长白山维管束植物多样性分布格局及其影响因子的研究

生物多样性的研究极其广泛，生物多样性的形成、维持机制和分布格局也一直是生物学和环境科学等研究的重要内容，植物作为生物总体中的重要组分，其种类组成、各个种的历史和现时分布及数量等历来是分析研究的重要对象。本文以中国长白山区为研究区域，通过植物多样性数据、地理及地形因子、能量因子、水分因子以及采集量和采集频度等其他因子资料，利用ArcGIS 9.2地理信息系统软件和SPSS等统计学软件，将长白山区按照行政区划分为74个小区，搜集各小区的环境因子数据，统计了各小区的生物多样性的数量，包括种子植物科、属、种，蕨类植物种丰富度状况及采集状况，对长白山区维管束植物分布格局与环境因子的关系进行了研究。 通过SPSS软件等统计学软件的分析，研究了中国长白山区植物多样性分布格局及其与环境因子的关系。研究结果表明，维管束植物的分布格局与年均温、年均降水、1月平均温度和温暖指数（WI）呈显著正相关（P<0.01），与经度、纬度和寒冷指数（CI）呈显著负相关（P<0.01），其中，影响植物分布格局的最主要的两个因子是年均降水量和1月温度（P<0.01, t测验），地理地形因子、热量因子和水分因子与植物多样性分布格局相关性非常显著。长白山区是人们已经开展了大量工作并基本完成了维管束植物普遍采集调查的区域，植物本底资料积累很好，有大量植物信息储存于植物标本之中。植物标本本身和标本为载体所记载的标本采集时间、地点、生境、该植物种在当地的丰富度等相关资料是生物多样性研究中丰富的原始数据源。 长白山区维管束植物包括150科729属1747种。其中蕨类植物22科44属100种，裸子植物5科11属33种，被子植物123科674属1614种。在此基础上，分析长白山区域植物标本采集状况，结果显示植物物种丰富度较高的地区有安图、桓仁、本溪县、凤城、抚松、鞍山市、清原、丹东市、尚志等，而丰富度较低的区域有双鸭山市、延寿、宾县、七台河、双阳、图们、木兰、通河等。长白山区维管植物多样性资源丰富，但各个区域的物种采集状况多寡不均，采集工作比较好的多集中在植物多样性资源保护较好的山区和自然保护区内。

采伐对长白山阔叶红松林乔木群落的影响

采伐方式和强度对长白山阔叶红松林中乔木群落的结构和动态有着重要的影响，进而影响到森林的更新、森林生态系统演替以及森林生态系统中各成员之间关系。本文选取受不同采伐方式以及强度干扰的阔叶红松林群落为研究对象，通过野外调查、种群空间格局统计分析讨论了不同采伐方式和强度干扰后阔叶红松林乔木群落的变化。为合理利用天然阔叶红松林，保护阔叶红松林生物多样性提供理论支持。 主要研究结果：（1）随着采伐强度的增加，原始阔叶红松林中的优势乔木树种的重要值减少而先锋物种如白桦等的重要值增加。（2）在采伐30年后，次生阔叶红松林乔木群落的生物多样性指数与原始林中没有显著差异。（3）采伐使乔木的种群空间分布格局发生变化，当种群密度较小时（<100株/ha），种群的空间格局倾向于随机分布，当种群密度较大时在小于30m尺度内呈现出聚集分布而在大于30m尺度上表现为随机分布。（4）阔叶红松林中乔木竞争强度在中低强度择伐后变化最小，而在皆伐后变化最大。（5）无论采伐方式与强度如何，红松的胸径与其竞争指数都严格服从幂函数关系。随着采伐强度的增加，来自红松种内的竞争压力逐渐减小，红松幼树数量占种群数量的比例逐渐升高。（6）采伐对阔叶红松林群落中乔木的更新和群落的演替有着明显的影响。采伐强度越大，红松、紫椴、水曲柳等乔木树种的更新数量就越多，与之相反，白桦幼树的数量随采伐强度的增加而减少。

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。

辽东山区与长白山植物物种多样性比较研究

辽东山区（龙岗山）为长白山余脉，原始林受干扰后形成的次生林是该区森林资源主体，长白山是以原始林为主。通过对两地区植物物种组成、林分结构、物种多样性等方面的比较，可以了解受干扰后处于不同演替阶段的森林物种多样性变化。同时，在一定程度上可以说明人类活动对植物物种多样性的影响。本研究通过地面样地调查的方法，分析长白山地区原始林、次生林和辽东山区次生林植物物种多样性差异，并引入干扰度的概念探讨形成这种差异的原因。通过遥感解译的方法分析两地乔木树种多样性空间分布格局的差异及其沿海拔梯度的变化情况。以期为次生林的恢复、经营，及长白植物区的植物保护提供参考。 主要结论：通过地面调查、比较可知1）Shannon-Wiener指数是物种丰富度和均匀度的综合反映，总体Shannon-Wiener多样性指数原始林大于次生林；乔木层和灌木层多样性：辽东山区（次生林）要大于长白山地区（原始林和次生林，下同），而草本层小于长白山地区。2）不同森林类型之间的比较结果表明：次生林的形成在一定程度上增加了物种丰富度，但受到物种散布方式等因素的影响，物种分布的均匀性较差。 引入干扰度的概念，分析干扰强度对两地物种多样性的影响，可知1）干扰对长白山次生林各层均有影响，且各层变化不一致；对辽东山区次生林的影响，基本表现为受中等水平干扰的林分具有较高的物种多样性和均匀度。2）人为干扰是十分复杂的，且各林型本身具有各自独特的特点，这就决定了干扰强度对不同林型的影响不同，且对同一林型不同层次的影响也不相同。随着干扰强度的增加，如长白山桦木林的总体物种多样性增加，乔木层先增加后降低，灌木层与乔木层相反，草本层变化较小；长白山杂木林的总体多样性、乔木层多样性、灌木层多样性均先增加后降低，草本层变化较小；针阔混交林总体、乔木层、草本层多样性各指数表现不一致，灌木层先增加后降低。 通过遥感影像的解译，分析长白山地区和辽东山区乔木树种多样性空间分布格局，结果表明1）两地乔木树种多样性指数多处于1.4-2.0之间，较高和较低多样性指数所占的比重较小；辽东山区乔木层树种多样性高于长白山地区，这与地面调查的结果相一致。2）长白山地区和辽东山区乔木树种多样性的海拔梯度变化不一致：随着海拔梯度的上升，辽东山区乔木层多样性下降；长白山地区乔木层多样性大致表现为先增加后减少，即单峰分布格局。

长白山北坡水甲虫的生物多样性研究

长白山地区为保护较为完善的原始森林区，物种丰富，因此被选为论文的研究区域.这里地处温带，气候寒冷，水甲虫种类分布有着一定的独特性.该项研究通过对不同海拔高度的不同水体中水甲虫的采样，研究了长白山北坡水甲虫的种类、生物多样性及其颁与环境因子的相关性.通过调查和研究，发现长白山水甲虫已记录的种类共有8科37属67种，其中占种群优势的是龙虱科和水龟虫科.同时，通过对文献的系统研究，发现中国有已记录的水甲虫共21科141属916种，比原记录601种（杨集昆，1994）多215种.在对长白山北坡水甲虫区系研究的同时，对生物多样性指数进行了分析，结果表明长白山北坡的水甲虫生物多样性各项指标均显示出该地区水甲虫物种较为丰富，物种均匀度高.在研究水甲虫的分布与环境因子的关系时发现，不同水体中环境因子对水甲虫分布的影响不同，活水水体中起主要作用的因子是植被密度和水流速度，静水水体中起主要作用的因子是海拔和腐殖化程度.

长白山次生林群落动态及其生态恢复

该文结合中国天然林保护工程的新形势和森林可持续发展的要求，运用林学、群落生态学、恢复生态学、生物多样性保护等原理和方法，以长白山区广泛分布于中低海拔的次生林为研究对象，通过大量的野外调查、室内分析和资料收集，针对实际深入研究和评价了在自然恢复和人为抚育管理模式下次生林的动态及其过程的一些重点问题，进而揭示了在不同管理模式下次生林群落组成、结构、物种多样性、种群分布格局、种间联结等演变规律及其对森林稳定性的贡献和维持机理，丰富和补充了阔叶红松林的系统研究内容，为林区森林的发展提供了模式和依据.

长白山森林景观边界的定量判定及其动态变化

森林景观边界研究，是森林界面生态学在宏观尺度上的拓展.该文综合运用野外调查、3S技术和多元统计方法，对长白山北坡苔原/岳桦边界和岳桦/云冷杉边界进行了定量判定;对森林景观边界的动态变化进行研究;并分析了景观边界的变化与气候变化的关系;最后，探讨了景观边界的分布与环境梯度的关系.

松果采摘对长白山自然保护区红松林健康的影响

近几年，松果采摘对红松林的健康构成了极大的威胁。本文在野外调查研究的基础上，结合史料分析研究了松果采摘对红松地面种源贮藏量分布状况、红松林主要乔木树种组成和幼苗幼树更新等的影响，通过与20世纪70年代相应数据对比，结合红松更新过程与动物的关系，分析了松果采摘对红松林生态系统健康的影响。研究结果表明：（1）松果采摘后，红松林地面红松种子数量少，大部分是废种子，且主要呈单粒状分布，地面红松种子贮藏量1582-2640粒/hm2，仅为70年代的0.3-0.5％，废种子比值大于67.8％，单粒状占总簇数的46.8-77.1％。（2）“采摘掠青”对种子质量具有显著影响，9月15日与8月20日采摘的松果相比，种子千粒重增加了69％，种仁重增加了30.3％，出仁率增加了2.7％，球果鲜重减少了20.0％，种子重增加了21.3％，出种率增加了51.7％。（3）与红松林中其他主要更新树种相比，采摘使红松更新不良，红松幼苗数量大大减少，减少幅度达49.5-95.0％。（4）破坏了红松天然更新规律，2000年是结实年，但2002年并没有出现更新年。（5）林分中红松小径级植株占比值很小，而大径级比值大，呈生长下降性种群；而其它主要伴生树种与此相反，呈生长增长性种群。（6）以松籽为主要食物来源的动物食物链遭到破坏，红松林生物群落结构发生变化。在此分析基础上，提出了以松果采摘为例的长白山自然保护区健康管理策略，以期为保护区管理提供科学依据。

长白山林区露水河林业局森林资源变化研究

长白山林区是我国国有重点林区，丰富的森林资源是大自然赐以我们的巨大宝库，如何正确处理保护与利用的关系是一项值得长期、全方位研究的重大课题。本文以长白山林区露水河林业局为研究区，从森林资源空间分布格局及变化、森林资源统计变化特征、森林景观格局及其变化三个角度研究了该局森林资源在十五年间的变化情况，并对未来森林资源保护与利用提出了建设性意见。具体研究如下：1．森林资源空间分布格局及变化研究。基于森林生态学理论，以RS及GIS作为技术支持，通过图像单元统计及图像叠加分析、过去森林资源利用状况评价、两个时段主要河流沿岸缓冲区分析、未来利用森林资源的空间选择、目前森林资源质量分析，重点研究了十五年来该局森林资源空间变化特征。结果表明，研究区森林资源由于人类强烈的经营活动，各类地物发生显著变化。2．基于森林资源二类调查数据，研究了各类森林资源面积、林分蓄积构成变化。结果表明，从林木总面积、蓄积指标上看现存森林资源结构较为合理，但以具体树种的面积、蓄积指标来分析，现存森林资源构成存在一些问题，蓄积总量构成占主导地位的五、六种树种中，成熟林、过熟林占相当大比例，后续储备蓄积结构失衡。3．基于景观生态学数量方法研究了森林景观格局及其变化。结果表明，当地人类活动的频繁程度正在加强，并对森林景观格局产生重大影响，主要林分类型在各类地物中保持相对稳定。

长白山赤杨从枝菌根真菌DNA分子多态性的研究

丛枝菌根是自然生态系统中分布最广的内生菌根，在促进植物生存与生长、植被恢复以及生物多样性保护等方面有着非常重要的作用。随着现代分子生物学技术的发展，丛枝菌根真菌的研究得到空前发展。大量DNA分析新技术在丛枝菌根真菌的分子遗传、分类鉴定、种间及种内亲缘关系、菌株持久性等方面得到应用，与传统菌根研究方法相比，表现出巨大的优越性。但相比国际而言，国内针对菌根真菌分子水平上的研究发展较为缓慢。本项研究对中国吉林长白山东北赤杨、西伯利亚赤杨、色赤杨丛枝菌根真菌DNA分子多态性进行初步研究，试图揭示其一般规律，为更好地利用这一资源提供理论依据。通过比较与筛选，得到丛枝菌根真菌痕量DNA快速、简便的提取纯化方法—改良CTAB法。经PCR检测，所得DNA满足进一步研究的要求。根据丛枝菌根真菌185 rRNA小亚基核基因片段的特点，利用“科”特异性引物进行半巢式标记PCR（Labelled Primers-PCR，LP-PCR）扩增，再经单链构象多态性（Single-Stranded Conformation Polymorphism，SSCP）分析来检测其DNA分子在“种”水平上表现出的多态性。研究结果显示：丛枝菌根真菌在“种”的水平上并未随各宿主的变化表现出丰富的多样性；长白山地区赤杨属植物至少有东北赤杨、西伯利亚赤杨和色赤杨三个树种在自身“属”的水平上与共生的球囊霉科（Glomaceae）至少一个“种”的丛枝菌根真菌，即根内球囊霉（Glomus intradix），在“种”的水平上表现出不相关于宿主海拔高度的某种相互选择性。

长白山森林土壤甲烷氧化及其机理研究

目前国内甲烷生物氧化研究主要集中在农田生态系统中，对森林土壤氧化甲烷的研究相对较少。而森林土壤作为陆地生态系统中一个重要的组成部分，对大气甲烷的源汇平衡起着至关重要的作用，本文通过采用静态箱法对长白山5种不同海拔高度土壤甲烷通量的实地观测和实验室模拟培养相结合，为更加准确的评估森林土壤对大气甲烷源汇平衡的贡献提供科学依据。研究发现长白山不同海拔高度土壤均为甲烷的汇，而且不同土壤甲烷氧化能力不同。甲烷氧化菌在森林土壤氧化甲烷中起主要作用；森林土壤氧化甲烷具有明显的深度特征，次表层（5-15cm）土壤甲烷氧化能力最大，而钱离子对甲烷氧化产生的抑制作用可能是森林表层土壤氧化甲烷能力较弱的主要原因；土壤氧化高浓度甲烷要经过川个迟滞期，而氧化低浓度甲烷没有迟滞期的出现；温度影响甲烷的氧化，森林土壤氧化甲烷的最佳温度范围为30℃左右，低温对甲烷氧化的影响较大；土壤水分含量对甲烷氧化的影响作用很大，在一定含水量范围内甲烷氧化速率与土壤含水量负相关。森林土壤有机表层没有甲烷氧化能力。钱离子对甲烷氧化具有抑制作用，而且抑制作用随甲烷浓度的升高而增加，所以不能仅仅用底物竞争模型来解释钱离子对甲烷氧化的抑制机理。

长白山北坡土壤动物群落时空格局与动态研究

土壤动物区系是分解者食物网的重要组成部分，作为生态系统中重要组成成分的土壤动物在分解作用、养分循环和土壤肥力保持中起重要的调节作用。论文以长白山北坡森林生态系统土壤动物为研究对象，综合运用野外调查、室内分析和多元统计方法，对各植被带中土壤动物组成和动态、土壤线虫群落结构、土壤动物群落随海拔梯度变化、次生林演替过程中土壤动物群落变化等问题进行定量分析研究，旨在揭示土壤动物生态分布规律，为森林生态系统的研究和森林可持续发展提供基础材料。本研究结果表明：（1），获得的主要土壤动物分别隶属于7门、10纲、21个目；不同时期（1979、1995及2001-2002）针阔混交林、针叶林和岳桦林中土壤动物数量总的变化呈下降趋势。数量为优势类群和常见类群随季节变化而变化的基本规律是：大、中小型土壤动物个体数量从春季到夏季呈增加趋势，从夏季到秋季逐渐减少；不同地区、同一地带不同年份调查结果差异较大。（2）．获得的土壤线虫隶属于60个属，土壤含水率明显影响线虫密度及营养结构；土壤微域环境中的孔隙度是影响土壤线虫分布的一个重要因素；森林生态系统中土壤线虫的种、属数较为丰富。（3）各海拔群落间物种共有度，大多以相邻的群落共有度最高；群落间物种共有度大体趋势是随群落间海拔差的增大而减小。土壤动物沿海拔梯度分布可分为三部分：550-1350m、1450-2150m和2250-2650m。（4）．长白山次生林中土壤动物主要功能类群有腐食性土壤动物（70-80％）、植食性土壤动物（5-10％）和捕食性土壤动物（10-20％）。土壤动物在长白山次生林中演替过程可分为增长期、过渡期和稳定期3个阶段。

长白山阔叶红松林生态系统健康评估理论与实践

生态系统健康（学）是当前生态系统学和环境管理的研究热点，生态系统健康评估是生态系统健康（学）的主要研究内容之一。好的可操作的评估理念和技术手段是推动生态系统健康（学）研究的重要因素和内在要求。不合理的林业生产是全球森林生态系统健康程度降低的最主要因素之一。人为强度砍伐干扰直接导致林区森林面积减少、生物多样性严重破坏、资源短缺危机、森林生态系统健康程度急剧下降、提供的生命支持系统功能显著减弱。本文以长白山林区典型森林生态系统一阔叶红松林为例，提出并运用了相关森林生态系统健康评估理论和技术，进行了定量的评估研究。以期为区域森林生态系统健康管理和生态系统健康学的发展提供借鉴。研究表明：（1）通过建立恰当的概念，选择合适的原始阔叶红松林作为生态系统健康基准是可行的，并且是进行健康评估的基础；（2）干扰造成群落垂直结构、水平结构、生物多样性、生物量等具体指标的变化，导致阔叶红松林生态系统健康现状降低；（3）群落尺度上，指示物种和指示类群等生态指示法是评估生态系统健康的有效方法；（4）健康的森林生态系统是一个模式生态系统集，利用健康距离和指标体系可以在群落尺度或区域等更大尺度上对森林生态系统结构、功能、活力等多个特征进行单独或综合性健康评估；（5）综合构成指数也是一个森林生态系统健康评估的有效的方法，它在揭示森林生态系统群落结构动态和演替发展趋势上具有优越性；（6）砍伐干扰对原始森林生态系统健康具有严重破坏性。

森林蒸散模型与模拟研究-以长白山阔叶红松林为例

森林蒸散不但是森林水量平衡的重要分量，也是森林热量平衡的重要分量。准确模拟森林蒸散量是森林水文学、森林气象学学科发展的需求，同时也为森林流域水资源、森林生态系统管理及其开发利用提供科学依据。本文以长白山阔叶红松为对象，利用长白山阔叶红松林气象观测塔安装的常规气象梯度观钡（系统、开路涡动相关系统的观测数据，依据空气动力学基本理论与能量平衡方程建立了森林蒸散机理模型（模型a与模型b），并确定了参数：零平面位移高度d以及温度和风速廓线稳定度订正函数φm和φh。同时，对比分析了模型模拟森林蒸散量的精度，结果表明：本文模型a模拟蒸散量的精度为84.06％：模型b的模拟精度为79.47％；空气动力学方法中的Pruitt法、Businger法、Dyer法的模拟精度分别是59.85％、53.81％、52.07％；波文比法模拟精度仅为41.15％。最后，利用MAOS-I型小气候自动观测系统的观测数据以及土壤含水量监测结果，分别应用模型。和水量平衡法对长白山阔叶红松林生长季节（2001年7-9月）的蒸散量进行了模拟与计算。结果表明，模型。得到的森林蒸散总量为268.91mm，水量平衡法获得的结果为288.18mm。两者相差：19.29mm，相对误差为6.7％。

森林昆虫对长白山森林生态系统健康的影响

本文系统研究了长白山昆虫种类、多样性及对森林生态系统健康的影响，研究结果如下：1、长白山已知名的昆虫有26目、209科、1162属、1960种，其中森林害虫有11目、105科、885种，重要的森林害虫638种，隶属6目、63科。2、不同海拔森林内，昆虫种的多度、优势类群属种数不同；在阔叶红松林中最高，在亚高山岳桦林中最低。3、森林昆虫群落中植食性昆虫类群的多样性指数最大，为2.921，其次为寄生性类群1.243，捕食类群最小为1.123。天敌昆虫群落中以捕食性类群的种数占比重最大。4、植物群落物种丰富度指数与植食性昆虫丰富度指数呈负相关，而与捕食性天敌昆虫丰富度指数呈正相关；寄生性天敌的丰富度指数却与植物群落丰富度指数呈负相关。植物群落的多样性指数与捕食性、寄生性天敌的多样性指数呈正相关，而与植食性昆虫的多样性指数呈负相关，这表明昆虫的多样性影响植物群落的多样性。5、皆伐迹地的害虫多样性比择伐迹地的高，在类群上也明显不同，表明择伐形式对森林生态系统的健康维持更为有利。6、长白山共有森林鸟200余种，对自然控制森林害虫，维持生态系统健康起到了积极作用。7、森林昆虫可以作为指示物种评价森林生态系统健康，特别是稀有种和重要害虫的发生数量。