Phylogeography of Pinus tabulaeformis Carr. (Pinaceae), a dominant species of coniferous forest in northern China

How coniferous trees in northern China changed their distribution ranges in response to Quaternary climatic oscillations remains largely unknown. Here we report a study of the phylogeography of Pinus tabulaeformis, an endemic and dominant species of coniferous forest in northern China. We examined sequence variation of maternally inherited, seed-dispersed mitochondrial DNA (mtDNA) (nad5 intron 1 and nad4/3-4) and paternally inherited, pollen- and seed-dispersed chloroplast DNA (cpDNA) (rpl16 and trnS-trnG) within and among 30 natural populations across the entire range of the species. Six mitotypes and five chlorotypes were recovered among 291 trees surveyed. Population divergence was high for mtDNA variation (G(ST) = 0.738, N-ST = 0.771) indicating low levels of seed-based gene flow and significant phylogeographical structure (N-ST > G(ST), P < 0.05). The spatial distribution of mitotypes suggests that five distinct population groups exist in the species: one in the west comprising seven populations, a second with a north-central distribution comprising 15 populations, a third with a southern and easterly distribution comprising five populations, a fourth comprising one central and one western population, and a fifth comprising a single population located in the north-central part of the species' range. Each group apart from the fourth group is characterized by a distinct mitotype, with other mitotypes, if present, occurring at low frequency. It is suggested, therefore, that most members of each group apart from Group 4 are derived from ancestors that occupied different isolated refugia in a previous period of range fragmentation of the species, possibly at the time of the Last Glacial Maximum. Possible locations for these refugia are suggested. A comparison of mitotype diversity between northern and southern subgroups within the north-central group of populations (Group 2) showed much greater uniformity in the northern part of the range both within and between populations. This could indicate a northward migration of the species from a southern refugium in this region during the postglacial period, although alternative explanations cannot be ruled out. Two chlorotypes were distributed across the geographical range of the species, resulting in lower levels of among-population chlorotype variation. The geographical pattern of variation for all five chlorotypes provided some indication of the species surviving past glaciations in more than one refugium, although differentiation was much less marked, presumably due to the greater dispersal of cpDNA via pollen.

裸子植物的分类和系统发育研究—松科的分类、地理和种系发生研究，中国红豆杉科、三尖杉科、南洋杉科和银杏科的分类学研究

球果类植物是现存裸子植物中最为繁盛的一群，也是目前组成北温带森林植被的重要成分，我国是球果类植物科属的重要分布、分化或保存中心。对这些科属的分类和系统发育的研究，无疑对北温带的森林植被的研究，以及林业生产均具有重要的理论和实用价值．本研究即是围绕着球果类中的Pinaceae，Taxaceae及Cephalotaxaceae等科展开的研究，内容主要包括以下几方面： 一、在《中国植物志》第七卷的基础上，完成了《FLORA OF CHINA》中裸子植物Ginkgoaceae，Arancariaceae Pinaceae，Taxaceae，和Cephalotaxaceae各科的修订和编写． 建立2个新种、2个新变种、12个新组合、64个新异名、2个新分布，2个新启用名，分类群及其名称的变动和增补，以及增补异名57个。 二、根据植物的地理分布与系统发育统一的原理，在资料分析和实验的基础上，运用表征分析和分支分析研究方法，同时结合化石和地史资料，针对松科的分类、地理分布、以及起源分化和扩散等问题进行了一系列系统的研究，主要结论如下： 1．提出松科分类的新系统，将松科划分为三个亚科：松亚科Subfam．Pinoideae:仅一属Pinus Linn．： 落叶松亚科Subfam．Laricoideae Melchior＆Werderm, emend．N．Li et L.K．Fu：包括四属Larix Mill.，Cathaya Chun&Ku:tng, Picea A Dretr. andPseudotsuga Carr．;冷杉亚科Subfam．Abietoideae Pilger, emend．Frankis:包括五属Abies Mill．，Cedrus Trew, Pseudolarix Gord．，Keteleeria Carr.,and Tsuga Carr． 2．构思和绘出了以地质年代为纵座标的松科系统发育树。 3．进行松科植物分区，将松科划分为6区、4亚区。并分别附有分区图、各区所分布种数的统计表、以及各属目前的地理分布和化石分布图。 4．松科在地质时期曾是一个很庞大的类群，现代松科只是其祖先中少部分喜温性分支的后裔，其兴旺与温带成份的出现关系密切，可能是一类衍生类群． 5．松科的起源时间虽然可追溯到侏罗纪甚至三迭纪，但现代松科各属的出现时间大约是在早白垩纪至第三纪之间。 6．松科各属可能并非起源于同一时间和地点。松属可能是现存的、最早分化出来的类群，于侏罗纪至早白垩纪间起源于欧美古陆;其它属则到晚白垩纪至第三纪早期（有1-2属至中期）才陆续从其祖先复合体中分化出来。 7．现代松科的早期扩散可能存在着以下三条主要的迁陡路线，即：欧美路线、欧亚路线和古白令路线．

北京市土壤--植物系统重金属硫的分布迁移相互间关系和主成份分析

本文选择了北京市香山北京植物园、北京动物园、长安街和北京化工厂4个功能区和国槐（Sophora japonica (L) Beauv)、毛白杨 (populus tomentosa Carr)、丁香(Syringa Oblata)、野牛草(Buohloe dactyloides (Nutt) Engelm)4种植物;采集植物样品105个、土壤样品40个;测定了各样品的镍(Ni)、锌(Zn)、铜(Cu)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬 (Cr)、硫(S)7种元素含量;通过对样品元素含量的直观分析、回归分析、主成份分析(PCA)，得出以下结论：各样品各元素含量的最高值或异常值多出现在化工厂内，其次是长安街、动物园、北京植物园无;各功能区各样品各元素含量大小顺序多是：化工厂><长安街>动物园><北京植物园：表明化工厂内土壤、植物受污染的程度较重，其次是长安街，动物园稍轻，北京植物园则较洁净。土壤中7种元素分布特征是：S > Zn > Pb > Cr > Cu > Ni > Cd;植物中7种元素分布特征是：S > Zn >< Cu > Pb > Cr >< Ni >< Cd。7种植物样品对S、Zn、Cu、 Cd具较大的富集系数;对Ni、Pb、Cr具较小的富集系数;说明前者比后者在土壤—植系统中较易迁移。7种植物样品对S均具积累效应;毛白杨叶对zn，毛白杨叶、枝、国槐皮对Cd，野牛草对Cu也都具积累效应。国槐各器官元素含量分配是：皮含量>叶含量>枝含量;毛白杨各器官元素含量分配是：叶含量>枝含量;表明植物各器官中，枝元素含量较低。对元素含量回归分析，发现植物各器官元素含量间具显著性正相关系;植物中元素含量与土壤中元素含量绝大多数呈正相关。前者说明植物各器官生长发育的正相关性;后者说明土壤条件与植物生长发育的正相关性。对元素含量的主成份分析和样品排序，揭示出采自同一功能区的样品大都可形成一集团，但尚存在交叉、重叠和过渡的样品;化工厂集团多处在排序图Z1轴左边，长安街集团多处在Z2轴上方，北京植物园集团多处在Z1轴右边或Z2轴下方。可明确得出，化工厂土壤、植物污染较重（元素含量较高），其次是长安街;动物园污染稍轻，北京植物园较洁净的结论。还可知，化工厂、长安街某些样点污染较轻;而北京植物园、动物园某些样点污染较重。

科尔沁沙地东南部固沙林土壤磷素研究

土壤养分的持续供应是生态系统可持续性发展的基础，尤其在土壤贫瘠地区。土壤磷素被认为是干旱区生态系统的潜在限制性养分因子，但目前半干旱区土壤磷素的深入研究很少。针对半干旱区生态系统恢复方式、人工防护林可持续性经营等关键问题，本论文旨在弄清处于半干旱区的科尔沁沙地东南部沙地人工林土壤磷素转化的主导过程及影响因素，并从土壤磷素可持续供应的角度来评价研究区生态系统的可持续发展。 以处于无人为干扰下、立地条件基本一致的科尔沁沙地东南部的有代表性的生态系统为研究对象，包括原生植被榆树（Ulmus macrocarpa）疏林草地，退化草地，油松（Pinus tubulaeformis Carr.）人工林、樟子松（Pinus svlvestris var. mongolica）人工林和小叶杨（Populus simonii）人工林。系统全面的研究了土壤磷素状况及其季节变化，并深入探讨了樟子松人工林土壤磷素转化及其影响因素（林龄、密度、土壤冻融）。主要结论如下： （1）研究区风沙土表层0~20 cm全磷（<0.2 g kg-1）和活性无机磷含量（<3 mg kg-1）都极低，有机磷占全磷的50%以上，是土壤磷的主要组分。凋落物分解、有机磷矿化和微生物周转是有效磷的主要来源，与这些过程有关的土壤的生物过程控制着土壤磷素转化。Ca-P（钙结合的磷酸盐）的溶解也是速效磷的次要来源，而Al-P（铝结合的磷酸盐）和Fe-P（铁结合的磷酸盐）是活性无机磷库。凋落物分解对有效磷供应起首要作用（尤其在人工林中），凋落物分解的年磷归还量是10 cm层矿质土壤有效磷供应量的1.7~3.4倍。 （2）土壤含水量是影响土壤磷素供应的关键环境因子，而冻融作用对土壤微生物磷和活性无机磷含量无显著影响。 （3）与各人工林相比，榆树疏林草地具有高效的养分循环和较强的土壤磷素保持能力，其退化大幅度降低了土壤持水能力和肥力。而在退化草地上营造以针叶树种为主的人工纯林及针阔混交林进一步降低了土壤全磷含量。从土壤磷素可持续供应的角度来看，在干旱贫瘠地区不宜营造高密度的人工林。研究区的植被恢复，应该选取磷素利用效率高，而养分周转较快的植被类型。这样，不需要集中的人为管理，就能使生态系统达到一种自我维持的良性循环状态。 （4）樟子松的生长受到土壤磷素供应的限制，当年生叶片无机磷浓度比全磷浓度能更准确、直接地反映土壤供磷水平的变化。为满足林分的需求，樟子松的根系活动能够增强根际微生物和磷酸酶活性以促进有机磷的矿化，同时能降低根际土壤pH值以促进Ca-P的溶解。随着林分的发展，活性无机磷含量无显著变化，但土壤磷库（主要是总有机磷）逐渐耗竭，有机磷的矿化潜力也逐渐降低。这表明，随着林分发展，磷素对樟子松人工林的限制性逐渐增强。 （5）为保证已有人工林的可持续发展，必须通过间伐、保护地被物、施肥来调节养分需求与归还之间的平衡，维持地力，保证土壤养分的持续供应。其中保护林下凋落物尤为重要。为防止地力衰退，该地区樟子松林的最大密度（以每公顷胸高断面积为密度指标）应保持在24.1~26.6 m2 ha-1。

沈阳福陵油松年轮δ13C序列指示的环境变化

由于树木年轮具有定年准确、连续性好、分辨率高、对环境变化敏感性强等优势，已在全球气候变化研究中被广泛应用。在我国，已有学者利用树木年轮对气候变化进行了较多研究，但是针对受人类活动干扰较重，对环境变化最为敏感的地区，如城市环境变化的研究相对薄弱。本文以我国东北重工业城市——沈阳为研究区域，以年轮δ13C和年轮元素作为研究手段，分析了树木年轮δ13C和金属元素序列变化特点及其环境意义。主要研究内容与结果为： 1. 建立了该地区过去195年的油松（Pinus tabulaeformis Carr.）年轮δ13C年表。相关分析表明：两个δ13C序列间存在差异，但其个性差异对其共性变化影响较小，个性差异并不影响年轮δ13C作为气候变化研究代用资料的适宜性和重建历史气候结果的可靠性与一致性。 2. 对年轮δ13C序列的高频变化与气候要素进行相关分析，确定了年轮δ13C序列和气候的关系特点，该地区年轮δ13C与生长季前期冬春季气温及蒸发量显著正相关。在此基础上重建了沈阳地区1865年以来12-5月气温和12-1月蒸发量。 3. 利用年轮δ13C序列重建了该地区过去130年大气CO2浓度变化。重建结果表明，沈阳地区大气CO2浓度在1900年后迅速增加；而在1970s后重建的浓度增加速度变缓，这种现象可能是由城市污染加重所引起的。研究发现太阳黑子活动最强的年份往往对应较高的年轮纤维素δ13C值，这表明年轮碳稳定同位素和太阳辐射强度关系密切。 4. 年轮金属元素分析发现，Cu和Zn年轮含量的变化与沈阳有色金属生产量的变化相一致，表明年轮金属元素含量的径向变化记录了沈阳工业发展的历史。年轮Pb含量与五月相对湿度的显著相关性表明油松年轮元素变化记录了大气痕量金属的沉降。

日本落叶松微体繁殖及植株再生的研究

本文以10、13、29年生的日本落叶松(Laxix kaempferi (Lamb.)Carr.) 朝85；38、朝6号无性系的冬芽为材料，经过腑芽诱导、不定茎伸长、生根诱导和培养等阶段，形成了再生植株。文中主要研究了基本培养基种类、激素组合及其浓度、遗传材料（无性系）、外植体年龄、活性炭对芽诱导、茎伸长以及继代、温度、染菌等对植株再生过程的影响。通过实验，选择出微体繁殖过程中茎诱导、茎伸长、生根诱导等各个阶段的优化培养基，它们分别是：茎诱导SH+0.5mg/l Zea+0.05mg/l IAA WPM+1mg/l zea+1mg/l IAA；茎伸长 改良MS+0.1mg/l IBA+0.5mg/l NAA+1% AC; 根诱导 改良MS+0.2mg/l IBA+0.1mg/l NAA+0.15% AC。培养条件诱导、伸长时光照1000－3000Lux，温度 25±1℃；生根时光照不变，温度 20±1℃。对影响外植体发育和器官发生各种因素的研究结果表明：继代可明显提高诱导率，继代、低温处理相结合促进生根；高浓度（1%）活性炭对茎伸长有明显的促进作用，低浓度（0.15）活性炭则促进根的形成；诱导率也随年龄、无性系的变化而不同；在根诱导阶段，细感染并不影响生根。同时，文中还对无菌幼苗的扦插进行了实验，以为成龄树木棰根提供可借鉴的资料。

油松刺槐混交林土壤生物学特性研究

通过对油松(Pinus tabulaeformis Carr.)、刺槐(Robima pseudoacacia L.)混交林、油松纯林及刺槐纯林多种土壤微生物种群数量、酶活性及其季节变化的对比分析。结果表明,油松刺槐混交显著改善了林地土壤生物学特性,土壤细菌、真菌和放线菌以及固氮菌、磷细菌、钾细菌的种群数量较纯林均明显增多,土壤质量明显改善。油松刺槐混交提高了土壤过氧化氢酶、脲酶和磷酸酶活性。此外,研究还显示,混交林土壤生物学特性的改变与生长季土壤含水量密切相关。