顶、老君山一线，南坡属于中亚热带，北坡属于北亚热带。 总之，神农架处于我国中、北亚热带的过渡带，具有过渡带的性质，具有很高的物种多样性，拥有完整的植被垂直带谱，具有多种多样的植物群落及其组成的生态系统。而且，具有我国许多特有植物和珍稀濒危保护植物和许多资源植物。因此，神农架植被在我国植被体系中具有重要的地位，是我国生物多样性最丰富的地区之一，是生物多样性保护的关键地区，也应是生物多样性研究的热点地区。 另外，调查分析了黄山和万朝山植被及其物种多样性与垂直分布格局，结果表明： 6．黄山样方中共出现高等植物259种，隶属于263属，110科，其中蕨类植物14种，II属，8科，种子植物345种，152属，105科，其中裸子植物9种，8属，6科，被子植物336种，144属，99科，其中单子叶植物37种，27属，6科，双子叶植物299种，117属，90科。属的分布区类型中北温带分布最多，其次为东亚分布和泛热带分布，再次为东亚北美间断分布、热带亚洲分布以及旧世界温带分布，与神农架和万朝山也较相似，但热带分布的属更多一些。温热比为1.1875，灌木层>草本层>乔木层，分别为1.3818、1.2609和1.2143。 黄山的森林植被类型有针叶林、常绿阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、针阔混交林、落叶阔叶林和竹林。Twinspan将调查的森林群落划分为22组，反映群落间相似的关系，比较清楚和适用。依据乔木物种的重要值将森林植被划分出了34个类型。黄山物种多样性的与海拔的关系不十分明显。黄山植被的垂直带谱不是十分明显，将其垂直带谱划分为：海拔1300m(1500m)以下为常绿阔叶林带;海拔1300m(1500m)-1500m(1600m)常绿落叶阔叶混交林 带;1500m(1600m)以上为落叶阔叶林、黄山松林、山地灌木草丛带。垂直带谱在不同坡向上有差别，东、南、西坡的相似性较大，而北坡与其差别较大。 7．万朝山样方中共出现高等植物490种，隶属于339属，124科，其中蕨类植物21种，18属，11科，种子植物469种，321属，113科，其中裸子植物9种，7属，4科，被子植物460种，314属，109科，其中单子叶植物47种，37属，11科，双子叶植物413种，277属，98科。植物属的分布区类型中，北温带分布所占最多，其次为泛热带分布、东亚分布、东亚北美间断分布、旧世界温带分布以及热带亚洲分布，。温热比为1.3366，草本层>乔木层>灌木层，分别为1.5429、1.4063和1.0645。 万朝山的植被类型包括针叶林、落叶阔叶林、针阔混交林和常绿落时阔叶混交林，但没有典型的常绿阔叶林。依据乔木物种的重要值将森林植被划分出了20个类型。万朝山物种多样性与海拔的关系则不十分明显。万朝山的人为干扰比较强，植被的次生性很大，南、北坡物种多样性随海拔升高的起伏较大。

资源异质性环境中植物克隆生长的描述与模拟

植物克隆生长型主要由遗传结构决定，不同的克隆植物具有不同的克隆生长型，同时植物的克隆生长型又依具体生境和个体发育阶段不同而变化。Harper认为植物构件的结构由分枝角度、节间长度和芽的成活率决定。大量的研究表明克隆植物生长型主要由3个形态参数决定：节间长度、分枝角度和分枝强度。 植物的生境条件无论在时间还是空间上都是异质性的，即使在很小的尺度上这种异质性也是存在的。在这种具有异质性的生境条件下几乎所有植物都有表型可塑性。植物的表型可塑性是指植物在不同的环境因子条件下，在形态、生物量、生理等方面产生的一系列不同。表现型可塑性是植物种群克服环境异质性的重要途径，也是克隆植物实现觅养行为的途径。克隆植物的觅养行为是通过根茎或匍匐茎的长度和分枝强度的变化以及生物量的分配来实现其迁移和对生境的选择，从而将分株安置在各种微环境中。 克隆植物构型的可塑性可使它在土壤水分斑块性分布的环境中通过克隆生长，调整对不同斑块的土壤水分获取对策。在一田间实验中，匍匐茎草本蛇莓（Duchesnea indica Focke）经历了不同土壤水分水平（土壤最大含水量的40%、60%、80%、100%等）处理，以研究土壤水分对蛇莓克隆构型的影响。结果表明：间隔子长度、分株密度、分枝角度和分枝强度呈二次曲线变化，土壤含水为最大含水量的80%为最适生境。 克隆植物构型的可塑性可使它在养分斑块性分布的环境中通过克隆生长调整相应于对不同斑块的养分获取对策。在一田间实验中，蛇莓经历了不同土壤养分水平（高、中、低和对照）处理，以研究土壤养分对蛇莓克隆构型的影响。结果表明：随着土壤养分水平的增加，间隔子的长度、分枝角度均逐渐降低，分枝强度和分株密度增加。 克隆植物构型的可塑性可使它在不同光强的环境中通过克隆生长，调整其对不同光强的资源获取对策。在控制性光资源异质性生境（模拟浓密林荫、稀疏林荫、农田间套作、裸地等）下，研究和模拟了光资源的时空异质性和蛇莓的克隆可塑性变化。结果表明：随着光照强度的增加，间隔子长度的长度逐渐降低，分枝角度、分株强度呈二次曲线变化。 克隆植物构型的可塑性可使它在不同海拔的环境中通过克隆生长，调整其对不同海拔的资源获取对策。在一海拔高度实验中，匍匐茎草本蛇莓经历了不同海拔(400 m、800 m、1200 m和1600 m)处理，以研究不同海拔对蛇莓克隆构型的影响。结果表明：随着海拔的增加，间隔子长度、分株密度、分枝角度和分枝强度呈二次曲线变化。 从克隆植物生长环境（小气候）定量分析了克隆植物生长必需资源如水分、养分、光强、海拔等的变化特性。具体描述和分析了异质环境尺度的大小和等级数。在前人研究成果的基础上，验证了克隆植物生长必需资源分布异质性的数学模型并建立相应的运算模块。在不同水分、养分、光强和海拔等异质性生境中，蛇莓克隆构型相关特征的可塑性变化可用动态Logistic模型进行模拟和预测，拟合效果较好。结合植物对环境异质性的利用对策，对所揭示的蛇莓克隆构型可塑性进行了讨论。 用分形技术描述了蛇莓在资源斑块性分布的生境中，通过克隆生长调整相应于对不同斑块的资源获取对策。植物克隆构型的形态特征在一定尺度范围内具有自相似特征。蛇莓克隆构型的分形维数直接反映了在异质性生境中蛇莓克隆生长的差异。蛇莓克隆生长越发达分形维数越高。相对小的分形维数，反映出蛇莓克隆生长相对较弱。基于计算机图像技术和分形理论，建立了植物克隆生长分形度量的计算机模型，实现了对植物克隆生长过程的计算机模拟。模拟的蛇莓克隆生长形态与实际生长不仅具有相近的分形维数，而且形态也非常相似。利用克隆生长模型的预测能力克服实验生态学难以逾越的某些研究盲点，其研究成果将对克隆植物利用资源异质性的生态对策研究具有重要的指导意义。

长白山自然保护区北坡森林结构、植物多样性与碳储量40余年的变化

长白山自然保护区始建于1960年，位于北坡的红松针阔叶混交林森林生态系统是我国东北地区典型温带地带性森林植被之一，面临着全球气候变化和人类干扰的双重影响。 本研究以间隔43年的野外调查数据为基础，对1963年和2006年的长白山自然保护区北坡海拔800~1700m的森林植物群落进行对比分析，得到该区域的森林结构、植物多样性与碳储量的变化特点，讨论森林动态变化与人类活动、气候变化的关系，评价长白山自然保护区的保护效果： 对长白山北坡森林沿海拔梯度的森林结构和植物多样性的分析表明：群落的整体空间格局保存完好，植物种类变化不大，乔木层的建群种的种类基本不变，植物多样性与海拔高度呈负相关关系;林下层植物多样性受小环境影响，与海拔高度无明显相关。 以红松（Pinus koraiensis）针阔混交林、红松针叶混交林和云冷杉暗针叶林三种类型为单元分别研究各森林类型的多样性变化：α多样测度选择物种丰富度、Shannon-Wiener和Pielou均匀度指数，较好体现了样地内发生的多样性变化，灌木层和草本层多样性明显下降，一些稀有种和药用物种消失，红松等原优势物种有衰退趋势，阔叶树比例增大;β多样性测度选取Cody指数，体现出海拔梯度上的植被空间格局细节变化，演替层特别是阔叶树的物种更替变化有向高海拔移动的趋势。 对森林生态系统各层次碳储量进行估算：乔木层和灌木层采用维量法，对灌木层自建生长回归方程;草本层、枯枝落叶层采取收获法;植物细根采取根钻法;土壤采取土壤深度加权法。碳密度估算结果都与前人研究结果相似。各类型植被碳库总碳密度都达到170 t/hm2，远远高于国内平均森林植被碳库密度值44.9 t/hm2。 乔木层43年来的碳储量变化都无显著性差异，但仍表现出：阔叶树种碳储量上升，特别在高海拔类型这种变化更加明显;针叶树种碳储量在暗针叶林内大幅下降;树干的碳库分配比例都有所减少，表明植被碳库正存在向不稳定性方向发展的趋势。针阔混交林和暗针叶林的土壤碳储量，与植被碳库出现相反的变化趋势，整体碳库保持在一个相对平衡的状态。 推测造成这种变化的原因是：禁止砍伐等保护措施的实施，基本保存了乔木层垂直分布格局，而气候变暖使阔叶树种比例大幅增加，采集松籽等人类生产及旅游活动对林下层植被影响破坏较大。提议加强保护区内管理力度和规划，以减缓长白山北坡森林群落的不稳定变化趋势。