毛乌素沙地土地利用/土地覆被变化研究

毛乌素沙地是我国十二大沙漠之一，地处北方干旱半干旱区向亚湿润区过渡地带，长期以来，不合理的人类土地利用，结合当地脆弱的环境生态特征，引起了严重的现代荒漠化过程，是我国北方荒漠化研究的重点地区。本文着重从自然和人文学科密切合作的角度，对毛乌素沙地土地利用／土地覆被变化的内在作用机制进行了研究，得到以下主要结论： 1. 利用多年实地观测数据资料，考察了毛乌素沙地四种主要草地类型代表性植物群落地上生物量响应气候因子波动的变化规律，建立了植物地上生物量对气候因子的逐月回归模型，揭示出如下规律：①各种气候因子对不同类型草地以及同一类型不同生长阶段草地都产生不同的影响作用;②同一气候因子在植物不同生长阶段上，对生物量形成的重要性程度存在差异：③在植物生长期内，每个生长阶段的生物量都对后一时期的生物量产生显著影响，说明植物生长的连续性对于生物量的形成和积累是重要的;④在植物的凋枯期，各种气候因子基本上都不对生物量产生显著影响;⑤水分因子对毛乌素沙地几乎各种类型草地的生物量，都是重要的影响因子，毛乌素沙地降水状况在不同年份的显著波动对草地植物地上生物量的影响，不仅直接构成了土地覆被变化的重要组成部分，而且还影响到土地利用的方式、方法和后果。 2. 在考察毛乌素沙地草地地上生物量对气候因子变化的响应规律中，利用逐月动态回归建模方法改进了传统的累积气候因子回归建模方法。逐月回归模型与累积回归模型的比较显示，逐月动态回归模型的优势表现在三个方面：①可以提供累积回归模型无法揭示的作用规律;②模拟更加精确;③可以预测不同气候条件下群落地上生物量的变化范围。 3. 利用风速、降水和潜在蒸发等气象记录资料，建立了毛乌素沙地气候因子影响沙尘暴频率的作用模型，定量地考察了沙地各处气候因子对沙尘暴频率的影响作用。研究表明，气候因素是导致毛乌素沙地沙尘暴发生的主导原因，在沙地各处，气候因子可以解释沙尘暴频率分布格局总信息的比率分别为：乌审召83.6%，乌审旗77.5%，河南82.4%，鄂托克旗79.8%，新街73.1%，伊金霍洛旗82%。 4. 在定量考察气候因素对沙尘暴频率影响作用的基础上，对影响沙尘暴频率格局的自然和人为因素进行了定量分离，研究表明：人为影响因素对对沙尘暴发生起次要作用，解释沙尘暴频率分布格局信息的比率分别为：乌审召16.4%，乌审旗22.5%，河南17.6%，鄂托克旗20.2%，新街26.9%，伊金霍洛旗18%。 自然和人为因素影响作用的定量分离研究表明，毛乌素沙地人为因素的影响作用表现出空间上的差异性：①从方位上说，呈现自东向中、西部递减的梯度：②从地点上说，城镇附近人为影响作用远高于农村地区;③从土地利用方式上说，农垦种植业区域高于畜牧业区域。 5. 在实地观测基础上，建立了裸露沙面和植被覆盖沙面风蚀输沙率模型，定量考察了植被覆盖率与风蚀输沙率之间的关系。研究表明：当植被覆盖率达到60%以上，可以保护地表土壤使风蚀在大多数条件下不致发生;当覆盖率达到40%，可以使风蚀输沙大为减少;而当植被覆盖率低于10%，植被覆盖基本不能对地表土壤起到有效的防护作用。 6. 应用植被覆盖地表风蚀输沙率模型，考察了沙地不同风速条件下植被有效覆盖率。根据当地气象台站的多年气象记录，沙地最大风速在20m/s左右，这样的风速条件下，保证风蚀不致发生的植被有效覆盖率为65%左右;在沙地常见的大风风速14-16m/s下，植被有效覆盖率大致为50-55%;对于沙地一般的中等风速l0-12m/s．植被有效覆盖率为40%。植被覆盖对风蚀的影响作用也可以理解为，植被覆盖使沙粒起动风速发生了增大效应，研究表明：与裸露沙面沙粒起动风速4.5m/s对照，70%植被覆盖率使起动风速改变为15.4m/s;60%植被覆盖率使起动风速改变为12.1m/s;40%植被覆盖率使起动风速改变为8.Om/s;而在10%植被覆盖条件下，起动风速为5.Om/s，改变量很小，说明植被覆盖的保护作用极其有限。 7. 基于野外实地观测，比较了沙地五种常见植物种和二种人工防护材料防风效应上的差异。研究表明，防风效应由高到低的次序是，沙蒿>芨芨草>杨柴和牛心朴子>沙障>栅栏>旱柳;就乔、灌、草和人工材料而言，防风效应的次序是，灌木植被>草本植被>人工材料>乔木植被。植物和人工防护材料降低风速的比率与风速呈现二次函数关系，不同植物种或人工材料，降低风速比率都表现出不同的规律，在一般情况下，降低风速效应随着风速的增大而降低。 8. 通过不同植物种防风效应的比较研究，对毛乌素沙地植被生态建设的实践有一定的指导意义。毛乌素沙地的植被建设中对植被类型和植物种类的选择，应该遵循如下原则：①选取防风固沙效应好的植物种类;②应该考虑植物水分供给与需求的平衡状况，实行适地适树;③植物防护效应应该与当地风蚀气候在时间上较好地匹配，在春季等风蚀严重季节，植被覆盖应该具有较好的防风效应。 9. 在现实中，各种影响风蚀的因素是同时发挥作用的。将风蚀影响因素分解为风速、湿润度和植被覆盖率（以及植被类型）三个方面，在此基础上，建立了风蚀影响因素的综合作用的概念模型和沙丘活动性指数定量模型。湿润程度低、风速高、植被覆盖率低的地区，是风蚀最为严重的地区;在湿润程度高、风速低、植被覆盖率高的地区，是风蚀最弱的地区;在其他地区，风蚀状况根据三个方面因素的综合状况来决定。 10. 利用风蚀影响因子综合作用的沙丘活动性指数模型，从空间、时间、植被类型变化角度，考察了毛乌素沙地的风蚀变化状况。得到如下结论：①随着空间变化，风速、降水等气候因素也随之存在差异，导致沙丘活动性指数的变化规律是，西北部鄂托克旗沙丘活动性最高，乌审旗次之，其他几个站差别不太显著，这是由各地降水、气温、沙粒粒径等因素共同决定;②随着时间的变化，气候、植被生长等方面的状况随之发生改变，导致沙丘活动性发生变化，春季最高，冬季次之，夏秋季最低：③随着沙丘植被覆盖类型的变化，沙丘活动性也发生显著变化，在一般情况下，乔木覆盖沙丘活动性>草本植物覆盖沙丘>灌木覆盖沙丘。 11. 在实地调查土地利用现实状况及其社会、经济和政策影响因素的基础上，建立了我国北方干旱半干旱区土地利用决策机制的概念模型，分析了与土地利用密切相关的农牧民一政府一环境科学家这三个社会群体对土地利用的立场和影响作用力上的差异，分析了毛乌素沙地土地利用的现状及其影响因素，探讨了现实中不可持续土地利用行为发生的社会、经济和政策原因。 12. 在实地调查基础上，分别利用产出一费用分析法和过程影响因素分析法，建立了毛乌素沙地土地利用经济收益的定量模型。产出一分析研究表明，无论是农垦种植业，还是草地畜牧业，农牧民从这两种土地利用方式都只能获得较低下的经济收益。造成这种状况的原因，主要在于两个方面：一是低下且不断处于波动之中的农牧业产品物价，二是沉重的农牧业税收。 13. 将影响农牧业产出的因素，划分为四个方面：土地面积（牲畜头数）、环境状况、管理水平和利用强度，在此基础上建立了定量的影响作用模型。研究表明：环境状况指数每增加0.1，农牧业经济收益增加26%;管理水平因子每提高0.1，农牧业经济收益增加12.7%;农牧业经济收益最优的土地利用强度在0.4左右，在此之前，随着利用强度的增加，经济收益随之增大，而在此之后，随着利用强度的增大，经济收益逐渐降低，当土地利用强度达到0.9左右时，呈现负的经济收益。 14. 毛乌素沙地实施土地资源可持续利用，必须从技术的革新和社会经济政策等因素的调整两条途径同时入手，二者缺一不可。通过改进和应用节水灌溉、风能光能利用、生物增产技术，尽可能地提高各种资源的利用效率;通过应用免耕或浅耕技术，尽量减轻土地利用对资源和环境的破坏;通过栽培、速生技术，提高植被建设的成效和速度。而通过税收、物价政策的调整，尽可能地提高农牧民经济收益增长的速度，减轻土地利用压力;通过政府与人民之间对话和合作机制的建立，让广大农牧民参与到土地利用的决策和管理的过程中去;通过土地利用管理政策、措施的调整和完善，调动农牧民保护资源的积极性和自觉性;通过激励机制的建立，引导农牧民土地利用向着可持续的方向发展。 15. 实现毛乌素沙地土地资源可持续利用的有效途径，在于这样几个方面：①建立和完善政府及其管理部门与人民之间有效的对话和合作机制，让广大农牧民参与到土地利用决策和管理的过程中去：②实行产业结构调整，转变片面追求经济增长的做法，制订适应当地自然条件和生态特征的发展模式;③降低农牧业税收、稳定并提高农牧业产品的物价，增加农牧民经济收入，减轻土地利用压力;④进一步改进和完善土地利用管理政策和法规;⑤建立有效激励机制，引导农牧民土地利用向着可持续的方向发展：⑥努力改进节水灌溉技术、生物增产技术，提高土地利用的科技水平：⑦改进环境保护和植被建设决策的科学性，提高植被建设的成效。

基于可信计算平台的电子现金技术

基于可信计算平台提出了一种新的离线电子现金方案,该方案将电子现金、用户身份、平台身份三者有机绑定在一起,利用可信计算平台的认证技术和存储保护功能,极大地增强了电子现金的安全性,同时还具有支付起源非否认、电子现金有限流通期限等特点.该方案对于电子现金的备份,电子现金的盗用和丢失,都提供了良好的保护,并对所提出的电子现金协议进行了详细的安全性分析.

花椒水浸液及酚酸类化感物质对作物种子萌发和幼苗生长的影响效应

花椒（Zanthoxylum piperitum）是川西干旱河谷地区的重要经济作物，化感作用是花椒连作障碍的原因之一。系统研究花椒化感作用有助于深入理解并最终解决花椒连作障碍。本文通过研究花椒叶、林下土壤浸提液及单一纯化感物质对花椒幼苗生长、苜蓿种子萌发及幼苗生长的影响作用，从生理生化角度揭示浸提液及纯化感物质的作用方式。通过室外和室内模拟实验，对浸提液及纯化感物质的化感效应进行比较，为花椒连作障碍的解决和化感作用机制的深入理解提供依据。主要结果如下： 1.花椒叶及林下土壤浸提液对地下生物量影响作用强与对地上生物量的化感效应，两种浸提液的化感效应强度不同，叶浸提液作用表现更显著。其中在Y6、Y8 、T6和T8处理时，花椒幼苗地下生物量分别降低了31.2%、32.1%、31.6%和31.7%。 2.两种浸提液均能显著影响花椒幼苗体内的保护性酶活性，总体说来，在高浓度下抑制各种抗氧化物酶活性，幼苗体内丙二醛含量增加，幼苗受害严重；在较低浓度下，各种保护性酶活性有所增加，丙二醛含量减少，幼苗伤害减轻。同时，不同月份里，各种酶的活性高低显著不同，9月份的活性显著低于7月份的酶活性。对于养分含量的影响，Y8、T8的影响强度最大，分别使碳元素含量降低了27.8%和30.8%，使钾元素含量降低了34.7%和25.6%。 3.花椒叶及林下土壤浸提液对苜蓿种子萌发及幼苗生长有化感作用，表现在最终萌发率、不同物质代谢及保护性酶活性的差异上。两种浸提液对苜蓿种子萌发过程中蛋白质的含量均无显著性影响，对淀粉和可溶性糖的影响作用类似，高浓度处理无明显化感效应，较低浓度处理显著降低二者在萌发苜蓿种子中的含量。Y2、Y4与T4处理分别使可溶性糖含量减少了32.3%、29.1%和18.8%，Y2与T2处理分别使淀粉含量降低了29.3%和26.8%。 4.苜蓿种子在4种单一化感物质最高浓度即10-3 mol•L-1处理下，萌发率显著降低，半数萌发时间推迟，随着处理浓度降低，抑制作用逐渐减弱，当降低到10-6 mol•L-1时，又能够表现出对苜蓿种子萌发的促进作用。 5.纯化感物质在10-6 mol•L-1时使苜蓿幼苗叶片的保护性酶活性显著升高，丙二醛含量显著降低；在10-3 mol•L-1时使苜蓿叶片中保护性酶活性显著降低，丙二醛含量增加，膜脂过氧化程度加重。 Zanthoxylum piperitum is one of the most important cash crops and has been extensively cultivated in Eastern Tibetan Plateau, especially in the fragile dry valley areas. Allelopathic effects could be a reason for Z. piperitum’s continuous cropping impediment. Systemmatically research of the effect of Z. piperitum allelopathy could help to comprehend the continuous cropping impediment. The allelopathic effects on seedlings growth and seed germination of aqueous extracts of Zanthoxylum piperitum and phenolic allelochemicals were studied, and the action mechanism of the two substances was also discussed from physiology. Indoor and outdoor experiments were set to compare the difference between aqueous extracts and pure allelochemicals. The main results showed that: 1. The aqueous extracts of leaf and soil had significant allelopathic effects on aboveground and underground biomass, but the effect on underground biomass was stronger than the effect on underground evidently. Treated with Y6、Y8 、T6 and T8, the underground biomass was reduced 31.2%、32.1%、31.6% and 31.7% respectively. 2. The activity of activities of superoxide dismutase, catalase, peroxidase and ascorbate peroxidase were significantly reduced, while the content of MDA was increased and the seedlings were suffered stronger, when treated by the high concentration; but at the low concentration, these were reversed. And then, at the different month, the activities of antioxidant enzyme were significantly distinct. As for the contents of nutrient element, Y8、T8 had the more intensive effects than other treatments. 3. The results showed that the two types of aqueous extracts had significant allelopathic effects on seed germination, substances metabolize and the activity of antioxidant enzyme. But the aqueous extracts had no effects on the content of protein, while had the similar effects on the content of starch and soluble sugar. At Y2、Y4 and T4, the content of soluble sugar decreased 32.3%、29.1% and 18.8% respectively. 4. Treated with 10-3 mol•L-1 of the four allelochemicals, the seed germination of alfalfa was significantly inhibited. Ferulic acid, coumarin and vanillic acid at 10-3 mol•L-1 significantly reduced the activities of antioxidant enzyme, while the content of MDA in alfalfa seedling was significantly increased. The restrain effects became weakened with the treat concentration falled. However, ferulic acid, coumarin and vanillic acid could increase the activities of antioxidant enzyme at 10-6mol•L-1.

花椒叶和土壤浸提液对土壤微生物、土壤酶及土壤化学性质的影响

花椒（Zanthoxylum bungeanum Maxim.）是川西地区重要的经济植物，化感作用是花椒连作障碍的原因之一，而花椒凋落物和根系分泌物对土壤质量的影响是花椒化感作用的一个重要方面。系统研究花椒如何影响土壤有助于深入理解和解决花椒连作障碍。本文主要以大红袍（10a生）花椒叶和种植过花椒的土壤的浸提液浇灌花椒幼苗进行试验，分析叶浸提液与土壤浸提液对非花椒生长土壤中土壤微生物、土壤酶及土壤化学性质的影响。主要结果如下： 1.花椒叶浸提液和土壤浸提液减少了土壤中微生物的种类、组成和数量。本试验中未施加浸提液的土样中根际微生物明显高于非根际区，在经过花椒叶浸提液处理后，根际细菌、真菌和放线菌数量以及微生物总数都有所减少，这样将会导致土壤中的有效养分的供给减少，进而可能影响植物的生长。 2．施加花椒叶浸提液和土壤浸提液，以及花椒幼苗的栽种，对不同土样中的土壤酶各有促进和抑制作用。在浸提液处理下，水解酶之间及氧化还原酶之间各存在相互促进作用。 3.施加花椒叶浸提液和土壤浸提液均抑制了根际土中全氮和有机质含量，叶浸提液还抑制了无苗土中全磷含量，土壤浸提液还抑制了无苗土中全氮含量与根际土全磷、有机质含量。但两种浸提液均促进了根际土中有效磷和水解性氮含量、根外土中全磷含量，叶浸提液促进了根际土中全磷含量，土壤浸提液促进了根外土中有效磷含量。全氮和有机质含量的下降可能对植物生长发育不利。 4．土壤化学性质与土壤酶活性在不同土样中有不同的相关性。全氮含量在施加叶浸提液的土样中与蛋白酶活性呈正相关。水解性氮含量在施加叶浸提液的土样中与蛋白酶活性、蔗糖酶活性呈正相关。全磷含量在施加叶浸提液的土样中与多酚氧化酶活性呈正相关；在施加土壤浸提液的土样中与蛋白酶活性、蔗糖酶活性呈正相关，与多酚氧化酶活性呈负相关。有效磷含量在施加叶浸提液的土样中与多酚氧化酶活性呈正相关，与蛋白酶活性呈负相关；在施加土壤浸提液的土样中与蛋白酶活性、过氧化氢酶活性呈正相关。有机质含量在施加叶浸提液的土样中与蛋白酶活性、蔗糖酶活性呈正相关。 Zanthoxylum bungeanum is one of the most important cash crops in Eastern Tibetan Plateau. Allelopathic effects could be one of reasons for Z. bungeanum’s continuous cropping impediment. The effects of secretion of leaf and root of Z. bungeanum on soil quality is a important way of Z. bungeanum’s allelopathic effects. However, allelopathic effect of Z.bungeanum on soil microbes, enzyme activities and chemical property were seldom studied. In this study, leaf and soil extracts of Da Hongpao(DHP), the most common varieties of Z.bungeanum in this area, were used to assess allelopathic effect of Z. bungeanum on soil biology and biochemistry by pot experiments . The main results showed that: 1. The irrigation of two kinds of extracts reduced the species, component and quantity of soil microbes. In rhizosphere soil which irrigated by distilled water, the quantity of soil microbes is significantly different from exoroot soil. In rhizosphere soil which irrigated by leaf extracts, the quantity of bacterial, fungi, actionmycete and gross of microbes were decreased, it may resulted in reduce of Available nutrient in soil, and influenced the growth of plants. 2．The irrigation of two kind of extracts reduced or enhanced the enzyme activities in different soils. Interaction between hydrolytic ferments and redoxases were promoted each other. 3. The irrigation of two kinds of extracts reduced the total N and organic matter in rhizosphere soil. Leaf extracts also reduced the total P in soil without seedling. Soil extracts reduced total N in soil without seedling and total P, organic matter in rhizosphere soil. But both extracts also enhanced available P and hydrolysable N in rhizosphere soil, total P in exoroot soil. Leaf extracts enhanced total P in rhizosphere soil. Soil extracts enhanced available P in exoroot soil. The reduction of total N and organic matter may influence growth of plants. 4．Positive correlations between total N and prolease, hydrolysable N and prolease, hydrolysable N and saccharase, total P and polyphenol oxidase, available P and polyphenoloxidase, organic matter and prolease, organic matter and saccharase, were studied in soil irrigated by leaf extracts. In soil irrigated by soil extracts, there are positive correlations between total P and prolease, total P and saccharase, available P and prolease, available P and catalase, while negative correlation between total P and polyphenoloxidase, available P and prolease, available P and catalase was found.

镇海棘螈和大凉疣螈年龄结构研究

通过趾骨切片可以准确鉴定年龄，了解一个物种的最长寿命，也为我们研究确定一个物种的生长特点、性成熟期,以及一个地区一个物种的年龄结构、种群生态(Marnell，1998)和群落生态提供重要信息(Morrison，et a1.，2004)。 本论文使用骨骼鉴龄法对中国浙江省宁波市北仑瑞岩寺林场的镇海棘螈（Echinotriton chinhaiensis）雌性繁群进行了年龄结构研究。结果显示：第一次参加繁殖的年龄为3龄；繁群中数量占优势的是5龄、6龄。而在6龄以后参加繁殖的雌性个体数便开始随着年龄的增大而逐渐减少。参加繁殖的雌性年龄最大个体为8龄。平均年龄为5.13龄。同时对其年龄和头体长、体全长的相关性检验,发现其年龄与头体长和体全长不相关,镇海棘螈雌性的生长方式表现为性成熟后能量主要用于繁殖。 另外,对李子坪大凉疣螈(Tylototriton taliangensis) 雄性繁群进行了年龄结构研究。结果显示：大凉疣螈雄性第一次参加繁殖的年龄为4龄；繁群中数量占优势的是5龄、6龄、7龄。而在7龄以后参加繁殖的雄性个体数便开始随着年龄的增大而逐渐减少。参加繁殖的雄性中年龄最大的个体为10龄。平均年龄为6.7龄。对其年龄和头体长、体全长的相关性检验,发现其年龄与头体长和体全长不相关,大凉疣螈雄性生长特点也表现为性成熟后生长缓慢的特点。 研究材料方面，本文采用野外采样与标本馆标本相结合的方式获得了中国蝾螈科2个重要保护物种繁殖群体的剪（指）趾材料，使得建立于其上的年龄结构工作更加可靠、更加具有代表性。 此外,本论文讨论了镇海棘螈瑞岩寺种群繁殖总量年度间的差异及其产生原因。将1998、1999、2000、2008、2009年镇海棘螈（Echinotriton chinhaiensis） 瑞岩寺种群的繁殖量进行比较，发现虽然雌性平均窝卵数比较稳定，但繁殖总量小于1998、1999、2000年任何一年总产卵量的50%。对2008年镇海棘螈繁殖量大幅下降的原因分析发现, 2007年9、10月影响严重台风的两次强台风、瑞岩寺景区开发等因素可能是造成近年该种群繁殖量大幅下降的原因。而2008年初50年不遇的低温是否影响镇海棘螈的繁殖值得进一步追踪研究。2009年繁殖量较2008年没有明显的增长，可能是由于2007年的台风影响了其繁殖营养的积累。台风的影响可能存在滞后现象,对此有待进一步监测证明。 本研究首次对中国蝾螈科物种进行的年龄结构鉴定，为进一步了解中国蝾螈科动物的种群生态打下了坚实的基础。 Using skeletochronology, we can know the life span of a species, age of reaching sexual mature, and of course age structure, which are vital(Morrison，et a1.，2004). Skeletochronology was performed on Echinotriton chinhaiensis Ruiyansi female population. The result shows that: The oldest individuals were 8 years old and the youngest ones were 3 years old. Individuals of age class 5(39.13%) and 6(21.74%) were most numerous. The number of individuals participated in reproduction decreased with the increase of age after the sixth year. Average age is 5.13 years. There is no correlation between age and body size (SVL and TL). For female chinhai salamander, energy is devoted to reproduction after reaching sexual maturation. While using skeletochronology to study Tylototriton taliangensis Liziping male population, the oldest individuals is 10 years old, and the youngest ones is 4 years old. Individuals of the age class 5, 6, and 7 dominat this population. The number of individuals decrease with the increase of age also after the seventh year. Average age is 6.7 years old in this population. there is also no correlation between age and body size (SVL and TL).It turned out that T. taliangensis tend to grow slowly after reaching sexual maturation. In this thesis, specimens from both wild and museum were used to gain enough toe clipping samples. A big sample size guarantees the reliability of this study. In the meantime, E. chinhaiensis’s annual reproduction of the year 1998, 1999, 2000 ,2008,and 2009 was compared. The result shows there is a huge decline in E. chinhaiensis’s annual reproduction in 2008,even the egg clutch is very stable. After analyzing, it turned out the huge decline in 2008 was probably caused by typhoon in 2007, besides the effect of tourism development and cash crop planting. While the impact of extreme weather of 2008 on reproduction needs further investigation. In the year 2009, there is no obvious increase in annual reproduction. It maybe due to lasting impact of typhoon in 2007. It is the first age-structure study on these two Chinese salamanders. A solid foundation was laid for further population ecology study of these two species.