稀土对铝及变形铝合金性能影响和作用机理研究

稀土对铝及铝合金具有很多良好作用。根据国内外有关铝合金发展趋势的报道，铝合金向中强高工艺高强耐热、超塑、微量元素改善合金性能等方向发展稀土在这些方面对铝合金有着很好的作用效果。因此研制新型铝合金，研究稀土对铝合金组织和性能的影响及稀土作用机现，有着重要的意义。稀土在铝合金中的应用已经引起了国内外研究工作者的关注。近几年此方面研究尤为活跃。我国是一个稀土蕴藏量较大的国家，研究稀土在铝合金中的作用，可以更好地发挥我国的资源优势，对国民经济的发展将起着重要的作用。有关稀土在铝合金中的应用研究，国外开展的较早。我国始于七十年代。合金工作者对稀土在铝合金中的作用进行了大量的研究，确认了稀土可以改善铝合金的组织和性能，改善工艺性能，表面光泽性和耐腐蚀性但是，目前的研究还没有形成系统和全面的理论，由于研究条件和目的不同，很多的研究还处于实验室阶段，对某些问题还研究得不够深入，不够全面。如：1. 稀土对金属铝组织和性能影响；2. 稀土对铝合金枝晶组织细化作用和晶体结构影响；3. 稀土如何改善铝合金的加工工艺性能，提高铝合金的成品率；4. 稀土对提高合金沉淀硬化速度，使GD区快速析出，时效峰提前；5. 铝热还原法，较低温度下制取铝稀土合金，特别是重稀土合金；6. 稀土铝合金的加工硬化过程研究；7. 稀土在变形铝合金中的存在状态和分布规律；基于上述问题和国内对铝合金的需求，本文主要做了如下几个方面的工作：1. 研制了RE-Al-Mg-Si挤压型材合金，稀土是采用向工业电解槽中加入混合稀土化合物同铝一起共电沉积，制取稀土铝合金，然后配制成RE-Al-Mg-Si合金。对其组织，晶体结构，性能，沉淀硬化过程等进行了研究得出如下结论：①. 稀土可使Al-Mg-Si合金强度提高10-20%，硬度提高10%左右；②. 稀土可以改善Al-Mg-Si合金的加工性能，在挤压温度下具有较大的高温塑性。稀土可使铝镁硅合金晶粒细化，再结晶温度和过烧温度提高，允许在较宽温度范围内进行热处理；③. 稀土可使Al-Mg-Si合金表面致密，光亮，改善耐腐蚀性和光学特性；④. 稀土可使铝基体晶胞体积减小，晶胞体积的减小值和强度、硬度提高成很好的直线关系。首次提出稀土对铝合金的“晶胞收缩效应”；⑤. 稀土在铝镁硅合金中分布规律是晶内晶界都有稀土存在，晶界多于晶内。稀土和Si，Fe等共存于晶界。⑥. 稀土可促使GP区快速析出，弥散的第二相质点在位错线上析出，起着钉扎位错，增大位错密度的作用，因而时效硬度提高，时效峰提前；为短时高温时效提供了实验依据；2.研制了RE-Al-Zn-Mg中强合金。稀土的加入是采用对掺法，对合金的组织、性能，加式硬化过程，时效工艺及稀土分布规律进行了研究，得出如下结论：①. 稀土可改善合金加工性能，尤其是高温延伸率，当稀土为0.489%时达到750%，是未加稀土的合金两倍多。该合金具有超塑性。②. 铸态或变形后，稀土对组织都有细化作用；③. 该合金加工硬化过程具有三个阶段，经过线性回归处理成很好的直线关系。④. 稀土可使Al-Zn-Mg合金的时效峰提前约4小时；⑤. 稀土合金的新相在位错密度线上析出，阻碍位错移动，使严结构组织保持较大的位错密度，从而改善合金性能；⑥. 该合金具有满意的强度，可适合挤压，轧制等变形加工。3. 研究了稀土对金属铝组织和性能的影响。用铝热还原法制得Al-RE合金。实现了较低温度下重稀土化合物的铝热还原。采用电解复膜工艺，制得金相样品；使合金的细节组织清晰可见。研究了组织和性能，得出如下结论：①. 稀土对铝的细化作用，枝晶细化更明显，这主要是稀土在铝中的溶质再分配，造成了结晶前沿的过冷区，使铝晶粒以树枝状晶长大，由于稀土元素在铝中的溶质分配系数不同而表现在细化晶粒方面有一定的差异；②. 稀土在铝中主要分布在晶界和枝晶界，晶内也有稀土存在；③. 稀土可以提高纯铝的机械性能和高温塑性；④. 通过铝热还原，可在较低温度不制得Dy、Eu、Gd、Y等重稀土铝合金。

The effect of La or Ce on ageing response and mechanical properties of cast Mg-Gd-Zr alloys

Mg-8Gd-0.6Zr-1RE (RE = La or Ce, wt.%) alloys were prepared by casting. The microstructures, age hardening behavior and mechanical properties were investigated. The results show that the addition of 1 wt.% La or Ce to a Mg-8Gd-0.6Zr alloy reduces the dendrite arm spacing and slightly improves the mechanical properties and age hardening response.

Microstructure and mechanical properties of Mg-4.5Zn-xNd (x=0, 1 and 2, wt%) alloys

Microstructure and mechanical properties of Mg-4.5Zn-xNd (x = 0, 1 and 2, wt%) alloys heat-treated at 603 K for 2 It have been investigated. T-phase (an Mg-Zn-Nd ternary phase) was observed in the Nd containing alloys. The optimal mechanical properties were obtained in the Mg-4.5Zn-1Nd alloy, and the ultimate tensile strength and yield strength were 228 and 79 MPa, respectively. Through comparing with the Mg-4.5Zn alloy, the increments of ultimate tensile strength and yield strength were 51 and 17 MPa.

Microstructures and mechanical properties of the Mg-4.5Zn-xGd (x = 0, 2, 3 and 5) alloys

Microstructures and mechanical properties of the peak-aged Mg-4.5Zn-xGd (x = 0, 2, 3 and 5 wt.%) alloys have been investigated. The results showed that grain size increased with increasing Gd. Phase analysis showed that MgZn2 phase was observed in the Mg-4.5Zn alloy. While with Gd additions, Mg3Gd and Mg3Gd2Zn3 phases formed, and the volume fraction of the Mg3Gd2Zn3 phase increased with increasing Gd. Tensile test results indicated that the optimal mechanical properties were obtained in the Mg-4.5Zn-2Gd alloy, and the ultimate tensile strength and yield strength were 215 MPa and 121 MPa, respectively.

Microstructures and mechanical properties of as-cast Mg-5Y-3Nd-Zr-xGd (x=0, 2 and 4 wt.%) alloys

Mg-5Y-3Nd-0.6Zr-xGd (x = 0, 2 and 4 wt.%) alloys were prepared by metal mould casting technique, the structures and mechanical properties were investigated. The alloys were mainly composed of alpha-Mg solid solution and beta-phase. With increasing Gd content, Mg5RE phase increased and the grain was refined. The Mg-5Y-3Nd-2Gd-0.6Zr alloy exhibited highest ultimate tensile strength and Mg-5Y-3Nd-0.6Zr alloy showed highest yield strength at room temperature. With increasing amount of Gd, the thermal resistance was improved. The Mg-5Y-3Nd-4Gd-0.6Zr alloy exhibited highest UTS and YS at 250 degrees C, they were about 1.27 times higher than those of Gd-free alloy, which was mainly attributed to the increase of the beta-phase and Mg5RE strengthening phase.

Microstructures and mechanical properties of Mg-8Gd-0.6Zr-xNd (x=0, 1, 2 and 3 mass%) alloys

Mg-8Gd-0.6Zr-xNd (x = 0, 1, 2 and 3 mass%) alloys were prepared by metal mould casting method, and the microstructures, age hardening responses and mechanical properties have been investigated. The microhardness of the as-cast alloys is increased with increasing Nd content. The age hardening behavior and mechanical properties are enhanced significantly by adding Nd element. The peak ageing hardness of the Mg-8Gd-0.6Zr-3Nd alloy is 103, it is about 1.3 times more than that of the Mg-8Gd-0.6Zr alloy. The aged Mg-8Gd-0.6Zr-3Nd alloy exhibits maximum ultimate tensile strength and yield strength, and the values are 271 and 205 MPa at room temperature, 205 MPa and 150 MPa at 250 degrees C, respectively. Which are about 2 times higher than those of Mg-8Gd-0.6Zr alloy. The improved hardness and strength are mainly attributed to the fine dispersiveness Of Mg5RE and Mg12RE precipitates in the alloy.

Preparation, structure and luminescence of BaMAl10O17 : Eu2+ (M = Be, Mg, Ca, Zn, Cd, Mn, Co, Li) system

The BaMA(10)O(17) (M = Be, Mg, Ca, Zn, Cd, Mn, Co, Li) system has been synthesized by solid state method and characterized by XRD. The results show that when M is Mg, Zn, Mn, Co, Li, there exists the structure of beta-Al2O3 for BaMAl10O17 system, and when M indicates Cd, beta-Al2O3 structure is formed accompanying alpha-Al2O3 phase, and when M represents Be and Ca, beta-Al2O3 structure cannot be formed. This demonstrates that the condition forming beta-Al2O3 structure compounds for the system BaMAl10O17 is 0.05nm < R-M < 0.09nm (R-M represents the radius of M). The thought that if a M ion can form a stable spinel structure there exsits a corresponding magnetoplumbite and beta-alumina structure is proposed for BaMAl10O17 system according to the experimental results. When M is Li, Be, Zn, Eu2+ activator produces an emission of nearly 450 nm with half height width about 50 nm, when M is Mn, there are simultaneously the emissions of Eu2+ and Mn2+ and the excitation energy of Eu2+ can transfer to Mn2+ in the host, when M is Cd, Eu2+ displays a double-emission band, which can be explained by the Jahn-Teller's effect. It is possible for the system BaMAl10O17 with M being Li, Be, Zn to become blue-emitting component in three colour lamp through further study.

Corrosion behaviour of hot dip zinc and zinc-aluminium coatings on steel in seawater

A comparative investigation of hot dip Zn-25Al alloy, Zn-55Al-Si and Zn coatings on steel was performed with attention to their corrosion performance in seawater. The results of 2-year exposure testing of these at Zhoushan test site are reported here. In tidal and immersion environments, Zn-25Al alloy coating is several times more durable than zinc coating of double thickness. At long exposure times, corrosion rate for the Zn-25Al alloy coating remains indistinguishable from that for the Zn-55Al-Si coating of similar thickness in tidal zone, and is two to three times lower than the latter in immersion zone. The decrease in tensile strength suggested that galvanized and Zn-55Al-Si coated steel suffer intense pitting corrosion in immersion zone. The electrochemical tests showed that all these coatings provide cathodic protection to the substrate metal; the galvanic potentials are equal to - 1,050, - 1,025 and - 880 mV (SCE) for zinc, Zn-25Al alloy and Zn-55Al-Si coating, respectively, which are adequate to keep the steel inside the immunity region. It is believed that the superior performance of the Zn-25Al alloy coating is due to its optimal combination of the uniform corrosion resistance and pitting corrosion resistance. The inferior corrosion performance by comparison of the Zn coating mainly results from its larger dissolution rate, while the failure of the Zn-55Al-Si coating is probably related to its higher susceptibility to pitting corrosion in seawater.

利用激光诱导击穿光谱对铝合金成分进行多元素同时定量分析

利用激光诱导击穿光谱定量分析了铝合金中多种元素的成分。采用Nd∶YAG脉冲激光器,在空气环境下烧蚀铝合金固体样品获得等离子体。利用多通道光栅光谱仪和CCD检测器对200～980nm波长范围的光谱进行同时检测。研究了检测时延、激光脉冲能量、元素深度分布对光谱强度的影响,考虑这些因素之后对实验参数进行了优化。在优化的实验参数下对国家标准铝合金样品中的八种元素Si,Fe,Cu,Mn,Mg,Zn,Sn及Ni进行了定标,并利用定标曲线对一种铝合金样品进行了定量分析。实验结果表明,测量结果的相对标准偏差(RSD)最大为5.89%,相对误差在-20.99%～15%范围内,说明对铝合金样品成分进行定量分析,激光诱导击穿光谱是一种有效的光谱分析工具,但是分析结果的准确度仍需要提高。

温带灌木生态系统的动态特征--生物量和元素循环

本文通过对北京郊区的一个经皆伐以后，自然发育二十多年的次生灌木生态系统的定量研究，结果如下： 1）该生态系统年中最高生物量可达20.30 t/ha，但没有明显的年净增加，从而推出该系统可能进入一种比较稳定的平衡状态，生物量最高出现于秋季（生长季末）;最低为春季（生长季始），这主要是由于从秋季到春季经历了凋落和休眠的过程。另外，灌木的地下部分生物量与地上之比接近1，这也是对灌木生长发育特征的反映。 2）植物各个部位--侧根，主根，主枝，侧枝，叶---有不同的烧失量，但三种植物几乎有相似的顺序，即：主枝>侧枝><主根>侧根>叶（荆条的叶与侧根有相反的顺序）。烧失量反映了有机物质在植物各个部位的含量。 3）十种元素（N，K，Ca，Mg，Na，Cu，Zn，Fe，Al，Mn）在同一种植物，同种元素在不同植物，植物的不同部位，都有不同的含量，并且随着季节的变化而变化。 4）降水中所含的元素是生态系统营养的重要来源，尤其是一些大量元素如K, Na, Ca, Mg等。一般地冠流中的元素含量要高于降水中的，冠流中元素浓度与降水中的比值，不同的元素是不相同的，其中K为2-7倍，Na为1-3倍，Ca, Mg为1-2倍，对同一元素，比值的大小降水的时间有一定的关系，也即有时间性的变化。 5）土壤的水分含量不仅由于雨季和旱季而发生变化，还随土壤的不同的而异，而这种变化又随着季节性而不同。 6）营养元素输入--输出预算表明，各个元素基本上没有明显的存留，甚至有微量的亏损，但仍可以判断，该生态系统基本上处于一种较稳定的平衡状态。

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。

森林生态系统的养分循环-一个温带落叶阔叶林生态系统的研究

l、有机质和全N在草甸土壤的不同层次之间呈现明显的差异，表现力随着土壤深度的增加，含量逐渐降低。无机N包括NH4+-N和No3--N在土层之闻的差异并没有象全N和有机质那么显著。NH4+-在表面30Cm的土壤中明显高于NO3--N的。全P在各层土壤中的含量差异并不显著，但有效p在三层土壤中表现出明显的差异，表现为随土壤深度的增加而降低。 K、Na、Ca、Mg、Fe和AI等6种金属元素的可交换成分在革甸土壤中的含量除K表现出明显的土层间的差异外，在表层30cm的土壤中并没有明显的随土壤深度变化的趋势。 有机质和全N在东灵山地区主要森林土壤中的含量以0~lOcm土层中的显著高于10~20cm的土层中的。20cm的土层中无机N中也以NH4+-为主，这与草甸土壤中的一致。全p和有效P在两个土层之间的差异并不十分显著，而以0^lOcm土层略高于10～20Cm土层的。 K、Na、Ca、Mg、Fe和AI等6种金属元素的可交换成分在不同土层间的差异以K和Ca较为明显，K和Ca在O—1Ocm的土层中要高于lO-20cm的。 森林土壤中的有机质、全N（包括NH4+-N）、全p（包括有效P)都表现为低于亚高山草甸土壤中的，主要原因是亚高山革甸分布于海拔1800cm至2300m，而主要森林类型则基本分布在海拔120m至1500m，亚高山草甸较为恶劣的气候条件明显不利于有机质的矿化，因而分解速率较低，积聚了较多的有机质．而森林土壤中较低的NH4+-N和有效P则可能是由于森林中旺盛的生命活动，尤其是微生物的活动，而大量被植物和微生物固持，因而，即使在森林土壤中有较高的矿化速率，但仍具有较低的NH4+-N和有效p的含量． 不同类型的森林土壤之间各化学成分并没有发现有明显的变化趋势，即使森林类型差异较大的落叶阔叶林和针叶林之间也并没有发现十分显著的差异，这说明各森林类型土壤之间养分特征的一致性。两种针叶林均为人工林，林龄不超过30，而在这之前推测也是以落叶阔叶林为主，森林土壤在这30年间并没有发生十分明显的变化。 在l100m至I500m之间的各种森林类型的土壤也没有表现出十分明显的与海拔高度的相关性。同一森林土壤在不同时间的采样之间，各化学成分也没有表现出明显的差异。 2、降水引起的树干茎流水分中全N的含量在降水季节的初期的含量略高于大量降水期间的。而在降水季节后期，随着每次降雨量的减少，降水间隔时间的增加，树干茎流中N的含量明显地有很大幅度的升高。NO3-N在树干茎流中的含量也同样受到了降水量的影响，表现在后期也发生显著的升高，但升高的幅度没有全N的大。受到降水量影响的元素还有S。 全p在树干茎流水分中含量随降水时间的变化，在各个树种之间有很大的差异。 其它几种元素的可交换态在茎流水分中的含量以K的含量为最高;其次是S、ca、Mg，AI在所有分析的元素中含量最低。不过，AI在降水初期(6月22日)的取样中，含量在几个树种的茎流水分样品中普遍较高，Ca和Mg也被发现有类似的情形。 穿透雨中全N的含量在降水初期略高于降水中期的，而至降水末期时又略有升高，这种格局与树干茎流水分中的具有一致性。全P、K、Ca、Mg、S．ＡＩ等包括全N及其无视成分与树干茎流中的含量的差异并不显著． 地表径流中的全N含量在去除枯枝落叶层的径流场的变化格局与树干茎流和穿透雨中的较为一致．表明这三者之间存在一定的相关性．但与未去除枯枝落叶层的径流场的径流水分中全N和NO３－Ｎ的含量并不十分一致，全N和NO３－N的含量有时较高． 取自马牙石沟流水堰口的集水区水样中全N和NO３-N的含量均变化在l～3ｍｇ／L之间;而取自南沟流水堰口的集水区水样中的全N和N03-N的含量均在l～2mg／L之间，但在这两者之间并没有十分显著的差异，说明取自两个集水区溪流水分中的全N和N03-N的含量基本一致。 3、通过对三个森林立地乔木层生物量的两次调查（相隔6年），发现尽管以辽东栎为主要优势树种的暖温带落叶阔叶混交林（91- 03）第一次调查的生物量低于辽东栋林（91 - 02）和桦木林（91 - 04)的，但在生长6年后，该立地的乔木层生物量已明显超过桦木林的，其增长速率在三个样地中为最高。 根据两次调查的结果，三个样地中出现的11种乔木树种胸径的增加可以分成两组，第一组包括北京花楸、糠椴、白桦和辽东栎，另一组则由山杨、五角枫、棘皮桦、大叶白蜡、蒙椴、黄花柳和沙涞组成。6年中，第一组树种的胸径增加量在1.O～l.4em之间，而第二组的增量在0.2~O.9cm之间，两者之间具有显著的差异。 常用的生物量预测模型包括两个因子，即胸径(D)和树高(H)。D通常可以实测得到，但H大部分只能估计得到。本研究通过比较6年前后两次树高的实际估测结果，证明用D和H共同建立的模型预测结果可能会产生较大的人为误差，建议改用D的单因子预测模型。 无论是实测结果还是树木年轮分析结果，都表明处于目前径级水平的暖温带地区分布的这几个树种还处在不断生长的过程中，随着年龄的增加，表现为胸径还有很大程度的增加，因为这些树种目前的大径级个体的年平均增加速率大于小径级的． 树木年龄与胸径的相互关系的分析结果表明，树木年龄和胸径可以很好地用饱和模型Y=a-be－ｃｘ来拟合． 4、通过近5年对辽东栎枝条( D<0.5cm)和叶片凋落物分解的观察和分析，发现辽东栎枝条的总失重率达到了43%，分解速率常数k为2.713x10－3／周，而叶的总失重率则可以达到70%，分解速率常数k为6.234xl0-3/周. 枝条分解过程中的有机质含量变化可以分为三种类型，一种是单调上升型的，如蛋白质，其含量从3.5%增加到约6%;-种是单调下降型的，如半纤维素，约从15%降低至7%;另一种则是相对变化不大，如粗纤维（包括纤维素和木质素），粗纤维的含量变化在58％±3%，木质素变化在56%±2.5%，纤维素则变化在1%～3%之间。 用Olson指数方程拟合，结果表明粗纤维、木质素和半纤维素三者的分解以半纤维素为最快，分解速率常数为5.693xl0-3／周，其次是木质素和粗纤维，分别为2.461x10-3/周和2.352xl0-3／周．而蛋白质和纤维素的拟合结果较差或根本无法拟合． 用Olsoｎ指数方程拟合的结果表明，有些元素在凋落物分解过程中可以很好地用该方程拟合，如K，Na、Mn和C，p和N，Mg，Zn，而一些元素如Ca和Cu没有取得很好的拟合效果。 几种元素在叶片凋落物分解过程过程的丢失速率也以K为最快，其它元素的顺序为，e，N，p，Na，Mn，Mg和Ca（Ca的拟合效果较差），而Cu、Zn也不能很好地用Olson指数方程拟合。 5、根据对东灵山地区6年(199l~1997)的气象观测结果，可得到该地区的年平均降水量和总降水量，用1994年分析的降水中养分含量的数据可以近似计算得东灵山地区每年通过降水进入该暖温带落叶阔叶林生态系统的几种养分输入量。同理可以计算降水输入养分在树干茎流和穿透雨中的分配，还可以计算养分从地表径流中的输出。通过对这几个水分循环的主要环节中养分输入或输出量的计算，发现每年通过降水而进入系统的养分，大部分将积累在系统中，而输出份额只占很小的一部分。 K和Mg两种养分元素在降水通过林冠和树干表面时，将产生大量的淋溶，而Ca的淋溶较小．N、P和AI则产生少量的吸附或吸收。对于S来说，淋溶和吸收或吸附作用相当，或两者都很小。 通过生物量的年平均增量和生物量中的养分含量可以计算得到每年积累在生物量中的养分量即存留量，同理可以计算年凋落物中的养分量、归还量及生物系统从土壤中吸收的养分量，每年养分的存留率．通过以上计算，发现该落叶阔叶林对养分的存留率较低，这可能是由于该落叶阔叶林森林生态系统每年具有较高的养分归还量，对于一些元素来说，还具有较高的淋溶量，尤其是K和Mg．

Heavy metal pollution in China: Origin, pattern and control

Goal, Scope and Background. Heavy metal is among one of the pollutants, which cause severe threats to humans and the environment in China. The aim of the present review is to make information on the source of heavy metal pollution, distribution of heavy metals in the environment, and measures of pollution control accessible internationally, which are mostly published in Chinese. Methods. Information from scientific journals, university journals and governmental releases are compiled focusing mainly on Cd, Cu, Pb and Zn. Partly Al, As, Cr, Fe, Hg, Mn and Ni are included also in part as well. Results and Discussion. In soil, the average contents of Cd, Cu, Pb and Zn are 0.097, 22.6, 26.0 and 74.2 mg/kg, respectively. In the water of. the Yangtze River Basin, the concentrations of Cd, Cu, Pb and Zn are 0.080, 7.91, 15.7 and 18.7 pg/L, respectively. In reference to human activities, the heavy metal pollution comes from three sources: industrial emission, wastewater and solid waste. The environment such as soil, water and air were polluted by heavy metals in some cases. The contents of Cd, Cu, Pb and Zn even reach 3.16, 99.3, 84.1 and 147 mg/kg, respectively, in the soils of a wastewater irrigation zone. These contaminants pollute drinking water and food, and threaten human health. Some diseases resulting from pollution of geological and environmental origin, were observed with long-term and non-reversible effects. Conclusions. In China, the geological background level of heavy metal is low, but with the activity of humans, soil, water, air, and plants are polluted by heavy metals in some cases and even affect human health through the food chain. Recommendations and Outlook. To remediate and improve environmental quality is a long strategy for the polluted area to keep humans and animals healthy. Phytoremediation would be an effective technique to remediate the heavy metal pollutions.

Thermodynamics and kinetics analysis of in-situ synthesizing AlN

AIN powders were prepared by in-situ synthesis technique. It is a reaction of binary molten Al-Mg alloys with highly pure nitrogen. It was confirmed through thermodynamics calculation that Mg element in Al-Mg alloys can decrease oxygen content in the reacting system. Thus, nitridation reaction can be performed to form AIN. Moreover, an analysis of kinetics shows that the nitridation reaction of Al-Mg alloys can be accelerated and transferred rapidly with the increment of Mg content.

Energy band and acceptor binding energy of GaN and AlxGa1-xN

The hole effective-mass Hamiltonian for the semiconductors of wurtzite structure is established, and the effective-mass parameters of GaN and AlxGa1-xN are given. Besides the asymmetry in the z and x, y directions, the linear term of the momentum operator in the Hamiltonian is essential in determining the valence band structure, which is different from that of the zinc-blende structure. The binding energies of acceptor states are calculated by solving strictly the effective-mass equations. The binding energies of donor and acceptor for wurtzite GaN are 20 and 131, 97 meV, respectively, which are inconsistent with the recent experimental results. It is proposed that there are two kinds of acceptors in wurtzite GaN. One kind is the general acceptor such as C, substituting N, which satisfies the effective-mass theory, and the other includes Mg, Zn, Cd etc., the binding energy of which deviates from that given by the effective-mass theory. Experimentally, wurtzite GaN was grown by the MBE method, and the PL spectra were measured. Three main peaks are assigned to the DA transitions from the two kinds of acceptor. Some of the transitions were identified as coming from the cubic phase of GaN, which appears randomly within the predominantly hexagonal material. The binding energy of acceptor in ALN is about 239, 158 meV, that in AlxGa1-xN alloys (x approximate to 0.2) is 147, 111 meV, close to that in GaN. (C) 2000 Published by Elsevier Science S.A. All rights reserved.