镉超积累植物的生态特征及污染耐性机理分析

在已发现的超积累植物中，镉超积累植物种类较少，对其重金属耐性及超积累机理的研究还未有突破性进展，这些植物金属耐性机理的描述对于镉污染土壤的植物修复研究是非常有意义的。本研究以镉超积累植物龙葵（Solanum nigrum L.）、球果蔊菜（Rorippa globosa (Turcz.) Thell.）为研究对象，以茄子（Solanum melongena L.）和风花菜（Rorippa islandica (Oeder.) Borb.）为对照植物，描述了镉超积累植物污染耐性的生态特征，系统探讨了镉超积累植物的耐性机制。 （1）龙葵较茄子有更高的镉耐性及镉积累性；球果蔊菜较风花菜有更高的镉耐性及镉积累性，球果蔊菜茎部受抑制现象是实现其特异吸收和积累重金属的适应性反应，这种地上部营养物质的重新分配现象可能是球果蔊菜作为超积累植物独特的生态特征。 （2）龙葵根系中SOD和CAT活性及叶片中POD和CAT活性的协同作用在缓解镉积累引起的膜脂过氧化损伤中发挥着积极作用，球果蔊菜叶片SOD和CAT的协同作用在缓解镉积累引起的膜脂过氧化损伤中也发挥重要作用，可以推断龙葵、球果蔊菜体内抗氧化酶防御系统在其镉耐性中扮演重要的角色。 （3）镉的污染胁迫均能明显促进龙葵和球果蔊菜体内脯氨酸的积累，脯氨酸在其镉耐性及积累性中扮演着重要角色，其中叶片脯氨酸可能发挥着更大的作用。 （4）龙葵叶片中柠檬酸和乙酸含量的动态变化与其镉积累有关，球果蔊菜叶片中苹果酸和酒石酸含量的动态变化与其镉积累有关，有机酸可能在龙葵及球果蔊菜镉耐性及积累性中起到一定的作用，但高含量的有机酸并不是植物镉耐性和超积累性的主要原因。 （5）植物螯合肽可以作为植物镉超积累特征的生物指标，但植物螯合肽的合成并非镉超积累植物耐性的主要机制。

辽东山区生态分类系统及其在数字林业中的应用

过去五十年，我国的森林资源状况发生了明显变化，森林经营方式也相应出现问题。森林区划中，同时存在二类小班和三类小班两个小班体系，二者在空间上存在不一致性；即使是同一小班体系，先后两次调查结果也不一致。这些问题不利于应用数字技术制定长期的森林管理计划。传统的林业体制和经营方式不能满足生态系统管理的应用，阻碍了我国森林可持续经营管理的发展。生态分类系统是以生态系统内植被、土壤和地形等组分之间的相互关系为基础对土地进行的划分，对实现森林的生态系统管理具有重要意义。本文建立了辽东山区生态分类系统，进而探讨其在数字林业中的作用。 采用TWINSPAN分类和PCA、CCA排序的方法对研究区样方数据进行分析，结果表明，坡度和坡向是控制研究区域内水分梯度和养分梯度的主导因子，决定了植被的空间分布格局。依据这样的关系，进行了生态土地类型（ELT）、生态土地类型相（ELTP）的划分和制图。ELT分类由DEM数据获得，ELTP分类通过叠加ELT和植被图得到。ELTP能同时反映特定地块上潜在的植被类型和现存的植被类型，其分类单元相当于传统林相图中的小班，可应用于森林资源调查和管理中。 生态分类过程中的关键性技术方法也是本文重点解决的问题。通过比较5m分辨率和25m分辨率的DEM数据，得到5m分辨率DEM是绘制ELT分类图的最佳数据源。本文也探讨了地形图矢量化生成DEM的方法，以及根据DEM数据提取ELT分类图过程中的关键技术问题。 在上述基础上，本文着重论述了生态分类系统在数字林业中的作用。生态分类系统为森林资源信息和数据的管理提供了一个具有生态学含义的框架体系。生态分类系统是实现森林生态系统管理的重要过程，空间信息技术是实现森林生态系统管理的有效手段。以生态分类系统和空间信息技术为依托的生态系统管理方法，加上计算机模型和辅助决策界面的支持，构成数字林业的基本框架，是实现林业可持续发展的驱动力。

长白山地区近50年气候变化及其预估

收集长白山地区15个气象站1953-2007年气温、降水、蒸发、日照时数和水汽压观测数据和国家气候中心整理的2001-2099年的 气温、降水预估资料，利用数理统计方法，系统分析长白山地区气候现状、变化及其预估，为气候变化对人类生存环境影响研究并制定适应对策提供依据。主要结论如下： 1.长白山地区气温、降水日数、日照时数和不同界限温度（≥0℃、≥5℃、≥10℃和<0℃）积温均有显著趋势。年极端最低、年平均、平均最高/最低气温和气温日/年较差在1984、1992、1995、1985、1972和1979年发生突变。所有最高/最低气温与日照百分率有显著负相关关系，一定程度是温室效应结果；最高、最低气温变化不同步造成气温日较差和年较差的非对称性。 2.长白山地区生长季节合计降水量和降水强度日际变化较大。降水以7月30日为界，呈现前升后降极显著的线性趋势，且发生均值突变。降水强度以6月27日和9月3日为分界点，分为三个阶段。降水集中度、集中期和集中时段时空非均一性分布明显。 3.在SRES A1B、SRES A2和SRES B1三种情景下年平均气温均为上升趋势，年内变化一致为冬季升温最迅速，夏季则相对缓慢；而年降水强度总体增加，年内变化比较一致：冬季增加最为明显，而夏季变化不大。 4.未来长白山地区各站≥0℃、≥5℃和≥10℃的积温均有不同程度增加，持续时间延长。负积温增加，持续时间缩短，开始日期推迟，而结束时间提前。

杉木人工林土壤活性有机质特征及其积累与矿化

土壤有机质是土壤肥力的关键要素，维持或提高土壤有机质含量和质量非常重要。其活性部分对外界因素比较敏感、周转速率快，在土壤肥力和碳循环中具有重要作用。作为我国特有的杉木人工林，其土壤活性有机质特征、积累与矿化过程必然会与其它森林类型不同。而目前我们对它的土壤活性有机质还知之甚少。因此，本研究采用野外调查和室内模拟相结合的方法，以常绿阔叶林、22年生杉木纯林、15年生杉木纯林、15年生杉木＋刺楸人工混交林、15年生杉木＋桤木人工混交林为主要研究对象，通过比较研究阐明杉木人工林土壤活性有机质特征，并通过室内模拟，探讨土壤有机质积累/矿化过程。本研究旨在为进一步研究杉木人工林地力衰退机理及退化生态系统土壤恢复机制提供科学依据，同时也为人工林土壤可持续经营提供理论依据。主要研究结果如下： ⑴杉木人工林与常绿阔叶林相比，它的土壤微生物量、可溶性有机质、水溶性碳水化合物、轻组有机质的含量及占相应部分的比例均显著下降(P < 0.05)，土壤呼吸熵升高。这说明常绿阔叶林改变为杉木人工林后土壤肥力和有机质质量降低。 ⑵杉木人工林土壤活性有机质动态变化与常绿阔叶林基本一致。在所研究的时间段内，土壤微生物碳、氮和热水浸提有机碳、氮含量从3月份逐渐升高，至6月份出现峰值，此后开始降低，而冷水浸提有机碳、氮含量变化呈波浪形；从3月份至8月份，除铵态氮含量升高外，土壤硝态氮、有效磷和速效钾含量均下降。 ⑶杉木人工纯林与杉阔混交林相比，杉木+桤木、杉木+刺楸混交林土壤活性有机质各组分的含量均有所升高，土壤呼吸熵降低。杉木与不同阔叶树混交对土壤质量和有机质的影响不同，杉木与固氮树种—桤木混交对土壤质量改善和恢复的效果好于非固氮树种—刺楸混交。 ⑷阔叶树种叶凋落物与杉木叶凋落物混合改善了凋落物的质量，促进了混合凋落物的分解，其中与刺楸叶凋落物相比，桤木叶凋落物与杉木叶凋落物混合表现得更明显，但差异不显著(P < 0.05)。杉木与火力楠叶凋落物混合比例不同对土壤活性有机质和养分的影响不同，随着火力楠凋落物相对比例的增加，混合凋落物分解速率加快，土壤活性有机质和养分的增加量升高。随凋落物量增加，土壤活性有机质含量增加。 ⑸杉木纯林土壤有机碳日均矿化量和CO2-C的21d累计释放量的分配比例均显著低于常绿阔叶林(P < 0.05)，0-10 cm土层土壤显著高于10-20 cm土层(P < 0.05)；杉木纯林土壤氮矿化速率大于常绿阔叶林土壤，但差异不显著(P > 0.05)；随着培养温度升高，土壤碳氮矿化速率加快。土壤有机碳矿化量与活性有机质初始含量之间具有极显著的正相关性，氮矿化量与此的相关性较低。 ⑹土壤有机质各组分之间存在密切的相关性，表明各组分之间存在相互作用；热水浸提有机质与其它有机质组分之间存在极显著相关性(P < 0.01)，可以表征土壤活性有机质；土壤微生物量、可溶性有机质、水溶性碳水化合物与土壤全氮、硝态氮、全磷和有效磷呈正相关，达到显著(P <0.05)或极显著水平(P <0.01)，与铵态氮含量呈显著负相关(P <0.05)；密度分组有机碳与土壤颗粒组成、养分等指标相关性低。因此，可以把热水浸提有机质作为评价土壤质量的指标。

辽东山区森林植被及格局分析

辽东山区是辽宁省中部城市群和辽河平原的绿色屏障和重要的水源基地，也是辽宁省人口聚集区。本文选取本溪县东营坊乡为研究对象，通过野外调查并结合植被数量统计分析，讨论了次生林和人工林的结构特征，并以此为基础分析森林植被的空间格局，为合理利用和保护辽东山区，使这一地区可持续发展提供借鉴。 结果表明：①共调查到71科159属245种，其中被子植物61科144属222种，裸子植物2科5属8种，蕨类8科10属15种。温带类型分布是主要组成部分；②次生林形成了多种群落类型，划分为6类19亚类，其中蒙古栎林是重要群落类型。海拔、坡度和坡向是影响次生林植被格局的重要因子，其中海拔对其影响最大，反映了人类干扰的影响。人工林主要有红松和落叶松人工林。人工林一般随着海拔增加种植面积降低，而次生林随着海拔增加而增加；③次生林径级分布基本为负指数分布；人工林基本为倒“S”分布，随着年龄增加，种植树种表现为向大径级的整体迁移；④长白山阔叶红松林乔木层Shannon-Wiener指数最高，次生林次之，人工林最低；长白山阔叶红松林灌木层Shannon-Wiener指数最高，次生林和人工林相差不大；而草本层Shannon-Wiener指数，次生林最高，人工林次之，长白山阔叶红松林最小；比较不同层次Shannon-Wiener指数，次生林和人工林草本层Shannon-Wiener指数明显高于乔木层和灌木层，长白山阔叶红松林这3层Shannon-Wiener指数相差不大；⑤ 碱厂林场有林地是主要的土地利用类型，在有林地中，次生林占主导地位。人工林平均斑块面积小，次生林平均斑块面积大。Shannon-Wiener指数达到2.4211，均匀度指数达到0.7722。

大兴安岭北坡森林景观火后恢复及演替模式研究

1987年大兴安岭北坡发生的特大森林火灾，过火面积达1.33×106ha,如何在如此大面积的火烧迹地上恢复森林资源，是森林经营管理者迫切需要回答和解决的问题。本文应用空间直观景观模型(LANDIS)设计不同的管理方案，模拟火后森林景观在不同自然干扰和人类干扰下的长期演替动态，以弥补这一不足。通过对比研究这些管理方案对森林景观的长期影响，不仅可以评价目前该区所采取的经营管理方案是否合理，还可以找到更合适的管理方案，为火后森林景观的定向恢复和加速恢复过程提供实际的指导意义。此外，通过对1987年火后十几年来森林植被的野外调查研究，可以弥补LANDIS只模拟树种不模拟草本和灌木，且以10年为步长的不足，加深人类活动对火后森林植被短期变化影响的理解。本文研究主要结论如下： 1）相对于轻度灭火方案而言，目前重度灭火方案可以增加针叶林（落叶松和樟子松）在该区所占的比例，相应地降低白桦等阔叶林在该区所占的比例。而且，目前重度灭火强度可以增加针叶树种成过熟林在该区所占的比例，减少幼龄林所占的比例，可见目前重度灭火方案有利于火后森林恢复。另外，目前重度灭火方案下的累计过火面积较少，火烧频率降低，但火干扰以重度火烧为主，这可能对于森林资源造成重大的损失。 2）种植强度越高，越有利于针叶林的更新。但考虑到经济以及劳动力等因素，中等种植强度（例如，种30%）已能很好地有利于火后森林恢复。相对于聚集种植而言，在整个重度火烧区进行随机种植可以增加针叶树种在该区所占的比例，降低白桦等阔叶树种所占的比例，因此随机种植更有利于火后森林恢复。进行人工造林时尽量不要种植单一物种。相对于其他种植比例而言，目前落叶松和樟子松的种植比例（7：3）有利于针叶树种的恢复。 3）相对于完全依靠天然更新而言，目前经营管理措施可以增加针叶树种在该区所占的比例，相应地降低阔叶树种的比重。在目前经营措施下，由于火后10年内进行大规模的森林采伐，使针叶树种的成过熟林及聚集程度等有较大幅度的下降，虽然随后逐渐增加，但也需要近100-150多年的时间才能恢复。总之，目前经营管理方案与完全依靠天然更新相比，有利于火后森林恢复，但在演替的前期（100-150多年）也存在一些问题。因此，大兴安岭林区发生特大森林火灾后，应禁止大规模的森林采伐，否则会发生森林年龄结构的锐变等一些问题，不利于森林景观的稳定。如果进行大规模的森林采伐，即使进行人工造林，也要很长时间才能得以恢复。 4）在火后完全依靠天然更新，无论是草本、灌木还是乔木树种在演替前期都发生了极大的变化。火后初始，阳性草本植物迅速增加，占据火烧迹地。但目前（火烧16年后）草本物种数开始下降，而且阳性草本逐渐减少，阴性草本逐渐增加。草本盖度的变化与物种变化呈明显的正相关，随着物种数的下降，草本盖度也逐渐下降。而灌木盖度与物种数则没有明显的相关性。目前喜阳灌木物种逐渐消失，而耐荫的逐渐增多，但总的灌木物种数只有少量减少。目前该区树种以白桦等阔叶林为主。在人工促进天然更新下，目前火烧迹地上的物种数仅稍高于天然更新。而由于人促更新使物种尤其是乔木更有利于更新，火烧迹地上的植被盖度却要高于天然更新。相对于天然更新而言，在人促更新下，目前在火烧迹地形成的针阔混交林中，针叶树种所占的比例明显提高。在人工更新下，目前火烧迹地上主要以针叶树种为主，而阔叶树种则较少。

黑土侵蚀区景观生态建设的水土保持效应

黑龙江省拜泉县是我国黑土侵蚀与综合治理的典型代表。经历了上世纪垦荒初期环境优美、土地肥沃，70年代后期水土流失严重、生态恶化，80年代以来大规模生态治理、环境明显改观的典型发展过程。是人类征服自然——自然报复人类——人类与自然和谐共处等人与环境关系演进的一个小小缩影。本论文以该典型区为研究案例，以景观格局——景观功能——景观生产力关系分析为研究思路，从遥感、统计资料、调查访问和取样实测等获得原始数据，运用景观指数和地理信息系统（GIS）等空间分析方法，结合通用土壤流失方程、地统计学和能值分析，综合评价了黑土侵蚀区景观尺度水土流失治理的区域土壤侵蚀控制效应、区域土壤性质恢复效应及大规模生态建设的农业效应。旨在为区域水土流失治理综合评价探索研究思路，也为该县或同类地区生态建设、环境保护及景观规划决策提供科学参考。本论文取得如下研究成果： (1). 经过多年来的大规模生态建设，拜泉县的生态环境有了明显的改观。区域景观类型数量和空间配置的变化对发挥其水土保持功能起到了很好的调控作用。从1989年到2002年，县域耕地面积减少24731hm2，林草地面积、水体面积分别增加了13568 hm2和1191 hm2，水库和塘坝增加1402座。全县55%的水土流失面积得到治理，82.2%的农田得到林网的防护，43.7%的景观地表超渗径流得到集蓄，土壤侵蚀模数由9.14 下降到6.50 。进一步的景观结构调整要注意增加林草地等类型斑块的聚集度；调节林网连接度、环度及网眼大小；增加水库塘坝的泻洪与灌溉配套设施等。 (2). 通过拜泉县双阳河流域30个子流域景观指数与土壤侵蚀模数的相关性分析，定量研究了景观结构和土壤侵蚀程度的关系。结果表明：农田面积百分比、景观聚集度与土壤侵蚀模数显著正相关，灌木林地和草地面积百分比、香农多样性指数与土壤侵蚀模数显著负相关。梯田、等高垄农田、顺坡垄农田、乔木林地、灌木林地、草地面积百分比，景观分维数、景观聚集度、景观香农多样性9个结构因子与土壤侵蚀模数的复相关系数（R=0.931）大于任一单因子相关系数，景观结构对土壤侵蚀的影响是多因子综合作用的复杂过程，且达到高度相关，9个结构因子与侵蚀模数之间存在线性回归关系。研究区平均土壤侵蚀模数为6.58 ，侵蚀强度较轻，但大于东北黑土区土壤容许流失量标准（2 ）。该流域是典型的农业景观，农田面积占景观总面积的71.8%，而且分布比较集中，它是未来土壤水蚀的主要景观要素，同时也是水土保持的主战场。增加灌草地斑块、实施农田保护性耕作等将是该流域继续控制土壤侵蚀的有效办法之一。 (3). 通过对拜泉县通双小流域土壤性状的空间变异性和空间相关性研究，得到下列结论：全碳、全氮、砂粒、粉粒、粘粒含量和容重具有中度的变异性，而砾石含量变异强烈，它能够表征该流域黑土的侵蚀强度。除砾石外，所有土壤性状之间具有显著的相关性 (P<0.05)。土壤性状主要与坡位、海拔高程和土地类型有关。全碳、全氮、粉粒和粘粒含量具有强度的空间自相关性，而容重和砂粒含量在空间上是中度自相关的。无论在农田，还是在整个流域，均有2/3左右的土地存在氮缺乏，容重和砂粒偏高的现象。地形、土地利用、侵蚀和侵蚀治理综合地影响了土壤性状的空间分异。但过去的土壤侵蚀是最突出的因子。侵蚀治理和土地类型调整在20-30年的尺度上，并没有显著地改善土壤的性质。目前的侵蚀治理对于土壤的移位和流失起到了很好的控制作用，但短期土壤质量恢复并不令人满意。如何提高土壤质量，将是又一迫在眉睫的任务。为了提高土壤质量，保护林地和草地不被破坏，改变农田的耕作方式等是该流域改善土壤性质的有效管理措施。 (4). 在拜泉县农业系统经济特征和生态建设动态分析的基础上，运用能值理论，研究了县域农业生态经济系统在大规模生态建设前后时间序列上的系统生产效率和可持续发展动态。主要结论如下：拜泉县经济发展与生态建设都取得了较大的成绩，但在县域生产生活大环境明显改善的情况下，农业系统自身的环境压力依然存在；农业系统的生产效率不高；农民生活水平较低；但大规模生态治理的农业效应已初步显现；系统的能值可持续发展有良好的趋向。

中国褐腐真菌泊氏孔菌等三属的分类和生态研究

木材腐朽真菌在森林生态系统中起着关键的降解还原作用，是森林生态系统物质循环中不可缺少的重要组成部分。黄孔菌属Auriporia、褐腐干酪属Oligoporus和泊氏孔菌属Postia的种类具有降解木材中的纤维素和半纤维素、造成木材褐色腐朽的功能，而混合于针叶林土壤中的褐腐残余物是针叶林生态系统更新所必不可少的。但以往国内对三属种类的研究并不深入，仅报道了其中约50%的种类，尚有大量新物种和国内新记录种有待于进一步发现；且有关褐腐真菌的生态学研究尚属空白。本论文对中国地区的黄孔菌属、褐腐干酪属和泊氏孔菌属进行分类学和生态学研究，明确这三属在中国的确切种类，发现新种和中国新记录种，并对这三属种类在寄主树木上的演替进行初步探讨。 研究结果表明： 1、中国目前发现黄孔菌属有2个物种，褐腐干酪属有5个物种，泊氏孔菌属有22种，其中包括本次研究发现的3个新种，分别是Postia calcarea、 P. gloeocystidiata和P. subundosa；2个中国新记录种，分别是Postia lateritia和P. persinica。 2、对每个属的种类给出了的检索表。 3、生态演替的结果表明，黄孔菌属、褐腐干酪属和泊氏孔菌属在树木腐烂程度为无皮倒木且没有完全腐朽时生长发生频次和种类数量均为最多，说明这三属大多数种类均为喜阴、腐生。 4、在对寄主树木选择性的研究结果表明，黄孔菌属、褐腐干酪属、泊氏孔菌属的种类主要生长在针叶树木上，有27种，占总数的93%。在29个物种中能生长在云杉属树木上的种类最多，为18种；而阔叶树中最适宜这三属物种生长的树种是桦属，有8种生长在该类寄主树木上。

长白山阔叶红松林CO2收支特征

植被-大气间CO2交换研究对准确评价陆地生态系统碳收支有重要意义。本研究以我国北方典型的植被类型—长白山阔叶红松林为研究对象，以国际公认的涡度相关技术为主要手段，结合微气象观测和生物学实验，探讨了森林碳交换过程与机制，建立了CO2通量观测数据的质量评价与控制体系。主要结论： （1）长白山阔叶红松林湍流通量贡献区主要集中在0.01~2Hz频率范围内，在弱湍流条件下存在通量低估现象。经过质量控制，CO2通量数据能够反映阔叶红松林与大气间CO2交换的真实过程； （2）森林生态系统CO2通量变化范围为-1.5~1.0 mg CO2•m-2•s-1，白天主要受光合有效辐射PAR的影响，但高的空气饱和水汽压差VPD对植被光合有一定的抑制作用，夜间CO2通量主要受温度的控制； （3）5cm温度是控制土壤碳排放的主导因素，由于雨热同季，因此干旱胁迫现象并不明显。土壤呼吸Q10变化范围为3.88~4.67，其值大小与温度区间有关； （4）2003~2005年森林GPP分别为1441、1312和1502gC•m-2，NEE分别为-188、-157和-186gC•m-2，森林碳收支的年际差异是由水热条件引起。叶片和群落高的弱光利用率和较强的光合吸收能力是其作为有200多年林龄的温带原始林，仍保持较高固碳能力的重要原因之一； （5）2003~2005年生态系统碳排放量分别为1252、1155和1326gC•m-2，土壤呼吸约占生态系统呼吸排放的80%； （6）长白山阔叶红松林具有较高的碳代谢能力，但由于光合吸收和呼吸释放都很活跃，森林总体表现为一稳定、适度的碳汇。这与其温带成熟原始林在碳循环领域的生态功能相一致。

白河林业局森林火险预报与林火蔓延模拟

本文收集白河林业局的林火历史纪录、二类清查数据、遥感影像以及数字高程模型等数据，利用空间信息技术与多种统计方法对森林火险预报和林火蔓延模拟进行了研究。该研究对于林火的预防及扑救可以提供理论指导和技术支持，对于实现林业的可持续发展具有重要意义。主要结论如下。 （1）白河林业局自1974到2001年28年中共发生火灾153次，高发年代为70年代末80年代初；主要火源为烧荒，约占全部火灾次数的37.25%；高发区为两江林场，占总次数的37%；高发月份为3-5月和9-11月。（2）利用二类清查数据、1987年及2000年的遥感影像、数字高程模型等数据，采用地理信息系统和遥感技术及主成分分析法得出白河林业局的可燃物、地形、人为活动以及综合所有因素的森林火险区划，得到了相应的高火险等级小班的分布。并利用相关分析方法进行检验，结果证明这种方法与实际林火发生数据相关系数达到92.46%，说明具有很高的可信度。（3）利用非参数的最近邻法和有参数的最近邻法分别对森林火险气象预报进行了分析，非参数的最近邻法的森林火险气象总体预报准确率为78.57%，无林火发生的预报准确率为80%，而林火发生的预报准确率为77.78%。应用有参数的最近邻法进行森林火险气象预报时，利用相关分析确定的权重进行预报的总体准确率为78.57%，无林火发生的预报准确率为60%，林火发生的预报准确率为88.89%。利用逻辑斯蒂回归确定权重的最近邻法进行预报得到的结果最好，尽管这种方法预报的未发生林火的预报准确率仅为60%，但总体预报正确率达到了85.71%，特别是林火发生预报的准确率达到了100%。（4）通过对林火在不同情况下蔓延模拟发现，无风、地形条件相同时的林火蔓延呈现圆形；无风、地形条件不同时的林火蔓延呈现出不规则的多边形；有风、地形条件不同时的林火蔓延呈现出不规则的多边形，但有一个主蔓延方向。

汞-豆磺隆，呋喃丹污染土壤的酶特征研究

采用模拟方法，研究了Hg、豆磺隆和呋喃丹对不同肥力草甸棕壤和黑土转化酶、脲酶、中性磷酸酶活性的影响及汞和2种农药之间对土壤酶活性的交互作用，并对不同温度条件下，汞、豆磺隆对土壤脲酶动力学参数的影响进行了研究，为建立重金属、农药污染土壤酶监测指标体系和土壤污染酶修复工作提供理论参考。 试验结果表明，几种酶对土壤汞污染的敏感性顺序为脲酶 > 转化酶 > 中性磷酸酶，有机质含量高的土壤对汞抑制土壤酶的效应缓冲能力普遍较强，HgCl2浓度与脲酶和转化酶活性之间的关系均可用对数方程均可很好的描述，由于脲酶对汞的敏感性较强，可在一定程度上表征汞的污染程度，在建立土壤汞污染酶监测方法体系的领域，具有一定的研究潜力；而2种农药对3种土壤酶活性的影响较小，规律性较差，总体来说，豆磺隆对土壤脲酶有激活作用，对转化酶和土壤中性磷酸酶活性表现出抑制作用；呋喃丹对3种酶均有微弱的激活作用。 汞和豆磺隆或呋喃丹之间对土壤转化酶、脲酶、中性磷酸酶多数情况下均存在不同程度的交互作用，既有降低两种污染物毒性的拮抗作用，也有增强毒性的协同作用，因土壤类型、土壤肥力、污染物浓度和酶种类不同而存在差异。 除个别土样外，Hg浓度与脲酶动力学参数Km和Vmax和Vmax /Km值之间均呈显著(P < 0.05)或极显著(P < 0.01)负相关，这一现象符合典型的反竞争性抑制类型；豆磺隆对脲酶的激活效应很可能是由于其促进酶促反应初速度的提高引起的；Hg、豆磺隆同时添加对脲酶动力学参数Km、Vmax和Vmax /Km值的影响与单一添加Hg条件下相似，但由于豆磺隆的加入使规律性趋于复杂。 本试验温度范围内，对于汞污染，土壤对脲酶的保护能力随温度升高而有所下降；而对于豆磺隆单一污染、汞和豆磺隆复合污染污染，污染物对脲酶动力学参数的影响与温度之间没有显著关系。

潜流人工湿地氮磷净化功能研究

人工湿地作为一种污水生态处理系统正在得到越来越广泛的应用，但是人工湿地的脱氮除磷能力还存在着观点上的分歧，本研究以生活污水和城市地表径流为处理对象，将小试研究与工程规模研究相结合，探讨了潜流人工湿地对废水中氮磷的净化功能和机制，开发了有效除氮的湿地新工艺，发现了影响基质除磷的关键因素，总结了基质优化选择的原则。 潜流人工湿地可以有效地处理生活污水和城市地表径流，TP在初期运行时的去除效率高，达80%以上，TN的去除率不超过60%；潜流人工湿地需要适合的一级处理，宜采用高水力负荷低污染负荷的运行方式； 潜流人工湿地内随深度增加还原性增强，随流向还原性减弱，湿地中氮磷污染物的浓度变化与氧化还原电位具有一定的相关性，各种湿地微生物的数量和分布与目标污染物的迁移转化存在着明显的相关性； 湿地植物对氮磷的吸收潜力很大，湿地植物比较适合的收割时期为枯萎前期，不影响植物的生长，又能去除更多的氮磷； 接触环境中6.6＜pH＜7.7条件下，决定基质除磷量的最关键因素是基质中Ca的含量；基质粒径会影响湿地除磷效率和除磷持久性，经济易得且Ca含量高的沙子和碎石是潜流人工湿地基质的首选； 景观型复合潜流人工湿地的开发使垂直流湿地和水平潜流湿地的优缺点可以得到互相补充，TN去除效率大幅提高，景观效果和生态价值得到提升。

半干旱区沙质草地关键生态系统过程对水肥添加的响应

制约半干旱区生态系统恢复的主要因素是什么？一直是生态学界争论的问题，水分或养分或二者的联合限制是现存的3种观点，但是利用野外实验结合生态化学计量比，分析和判断半干旱区自然生态系统生产力恢复的限制因子还未见报道。 本论文以科尔沁沙地东南缘退耕后自然恢复的沙质草地为研究对象，通过析因设计的水、氮、磷添加实验，研究与碳循环、氮循环、磷循环等有关的生态系统关键过程，及其对人为干扰（灌溉和施肥）及全球变化（气候变化和氮沉降）的响应。从2004年到2005年采用3因素2水平析因设计进行水（0, 80mm）、氮（0, 20 g N m-2 yr-1）、磷（0, 10 g P2O5 m-2 yr-1）添加实验。2005年增加了0、2.5、5、7.5、10、30、40 g N m-2 yr-1的氮梯度添加实验。通过两年的实验，得出主要结论如下： 1）该沙质草地生态系统生产力主要受氮素养分的限制，水分与磷素并不是主要限制因素。施氮量达到7.5 g N m-2 yr-1时生物量明显提高，当氮素添加量达到40 g N m-2 yr-1时，生产力最高为1607.3 g m-2，但是并未找出氮肥添加量的上限。禾本科生物量与Shannon-Wiener多样性指数间呈指数负相关，拟合方程为：y = 1318.3e-0.2421x（R2 = 0.6887）。 2）添加水增加了土壤CO2排放速率，而施氮肥的影响并不明显。在较干旱的年份（降水量低于450 mm）干旱期（4月15日-6月15日）添加磷肥明显抑制了土壤呼吸，而在较湿润的年份（降水量高于450 mm）干旱期添加磷肥则显著增加了土壤呼吸。土壤呼吸与表层0-10 cm土壤含水量存在显著的正相关关系；土壤呼吸与土壤温度之间呈显著的指数正相关（R2 = 0.6798），拟合方程为：y = 0.1832e0.1299x。 3）氮素添加对半干旱区沙质草地生态系统氮有效性具有明显的增强作用，可提高土壤氮的矿化速率。该沙质草生态系统土壤有效氮主要由NO3--N组成，并具有明显的季节变化，NH4+-N和NO3--N含量在表层0-10 cm有高于10-20 cm的趋势。植物地上部分和凋落物的C:N比极低。土壤全量的C:N比明显受添加水的影响，与氮、磷添加无关。 4）添加磷素改善了半干旱区沙质草地生态系统土壤磷的有效性，添加氮和水则没有影响。0-10 cm层土壤相对有效磷有高于10-20 cm层的趋势，这说明土壤中的有效磷淋溶作用不强或者是植物主要利用了表土层10 cm以下的土壤有效磷。第一次提出P:N比的概念，利用相对有效磷和相对矿质氮的比值作为土壤相对P:N比，相对P:N比与生物量、ANPP、非禾本科ANPP之间呈显著的线性相关关系。相对P:N比与生物量的线性负相关程度最高，拟合方程为：y = -52.333x + 1356.2（R2 = 0.7263）。 5）水、肥添加对该沙质草地土壤含水量的影响并不显著，不同处理之间以及相同处理的不同层次之间土壤含水量的差异主要源自土壤的空间异质性。根据2005年4-7月的土壤含水量的方差分析结果，可以将表层0-10 cm划分为多变层，10-30 cm划分为过渡层，30-100 cm划分为稳变层。单独添加磷肥或水磷结合可以显著降低白草的蒸腾速率，而且添加磷肥可以抵消添加氮肥所导致的蒸腾速率增加。 6）添加水提高了物种丰富度和均匀度，而施氮肥降低了物种丰富度和均匀度，施磷肥也相应地增加了物种丰富度和均匀度，但幅度不大。本项研究的结果不支持单调上升格局，多样性与生产力呈负相关关系，单调下降和单峰关系两种格局都存在。10-20 cm土层相对矿质氮与物种丰富度、Shannon-Wiener指数、Shannon-Wiener均匀度指数均呈显著的负相关关系。物种丰富度与土壤相对矿质氮之间负相关关系最显著，可以用幂函数进行拟合方程：y = 348.58x-2.1236（n = 8; R2 = 0.8576）。 综合以上的研究结果，建议适量施用氮肥，加速退化沙质草地生态系统生产力的恢复；干旱年份辅以磷肥，以降低温室气体的排放速率。

中国白腐真菌小薄孔菌等四属系统学研究

对采集自我国不同地区、不同森林生态类型中的，以及现保存于中国科学院沈阳应用生态研究所东北生物标本馆（IFP）、中国科学院微生物研究所真菌标本馆（HMAS）等国内主要标本馆的非褶菌目木材白色腐朽菌，小薄孔菌属（Antrodiella Ryvarden & I. Johans.）、耙齿菌属（Irpex Fr.）、容氏菌属（Junghuhnia Corda. emend. Ryvarden）和齿耳属（Steccherinum Gray）四属真菌标本进行了全面系统的研究。按照现代分类学方法对四属白腐菌进行详细的描述和显微结构绘图，记载了每种的寄主、国内分布及研究标本，并对每种与其相似种的联系和区别进行了讨论。我国范围内共记录及描述小薄孔菌属（Antrodiella）15种，耙齿菌属（Irpex）2种，容氏菌属（Junghuhnia）7种，齿耳属（Steccherinum）12种。其中，共发现新种4个，分别是：柄生小薄孔菌Antrodiella stipitata H.S. Yuan & Y.C. Dai，柏生小薄孔菌Antrodiella thujae Y.C. Dai & H.S.Yuan，亚圆孢齿耳菌Steccherinum subglobosum H.S. Yuan & Y.C. Dai和尖囊齿耳菌Steccherinum subulatum H.S. Yuan & Y.C. Dai；发现中国新记录种4个，分别是：柔韧小薄孔菌Antrodiella duracina (Pat.) I. Lindblad & Ryvarden，日本容氏孔菌Junghuhnia japonica Núñez & Ryvarden，集刺齿耳菌Steccherinum aggregatum Hjortstam & Spooner和圆孢齿耳菌Steccherinum hydneum (Rick) Maas Geest.。对四属中的代表性种类和重要种类进行了rDNA ITS片段序列测定，利用系统发育分析软件PHYLIP3.6对Antrodiella属和Steccherinum属中的种类进行系统发育分析，并探讨了Antrodiella等上述四属间的系统发育关系。结果表明，与Irpex相比，Junghuhnia和Steccherinum 与Antrodiella具有更近的亲缘关系。Irpex和Steccherinum两个属虽然都具有齿状子实层体结构，但其亲缘关系较远。

中国合叶苔科（苔纲）植物的研究

合叶苔科Scapaniaceae隶属于苔纲Hepaticae叶苔目Jungermanniales，全世界约6属136个现存种，1个化石种。合叶苔科的科和属的特征明显，但物种间变化大，分类比较困难，部分属种的分类位置亦存在争议。本研究前，中国已记录合叶苔科植物有4属，66种3变种，其中9种1变种已归为同物异名，承认的种类共57种2变种。以中国产标本为基础发表的新分类单位共2属16种2变种。目前尚无专门针对中国合叶苔科的系统研究，因此，开展中国合叶苔科的分类、区系和生态研究，对深入认识中国苔类植物多样性、区系和系统具有重要的科学意义。 本研究运用植物学经典分类的基本方法和现代的分支系统分析方法，对国内、外主要苔藓植物标本馆的中国合叶苔科植物的模式标本和有关标本进行了较全面的检查和详细的形态解剖和分类学研究，并开展了野外补充调查采集，完成了对中国合叶苔科植物的分类修订，分析该科的区系成分组成和在中国的地理分布特点及其属种之间的分支系统关系。研究的主要结果如下： （1）在相关模式标本和国内外标本鉴定和研究的基础上，确认中国合叶苔科有3属52种1变种，包括：大褶叶苔属Macrodiplophyllum1种，褶叶苔属Diplophyllum5种，合叶苔属Scapania46种1变种。发现并发表新种2个，即片毛合叶苔S. macroparaphyllia T. Cao, C. Gao & J. Sun（曹同等，2004）和毛茎合叶苔S. paraphyllia T. Cao, C. Gao, J. Sun et B. R. Zuo（Zuo et al., 2007）；发现中国新分布记录2种，尖瓣合叶苔S. ampliata Steph.（Zuo & Cao, 2007）和扁平合叶苔S. compacta (Roth) Dum.(首次报道，尚未发表)。完成了对中国合叶苔科植物的分类修订，对每个属、种都进行了文献考证、特征描述、图版绘制和分类讨论，并利用Mapinfo软件绘制了各种在中国的分布图。 （2）对相关模式标本标定和研究，澄清了一些分类问题和中国种的概念。如对东亚分布的若干种类进行了比较和评估，划定其分类界限，确认2种已经被归并为弯瓣合叶苔S. parvitexta Steph.新异名的种类仍然为独立的种，即细齿合叶苔S. parvidens Steph.和灰绿合叶苔S. glaucoviridis Horik.。并对东亚特有属种侧囊苔属的侧囊苔Delavayella serrata Steph.进行了模式标定，探讨了它的地理分布和系统位置，支持将其独立成侧囊苔科Delavayellaceae的观点。 （3）在标本鉴定和野外采集工作的基础上，合叶苔科各种在中国的分布范围大为增加，为开展中国合叶苔科的地理分布格局奠定了基础。对现有的地理分布资料的分析表明，西南地区（西藏，云南，四川，贵州）是中国的合叶苔属植物的分布中心和可能的起源中心，共有合叶苔40种，占该属总数（46种）的86.96%，其中，15种仅分布在西南地区，中国特产9种中，有8种在西南地区分布。此外，东北地区、华东地区及台湾省分布种类较多，分别为16种（34.78%），22种（47.83%）和17种（36.96%）种的分布。 （4）区系成分分析结果表明，合叶苔属Scapania主要由2大区系成分组成：东亚成分25种，占总数的51%，其中，中国-日本分布7种，中国-喜马拉雅分布9种，中国特产种9种。北温带成分22种，占总数的45%，其中有18种在亚洲，欧洲和北美洲均有分布。褶叶苔属Diplophyllum 5种，4种为北温带成分，1种为中国-日本分布的东亚成分。分析结果反映了中国苔藓植物区系的基本特点，即与欧美植物区系有密切联系，同时又体现了较强的东亚区系特色。 （5）对合叶苔属Scapania植物的生态和生境分析表明，47个分类群可分成3种主要类型：1）沼泽或水湿生；2）以腐木生为主，有时生于岩面薄土上的小型种类；3）潮湿岩面或林下土生的中等和大型种类。 （6）选取了39个反映系统发育关系的形态特征，以与合叶苔科相近的裂叶苔科Lophoziaceae中挺叶苔属Anastrophyllum 2种和裂叶苔属Lophozia 1种为外类群，运用外类群比较法对合叶苔科的的属种之间的演化关系进行了分支系统分析。结果表明，原归于合叶苔科的侧囊苔属Dalevayella为单独的一个分支，应为独立的侧囊苔科Dalevayellaceae。大褶叶苔属Macrodiplophyllum和褶叶苔属Diplophyllum植物相近，可归并为一个属，与合叶苔属Scapania同为合叶苔科Scapaniaceae下的属。中国合叶苔属47个分类群可分为若干组，主要与其生境，植物体，叶的结构，无性繁殖等特征有关，结果与目前采用的合叶苔科的分类系统与演化关系基本一致。