暖温带地区典型森林群落叶面积指数、生产力和树木年轮特征的分析

以辽东栎(Quercus liaotungensis)为主的落叶阔叶林、华北落叶松林(Larix principisrupprechtii)和油松(Pinus tabulaeformis)林是我国暖温带地区具有代表性的森林群落类型。本研究：1）应用国内外流行的半球图方法，通过对这三种森林群落叶面积指数和林冠开阔度的测定和综合比较，分析了叶面积指数和林冠开阔度的季节动态，揭示了暖温带地区不同类型森林群落叶面积指数和林冠开阔度的特征;2）基于野外调查的样地资料，利用维量分析法估算了中国科学院北京森林生态系统定位研究站三种森林群落乔木层的生物量和生产力，并揭示生产力和叶面积指数之间的相关关系;3）利用油松森林群落和落叶松森林群落采集树芯作为研究对象，用树木年轮学方法，建立相应的年表，联系气候资料进行相关分析，揭示树木生长的限制因子。 研究结果表明：1）落叶阔叶林(优势种为：辽东栎、棘皮桦(Betula dahurica)、五角枫(Acer mono))和华北落叶松林两种落叶森林群落的叶面积指数值均随生长季的到来而呈现增长的趋势，最大值出现在8月;林冠开阔度值随着生长季的到来而下降，最大值出现在11月。落叶阔叶林的叶面积指数和林冠开阔度的季节动态较之华北落叶松林明显。油松是常绿树种，其群落叶面积指数和林冠开阔度的变化程度均不明显，但林冠开阔度的变化趋势也是与叶面积指数的变化趋势相反。通过计算得出叶面积指数和林冠开阔度相关显著，并且呈现指数回归的关系。2） 油松、落叶松、落叶阔叶林三种森林群落乔木层的生物量和生产力分别为93.59 t•hm-2、119.36 t•hm-2 、169.94 t•hm-2和4.02 t•hm-2•a-1、5.58 t•hm-2•a-1、7.04 t•hm-2•a-1;三种森林群落乔木层生产力和叶面积指数回归曲线分析显示，生产力和叶面积指数呈现线性正相关关系。3）油松和落叶松生长与气候因子相关分析结果显示，两种群落树木的生长受当地降水和气温的影响，油松与5月份的温度显著负相关，落叶松与2月份和5月份的降水显著正相关。 以上研究结果为以遥感途径获取暖温带地区叶面积指数提供了地面校正依据，为研究该地区利用LAI估算生产力以及利用遥感途径得到的NDVI测定生产力、研究气候因子对树木年轮宽度形成的影响，以及进一步对该地区林分、景观和区域尺度上碳、水、通量等方面的模拟提供了基础数据。

生态系统服务功能价值评估—以锡林河流域天然草地生态系统为例

时空尺度和生态系统的健康状况是影响生态系统服务功能的重要因素。锡林河流域天然草地关键的地理位置和独特的生境条件使其具有十分重要的生态意义和经济价值。评估锡林河流域天然草地在不同时空尺度及生态系统健康状况的生态系统服务功能的价值，不仅能够全面客观的评价该流域天然草地的生态服务功能，而且还能够为当地经济政策的制定，经济的建设发展提供科学依据。 本研究以锡林河流域天然草地为例，通过对草地生态系统服务功能价值评估和计算机情景模拟，研究了不同空间尺度及放牧影响锡林河流域天然草地生态系统服务功能价值。对于不同空间尺度下草地生态系统服务价值的研究，根据草地的产草量和退化程度将锡林河流域天然草地划分成5个级别，利用Costanza等的基本思路和方法，进行了价值评估。结果表明锡林河流域草地生态系统每年的服务价值为76.154×108元。受各级草场的生产量和放牧强度的综合影响，健康程度不同的各等级天然草地的单位面积生态系统服务功能的价值存在着很大差异，从1级草地到5级草地，单位面积服务价值比重从38.1%下降到4.8%。参考国际、国内和锡林浩特当地三种不同的生态系统服务单价，计算得出这三种不同空间尺度下锡林河流域天然草场生态系统服务价值分别为：88.199×108元/年、76.154×108元/年、14.236×108元/年，并且各项服务功能在总价值中所占的比例也随空间尺度变化。以气体调节为例，服务价值的比重分别占3.7%、11.0%和7.9%，这说明生态系统服务功能的价值与空间尺度有关。 通过草地生态系统服务功能当量因子得到不同类型草地生态系统单位面积服务价值，研究放牧影响下各类型草地生态系统单位面积服务价值以及年平均累积服务价值。草地生态系统服务功能当量因子说明生态系统各项服务功能不仅与生态系统的生物量有关，同时受到生态系统内环境因子、生物因子、生态系统过程多方面因素的共同作用。最大直接经济价值放牧率大于生态系统服务功能最大时的放牧率，但是获得经济利润小于生态系统服务功能最大时的价值。同时，在各类草地生态系统中单位面积服务价值以贝加尔针茅草原最高为2242.347元/公顷，克氏针茅草原最低为1655.413元/公顷。草地生态系统的累积服务价值在时间范围一定时随放牧率变化明显，并且时间范围越大变化越大。重牧状态下的草地生态系统累积服务价值最低，且随时间的增加而减少;无牧、轻牧和中牧状态下草地生态系统的累积服务价值则随时间的延续而增长。以上结果说明放牧对草地生态系统服务功能有显著影响，以经济利益为目的获得最大利润的放牧方式带来的经济价值是短期的，从长远看，只有科学管理，合理放牧，才能使草地生态系统长期稳定的提供最佳的生态系统服务功能。

内蒙古典型草原地上净初级生产力估测及模型模拟的研究

地上净初级生产力（ANPP）是陆地生态系统碳循环的重要组成部分，但由于估测ANPP的方法不同使得对ANPP的估测值存在很大的不确定性。本文采用3种方法（群落中所有种群当年最大地上生物量之和（ANPPC1）、当年群落最大地上生物量（ANPPC2）以及每年固定日期（8月30日）的地上生物量（ANPPC3））在种群、功能群和群落水平上分别对连续19年（1980～1998）的内蒙古羊草和大针茅草原生态系统功能（如ANPP、植物多样性和水分利用效率（WUE））的动态变化进行了比较分析，同时探讨了不同估测方法下气候和放牧对ANPP的影响，在此基础上利用DNDC模型进行了ANPP的模拟和敏感性分析研究，主要结果包括： 在羊草和大针茅草原群落中，不同主要植物种群或功能群多年平均地上最大生物量出现的时间不同，而同一植物种群或功能群的年地上最大生物量出现的时间存在年际间的变化。采用当年最大地上生物量和8月30日固定日期的地上生物量作为群落ANPP的这两种方法高估了建群种或禾草功能群在群落中的作用。 羊草草原群落多年平均ANPPC1、ANPPC2和 ANPPC3分别是257.5、190.1和166.0 g.m-2;相应的大针茅草原多年平均ANPPC1、ANPPC2和 ANPPC3分别是180.4、132.8和122.5 g.m-2。就群落生产力而言，后两种常用的方法二和方法三分别低估了草原群落ANPP 14.2%～40.0%和15.5～59.0%。本文研究表明尽管ANPPC1与ANPPC2和ANPPC3之间存在显著的差异，但二者之间存在极显著的相关性:羊草草原的ANPPC1= 59.587+1.061×ANPPC2（r2＝0.865, p＜0.001），ANPPC1= 92.329+1.017×ANPPC3（r2＝0.569, p＜0.001）;大针茅草原的ANPPC1= 32.918+1.114×ANPPC2（r2＝0.814, p＜0.001），ANPPC1= 76.120+0.875×ANPPC3（r2＝0.499, p＝0.001）。 种群、功能群和群落地上净初级生产力与气候因子间的关系因不同的估测方法而异。羊草草原的建群种羊草种群仅ANPPS3与8月和11月份的平均温度间存在显著相关性，而大针茅草原群落的建群种大针茅种群的ANPPS1和ANPPS2与3月份平均最高气温间呈负相关关系。在羊草草原群落，杂类草功能群ANPPF1和ANPPF2与3月份气温呈负相关关系;而灌木半灌木功能群ANPPF1和ANPPF2与3月份降水呈负相关关系。在大针茅草原群落，禾草功能群ANPPF1与5月份最高平均气温呈显著负相关关系。羊草草原群落ANPPC1和ANPPC3分别与11月份最低温度和平均温度存在显著负相关关系;大针茅草原群落ANPPC1与2和6月份月降水量间相关性显著，ANPP2与5月和11月份月平均最低温度呈显著负相关关系，而4～9月份，1和4月份平均最低温度对群落ANPPC3起决定作用。 在羊草和大针茅草原群落，由方法一得到的群落水分利用效率、Shannon植物多样性指数和均匀度指数与方法二或方法三得到的相应的指数间存在显著的差异，方法二和方法三得到的值间差异不显著。群落地上净初级生产力与相应估测方法的植物Shannon多样性指数和均匀度指数之间相关性不显著。 放牧条件下羊草或大针茅草原群落中的建群种羊草和大针茅在群落中的相对地上生物量较围栏内的相应植物种群的降低，而糙隐子草种群在群落中的比例上升。不同的放牧管理条件下，群落中植物种群地上现存量的季节动态发生变化。群落的植物组成及植物种群地上生物量在群落中总生物量的比例发生了明显的变化。利用遥感来估测地上净初级生产力时，分别低估了羊草和大针茅草原ANPP 52％和27％。 DNDC模型可以很好地模拟内蒙古典型草原生态系统的地上生物量，通过敏感性分析表明降水是草原植物生长的主要限制因子，在降水量增加或降低至日降水的30%时，模拟的地上生物量显著地高于或低于实测地上生物量值。在多年平均降水量为347mm的情况下，随着土壤粘粒含量的增加，地上生物量逐渐降低，与北美草原一致。

神农架巴山冷杉种子雨及种实特性研究

巴山冷杉主要分布于秦巴山地，是湖北神农架地区暗针叶林的建群种，构成了当地的优势群落，对神农架地区的植被景观具有决定意义。研究巴山冷杉的结实特性，种子雨时空格局，种子萌发能力和活力劣变过程，有利于进一步认识和分析这一物种的生活史特征，群落组成结构和更新动态。对这一重要物种的合理保护和有效利用具有促进作用。 在湖北神农架自然保护区选择巴山冷杉－箭竹、巴山冷杉－茵芋和巴山冷杉－陕甘花楸群落设置样地，通过布设种子收集器结合室内实验分析，对巴山冷杉种子雨的时空格局进行研究。待巴山冷杉球果成熟时，人工采集球果和种子，测量和比较巴山冷杉的结实特征，利用发芽实验研究巴山冷杉的萌发特性，并通过人工加速老化实验探讨巴山冷杉种子的劣变过程。 巴山冷杉种子雨始于10月初，持续超过2个月，不同类型的巴山冷杉种群表现出不同的种子雨时空格局。巴山冷杉－箭竹群落中巴山冷杉种子雨平均强度167.93±111.14粒/m2，有活力种子比例占22.31%，落种高峰期集中于10月27日到11月2日间，种子雨在种群中呈现聚集分布。巴山冷杉－茵芋群落种子雨强度在三个样地中最小，只有16.41±14.41粒/m2，有活力种子仅占3.05%。巴山冷杉－陕甘花楸群落，种子雨落种高峰为10月15日至10月21日，林冠内种子雨数量占到了收集总数的87.95%。扩散的种子数量与离开中心母树的距离间的关系近似正态分布。 对巴山冷杉的结实特性的分析结果表明，巴山冷杉球果近圆柱形，球果平均长5.37±0.75cm;平均宽3.01±0.32cm;重量介于5.9g～41.3g。巴山冷杉种子长1.08～8.68mm，种子宽1.16～6.42mm，种子厚0.66～3.48mm，种子千粒重7.30g。球果单果出种量在不同种群的频数分布格局不同，巴山冷杉球果和种子的各项指标在种群间和种群内存在显著差异。球果大小、出种量及单粒种子的质量间存在着极显著的正相关关系。此外，种子生活力水平在母树间差异较大，不同母树的种子发芽率和发芽势不等且随时间的萌发进程也不相同，相同种源的巴山冷杉种子在不同的培养条件下萌发能力不同，室温条件下具有最高的发芽率但在25℃，8h光照，恒温培养时的萌发最为整齐。 高温高湿条件能够加速巴山冷杉种子的老化进程，使巴山冷杉种子的含水量发生变化，种子的活力水平随着老化时间的延长而降低，40℃，100% 相对湿度处理6天后种子基本丧失活力。

内蒙古草原中生物土壤结皮生态学研究

1. 生物土壤结皮是干旱半干旱生态系统中的重要组成部分，它可通过增加土壤肥力和稳定性、影响水分再分配和植物萌发、成活、生长和繁殖而对生态系统结构和功能产生重要影响。为阐明生物结皮在内蒙古草地中的作用，本报告对两个草地生态系统进行了为期三年的调查，对生物结皮的氮素输入、对放牧的响应及其与植物的关系进行了综合研究。 2. 利用乙炔还原法，本研究对内蒙古退化草地中的生物土壤结皮中的蓝藻、地衣和地耳的氮素输入进行了为期30个月的连续测定。研究发现：1) 生物结皮固氮活性主要集中于5-10月，呈单峰型曲线，表明生物土壤结皮的固氮作用主要受温度和降雨影响;2) 生物结皮年固氮量为12.99-129.9 kg N•ha-1，98%的氮素固定于6-9月份;3) 按固氮量排序，蓝藻 (61%) > 地衣 (33%) > 地耳 (6%)，表明物种组成和丰度对生物结皮的氮素输入具重要影响。生物结皮的固氮量和季节变化表明生物结皮可以是影响退化草地中植物生长和促进退化草地恢复的重要影响因子。 3. 本研究选择三个放牧处理（长期放牧、短期围封和近期放牧）对生物结皮固氮活性进行了为期3年的研究。结果表明，与短期围封相比，长期放牧造成生物土壤结皮固氮活性下降了99.5%。固氮活性在放牧时间不足11个月时即可下降至最低水平，因此，放牧持续时间短于4个月的轮牧可能有利于生物土壤结皮的固氮。 4. 本研究选择6个放牧梯度（对照：0.00 羊/公顷, 极轻度放牧：1.33羊/公顷，轻度放牧：2.67羊/公顷，中度放牧：4.00羊/公顷，重度放牧：5.33羊/公顷，极重度放牧：6.67羊/公顷)，研究放牧强度对于生物结皮丰度、物种组成和固氮输入的影响。不同放牧强度对生物结皮丰度、物种组成和固氮输入具有重要影响，表明长期放牧可抑制生物土壤结皮在氮素输入和土壤固定方面的作用。极轻度放牧对生物土壤结皮影响不大;轻度放牧造成氮素输入降低了50%;重度和极重度放牧造成氮素输入降低了90%，并可使移动性较强的物种成为生物土壤结皮的优势组分，从而可抑制其土壤固定作用。因此，极轻度和轻度放牧是有利于生物土壤结皮固氮和固定土壤的草地利用方式。 5. 在处于恢复早期的一个退化草地中，我们对生物结皮和植物之间的关系进行了为期2年的研究。结果表明，生物结皮的丰度和物种组成与植物地上生物量和盖度高度相关。生物结皮丰度和氮素输入随植物生物量和盖度下降。结果还表明生物结皮是退化草地的主要氮素输入来源，尤其是在草地恢复初期。植物组织δ15N 低于土壤，这种差异随植物生产力增高而减小，表明生物结皮所固定氮素首先被植物利用，而后返回土壤。生物结皮的固氮输入变化可能是这种变化模式的主要原因，在分解作用和氮素损失中的同位素分馏，以及菌根真菌对于氮素的转运可能也是这种变化模式的原因。结果还显示生物土壤结皮与植物之间可能存在负反馈关系。这种自我调节的反馈过程可能是影响退化草地生态系统生产力和氮素循环的重要调节机制。

大功率微波与臭氧等复合因子对大棚蔬菜根结线虫及土壤的作

虫（nematodes）是世界农业生产的一大障碍，每年给世界农业生产造成约1000亿美元的巨额损失，是世界各国一直关注的重点病害之一。线虫可以危害各种大田作物和各种温室植物，几乎所有的栽培植物都有线虫危害发生。随着人们环保意识的增强以及健康意识的觉醒，传统防治根结线虫的药物如溴甲烷等因对环境的破坏作用，或者由于高毒、使用不便、抗药性等原因而迅速退出历史舞台，研究环保高效防治线虫成为世界各国竞相发展的技术之一。本研究尝试通过物理方式防治蔬菜根结线虫，并调查了对土壤质量的影响，主要内容包括： 1. 设计制造了功率20 Kw，频率为915 MHz的大功率土壤微波处理机，并通过了田间试验; 2. 设计制造了每小时120 g臭氧产量的便携式臭氧土壤处理机，并通过了田间试验; 3. 采用4因素3水平正交法L9(34)在山东寿光蔬菜大棚进行了蔬菜根结线虫的防治试验，综合考察微波、臭氧、微波吸收剂、EM菌等不同处理水平对根结线虫和对土壤质量的影响，结果表明： 1) 大棚土壤经微波60 s照射能够显著降低甜瓜根结线虫数和根结指数（p < 0.05），盆栽试验只需处理10 s即可显著防治甜瓜根结线虫（p < 0.01）;以120 g/h臭氧浓度处理5 s也能显著降低甜瓜根结线虫的数量（p < 0.05）;田间施入5 g/m2的EM菌，能够显著降低甜瓜根结线虫的数量（p < 0.05）;盆栽试验中微波吸收剂具有降低根结线虫数量的趋势，但是不同处理水平之间差异不显著，田间试验则具有增加根结线虫的趋势，不同处理水平之间也没有显著差异。 2) 微波不同处理水平之间对甜瓜单瓜重的影响没有显著差异;以120 g/h臭氧浓度处理甜瓜能够显著增加甜瓜单瓜重（p < 0.05）;200 g/m2微波吸收剂能够显著提高甜瓜单瓜重（p < 0.05）;以5 g/m2EM菌处理土壤则显著降低甜瓜单瓜重（p < 0.05）。 3) 微波、臭氧、微波吸收剂不同处理水平对甜瓜糖度的影响没有显著差异;以3 g/m2的EM菌处理甜瓜能够显著降低甜瓜的糖度。 4) 不同因素对甜瓜硬度的影响没有显著差异。 5) 微波处理60 s能够显著提高甜瓜的果型指数（p < 0.1），臭氧、微波吸收剂、EM菌等因素不同处理水平之间对果型指数影响差异不显著。 6) EM菌5 g/m2处理浓度能够显著降低甜瓜株高（p < 0.1），微波、臭氧、微波吸收剂不同处理水平之间对株高的影响没有显著差异。 7) EM菌5 g/m2处理浓度能够显著降低甜瓜根径（p < 0.1），微波、臭氧、微波吸收剂不同处理水平之间对根径的影响没有显著差异。 8) 微波处理60 s能够显著降低表层土壤（0-5 cm）的有机质含量（p < 0.01）;以120 g/h的臭氧浓度处理，则可以显著提高10-15 cm土壤的有机质含量（p < 0.05），其它处理因素的不同水平对有机质的影响差异不显著。 9) 微波不同处理水平对土壤全氮的影响没有显著差异（p < 0.05）;120 g/h臭氧处理浓度能够显著降低表层土壤（0-5 cm）的土壤全氮量（p < 0.1）;100 g/m2微波吸收剂处理水平能够显著提高10-15 cm土壤全氮量（p < 0.05）;EM菌3 g/m2的处理水平则显著降低5-10 cm土壤全氮量（p < 0.05）。 10) 微波、微波吸收剂、EM菌不同处理水平之间对土壤全磷没有显著影响;240 g/h臭氧浓度处理5 s能够显著降低10-15 cm土层的土壤全磷含量(p < 0.05)。 11) 微波、微波吸收剂对土壤全磷没有显著影响;臭氧处理具有降低土壤有效磷的趋势，EM菌处理则有提高土壤有效磷的趋势，但是 不同处理水平之间差异不显著（p > 0.05）。 12) 微波处理对土壤EC值没有显著影响;臭氧、微波吸收剂、EM菌处理具有降低土壤EC值的趋势，但是不同处理水平之间差异不显著（p > 0.05）。 13) 微波处理30 s能够显著降低表层土壤的pH值（p < 0.05），臭氧、微波吸收剂、EM菌处理具有提高土壤pH值的趋势，但是不同处理水平之间差异不显著。

沿水分梯度草原群落NPP动态及对气候变化响应的模拟分析

水分条件不仅影响半干旱区群落的组成，而且在一定程度上决定了群落的功能。处于不同水分条件生境下群落的优势物种在水分利用和同化物利用效率方面的功能特征会存在差异，这些差异将导致群落对于气候变化产生不同的响应，进而影响到景观和区域尺度上对于全球变化下碳动态和格局的分析。本研究选取了锡林河流域典型草原区沿水分梯度的四个代表群落，在野外实验测定并结合长期定位研究成果基础上，利用BIOME-BGC模型对代表群落的长期净初级生产力(NPP)动态进行了模拟和模型验证。通过分析该地区1953~2005年气候变化趋势，推测了未来可能的气候变化情景，进而模拟了气候变化下四个群落长期NPP动态的响应。 野外实验分析表明，在四个群落中，净光合速率与光合有效辐射呈单峰曲线关系，与温度和蒸气压亏损(VPD)成反比，叶片氮含量和比叶面积也会影响到光合能力。四个群落由于水分与土壤条件的差别，净光合速率随VPD与温度的变化表现出不同的增减幅度。将日变化分为四个阶段，分别为大致在6:00~8:00左右的低温高湿阶段，10:00~16:00的高温低湿阶段，16:00以后的低温低湿阶段和低温高湿阶段变为高温低湿阶段过程中的适温适湿阶段。在每个阶段中，影响羊草光合速率的主导因子是不同的。在不同的水分与土壤状况下，羊草的光合特性表现出明显差异，但总体说来水分仍是光合作用的主导因子。 模型模拟结果表明，当前气候条件下，羊草群落NPP平均值为197.76 gC m-2 (SE=7.11)，大针茅群落NPP平均值为198.95 gC m-2 (SE=6.41)，贝加尔针茅群落NPP平均值为210.41 gC m-2 (SE=7.87)，克氏针茅群落NPP平均值为144.92 gC m-2 (SE=4.64)，四个群落NPP平均值为188.01 gC m-2 (SE=3.72)。 日最高温度与最低温度在1953~2005年间都明显增加，而降水变化很大。温度增加下(P0T1)NPP平均下降14.2%，降水增加下(P1T0)NPP平均增加13.2%，温度与降水都增加情景下(P1T1)NPP平均下降2.7%。在半干旱区，降水是NPP变化的主要限制因子，而温度通过影响了植物的呼吸与蒸散作用对NPP产生影响。 由于生境水分条件差别和优势物种功能特征差异，四个群落在气候变化中表现出对温度与降水不同的敏感程度，这与水分胁迫系数WSI、碳胁迫系数CSI变化密切相关。克氏针茅群落由于所处生境水分条件差，水分胁迫系数高，对降水的依赖程度最大;贝加尔针茅群落一方面处于较好的水分生境，具有相对较小的水分胁迫系数，另一方面，由于具有高碳氮比，维持呼吸消耗的光合产物比例低，碳胁迫系数远低于其它三个群落，未来气候变化下NPP较其它三个群落仍较高。

游牧文化、草地利用方式变迁与现代生态系统管理 — 以内蒙古锡林河流域为例

锡林郭勒草原位于内蒙古自治区中部，草地面积居我国11片重点牧区之首，是我国温带典型草原的核心分布区和重要的草地畜牧业生产基地。长期以来，锡林郭勒草原作为我国北方地区的一道重要的绿色生态屏障，有效地阻止了草原腹地的土壤侵蚀、沙化以及来自中亚和我国西部的沙尘侵害，对于维持整个华北地区，特别是京、津大都市的生态环境安全起着极其重要的作用。然而，近几十年来，由于人类活动的强度干扰锡林郭勒草原发生了严重退化，生产力显著降低，草原的生态服务功能日益衰减。本文以锡林郭勒草原传统的游牧文化和草地利用方式的变迁作为切入点，以锡林河流域为案例，深入分析了社会驱动力在草地退化过程中的主导作用，目的在于揭示土地利用方式的变化、农牧业人口的剧增和牲畜数量在时间和空间分布的变化趋势与锡林河流域草地退化的关系，进而探求锡林河流域草地畜牧业的可持续发展途径。同时，近年来由于草地退化速度的加剧和草地退化面积的不断扩张，以及世界许多资源保护计划和可持续发展项目的失败，人类原始的土著文化对当地生态环境的保护和维持作用，引起了自然和社会科学界共同的关注，本文应用草地调查和社会调查的方法以及GIS技术对锡林河流域草地退化时空分布规律及其成因进行了研究。 原始游牧是锡林郭勒草原历史悠久的草地利用方式，而草原游牧文化则是蒙古族传统文化的重要组成部分。随着人类社会不断地走向文明和现代化，传统的游牧逐渐地被半定居和定居定牧的方式所取代，蒙古族传统的草原游牧文化也随之走向衰落。本文采用社会调查方法对锡林河流域已经结束了50多年的游牧利用方式进行考察，探讨了不同土地利用方式时空格局，以及土地利用方式变迁对草地退化格局的影响，进而强调了传统的草原游牧文化对于人类的行为规范、价值观念、环境保护和维持生态系统功能的重要意义。 以1984年和2004年开展的大量草地调查数据为基础，结合同期的TM数据，分析了20年来锡林河流域草地退化程度及其空间分布，结果发现锡林河流域草地退化面积达到70％之多，从东南向西北草地退化程度明显加剧。同上世纪80年代中期相比，锡林河流域植被在近20余年来的变化状况表现为：局部恢复，部分地区变化不明显，总体上呈现出不断恶化的发展势头。通过对位于 锡林河流域的锡林浩特市及其邻近地区的社会驱动因子的分析，并应用统计学和GIS空间分析的方法，对锡林河流域土地利用、牧业人口和牲畜数量等因子在近35年来的变化过程进行了系统研究，发现土地利用变化、人口的急剧增加、以及过度放牧是导致锡林河流域草地退化加剧的主要原因。 在上述分析的基础上，以适应性生态系统管理和可持续性科学的基本理论为指导，对锡林河流域的生态环境保护和草地畜牧业的可持续发展提出了一些具体的建议和措施。

库布齐沙漠两个不同土地利用类型生态系统呼吸比较研究

陆地生态系统的呼吸作用是全球碳循环的一个主要通量和响应全球变化的一个潜在的重要正反馈机制。研究陆地生态系统的呼吸作用特征及其对生物环境因子的响应具有重要意义。本实验利用涡度相关技术对内蒙古库布齐沙漠两个不同土地利用类型的生态系统（人工种植杨树林和天然的油蒿灌丛）2006年生长季（4-10月）的生态系统呼吸特征进行比较研究，并分析了控制生态系统呼吸（Re）的生物与环境因子。结果表明：在这两种生态系统中Re存在着显著的日变化和季节变化，两个生态系统之间Re也存在着显著差异。Re日平均最大值分别2.0 mol CO2 m-2 s-1和1.7 mol CO2 m-2 s-1，都显著低于其他类似生态系统。杨树林和油蒿灌丛的生态系统Re与空气温度都表现出明显的指数相关关系，温度敏感指数Q10分别为1.11和1.12。两个生态系统的Re都与土壤水分含量呈显著的线性正相关关系，表明库布齐沙漠的生态系统的Re受到了土壤水分条件的限制。杨树林和油蒿灌丛生态系统呼吸Re都与叶面积指数的有线性回归关系，说明叶面积指数对生态系统呼吸有很好的指示作用。 本文还选择了两个生态系统内四种常见的土壤覆盖类型（分别是：杨树林生态系统的沙地SL和低洼地BL;油蒿灌丛生态系统的灌丛间BS和灌丛内WS），利用动态密闭气室测定了5-9月土壤呼吸的季节动态以及植株尺度的小尺度空间异质性。结果表明：1）不同土壤覆盖类型的土壤呼吸存在着很大的差异，其中低洼地BL和沙地SL分别有着最大和最小值，灌丛内WS的土壤呼吸要明显高于灌丛外BS。根生物量是导致它们之间差异的主要原因。2）土壤呼吸与土壤含水量之间的线性关系表明，土壤水分是两个生态系统土壤呼吸的限制因子。3）两个生态系统土壤呼吸存在着明显的小尺度差异，在靠近植株（0.5m内）地方的土壤呼吸的值明显高于距植株0.5m外的值，而0.5m外的土壤呼吸没有显著差异。小尺度土壤呼吸与根生物量之间明显的线性关系，说明根生物量是导致小尺度土壤呼吸差异的原因。本实验对沙漠生态系统的土壤呼吸和生态系统呼吸特征及其影响因子的研究，对准确的估计这一地区的碳收支有很大的帮助，为深入的理解干旱半干旱地区的生态系统碳循环提供了有价值的信息。

落叶栎树在中国的地理替代分布及其气候制约

栎属（Quercus L.）按落叶习性可自然分为落叶类型和常绿类型，我国落叶栎类共有20个种和9个变种。落叶栎是栎属中较为进化的一个类群，源于横断山区和云贵高原;除新疆外，全国各省都有落叶栎的天然分布，一些亲缘关系密切的树种之间呈现出较为明显的地理替代分布格局。本研究的目的在于：（1）应用BIOCLIM模型模拟预测落叶栎类植物的潜在分布区，分析其目前的分布格局以及下一步的发展趋势;（2）分析造成落叶栎树地理替代分布格局的主导气候因子，探讨气候因子对不同落叶栎树种地理分布格局的制约作用。 本文以16个在中国具有成片天然分布区的落叶栎树种（包括变种）为研究对象，利用已核对的标本数据以及13个栅格化环境变量图层（分辨率为1km×1km），按照分类（全国广布型、南方广布型、南方狭域型和北方狭域型）和不分类（全部16种）两种处理方式，通过BIOCLIM模型模拟得出了它们的潜在核心分布区和潜在边缘分布区。在运行模型之前，除必选的海拔高程图层外，采用了主成分分析（PCA）的方法从30个候选的气候变量图层中筛选出对相应落叶栎树种的地理分布格局有较大影响的12个图层作为输入图层。然后，本文通过比较两种处理所得模拟结果的ROC（Receiver Operator Characteristic）曲线下方面积AUC（Area Under the Curve），同时结合文献分析来推测不同落叶栎树种地理分布格局的稳定性及发展趋势。结果表明，在无人类活动干扰且种源传播不受阻碍的情况下，全国广布型和南方广布型落叶栎目前的分布格局在维持稳定的基础上有向周边地区扩展的趋势;南方狭域型和北方狭域型落叶栎的分布格局则基本保持稳定，短期内发生扩散的可能很小。 论文中计算了每个落叶栎树种所在分布范围的气候指标（共11个），以便进行下一步的研究。以蒙古栎（Q. mongolica）、辽东栎（Q. wutaishanica）与槲栎（Q. aliena）、锐齿槲栎（Q. aliena var. acuteserrata）、北京槲栎（Q. aliena var. pekingensis）这两组地理替代系列为研究对象，分别采用独立样本t检验和单因素方差分析的方法，分析了气候因子对其地理替代分布格局的主导作用。结果表明，冬季的低温、较高的气温年较差和大陆度是蒙古栎向东北替代辽东栎的主要原因;槲栎向北被北京槲栎和锐齿槲栎替代的主要原因是生长季高温和冬季高温对其分布的双重制约;除最暖月（7月）最高温外，北京槲栎的各项水热指标与另两种槲栎均存在极显著差异，对冬季低温和较大的年较差的适应可能是限制其向南分布的主要原因。 本研究最后部分的内容是对不同类型落叶栎分布区的气候参数进行的主成分分析。结果表明，生长季温度是制约落叶栎分布的最主要的气候因子;寒冷程度和冬季的低温则对其在大尺度范围的扩散有较大影响;另外，降水、年较差与大陆度对落叶栎的向北分布也起着重要的作用。

北方农牧交错区土地利用（管理）方式对土壤氮素转化的影响

土壤氮素矿化是陆地生态系统氮素转化的重要组成部分。不同的土地利用（管理）方式会改变土壤氮素转化过程，影响土壤肥力的保持，进而可能造成土壤内氮素渗漏流失。为系统了解内蒙古农牧交错区土壤氮素转化的特点，本实验采用原位培养顶盖埋管法进行野外培养，每间隔一个月定期取样，于2004年7月-2006年10月在植物所恢复生态学实验站进行了两个试验，1：选择农牧交错区四种有代表性的土地类型（围封样地：FS，放牧样地：GS，弃耕地：AF，和农田：CF），比较土地利用方式之间氮素矿化的异同;2：在施肥样地通过不同施肥处理(F0: 1g N m-2, F1: 1g N m-2, F2: 2g N m-2, F3: 4g N m-2, F4: 8g N m-2, F5: 16g N m-2, F6: 32g N m-2, F7: 64g N m-2) 的土壤氮素转化动态，确定过度放牧的典型草原围封禁牧后，植被恢复过程中最适宜的施肥量。主要结论如下： 1. 与试验初期相比，整个非生长季围封样地、弃耕地和农田的铵态氮和无机氮含量逐渐降低，培养结束时铵态氮含量分别减少了67.04％，77.31％和70.54％，而放牧地的含量增加1.63％。围封样地、放牧地、弃耕地和农田的硝态氮含量分别增加了61.61%，376.43%，199.75%和133.16%。非生长季四种土地类型的土壤氮素转化速率主要受温度影响。围封样地、放牧地、弃耕地和农田非生长季矿化速率均值分别为-0.016，0.0429，-0.0051和-0.0030 μg g-1 d-1。硝化速率均值变幅为-0.43-0.17 μg g-1d-1。 2. 与没有冷冻而融化的土壤相比，冻融显著影响土壤无机氮含量的变化。只有在较低的土壤温度条件下冷冻以后，融化才会促进土壤氮素矿化。不同的冷冻时间长度下融化均会促进土壤硝化速率。土壤温度、土壤含水量变化是影响氮素转化速率的重要因子。 3. 四种土地类型的年日均矿化速率为放牧样地>农田>弃耕地>围封样地，分别为0.25，0.11，0.10，0.06μg g-1d-1，其年平均速率分别为11.65，5.50，5.00和2.46g m-2 y-1，而年日平均硝化速率分别为0.27，0.095，0.097和0.05μg g-1d-1。其中生长季日均矿化速率和日均硝化速率均为其年日均速率的两倍。因此，生长季形成的矿化氮是全年的93％，而形成的硝态氮占全年的86％。四种土地类型年均矿化氮的累积量平均为615.04 kg ha-1，而硝化作用的累积量变幅为230.44-1218.86 kg ha-1。四种土地类型的矿化速率和硝化速率的季节动态变化与气候因子的变化一致。 4. 不同施肥处理对典型草原土壤氮素转化均有显著影响。与对照相比，少量施肥（F1，F2）土壤铵态氮，硝态氮和无机氮含量分别减少20.57％，11.18％和17.18％。当施肥量大于F4（8g N m-2）时，随施肥量增加土壤铵态氮，硝态氮和无机氮含量增加18％-1191％。除F5（16g N m-2）外，与对照相比，随施肥量增加，土壤矿化速率增加了5-21倍。4 g N m-2 (F3)左右是典型草原生态系统比较合适的施肥量。 5. 氨气挥发速率的季节动态特征与气象因子的变化一致，其速率变幅为17.65 - 1228.39µg m-2 d-1，其中7月挥发量占全年的37％。与对照相比，少量施肥氨气挥发速率降低了1-2％，施肥量大于F3 (4g N m-2)，速率增加了1-4倍。实验期间总的流失量变幅为23.76-84.91mg m-2，而且通过氨气挥发流失量低于土壤全氮的3%。氨气挥发不是典型草原过量氮素流失的主要方式。 6. 氮素限制的典型草原，植被恢复过程中外源氮素添加阈值为：4 g N m-2 (F3)。与对照相比，短期施肥（3年）不会显著影响根系碳储量和土壤碳氮储量。施肥处理的土壤硝态氮和无机氮含量显著增加，说明施肥显著刺激硝化作用。典型草原60%植物根系主要分布在地下0-10cm，这里的碳储量占地下储量（0-50cm）的63%以上。随土壤深度增加，土壤全氮，全碳，无机氮储量降低。而铵态氮储量和可利用的无机氮含量随土壤深度增加，说明植物根系主要吸收利用上层可利用氮素，而且下层氮素矿化速率降低。

鄂尔多斯植物遥感光谱及植被分布特征

本研究通过对鄂尔多斯（主要为毛乌素地区）植物遥感光谱和土壤结皮光谱的测定，通过专题资料搜集、野外踏查、植被样方调查和室内盆栽试验和实验室分析等工作，利用遥感和地理信息系统技术，测定了研究区主要植物光谱和土壤结皮光谱，建立了研究区生态环境本底数据库，在以上的基础上，进行了3方面的详细研究： （1） 通过野外样方调查，野外和室内培养的生物结皮的地面高光谱测定和野外典型地物（鄂尔多斯地区优势高等植物种和沙地土壤）的高光谱测定。采用人工模拟降雨，从苔藓休眠-正常代谢-休眠过程中，研究苔藓土壤结皮的光谱变化，得出苔藓结皮在夏季的生命活动期（正常代谢）的光谱曲线具有高等植物光谱曲线特征;不同地物的NDVI在降水前后变化：苔藓结皮NDVI的变化为0.3-0.35左右，藻类结皮变化为0.15左右，100%盖度的油蒿变化约为0.03左右，而土壤物理结皮的NDVI变化为0.06-0.08左右，可见降水对结皮的归一化植被指数的影响较土壤和高等植被大的多，对苔藓结皮的影响尤其显著。 通过线性模型研究了生物结皮对区域植被遥感解译的影响：模拟得出调查区域（11km样线）由于干湿结皮的变换， NDVI值平均变化0.03， 苔藓湿时的NDVI较苔藓干时相对提高9.3%。可见在研究区，由于苔藓结皮等土壤结皮的存在和干旱半干旱区降雨的不稳定性，必然造成该区域短时间内NDVI的不稳定性。研究结果可为如何结合苔藓结皮的高光谱特征及其变化规律选择和研究合适的生物结皮（苔藓）遥感解译方法提供借鉴。 （2）通过对1980S,1990s,2000s三个时期遥感图像解译，分析了毛乌素沙地沙漠化过程及其驱动机制，认为毛乌素沙地近20年来沙漠化程度有所减轻，植被覆盖有所增加。气候因素和人为因素是导致植被覆盖增加的决定因素，通过多元回归分析确定降水和温度是影响毛乌素沙地植被变化的关键气候因子，并建立了相应的回归方程;人为因素的影响表现在20年来农田和林地的大面积增加。 （3）在建立研究区生态环境本底数据库的基础上，利用遥感解译结果和地理信息系统的空间分析功能，分析了气候因素、地质水文因素、地形和地貌等对植被分布的影响，得出在不同尺度上，影响植被分布的关键因素不同。在鄂尔多斯研究区，区域年降水量对全区的植被分布有着重要影响，尽管地质水文条件的不同也影响了小区域的植被分布。在毛乌素沙地区，在宏观尺度上（旗县），植被分布与其所处的海拔高度关系不明显，在小尺度上，植被分布表现出趋向于相对低海拔分布;小尺度研究中发现，植被分布受地形和基质岩性的组合的综合影响。

神农架巴山冷杉天然林凋落物特性的研究

神农架地区的巴山冷杉（Abies fargesii）林是秦巴山地重要的森林生态系统类型，长期以来其在水土保持、水源涵养、林产品供给等方面的生态服务功能受到了广泛的重视，近年来该类森林的生物地球化学循环正成为关注的热点。本文以神农架巴山冷杉天然林为研究对象，从其凋落物的数量、养分、能量3个方面入手，着重研究1)凋落物组成及其凋落量的月变化模式;2)凋落物养分含量及养分年归还量的特征;3）凋落物的能流量及其月变化模式。研究表明： 巴山冷杉天然林的年凋落量为5702.99kg.hm-2，处于亚热带森林年凋落量的范围内;巴山冷杉林的凋落物组成比较丰富，主要有落叶、落枝、球花、球果和其它五部分，其中以落叶为多，占总凋落量的46.00%;凋落量的月变化模式呈双峰型，分别在2006年10-11月和2007年4-5月达到峰值。 巴山冷杉林凋落物养分含量的大小顺序为：N＞K＞Ca＞P＞Mg;N、P、K、Ca、Mg的年归还量分别为：39.1063 kg.hm-2、4.5346 kg.hm-2、13.4367 kg.hm-2、5.4965 kg.hm-2、0.0911 kg.hm-2，以N的年归还量最多;就凋落物各组分的养分年归还量而言，落叶的养分归还量远远大于其余组分的养分归还量，占总归还量的52.65%。因此，不论凋落量还是养分归还量，巴山冷杉林凋落物中的落叶都占有绝对的优势。 在巴山冷杉林凋落物各组分中，干重热值介于20.60 KJ/g 至22.70 KJ/g之间，灰分浓度介于1.38%至5.94%之间，去灰分热值介于21.34 KJ/g至23.55KJ/g之间，充分表明了灰分对热值的影响。在各组分中，无论是干重热值还是去灰分热值，均以落叶的热值最高。从整年来看，落叶的热值在2006年10－11月和2007年6－7月较高。巴山冷杉林通过凋落物的年能流量为 12500.96 KJ.m-2，以落叶能流量最大，占总能流量的47.72%。通过计算凋落物的能流量占太阳有效辐射的百分数可以得出太阳辐射进入凋落物的转化效率，巴山冷杉林凋落物的能量转化效率为0.61%，这在亚热带和热带森林类型中属于中等水平。