Mg-Al-NO_3层状双金属氢氧化物电性质研究

采用电泳法和电势滴定法测定出不同电解质(LiCl,NaCl和KCl）溶液中Mg-Al-NO_3层状双金属氢氧化物（Mg-Al-NO_3LDH)颗粒的$\Xi$电位、等电点、永久电荷密度以及零电荷点等电化学物理量，探讨了电解质、pH和样品化学组成对Mg-Al-NO_3LDH电性质的影响。研究发现一价阳离子Li+，Na+,K+对Mg-Al-NO_3LDH颗粒的等电点有影响，使等电点依次降低；由于永久电荷的存在，等电点与零电荷点不一致。随着样品中Al含量的增加，永久电荷密度依次增加，零电荷点依次增大，而等电点依次降低。

Mg-Al-Mn-RE系合金组织与性能研究

利用金属型铸造制备了Mg-5Al-0.3Mn-xRE (x = 0~4, wt%，RE = Ce, Nd, Sm, Y和(CeLa)混合稀土)系列合金，研究了铸态合金的组织和力学性能。利用轧制和挤压技术对优化出的合金进行了变形加工处理，并研究了合金加工后的组织和力学性能。 对于铸态合金，稀土元素不仅可以细化合金的晶粒，而且形成不同类型的Al-RE化合物，含Ce的合金中生成Al11Ce3相，含Nd或Sm的合金中，主要生成Al11Nd3 (Al11Sm3)相和少量的Al2Nd (Al2Sm)相，含Y的合金中生成Al2Y相。另外，添加稀土可以改变Mg17Al12相的形貌，使其变得更加细小、弥散。添加适量的稀土可以明显提高铸态合金在室温和150℃下的力学性能，Mg-5Al-0.3Mn-1.5Ce, Mg-5Al-0.3Mn-2Nd和Mg-5Al-0.3Mn-2Sm合金在各自的体系中具有最佳的综合力学性能。合金力学性能提高的主要原因是细晶强化、Al-RE化合物第二相强化以及减弱Mg17Al12相对合金高温力学性能的不利影响。 对Mg-5Al-0.3Mn-(1.0, 1.5, 2.0)Ce，Mg-5Al-0.3Mn-2Nd，Mg-5Al-0.3Mn-1.5(CeLa)和Mg-5Al-0.3Mn-3Y合金在300-400℃下进行了热轧制或挤压变形，与铸态合金相比，轧制和挤压合金具有更高的力学性能。轧制合金的室温抗拉强度为290-340 MPa，较铸态合金提高约50％，屈服强度约为210-260 MPa，较铸态合金提高约2倍。挤压态合金的抗拉强度为260-270 MPa，屈服强度为160-190MPa，伸长率为20-22％；150℃的力学性能也得到了明显改善。 结合热力学计算、合金化元素之间的电负性差、化合物相的生成焓数据以及相图计算，阐述了稀土化合物相的生成机制，稀土元素与Al元素之间的电负性差大于其与Mg之间的电负性差，且Al-RE相的生成焓远低于Mg-RE和Mg-Al相的生成焓，因此在Mg-Al合金中加入RE后，RE优先与Al形成Al-RE化合物。从晶粒细化、化合物强化相的生成和演变、变形加工处理的位错交互作用等方面讨论了合金的强化机制，认为细晶强化、第二相强化及形变强化是提高合金力学性能的主要机制。

川西地区几种优势苔藓植株元素含量及其时空差异性

揭示苔藓植株元素含量及其时空差异性是深入开展利用苔藓植物指示环境和筛选理想监测藓种的科学基础。采用微波消解（ICP-AES）方法对九寨沟自然遗产地原始林景点停车场周围三个采样带：I为停车场植被小岛（PS），向外约120 m半径为II带（D120），再向外距离约1,000 m为III带（D1000）和3个方向上的大羽藓和毛尖青藓2种苔藓中13种元素（A1, S, Ca, P, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Pb, Ni,Zn和Cd）含量进行了测定和比较，并对采自边坡方向（PS-3）上2005和2007年的4种苔藓植物（南木藓、大羽藓、平藓和厚角絹藓）也进行了13种元素含量的测定和比较。同时对九寨沟自然遗产地、黄龙自然遗产地、夹金山和梦笔山的冷杉原始林4个地区的3种苔藓中（大羽藓、锦丝藓和塔藓）的A1、Ca、Cu、Fe、K、Mg、P、Zn、C和N 10种元素含量进行测定和比较。 对大羽藓和毛尖青藓2种苔藓植物内13种元素的测定发现：1）同种苔藓对不同元素的富集能力不同。A1、Ca、K、Mg和P的元素含量在苔藓中的富集较其他元素的要高。2）不同种苔藓植物对同种元素的富集能力不同，毛尖青藓较大羽藓能够监测出更多的元素；对于被检测出的元素，毛尖青藓监测出的累积量大于大羽藓，其中累积量最大的元素是Ca为10 874.286 μg.g-1.year-1，最小的是Cu元素为5.438 μg.g-1.year-1。对05年和07年的平藓、大羽藓、南木藓和厚角絹藓元素含量的测定表明：元素在两年中的积累量是不同的。综合分析表明，苔藓生物监测方法可有效监测景点停车场机动车尾气中排放出的典型元素（如Cu、Pb、Ni、Zn、Cd等）含量，而毛尖青藓较大羽藓能更可靠的监测九寨沟自然遗产地单景点汽车尾气金属元素种类及其排放量。 对4个地区3种苔藓10种元素监测发现：1）Ca、Mg、Zn、K和Cu元素在黄龙地区的含量高于在其它地区的含量；P元素在梦笔山地区的含量为最高；Fe和Al元素在夹金山地区的含量高于在其它地区的含量。2）C元素在其它因素一致的情况下，进行不同年龄间的元素含量比较，结果显示元素含量在各年龄间并不存在明显的差异性；N元素含量与年龄的差异出现在黄龙林下及林窗的塔藓、九寨沟林下的锦丝藓及塔藓和梦笔山的塔藓中，而在锦丝藓中未出现元素含量与年龄的差异性；塔藓能检测出更多的元素种类其含量与年龄间存在显著差异，锦丝藓检测到的元素种类次之；除锦丝藓（锦丝藓在林窗中几乎检测不到元素含量与年龄间的差异性）外，其他两种藓在林窗中能检测出的元素种类大于在林下的检测种类。3）元素含量与生境间存在差异性的元素分别有：黄龙大羽藓中的Ca、P和Mg元素；九寨锦丝藓中的Zn元素；夹金山塔藓中的Al、Fe和Zn元素；梦笔山大羽藓中的Al、Fe和Mg元素及锦丝藓中的Ca元素。4）区域、年龄和生境因素对苔藓植株元素含量均达到了显著水平，但两两之间及三者之间的交互作用由于元素种类的不同存在差异。综合分析表明，苔藓植物中的元素含量受年龄、区域的影响较生境的更大。 The revelation of mosses elements content and its spatiotemporal differences is the scientific foundation of moss monitoring. To determine the feasibility of moss monitoring metal depositions derived from travel bus emiss ions in scenic spot, we collected one year-growth samples of two mosses Brachythecim piligerum and Thuidium cymbifolium with different distance (island center, 120m，1000m ) and different direction (north, south and east) far from parking site island from Yuanshilin Spot at Jiuzhaigou World Nature Heritage in the Western Sichuan of China and determined thirteen element （A1, S, Ca, P, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Pb, Ni, Zn, Cd）contents by ICP-AES analysis method. And picked 4 kinds of mosses (Macrothamnium macrocarpu m（Reinw. etHornsch.）Fleisch.，Thuidium cymbifolium，Entodon concinnus (De Not.) Par., Neckera pennata) from the direction PS-3 in 2005 and 2007, determined 13 element contents. Collected 3 kinds of moss (Thuidium cymbifo lium, Actinothuidium Hookeri (Mitt.) and Hyolcomium splendens (Hedw.) from Jiuzhaigou natural heritage, Huanglong natural heritage, Mt. Jiajin and Mt. Mengbi in primeval forest with two habitat (undergrowth and forest gap), determined element contents of A1, Ca, Cu, Fe, K, Mg, P, Zn, C and N. We found that, 1) The elements content are difference in same type of moss. Content of A1, Ca, K, Mg and P are higher than others. 2) While the contents of A1, S, Ca, P, Cu, Fe, K and Zn had significant correlation with the different distances from parking site, the nearer the distance was, the more accumulation was; 2) Comparing to Thuidium cymbifolium, Brachythecium piligerum can test more elements which contents show the significant correlation with distances. And Brachythecium piligerum can have greater element accumulation than Thuidium cymbifolium. The element contents in two years (2005 and 2007) are different. The present study found that moss can reliably bio-indicate metal deposition from traffic emissions in one scenic spot and Brachythecium piligerum is a good moss for bio-indicating element content from traffic emissions at Jiuzhaigou World natural Heritage. Determined the 10 element contents in 4 areas through 3 kinds of moss we found that, 1) Ca, Mg, Zn, K and Cu element content is higher in the Huanglong area than in other areas, The P element content in Mt. Jiajin is higher than other areas, Fe and Al element content is higher in the Mt. Jiajin than in other areas. 2) The content of C had no significant correlation with age. As for N, this significant correlation found in Hyolcomium splendens (Hedw.) with 2 habitat in Huanglong, Actinothuidium Hookeri (Mitt.) and Hyolcomium splendens (Hedw.) with undergrowth in Jiuzhai, Hyolcomium splendens (Hedw.) in Mt. Mengbi. The types of elements which content showt he significant correlation are most in Hyolcomium splendens (Hedw.) and least in Thuidium cymbifolium. Except Actinothuidium Hookeri (Mitt.), the types of elements that content had significant correlation with age in forest gap are more than in undergrowth. 3) The elements which content had significant correlation with habitat are P, Ca and Mg in Thuidium cymbifolium in Huanglong, Zn in Actinothuidium Hookeri (Mitt.) in Jiuzhai, Al, Fe and Zn in Hyolcomium splendens (Hedw.) in Mt. Jiajin, in Mt. Mengbi Al, Fe and Mg in Thuidium cymbifolium and Ca in Actinothuidium Hookeri (Mitt.). 4）The region, the age and the habitat factor has coeffect element content. The correlationship between element contents and the age, the region is closer than habitat.

Effect of Nd on the microstructure, mechanical properties and corrosion behavior of die-cast Mg-4Al-based alloy

Die-cast Mg-4Al-0.4Mn-xNd(x = 0, 1, 2, 4 and 6 wt.%) magnesium alloys were prepared successfully and influences of Nd on the microstructure, mechanical properties and corrosion behavior of the Mg-4Al-0.4Mn alloy have been investigated. The results showed that with the addition of Nd binary Al2Nd phase and Al11Nd3 phase. which mainly aggregated along the grain boundaries, were formed, and the relative ratio of above two phases was in correlation with the Nd content in the alloy. Meanwhile, the grain sizes were greatly reduced with the increasing Nd content. It was found that due to the addition of Nd both the tensile properties and corrosion resistance were improved substantially.

Microstructure and mechanical properties of Mg-4Al-4Nd-0.5Zn-0.3Mn alloy

Mg-4Al-4Nd-0.5Zn-0.3Mn alloy was prepared by metal mould casting method. Microstructure, aging behavior, mechanical properties and fracture morphology of the alloy were investigated. The results showed that alpha-Mg, Al-11 Nd-3, Al2Nd and Mg-32(Al,Zn)(49) phases were the main phases of the as-cast alloy. And the long rod-like Al-11 Nd-3 phase was decomposed to granular Al2Nd through T6 heat treatment. The tensile strength was also enhanced by T6 treatment. The yield strength was increased by 17% and 21% at RT and 150 degrees C, respectively. It was mainly because that the precipitates were refined through T6 treatment and this became more benefit to hinder dislocations slipping.

The microstructure and mechanical properties of Mg-8Zn-8Al-4RE magnesium alloy

The Mg-8Zn-8Al-4RE (RE = mischmetal, mass%) magnesium alloy was prepared by using casting method. The microstructure and mechanical properties of as-cast alloy, solid solution alloy and aged alloy samples have been investigated. Optical microscopy, X-ray diffractometery and scanning electron microscope attached energy spectrometer were used to characterize the microstructure and phase composition for the alloy. Net shaped tau-Mg-32(Al,Zn)(49) phase was obtained at the grain boundary, and needle-like or blocky Al11RE3 phase disperses in grain boundary and alpha-Mg matrix. The tau-Mg-32(Al,Zn)(49) phase disappeared during solution treatment and a new phase of Al(2)CeZn2 formed during subsequent age treatment. The mechanical properties were performed by universal testing machine at room temperature, 150 degrees C and 200 degrees C, separately. The ultimate tensile strength of as-cast alloy is lower compared to an age treatment alloy at 200 degrees C for 12h. The strengths decreased with enhancing test temperature, but elongation has not been effect by age treatment.

稀土离子与牛血Cu(Zn)-SOD的作用

采用ESR、CD谱和荧光光谱研究了pH=6.3时六次甲基四胺-HCl缓冲溶液中LaCl_3和TbCl_3与Cu(Zn)-SOD的配位作用和结构。Cu(Zn)-SOD可增强Tb~(3+)的荧光发射,Tb~(3+)与Cu(Zn)-SOD有多个配位位置,其中有2个强结合位点,La~(3+)与Tb~(3+)可竞争Cu(Zn)…SOD上相同结合位点,77K下La~(3+)与Tb~(3+)使Cu(Zn)-SOD的Cu~(2+)活性中心的配位环境由菱形对称结构向轴对称结构转变,使Cu(Zn)-SOD的局部结构变松散,但对SOD酶活性基本无影响,表明稀土离子主要与酶蛋白分子中的酸性氨基酸羧基配位,对酶蛋白二级结构仅产生微弱扰动,对活性中心空间结构影响较小,基本不影响Cu(Zn)-SOD酶活性。

Formation of nano-crystalline corrosion products on Zn-Al alloy coating exposed to seawater

Hot dip Zn-Al alloy coating performs better than hot dip galvanized coating and 55% Al-Zn-Si coating as well with regard to general seawater corrosion protection. A characterization of the corrosion products on Zn-Al alloy coating immersed in dynamic aerated seawater has been performed mainly based on transmission electron microscopy (TEM) for morphological analysis and X-ray diffraction (XRD) technique for crystalline phase identification. The XRD and TEM analyses showed that the corrosion products mainly were typical nanometer Zn4CO3(OH)(6).H2O, Zn-5(OH)(8)Cl-2 and Zn6Al2CO3(OH)(16). 4H(2)O microcrystals. This probably is connected to the co-precipitation of Zn2+ and Al3+ ions caused by adsorption. Zn-Al alloy coating being suffered seawater attacks, AI(OH)(3) gel was first produced on the coating surface. Zn and Al hydroxides would co-precipitate and form double-hydroxide when the concentration of adsorbed Zn2+ ions by the newly produced gel exceeded the critical degree of supersaturation of the interphase nucleation. However, because the growth of the crystals was too low to keep in step with the nucleation, a layer of nano-crystalline corrosion products were produced on the surface of the coating finally. (C) 2001 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

中国北方中新世风尘物质来源及古气候的地球化学指示

The most prominent tectonic and environmental events during the Cenozoic in Asia are the uplift of the Himalaya-Tibetan plateau, aridification in the Asian interior, and onset of the Asian monsoons. These caused more humid conditions in southeastern China and the formation of inland deserts in northwestern China. The 22 Ma eolian deposits in northern China provide an excellent terrestrial record relative to the above environmental events. Up to date, many studies have focused on the geochemical characters of the late Mio-Pleistocene eolian deposits, however, the geochemical characteristics of the Miocene loess and soils is still much less known. In this study, the elemental and Sr-Nd isotopic compositions of the eolian deposits from the Qinan (from 22.0 to 6.2 Ma) and the Xifeng (from 3.5 Ma until now) loess-soil sections were analyzed to examine the grain size effects on the element concentrations and the implications about the dust origin and climate. The main results are as follows: 1. The contents of Si, Na, Zr and Sr are higher in the coarser fractions while Ti and Nb have the highest contents in the 2-8 μm fractions. Al, Fe, Mg, K, Mn, Rb, Cu, Ga, Zn, V, Cr, Ni, LOI have clear relationships with grain-size, more abundant in the fine fraction while non significant relationship is observed for Y. Based on these features, we suggest that K2O/Al2O3 ratio can be used to address the dust provenance, and that VR (Vogt ratio = (Al2O3+K2O)/(MgO+CaO+Na2O)) can be used as a chemical weathering proxy for the Miocene eolian deposits because of their relative independence on the grain size. Meanwhile, SiO2/Al2O3 molar ratio is a best geochemical indicator of original eolian grain size, as suggested in earlier studies. 2. Analyses on the Sr and Nd isotope composition of the last glacial loess samples (L1) and comparison with the data from the deserts in northern China suggest that that Taklimakan desert is unlikely to be the main source region of the eolian dust. In contrast, these data suggest greater contributions of the Tengger, Badain Jaran and Qaidam deserts to the eolian dust during the last glacial cycle. Since the geochemical compositions (major, trace, REE and Sr, Nd isotope) of loess samples for the past 22 Ma are broadly similar with the samples from L1, these data trend to suggest relatively stable and insignificant changes of dust sources over the past 22 Ma. 3. Chemical weathering is stronger for Miocene paleosol samples than for the Plio-Pleistocene ones, showing warmer/more humid climatic conditions with a stronger summer monsoon in the Miocene. However, chemical weathering is typical of Ca-Na removal stage, suggesting a climate range from semiarid to subhumid conditions. These support the notion about the formation of a semi-arid to semi-humid monsoonal regime by the early Miocene, as is consistent with earlier studies.

贵州喀斯特山区植物营养元素含量特征

贵州喀斯特山区是我国乃至世界喀斯特分布面积最大的片区之一，由于其生态系统的脆弱性，加之人类活动的干扰，使得该区的植被退化较为严重。文章选择该区的12 种主要植物作为研究对象，对其营养元素进行了研究。结果表明：>1 000μg·g-1 的元素有N、P、K、Ca、Mg、S，100~1 000 μg·g-1 的元素有Fe、Mn、Al，10~100 μg·g-1 的元素有Zn、Sr，<10 μg·g-1的元素为Cu、Mo，其中Mo 含量最低，仅为0.17 μg·g-1。这些元素中，Ca、P、K 元素高于所报道的陆生植物的含量范围。元素含量特点是Ca>K>Mg 型。N、P、K、Mg 元素的频数分布为正态分布，Ca、Al、Fe、Mn、Cu、Zn、Sr、S 元素为对数正态分布。变异系数大于100%的元素有Al、Fe、Mn、Sr，变异系数小于60%的元素有N、P、K、Ca、Mg、S、Cu，其中Ca 的变异系数最小，仅为11.8%。不同生境下相同植物的营养元素含量有较大的差异，石灰土上植物的N、P、K、Ca、Mg、Al、Cu、Mo 元素含量要高于黄壤上植物的。元素间的相关分析表明：P 和K、P 和Cu、Al 和Fe、Al 和Zn、Fe 和Zn 元素具有显著相关关系；N 和P、P 和Mg、K 和Al、K 和Cu、Ca 和Sr、S 和Mo 元素具有一般相关关系。

贵州喀斯特山区植物营养元素和碳、氮、硫同位素组成研究--以贵阳花溪杨中流域为例

喀斯特的面积分布很广，占全球总面积的10%。我国喀斯特面积占国土面积的13%，主要集中在我国的南方。而贵州喀斯特山区位于西南喀斯特地貌最集中成片分布的中心区，是我国乃至世界热带、亚热带喀斯特地貌连续分布面积最大、发育最强烈的高原山区。和非喀斯特地区相比，贵州喀斯特山区由于碳酸盐岩的特殊理化特性，造成土层浅薄、土被不连续、岩石裸露率高、持水量低，适生树种少、群落结构单一、植被生长极其缓慢，生态环境十分的脆弱。加之人类不合理的活动，使得喀斯特山区植被退化非常严重。因此，开展贵州喀斯特山区植物的营养元素和碳、氮、硫同位素的研究是为了更好的了解该区植被的营养元素状况、生理生态特性以及营养元素的生物地球化学循环，更好地为该区森林、植被的治理、恢复以及生态系统的保护等提供决策依据。本研究选择典型喀斯特山区作为研究点，并以非喀斯特山区为对照。研究喀斯特山区植物的营养元素含量水平、分布状态、变异特征以及营养元素之间的相互关系和碳、氮、硫的同位素组成的种间差异、生境差异特征以及时空变化特征进行了研究。主要得到以下几点认识： 1、植物的N、P、K、Ca、Mg、S的平均含量大于1000 μg∙g-1； Fe、Mn、Al的平均含量在100 μg∙g¬-1～1000 μg∙g¬-1之间；Zn、Sr的平均含量为10 μg∙g¬-1～100 μg∙g¬-1之间；Cu和Mo的含量小于10 μg∙g¬-1，Mo最低(仅为0.17 μg∙g¬-1)。Ca、P、K、 Fe、Mn、S、Sr高于所报道的陆生植物元素的含量；Mg低于陆生植物的元素含量；其它元素在元素含量范围内。植物营养元素的特点为Ca>K>Mg型，和我国其它地区相比，喀斯特山区植被具有高钙的特征。 2、N、P、K、Mg为正态分布；Ca、Al、Fe、Mn、Cu、Zn、Sr、Mo、S为对数正态分布。Al、Fe、Mn、Sr的变异系数大于100%；N、P、K、Ca、Mg、S、Cu的变异系数小于60%。其中，Ca的变异系数最小(为11.8%)。P和K、P和Cu、Al和Fe、Al和Zn、Fe和Zn之间具有极显著的相关关系；N和P、P和Mg、K和Al、K和Cu、Ca和Sr、S和Mo之间具有显著的相关关系。 3、不同的生境下植物营养元素存在差异，差异在2倍范围内。其中，Mn、Al、Sr元素差异较大，分别达到2.1、1.5、1.4倍。 4、植物δ13C、δ15N、δ34S值的分布范围分别为-26.98‰～-29.15‰、-4.08‰～-0.79‰、-8.69‰～-6.04‰；平均值分别为-28.14‰、-2.41‰、-7.53‰。δ13C除了高于我国热带雨林区植物外，均低于其它地区，且变化范围较窄；不同地区之间植物的δ15N、δ34S值存在较大差异。 5、不同植物种之间的δ13C、δ15N、δ34S值存在较大的差异，不同生境条件下植物的δ13C、δ15N、δ34S值也存在差异。植物的δ13C值从生长初期到末期有降低的趋势；δ15N、δ34S则无一定的变化规律，不同的植物种的季节变化不同。植物的δ13C、δ34S随海拔的升高而增大，但δ15N随海拔的升高而降低。

中国一些河流离子组分初步研究

　　研究人类活动、全球变化对河流水质、离子化学特征及分布的影响具有重要意义。河流离子化学组成可以反映水系的区域岩性，物理化学风化特征。而对于控制河流离子化学自然因素的研究则有助于判别人类活动如农业灌溉施肥、矿山开采、工业生产等对河流的影响。同时，河流组分如NO3-、SO42-、As、Cd等的组成特征可以反映人类活动污染物输入程度。因此，河流水化学特征可以从一定程度上反映人类活动对水环境的影响。同时，研究河水离子化学特征及其分布规律也可以获得化学元素的生物地球化学循环、风化侵蚀及其在陆地—河流—海洋系统循环过程中的重要信息。此外，还有助于评价不同经济因素如人口密度等对河流离子的影响；有助于合理有效的利用河水的自净容量和环境效应，保护水资源；为水资源的开发利用、污染控制提供科学依据。 　　本文以中国南北方代表性流域—西江流域、长江中游（主要为汉水和乌江水系）、淮河上游及黄河下游流域河水为研究对象，通过对河水主要及微量金属离子的考察，结合基本水质理化参数，初步研究了我国南北方一些河流的离子化学特征及影响因素。通过此次研究，得出以下几点认识： 　　1. 西江流域河流pH均值为7.40，长江中游为8.11，黄河下游为8.34，淮河上游为7.95。西江流域河流DO含量均值为7.51 mg/l，低于黄河下游干流的8.27 mg/l；黄河下游支流DO含量显著低于干流。西江流域TDS经向分异显著，随经度增加逐渐降低。西江流域TDS平均值为152.78 mg/l，低于长江、黄河水系。 　　2. 西江流域、长江中游、淮河上游及黄河下游阴离子均以HCO3-平为主，各水系阴离子平均含量顺序均为HCO3- > SO42 -> Cl- > NO3-。研究区域水系中HCO3-平均含量以淮河上游为最高，西江流域最低；SO42 -、Cl-及NO3-平均含量则以黄河下游为最高，长江中游最低。研究区域水系阳离子均以Ca2+为主，西江流域及长江中游阳离子平均含量顺序为Ca2+ > Mg2+ > Na+ > K+，而淮河上游、黄河下游阳离子平均含量顺序则为Ca2+ > Na+ > Mg2+ > K+。 　　从长江中游到淮河上游、黄河下游，区域岩石风化是控制离子组成的主要因素，但蒸发结晶因素的贡献逐渐加强。其中，介于长江和黄河流域之间的淮河上游水系离子组成的过渡特征显著。研究区域水系中NO3-主要源于污染物排放，黄河干流污染较西江干流污染重。 　　3. 西江流域河流溶解态微量金属平均含量Zn>Cr>Cu>As>Al>Pb>Cd，其中Zn平均含量为37.72μg/l，Cd平均含量则仅为0.24μg/l。长江中游溶解态微量金属平均含量Zn>Cr>Pb>As>Cu=Al>Cd。淮河上游溶解态微量金属平均含量Zn>Cr>As>Pb>Al>Cu>Cd。黄河下游溶解态微量金属平均含量Zn>Cr>Cu>As >Al>Pb>Cd。研究区域河流中，西江流域溶解态Cu、Cr的平均含量分别为6.12μg/l和7.61μg/l，高于长江中游、淮河上游及黄河下游。长江中游溶解态Pb和Cd平均含量则高于西江流域、淮河上游及黄河下游。而研究区域中，黄河下游溶解态Al含量最高，达12.7 μg/l，淮河流域则体现出了Zn和Al的高含量特征。 　　化学风化过程在一定程度上导致了水体与风化壳之间不同化学元素的分异，使河水中溶解态Al和As相对于其它微量金属元素强烈富集，而Pb、Zn、Cu及Cr则相对亏损。河流溶解态As和Al除来源于矿物岩石风化外，也受外源输入—人类活动的影响。 　　4. 自然条件的区域差异是形成河流离子化学分异的主要因素，但人类活动对其影响逐步加深。工农业污染物输入在一定程度上改变了天然河流的离子化学组成，使河流组分NO3-、SO42-、As、Al等呈现富集趋势。化学元素在河流这一循环过程中间体中的地球化学行为越来越多地受人类活动影响。

北京山区荆条灌丛生态系统研究--群落学，生物量，元素循环及稳定性特征

本文对北京怀柔汤河口、北京云蒙山、西山以及河北省石家庄地区元氏县的荆条灌丛的群落学特征及其生物量进行了较为详细的研究，并着重研究了汤河口、云蒙山、西山三个亲地的荆条群落的地球化学特征和元素循环特征，对西山的荆条群落中荆条叶片枯落物的分解过程进行了详细的比较研究，最后，对汤河口和西山的两个荆条灌丛的相对稳定性进行了探讨，并和昭田真的演替度进行了比较，期望对荆条灌丛的现况有个较全面和深入的了解，为合理的改造利用广阔的华北落叶灌丛提供理论依据。 本研究设置了四个样地。样地1在北京市怀柔县汤河口乡，样地2在汤河口以南40公里的云蒙山林场，下设两个小样地2a和2b，分别经过8年和3年的封山保护。样地3在北京海淀区的西山上，样地4位于河北省元氏县。四个样地的地理位置，地形、立地条件及所受的人为干扰的程度各不相同。DCA分析对样地的排序图中从左到右样地的顺序为样地2b，2a，样地3，样地1，样地4。 6个样地的荆条滋丛中计有高等植物49种，分属24科47属。其中样地1 8科14种,样地2a 15科24种，样地2b 13科18种，样地3 9科14种，样地4a 11科18种，样地4b 7科11种。以禾本科植物最多（8种），菊科植物6种次之，蔷薇科植物4种，居第三。6个样地中常见植物种（存在度60%以上）有11个，较1965年调查时的常见种数（16种）显著减少。 生活型谱分析表明样地1和2a的生活型谱介于热带和温带类型之间。样地2b的生活型谱是较典型的温带类型，样地3则较偏向荒漠类型;样地4a和4b的生活型谱则较偏向热带和荒漠的类型。 植物区系分析表明，样地2b带有最明显的中生性，而样地4a因含有最多的热带和亚热带分布种而最为干燥。样地依干燥度增加的顺序为2b，2a3，1，4b，4a。这个顺序恰好和DCA对样地的排序结果完全吻合，同时，它还是温度升高的梯度。 荆条灌丛中荆条地上部生物量，以样地2a和2b为最高，分别为3571,9和3285.8公斤／公顷，其次为样地3，达2445.7公斤／公顷，余下的顺序为样地1，样地4a和4b。这个顺序和DCA与样地的排序结果一致，即荆条地上部生物量随着样地干燥程度的增加和温度的增加而减少。相关分析表明，热量（年日照时数）是控制荆条生长的最主要因素，且荆条的生长受土壤中砾石的很大的制约。 荆条灌丛中荆条之外的其它植物种类，作为一个组分，其地上部生物量除样地1外，和荆条地上部生物量的大小顺序一致，这些植物地上部生物量随人为干扰程度的增强而极显著的减少，且随海拔高度的增加而极显著的增加，说明这些植物较适于生长在海拔较高的地区，且它们随人为干扰的能力很弱。 荆条灌丛群落地上部总生物量，作为上述两个组分的综合，较多的受灌丛中其它植物地上部生物量的影响，而且与海拔高度呈现显著的相关性。群落地上部总生物量与年蒸发量、无霜期、人为干扰程度均表现极显著的负相关，与≥10'C的年积温也显著的负相关。这些特点，都表明荆条灌丛一个总趋势，即较低的温低更适合该群落的生长。 荆条地下部生物量在样地l达9641.8公斤，公顷顾(1986) 和l0996.6公斤／公顷(1987)，其中各有51.1%和28.90%是根球的生物量，在样地3则1988年为2306.1公斤/公顷，l989年增至5442.2公斤/公顷，两个样地中，地下部生物量为枝条生物量的6.29和5.44倍（样地1）,以及2．10和1.23倍《样地3），根枝比的分析表明样地1年龄大于样地3，且样地1比样地3．干燥，荆条的根枝比大于其它灌术种类的根枝比，这是荆条对砍伐的适应．就象灌丛栎(根枝比6.23)对火灾的适应一样。 样地1荆条灌丛的总生物量，1986年为13.44吨／公顷，87年为l6.4吨／公顷，增加了22.2%，群落年净第一性生产量为3.96吨／公顷•年。在群落总生物量中，荆条的生物量占绝大部分，分别达90.4%和86.3%，而在群落年净第一性生产量中，荆条的贡献达3.00吨／公顷•年，占75.8%。 样地3的总生物量88年为9.90砘／公顷．89年猛增至21.17砘／公顷，增加了113.9%，群落年净第一性生产量为12.62砘／公顷•年，是样地1的3.19倍。群落总生物量中，荆条所占的比例在1988年为48.0%，89年增大为58.5%，和样地1的变化趋势相反，表明两个样地的荆条灌丛处于不同的发育阶段。在群落的年净第一性生产量中，荆条的贡献和样地1相似，达71.1%。 和不同类型的灌丛地上部生物量比较的结果表明荆条灌丛小于同地区的落叶灌丛(绒毛绣线菊、荆条、蚂蚱腿子灌丛)，更小于同地区的乔木树种的萌生灌丛如辽东栎萌生丛．以及其他地区的矮针叶树栎灌丛，群落总生物量的比较结果也表明荆条灌丛的生物量还有很大的发展潜力。 荆条灌丛地上部生产量已经超过一些成熟乔木种类的林地的生产量，且荆条灌丛中生长最快的群落（样地3）的地上部生产量已接近一些乔木种类的幼龄林地的生产量说明荆条灌丛有较高的生长速度。 生物量累积比作为植物或群落衰老程度的指标，说明荆条灌丛较之其它原生灌丛还是较”年轻”的，样地1的生物量累积比较大，是该群落遭受频繁砍伐的反映。 由荆条灌丛立地的潜在生产量的分析可知样地1的荆条灌丛离其”成熟类型”的生产量还差距很大，而样地3的生产量正接近其”成熟类型”。结合前面的分析，可以推测在人类活动频繁和强度的干扰下，样地l的荆条灌丛没有继续向其成熟类型发育，而在中途衰退了。 西山荆条灌丛中，在代谢活动较旺盛的部位，N和K的含量较高，Hg，P和Zn也表现相似的倾向，A1和Fe则表现了相反的趋势，即代谢活动较强的部位，含量较低。Mn，Ca和Ha则是介于中问的一种类型。比较各组分中元素的含量值，Mg是较均匀的类型，其余元素在不同组分间含量的差异都较悬殊。西山荆条灌丛中，Mn,Mn, Mg，Ca，AI五个元素都以土壤中的含量为最高，N的含量则以上壤为最低，而植物组分中 K的含量一直保持较高的水平。 多数元素在荆条根球中的含量最低，包括Fe，Hn，Zn，（Ca，P和AI。随着年龄的增大，各组分中K的含量有增加的趋势（其增加量大于其它元素的增加量），在西山荆条灌从中，植物组分以及及土壤里各元素除p外，其含量均与两个以上元素的含量呈显著相关性（图11）．而P的含量只与N的含量具极显著相关性，，在植物组分中，灰分含量与Fe，Mn，Ca，P，AI的含量均具极显著的相关性。荆条内部各组分的元寨岔登之间全部晕缀显著相关，而绝大部分植物组分中元素含量与土壤中相应元素的含量值无相关性。 植物组分中，其它植物地上部，其它植物地下部和羽叶是元素积累量最大的三个组分。荆枝中的Ca和Ha，荆根球和荆根中的Zn和Mg以及荆根中的Al，它们的含量与其积累量之间具有较明显的补偿现象，即它们的积累量并不随生物量的增减而发生显著的变化。 西山荆条灌丛中荆条和其它植物对10种元素的吸收总量基本相等。在荆条的总吸收量中，K，N，Ca的吸收量占88.5％，其余7种元素的吸收量只占11.5%。在其它植物中，则以Ca，N和Al的吸收量占多数，达73.9%。在荆条和其它植物中，K和Al的吸收可能存在着拮抗关系。 西山荆条灌丛中荆条对K的吸收量最大，但对Mn的利用系数最大。10种元素中最大和最小吸收量之间在荆条中相差339倍（K和Zn之间），但荆条对各元素的利用系数却相差不多，平均为0.775±0.09。其它植物对10种元素的利用系数较荆条稍高，平均为0.826±0.07，整个西山荆条灌丛群落对元素的利用系数以Mn为最高，Na为最低。 若以土壤中元素的垒量的贮量计算，荆条对N的吸收系数最大，Al最小。若以土壤中元素的有效含量（可溶性或可代换性量）汁，则荆条的吸收系数以Al最大，Ca最小 （表21）。土壤元素（全量）的周转时间，Al最长，达2603.2年，多数元素在450-600年 之间，只有N，P，K三个元素的周转时间最短，分别只有35.4，151.9，和109.l年。 西山荆条灌丛中荆条以凋落物形式归还土壤的元素量在其吸收量中所占的比例（归 还率），Zn (26.5%)，Mg (36.1％)，Ca (36.1%)，P(21.3%)和N(25.0％)属较高的类型， Al (13.5%)，Na（14.6％）和K（13.1％）居中，Mn (8.5%)和Fe(8.0%)最低。灌丛群落中 元素的归还率除Mn最小（12.1％）外，其余在21.3%-37.9％之间。 西山荆条灌丛中，荆条和其它植物所吸收的元素量在群落总吸收量中所占的比例， 各元素之间显著不同，均匀的类型有N，Zn，Mg和Na，即荆条和其它植物的吸收量相当。 K是唯一以荆条的吸收量占优势的元素，荆条吸收的K占群落总吸收量的80.7%。其余 元素，Mn，P，Al，Fe和Ca均是其它植物的吸收量显著大于荆条的吸收量（表22，图45）。 荆条所吸收的无素量，在其内部各组分中的分配（存留）格局，普遍规律是将绝大 部分用于其叶片的生长（或存留于叶片）中．Mn是唯一例外的元素，荆条将其吸收量的 最大部分存留于其枝条中。其余9个元素．荆条对其叶片存留后剩下的那部分元素量的 分配方式可以区分出三种类型：将剩余部分中的多数存留于其枝条的元素有AI，Fe，Zn， Mg;将剩余部分中的多数存留于其地下部的元素有P,Na， 和Ca;而K和N则属于中间 的类型，即用于叶片后的剩余的K和N在荆枝和荆条地下部（根球和艉）中较均匀的分配 （表22，图46）． 西山荆条灌丛中元素循环的强度和速度都显著大于汤河口荆条灌丛，两个样地的元 素循环特征的最显著差异是汤河口荆条灌丛中荆条将其吸收的元素量中的最大部分存留 于其地下部，和西山样地完全相反，这可能是两个样地荆条灌丛元素循环特征的最本质 的区别。其原因，可能是汤河口样地中荆条对其地上部遭受频繁砍伐的一种适应方式， 也可能是汤河口荆条滋丛衰老的反映。 西山灌丛中荆条落叶分解过程中其失重率曲线呈双S形，其失重率最大增长速度出现在第166-299天之间。经过539天的分解作用，荆条枯落叶损失了其于重的53.3%，其中分解期（千重损失50％所用时间）为514.1天。 与干重失重率相对应，荆条枯落叶的平均腐解率的最高值出现在299和364天，而区 间腐解率的最大值则出现在第66—227天和第227 - 299天之间，比平均腐解率的最高值 出现的早，这与其总失重率曲线是非常吻合的，因为第166 - 227天及第227 - 299天之间 的高腐解率导致了其后高失重率的出现。 平均腐解率与平均气温之间具显著相关性(P<0.0S)，而与平均降水量只在90%置信区间内有相关性，区间腐解率也只在90%置信区内与平均气温有相关性。 以平均腐解率计算，荆条枯落叶干重的95%被分解所需的时间为6.37年，比同一地区的侧柏、元宝槭、黄栌、山杏、刺槐，油讼和栓皮栎短，说明荆条叶片枯落物的分解速率是较快的。 荆条枯落叶分解过程中的失重主要由于有机物被分解引起的，且有机C，可溶性糖 和粗纤维的分解决定了失重率变化的总趋势。 各有机物含量程分解过程中的变化各不相同。就浓度而言，以可溶性糖的浓度降低 速度最快，丹宁的浓度也显著的下降，粗脂肪和有机C浓度属于平缓下降的类型，而木 质素和粗纤维属另一极端的类型，其浓度持续升高。各有机物在枯落叶中的总量以不同 的速率减少。经过539天的分解作用，各有机物的损失率大小的顺序为可溶性糖(97.90%）>丹宁(95. 92%）>粗脂肪(70.83%)>有机C(61.59%)>粗纤维(37.36%)>木质素( 31,97%)。此外，不同的有机物的含量以不同的规律变化，其中可溶性糖和木质素在第105天内即被大量的分解而损失（分别损失63.66%和19.67%）。丹宁和有机C的损失率的变化是较际准的S形曲线，粗纤维的损失率变化曲线为右抛物线的上半部，而粗脂肪类似S形曲线，但最不规则． 荆条枯落叶分解过程中矿质元素浓度和含董的变化很不规则。灰分含量作为大部分矿质元素含量的总和，其浓度在分解过程中稳定升高，而其总量则持续下降，所研究的10种矿质元素的浓度和总量的变化很不一致，在浓度变化方面，K是星下降趋势的唯一元素，其余元素（包括N，Ca，Na，Mg，P，Fe，Zn，Mn和Al）的浓度均随分解过程呈升高的趋势。从元素的总量方面可以区别出两种类型：即N，Ca，Na，K，P5个元素属于减少的类型，而Fe，Mn，Zn，Mg和Al的总量则有所增加。 西山和汤河口两个样地的荆条灌丛都是渐近稳定的，且离其稳定态尚有一定距离,相对稳定性指数没有显示两个样地的稳定性具有显著的差异。 西山荆条灌丛的演替度大于汤河口灌丛，这和它们所受的人为干扰的强度的差异有紧密联系。