微/纳米力学测试技术及其应用

    本书系统地介绍了微／纳米力学测试技术中最常用的压入和划入技术及其典型应用。全书共分13章。测试技术方面，内容涉及接触力学、测试原理、方法、校准、仪器、力学参量、影响因素。典型应用方面，内容涉及在表面工程、微机电系统、生物、高聚物和金属玻璃等领域内的微／纳米力学行为的测试。本书可供力学、材料、物理、电子、机械、生物和化学等领域的研究人员、工程技术人员以及大专院校相关专业的师生参考。

目录

前言

第1章 绪论

1.1硬度的定义和分类

1.2纳米压入和划入技术的发展

1.3纳米压入和划入技术的特点

参考文献

第2章 压入接触力学

2.1弹性接触

2.1.1 Soeddon解

2.1.2锥形压针

2.1.3球形压针

2.1.4圆柱压针

2.2弹塑性接触

2.2.1塑性发生

2.2.2完全塑性

2.2.3材料响应

参考文献

第3章 纳米压入测试原理

3.1压入硬度和模量

3.2连续刚度测量

3.3载荷一深度数据确定的材料参数

3.3.1马氏硬度

3.3.2压入蠕变

3.3.3压入松弛

3.3.4压入弹性功和塑性功

参考文献

第4章 纳米压入测试方法

4.1压针类型

4.1.1玻氏压针

4.1.2立方角压针

4.1.3维氏压针

4.1.4努氏压针

4.1.5圆锥压针

4.1.6球形压针

4.1.7圆柱压针

4.1.8楔形压针

4.1.9考虑因素

4.2测试环节

4.2.1样品准备

4.2.2环境控制

4.2.3间距选择

4.2.4表面探测

4.2.5驱动方式

4.2.6测试步骤

4.2.7测试报告

参考文献

第5章 纳米压入的确认和校准

5.1直接确认和校准

5.2间接校准

5.3测试和校准的实例

参考文献

第6章 纳米压入和划入的测量仪器

6.1仪器技术指标的定义

6.2美国Mrs公司

6.3美国Hysitmn公司

6.4瑞士CSM公司

6.5英国MML公司

6.6澳大利亚CSIRO公司

6.7测量仪器的发展趋势

参考文献

第7章 力学参量的测量

7.1压入方式

7.1.1硬度和模量

7.1.2断裂韧度

7.1.3蠕变和粘弹行为

7.1.4压入应力??应变曲线

7.1.5加卸载曲线涉及的

部分现象

7.2划人方式

7.2.1块体材料

7.2.2薄膜材料

7.2.3粗糙度

7.3弯曲方式

7.3.1微悬臂梁静载弯曲

7.3.2微桥静载弯曲

7.3.3微结构疲劳

7.4吸引方式

7.5声发射测试

7.6温度测试

参考文献.

第8章 影响纳米压入测试的因素

8.1测试仪器的影响

8.1.1压针缺陷

8.1.2测试方法

8.1.3接触零点的确定

8.1.4载荷和位移的分辨力

8.2样品的表面状态和性质

8.2.1表面吸湿

8.2.2表面粗糙度

8.2.3残余应力

8.2.4凹陷和凸起变形

8.3纳米压入和划入测试所面临的问题

参考文献

第9章 在表面工程中的应用

9.1金属材料表面激光强化的力学表征

9.2硬质膜的力学和摩擦学性能评估

9.2.1显微硬度测试

9.2.2纳米压人测试

9.2.3纳米划入测试

9.2.4膜材的影响

参考文献

第10章 在微机电系统中的应用

10.1薄膜测试

10.1.1典型薄膜材料的硬度和模量

10.1.2薄膜疲劳

10.1.3淀积工艺对二氧化硅薄膜力学性质的影响

10.2微结构弯曲

10.2.1微结构的静态弯曲

10.2.2微结构的动态弯曲

参考文献

第11章 在生物及其相关材料中的应用

11.1人工林杉木管胞细胞壁

11.2人体腰椎骨

11.3存储液对人体牙齿微力学性能的影响

参考文献

第12章 在高聚物中的应用

12.1PMMA单轴拉伸和弯曲力学行为

12.2划入测试的理论分析

12.3韧性行为的描述

12.4脆性行为的描述

12.4.1温度效应

12.4.2应变率效应

参考文献

第13章 在金属玻璃中的应用

13.1硬度和屈服应力的关系

13.2不连续的塑性变形

13.3压痕形貌和微结构变化

13.4应变率效应

13.5钕基金属玻璃的变形行为

参考文献

附录 常见问题的回答

1测试数量

2压入间距

3压入深度

4泊松比的选择

5典型材料的参数

6断裂韧度测试压针的选择

7纳米薄膜的测试

8典型材料的压入变形行为

9显微硬度和纳米压入硬度的关系

10压入影响区及其边界效应

10.1压入影响区的有限元模拟

10.2边界距离影响的有限元模拟

10.3压人间距影响的测试

参考文献

生物力学导论

在我国生物力学是门新兴学科，它既是医学和生物医学工程发展的需要，也是力学学科发展的必然生物力学以医学、生理学、生物学的学要为出发点和归宿，把力学的和生物学的方法有机地结合起来，去解决这些学科工程中所需解决的问题
本书详细介绍了这方面的有关知识和研究成果
附录与关键词: 生物力学 概论 生物力学

云南中西部地区晚第三纪孢粉植物群及其古植被和古气候研究

晚第三纪是云南地区环境演变过程中的关键地质历史时段，本论文以晚第三纪晚中新世（吕合）、晚上新世（羊邑和龙陵）地层中的孢粉为研究对象，结合同层位大化石植物证据，参照现代植被，恢复了云南三个化石出产地区的古植被垂直分布景观，并定性地描述了古气候;同时运用共存分析方法（The Co-existence Approach）定量化地重建了三个地区的古气候参数值;初步推测了沉积地可能的古海拔。 吕合晚中新世孢粉植物群含52个孢粉类型，隶属38科，其中25个类型鉴定到属级。植物群中被子植物占73.1%，裸子植物占11.5%，蕨类植物占15.4%。 吕合孢粉植物群的组成反映该地区在沉积时期植被具有垂直分带特征，沉积地附近分布有常绿阔叶林，包括壳斗科的青冈属、栲属、石栎属和漆树科等植物，以及多种亚热带和温带阔叶成分;林中混生少量针叶树（如松属和杉科等）;林内蕨类植物较少;距沉积地较远的海拔较高的地区分布由铁杉属、冷杉属、雪松属和云杉属组成的针阔混交林或针叶林。 吕合地区晚中新世的气候参数：年均温：13.3-20.9℃，最热月均温：22.5-27.5℃，最冷月均温：2.5-12.6℃，年较差：12.1-24.8℃，年降雨量：803.6-1254.7mm，最大月降雨量：179.4-281.9mm，最小月降雨量：10.2-18.5mm。 羊邑晚上新世孢粉植物群含52个孢粉类型，隶属32科，其中36个类型鉴定到属级。植物群中被子植物占61.5%，裸子植物占9.6%，蕨类植物占25.0%，藻类植物占3.9%。 羊邑孢粉植物群的组成反映在沉积时期该地区的植被具有明显垂直分带特征。湿性常绿阔叶林分布在沉积地附近，以壳斗科的石栎属、青冈属和栲属为主，混生漆树科、桃金娘科、蓼科、大戟科和金缕梅科的枫香属等植物，林内蕨类植物丰富;针阔叶混交林分布在距沉积地较远海拔较高的山地，主要包括松属，铁杉属，罗汉松属和一些阔叶植物类群;云杉林、冷杉林和铁杉林分布在更高海拔的地区。 根据植物群的组成推测羊邑沉积地的古海拔不高于2000m。 羊邑地区晚上新世的气候参数：年均温：13.3-20.9℃，最热月均温：22.5-27.5℃，最冷月均温：1.9-12.6℃，年较差：12.3-25.8℃，年降雨量：797.5-1254.7mm，最大月降雨量：172.4-249.6mm，最小月降雨量：7.2-12.7mm。 龙陵晚上新世孢粉植物群含86个孢粉类型，隶属61科，其中45个类型鉴定到属级。植物群中被子植物占69.0%，裸子植物占4.6%，蕨类植物占24.1%，藻类植物占2.3%。 龙陵孢粉植物群反映当时沉积地区的植被具有明显垂直分带特征。沉积地附近分布有湿润常绿阔叶林，以壳斗科的青冈属、栲属和石栎属为主，混生杜鹃花科、藤黄科、漆树科和无患子科等植物，林内蕨类植物丰富;在距沉积地较远的高海拔的山地上分布有针阔混交林和针叶林，以松属、云杉属、冷杉属和铁杉属植物为主。 龙陵地区晚上新世的气候参数：年均温 18.6-22.1℃，最热月均温：22.8-27.5℃，最冷月均温：9.7-15.1℃，年较差：12.3-18.1℃，年降雨量：815.8-1254.7mm，最大月降雨量：172.4-249.6mm，最小月降雨量：9.8-11.3mm。 综合吕合、羊邑和龙陵孢粉植物群新研究资料和云南地区已有的第三纪孢粉学资料，云南地区晚第三纪时期孢粉植物群组成相对稳定，均已经反映常绿阔叶林、针阔混交林或针叶林垂直分布的植被景观，具有湿润的山地亚热带气候特点。与我国北方晚第三纪孢粉植物群相比，在对全球气候变化的响应上，云南地区晚第三纪孢粉植物群的变化不如北方显著;与我国南方其它地区晚第三纪孢粉植物群相比，虽然在对全球气候变化的响应均表现出不明显，但云南地区在植物区系组成上更为丰富。

冬小麦春化过程中蛋白质、氨基酸的代谢变化

本实验以北京冬小麦“农大139”、春小麦“中80-22”为材料，研究了不同时间低温处理对其蛋白质、氨基酸代谢及随后生长发育的影响。主要实验结果如下： 1. 冬小麦“农大139”只有经40天以上的春化处理之后才能迅速而整齐地抽穗，但经14-21天低温处理之后，已经具有在夏季抽穗的可能，虽然抽穗延迟且极不整齐，所以在整个春化处理过程中低温对发育的作用可分为两种不同的性质，前期低温是诱发生理状态的转变，后期低温则只具有加速作用。表明春化过程中有两个性质不同的过程存在，这两个过程的转变时期是在春化的中期。 2. 蛋白质合成抑制剂乙基硫氨酸和对--氟苯丙氨酸能抑制冬小麦的春化，抑制时期也是在春化过程的中期。 3. 不同时间的低温处理后冬小麦幼芽中可溶性蛋白质含量及组成发生变化，春化过程中期（低温处理14天之后）不仅含量比对照增加了一倍，而且有新的蛋白质谱带出现，21KD的新带在春化7天后开始出现;51KD和17KD的新带在春化14天后开始出现;21KD和17KD的新带其相对含量随着低温处理时间的延长而增加。春麦中无类似现象出现，未经低温处理的对照与冬麦经35天春化处理的蛋白质谱带相似。 4. 春化处理35天后紧接着给予35 ℃高温脱春化处理5天，其电泳谱带与未经低温处理的对照相同，植株亦不能拔节、抽穗;春化处理56天后再进行脱春化处理，其电泳谱带更接近于低温处理35天的幼芽，植株亦可正常抽穗。说明春化过程中新出现的蛋白质带的有无是决定播种后植株能否抽穗的关键。 5. 低温下两种小麦中游离氨基酸含量都随低温处理时间而增加，但冬麦的高峰是春化过程的中期，而春麦呈直线上升。冬麦的这种变化趋势可能是为同期蛋白质的大量合成准备原料。 6. 醇不溶性蛋白质的结合氨基酸含量变化趋势与可溶性蛋白质含量的变化一致;春中随着低温处理时间的延长含量逐渐减少;冬麦中则有所增加，高峰在春化过程的中期。说明春化过程中期是冬小麦中与发育有关的蛋白质合成的关键时期。

羊草生殖生物学研究

羊草 (Leymus chinensis (Trin.) Tzvel. ) ，隶属禾本科赖草属，是欧亚大陆草原区东部的重要草原建群种之一。羊草是牧草之王，属于我国有比较优势的战略性生物资源，对我国北方畜牧业发展以及保护生态环境均具有重要作用。 羊草较弱的有性生殖特性限制了其应用，本文从实验生物学角度，研究了羊草有性生殖的基本特点，并试图通过现代分子生物学手段探讨自交不亲和性的有关机理。本论文的主要结果如下： 1. 实验发现羊草具有自交不亲和性。以6 个羊草居群为材料，测定得知开放授粉时的结实率在6.5% - 56.7%之间，自交时结实率为0.6% - 4.3%，差异极其显著; FDA 染色法检测结果显示羊草成熟花药中有活性的花粉达到92.2% 以上;在发育时间顺序和空间结构上，羊草雌蕊、雄蕊适于异花和自花授粉;花粉柱头亲和性实验表明，自交花粉只有5.5%-11.7% 是亲和的，杂交花粉亲和率达到了60.0%-84.8%，说明自交花粉在柱头上萌发受到抑制，其次，荧光显微镜还观察到“不亲和花粉”在进入柱头后生长缓慢，或停止延伸。 2. 初步确定羊草自交不亲和性具有配子体型遗传特点。以不同居群羊草杂交后的姊妹系作为实验材料，观察到自交组合的亲和率变幅为0 % - 6.9 %，杂交组合的亲和率具有连续性变异和变幅较宽的特点（47.5％ - 96.0 %），且正反交结果具有一定的一致性（88.2％），表现出配子体遗传特性。 3. 羊草居群内结实率存在一定变异。以羊草单株为单位分别进行自交、随机互交和开放授粉，结果显示三者的平均结实率分别为4.6%，18.1% 和35.7%，株间的变异系数分别为33.4%，21.2%和17.1%，这些株间的变异均达到统计上的显著差异;同时羊草自交、杂交和开放授粉之间具有一定的相关性，显示羊草的这种株间差异与株系本身的生理特性相关。 4. 分离了羊草硫氧化还原蛋白 H 基因(ThioLc)并对其功能进行了分析。克隆了ThioLc全长和cDNA序列。序列分析结果显示，DNA全长2257 bp，包括3 个内含子和4 个外显子，与水稻Thio h 的cDNA 序列相比，具有 32.0% 的同源性;Southern 杂交显示 ThioLc 在羊草基因组中是单拷贝;Northern 杂交显示 ThioLc 在羊草根、茎、叶和幼小的雌蕊中没有表达, 在成熟雌蕊和幼小的花粉中微量表达, 在成熟花粉中大量表达，说明分离的羊草硫氧化还原蛋白H 基因具有花粉特异表达特点。 5. 原核表达的ThioLc 蛋白具有较高的催化活性。构建了ThioLc 基因的原核表达载体，检测证明ThioLc基因在大肠杆菌中正常表达;提取表达蛋白，纯化，用胰岛素和二硫苏糖醇反应体系进行硫氧化还原蛋白的催化作用反应，结果表明表达的蛋白具有催化活性。这一结果为进一步搜寻靶向蛋白和研究该蛋白的结构、功能和作用方式奠定了基础。

北京地区植被景观的空间分布特征

本文利用地理信息系统(GIS)技术、景观生态学理论和方法、分形理论以及统计分析方法对北京地区植被景观的空间分布特征进行了分析，并对景观格局和景观多样性的分析方法进行了探讨，结果表明： (1)对几乎所有的斑块类型，其斑块大小的分布都不是对称的，而是右偏的。4种概率分布（Г—分布、对数正态分布、Weibull分布和（负）指数分布）都只能刻划部分斑块类型，并且服从对数正态分布的斑块类型最多，服从（负）指数分布的斑块类型最少。 (2)随着斑块面积的增加，边界效应越来越小，而斑块形状越来越不紧凑。 (3)分形分析识别出本地区植被景观中的两个尺度域：一个是斑块面积小于(大约)2.7km2，另一个是斑块面积大于(大约)2.7km2。两个域中的斑块复杂程度有很大差异，后一个域中的斑块明显比前一个域中的斑块复杂，并且随着斑块面积的增加，斑块形状越来越复杂。 (4)用斑块数作为多度指标时，该景观的斑块类型一多度分布服从（截断）对数正态分布和（截断）负二项分布，不服从对数级数分布和几何分布。用斑块面积作为多度指标时，该景观的斑块类型一多度分布服从对数正态分布、Weibull分布和Г—争布，不服从正态分布。从而该景观的斑块类型一多度分布不是对称的，也是右偏的。在4个优势度／多样性模型中，“生态位优先占领”模型和Zipf-Mandelbrot模型可以较好地刻划该景观的斑块类型一多度关系。 (5)样本大小对多样性测度有直接的影响。如果这种影响比较小，就说明测度指标比较稳定。三个丰富度指数中，Ri比R2和R3更稳定;五个多样性性指数中，D和Di最稳定，OD最不稳定，因此，OD是用于景观多样性监测的理想指标;五个均匀度指数中，Jgi最稳定。根据设计的3种计算临界样方数量（即多样性测度指标达到稳定时的样方数量）方法的计算结果，上述几个最稳定的测度指标在通常情况下只需要几个样方(即总抽样面积为数百km2)就达到稳定状态。 (6)斑块类型数目随面积的增加而增加。根据四个评价指标的评价结果，认为双曲线对该景观的斑块类型一面积关系的拟合效果最好。 (7)样本较大（对于一阶刀切估计，大于30个样方;对于二阶刀切估计，大于60个样方）时，刀切法能够给出斑块类型数目(NPT)较好的估计;样本较小（小于30个样方）时，Mingoti和Meeden提出的经验贝叶斯方法能够对NPT给出比刀切法和自助法更好的估计。斑块类型一面积曲线外推虽然也能给出NPT较好的估计，但这种方法需要慎重使用，不能外推得很远。 (8)列联表分析表明，该植被景观中的斑块类型与土壤类型、岩石类型、海拔高度和坡向各因子之间均存在显著的相关性。植被景观多样性与岩石类型多样性和地形多样性之间也均呈显著的正相关关系，即植被景观多样性随岩石类型多样性和地形多样性的增加而增加。但植被景观多样性与土壤类型多样性之间不存在显著的线性相关或秩相关关系，这可能是由于二者的分类体系不吻合。植被景观多样性与总的道路密度和第二类道路密度之间均呈显著的负相关关系，而与第一类和第三类道路密度之间的关系都不显著。这反映出景观样本单元(10kmxlOkm)的尺度对应于第二类道路的影响尺度。而道路密度在一定程度上反映了人类活动的强度，因此，在10kmxlOkm这个尺度上，人类活动愈剧烈，景观多样性就愈小。

东灵山地区辽东栎种群生物学研究

辽东栎是我国暖温带落叶阔叶林主要优势种之一。它具有很强的萌蘖能力，在东灵山地区存在于多种林分中，并成为辽东栎林和落叶阔叶混交林的优势种。本文以植物种群构件理论为基础，对辽东栎的种子、幼苗、幼树和成体四个阶段不同侧面进行了调查统计和试验分析。初步得出如下结果： 1. 种子库统计表明：（1）种子雨持续时间短、强度大，种子散落总密度为123个m~2。（2）土壤种子库存在时间约100天左右，种子密度最高时为42.7个／m~2。（3）土壤种子库输出途径主要有死亡后腐烂、发芽、动物当场取食和搬运，其中动物搬运是影响种子库动态的最重要因子。（4）动物搬运和取食是影响种子命运的主要因素，如果没有该因素的影响，辽东栎能够完成从种子到幼苗的过程;（5）被啮齿动物贮藏的种子大多被取食，极少存活;（6）地表覆盖物能减少动物搬运、取食的影响，但对成苗效果不明显。 2. 干旱处理和模拟去叶试验的结果表明：（1）干旱将显著降低单叶面积、叶面积比和叶比重，从而也显著降低了单株生物量，但根比重却较对照组有显著上升;（2）去叶显著提高了单株叶数、叶面积比和叶比重，尽管单株生物量只稍高于对照组。这说明了辽东栎幼苗在去叶后具有一定的补偿能力。 3. 芽的命运调查发现：（1）辽东栎的芽或保持休眠状态，或死亡后脱落，或分化为营养枝、雄花枝、雄花序、雌花枝和两花枝等;（2）不同生境中芽的命运不同，生活在林窗中的幼树上的芽分化为具有生殖功能的枝条的比例高于郁闭林中的幼树，而与成熟个体接近;（3）同一个体内部，上层芽分化为生殖枝的比例明显大于中、下层;（4）芽的命运与枝长关系密切，长枝上的芽分化为生殖枝的可能性较大;（5）结实枝的平均枝长、枝上平均叶数都明显高于非结实枝。 4. 构型分析表明：（1）不同发育阶段的辽东栎个体的分枝格局不同：幼苗阶段，高生长显著，枝条伸长较快，但分枝率低;幼树阶段，分枝率显著小于成株阶段;但上层枝条的平均枝节倾角大于其它两阶段，上层枝条的长度也大于成株阶段;成株阶段，冠幅迅速扩展，分枝率较前两时期显著增加，同时顶端优势减弱，引起休眠芽萌生苗的发生。（2）不同生境的辽东栎个体分枝格局也有较大差异：混交林中的辽栎个体多生活在林隙中，同灌丛中的个体相比，枝冠窄小，枝倾角较大，第一枝级枝条（上层）较长，但分枝率较小叶面积指数较低;枝、叶的方位角，叶倾角（上层）在不同生境中未发生显著变化。 5. 叶群体统计表明：（1）不同个体，同一个体内部不同层次，叶数量动态趋势都基本一致。现叶期和叶落半衰期很短，现叶方式为爆发型;（2）不同个体间叶期差异很大，暗示在辽东栎种群内部或许存在有强烈的遗传分化。 6. 对叶的生长和光合作用测定发现：（1）辽东栎叶的长度、面积和干重的增加有共同趋势：即在叶生长早期增加很快，其后渐渐降低，叶长度、面积约在六月初达极大值，叶干重稍后达极大值;（2）净光合速率在整个生生季里随叶的生长发育是先上升，至七月中旬达极大值，然后逐渐下降;而暗呼吸速率除在落叶前有微弱上升外，一直都处在下降状态;（3）叶的净光合速率日进程具“午休”现象，可能由高温和强光照引起;（4）叶的形成初期，碳的输入较高，展叶后约十天左右，输入输出达到平衡;碳输出在七月中旬达极大值，随后下降。可见：（5）叶的光合能力与叶的生长发育状况有密切关系。 7. 对叶养分季节动态的测定表明：（1）N、P、K、Ca、Mg、Fe等6种元素的浓度和贮量在叶的生活史中都发生了明显的季节变化，其中N、P、K等3种元素的浓度在展叶初期下降很快，随后逐渐下降的，但贮量是在7月下旬达到最大值;（2）Ca浓度和贮量整个生长季中一直保持上升趋势，Mg的季节变化无一定规律;（3）N、P、K、Mg都有一定程度的回收，其中N、P的回收率分别为67％和，Ca、Fe在叶中有所积累。 对栎属植物养分动态的比较分析表明：（1）落叶植物成熟叶中的N浓度显著高于常绿植物，但N、P的回收率与成熟叶中的浓度无明显相关性;（2）栎属植物的成熟叶和落叶中的N、P浓度间呈显著相关。

毛乌素沙地土地利用/土地覆被变化研究

毛乌素沙地是我国十二大沙漠之一，地处北方干旱半干旱区向亚湿润区过渡地带，长期以来，不合理的人类土地利用，结合当地脆弱的环境生态特征，引起了严重的现代荒漠化过程，是我国北方荒漠化研究的重点地区。本文着重从自然和人文学科密切合作的角度，对毛乌素沙地土地利用／土地覆被变化的内在作用机制进行了研究，得到以下主要结论： 1. 利用多年实地观测数据资料，考察了毛乌素沙地四种主要草地类型代表性植物群落地上生物量响应气候因子波动的变化规律，建立了植物地上生物量对气候因子的逐月回归模型，揭示出如下规律：①各种气候因子对不同类型草地以及同一类型不同生长阶段草地都产生不同的影响作用;②同一气候因子在植物不同生长阶段上，对生物量形成的重要性程度存在差异：③在植物生长期内，每个生长阶段的生物量都对后一时期的生物量产生显著影响，说明植物生长的连续性对于生物量的形成和积累是重要的;④在植物的凋枯期，各种气候因子基本上都不对生物量产生显著影响;⑤水分因子对毛乌素沙地几乎各种类型草地的生物量，都是重要的影响因子，毛乌素沙地降水状况在不同年份的显著波动对草地植物地上生物量的影响，不仅直接构成了土地覆被变化的重要组成部分，而且还影响到土地利用的方式、方法和后果。 2. 在考察毛乌素沙地草地地上生物量对气候因子变化的响应规律中，利用逐月动态回归建模方法改进了传统的累积气候因子回归建模方法。逐月回归模型与累积回归模型的比较显示，逐月动态回归模型的优势表现在三个方面：①可以提供累积回归模型无法揭示的作用规律;②模拟更加精确;③可以预测不同气候条件下群落地上生物量的变化范围。 3. 利用风速、降水和潜在蒸发等气象记录资料，建立了毛乌素沙地气候因子影响沙尘暴频率的作用模型，定量地考察了沙地各处气候因子对沙尘暴频率的影响作用。研究表明，气候因素是导致毛乌素沙地沙尘暴发生的主导原因，在沙地各处，气候因子可以解释沙尘暴频率分布格局总信息的比率分别为：乌审召83.6%，乌审旗77.5%，河南82.4%，鄂托克旗79.8%，新街73.1%，伊金霍洛旗82%。 4. 在定量考察气候因素对沙尘暴频率影响作用的基础上，对影响沙尘暴频率格局的自然和人为因素进行了定量分离，研究表明：人为影响因素对对沙尘暴发生起次要作用，解释沙尘暴频率分布格局信息的比率分别为：乌审召16.4%，乌审旗22.5%，河南17.6%，鄂托克旗20.2%，新街26.9%，伊金霍洛旗18%。 自然和人为因素影响作用的定量分离研究表明，毛乌素沙地人为因素的影响作用表现出空间上的差异性：①从方位上说，呈现自东向中、西部递减的梯度：②从地点上说，城镇附近人为影响作用远高于农村地区;③从土地利用方式上说，农垦种植业区域高于畜牧业区域。 5. 在实地观测基础上，建立了裸露沙面和植被覆盖沙面风蚀输沙率模型，定量考察了植被覆盖率与风蚀输沙率之间的关系。研究表明：当植被覆盖率达到60%以上，可以保护地表土壤使风蚀在大多数条件下不致发生;当覆盖率达到40%，可以使风蚀输沙大为减少;而当植被覆盖率低于10%，植被覆盖基本不能对地表土壤起到有效的防护作用。 6. 应用植被覆盖地表风蚀输沙率模型，考察了沙地不同风速条件下植被有效覆盖率。根据当地气象台站的多年气象记录，沙地最大风速在20m/s左右，这样的风速条件下，保证风蚀不致发生的植被有效覆盖率为65%左右;在沙地常见的大风风速14-16m/s下，植被有效覆盖率大致为50-55%;对于沙地一般的中等风速l0-12m/s．植被有效覆盖率为40%。植被覆盖对风蚀的影响作用也可以理解为，植被覆盖使沙粒起动风速发生了增大效应，研究表明：与裸露沙面沙粒起动风速4.5m/s对照，70%植被覆盖率使起动风速改变为15.4m/s;60%植被覆盖率使起动风速改变为12.1m/s;40%植被覆盖率使起动风速改变为8.Om/s;而在10%植被覆盖条件下，起动风速为5.Om/s，改变量很小，说明植被覆盖的保护作用极其有限。 7. 基于野外实地观测，比较了沙地五种常见植物种和二种人工防护材料防风效应上的差异。研究表明，防风效应由高到低的次序是，沙蒿>芨芨草>杨柴和牛心朴子>沙障>栅栏>旱柳;就乔、灌、草和人工材料而言，防风效应的次序是，灌木植被>草本植被>人工材料>乔木植被。植物和人工防护材料降低风速的比率与风速呈现二次函数关系，不同植物种或人工材料，降低风速比率都表现出不同的规律，在一般情况下，降低风速效应随着风速的增大而降低。 8. 通过不同植物种防风效应的比较研究，对毛乌素沙地植被生态建设的实践有一定的指导意义。毛乌素沙地的植被建设中对植被类型和植物种类的选择，应该遵循如下原则：①选取防风固沙效应好的植物种类;②应该考虑植物水分供给与需求的平衡状况，实行适地适树;③植物防护效应应该与当地风蚀气候在时间上较好地匹配，在春季等风蚀严重季节，植被覆盖应该具有较好的防风效应。 9. 在现实中，各种影响风蚀的因素是同时发挥作用的。将风蚀影响因素分解为风速、湿润度和植被覆盖率（以及植被类型）三个方面，在此基础上，建立了风蚀影响因素的综合作用的概念模型和沙丘活动性指数定量模型。湿润程度低、风速高、植被覆盖率低的地区，是风蚀最为严重的地区;在湿润程度高、风速低、植被覆盖率高的地区，是风蚀最弱的地区;在其他地区，风蚀状况根据三个方面因素的综合状况来决定。 10. 利用风蚀影响因子综合作用的沙丘活动性指数模型，从空间、时间、植被类型变化角度，考察了毛乌素沙地的风蚀变化状况。得到如下结论：①随着空间变化，风速、降水等气候因素也随之存在差异，导致沙丘活动性指数的变化规律是，西北部鄂托克旗沙丘活动性最高，乌审旗次之，其他几个站差别不太显著，这是由各地降水、气温、沙粒粒径等因素共同决定;②随着时间的变化，气候、植被生长等方面的状况随之发生改变，导致沙丘活动性发生变化，春季最高，冬季次之，夏秋季最低：③随着沙丘植被覆盖类型的变化，沙丘活动性也发生显著变化，在一般情况下，乔木覆盖沙丘活动性>草本植物覆盖沙丘>灌木覆盖沙丘。 11. 在实地调查土地利用现实状况及其社会、经济和政策影响因素的基础上，建立了我国北方干旱半干旱区土地利用决策机制的概念模型，分析了与土地利用密切相关的农牧民一政府一环境科学家这三个社会群体对土地利用的立场和影响作用力上的差异，分析了毛乌素沙地土地利用的现状及其影响因素，探讨了现实中不可持续土地利用行为发生的社会、经济和政策原因。 12. 在实地调查基础上，分别利用产出一费用分析法和过程影响因素分析法，建立了毛乌素沙地土地利用经济收益的定量模型。产出一分析研究表明，无论是农垦种植业，还是草地畜牧业，农牧民从这两种土地利用方式都只能获得较低下的经济收益。造成这种状况的原因，主要在于两个方面：一是低下且不断处于波动之中的农牧业产品物价，二是沉重的农牧业税收。 13. 将影响农牧业产出的因素，划分为四个方面：土地面积（牲畜头数）、环境状况、管理水平和利用强度，在此基础上建立了定量的影响作用模型。研究表明：环境状况指数每增加0.1，农牧业经济收益增加26%;管理水平因子每提高0.1，农牧业经济收益增加12.7%;农牧业经济收益最优的土地利用强度在0.4左右，在此之前，随着利用强度的增加，经济收益随之增大，而在此之后，随着利用强度的增大，经济收益逐渐降低，当土地利用强度达到0.9左右时，呈现负的经济收益。 14. 毛乌素沙地实施土地资源可持续利用，必须从技术的革新和社会经济政策等因素的调整两条途径同时入手，二者缺一不可。通过改进和应用节水灌溉、风能光能利用、生物增产技术，尽可能地提高各种资源的利用效率;通过应用免耕或浅耕技术，尽量减轻土地利用对资源和环境的破坏;通过栽培、速生技术，提高植被建设的成效和速度。而通过税收、物价政策的调整，尽可能地提高农牧民经济收益增长的速度，减轻土地利用压力;通过政府与人民之间对话和合作机制的建立，让广大农牧民参与到土地利用的决策和管理的过程中去;通过土地利用管理政策、措施的调整和完善，调动农牧民保护资源的积极性和自觉性;通过激励机制的建立，引导农牧民土地利用向着可持续的方向发展。 15. 实现毛乌素沙地土地资源可持续利用的有效途径，在于这样几个方面：①建立和完善政府及其管理部门与人民之间有效的对话和合作机制，让广大农牧民参与到土地利用决策和管理的过程中去：②实行产业结构调整，转变片面追求经济增长的做法，制订适应当地自然条件和生态特征的发展模式;③降低农牧业税收、稳定并提高农牧业产品的物价，增加农牧民经济收入，减轻土地利用压力;④进一步改进和完善土地利用管理政策和法规;⑤建立有效激励机制，引导农牧民土地利用向着可持续的方向发展：⑥努力改进节水灌溉技术、生物增产技术，提高土地利用的科技水平：⑦改进环境保护和植被建设决策的科学性，提高植被建设的成效。

内蒙古温带典型草原土壤净氮 矿化作用

作为陆地植物生长和生态系统初级生产力的主要限制因子之一，土壤氮素矿化和可利用性对全球变化的响应决定着未来陆地生态系统的碳储量并对全球碳循环产生长远的深刻影响。众所周知，土壤中大部分氮以有机态存在，有机态氮必须经过转化成为无机态氮才能被植物吸收利用。土壤氮素矿化是将有机态氮转化为无机态氮的生物化学过程，决定着土壤中氮素的可利用性。理解氮素在草原生态系统中的转化（包括矿化，硝化作用）过程，有助于我们充分认识草地退化机理，为草地恢复和重建提供理论依据。在中国科学院内蒙古草原生态系统定位站的典型羊草草原区，选取了1979年围封（没有割草和放牧利用）、1999年围封（没有割草和放牧利用）和长期自由放牧三种不同土地利用方式的羊草草地，分别代表人为干扰强度从小到大的梯度，利用室内和野外原状土培育实验两种方法，研究了人为干扰强度和环境因子（温度和水分）对土壤无机氮转化的影响。 室内实验：设置不同的温度梯度和水分梯度，在不同的时间段内在室内对原状土柱进行培养，观察这些因子对土壤净氮矿化的影响。结果表明：（1）土壤无机氮库（NH4+-N和NO3−-N）在不同土地利用变化情况下具有显著差异。但是，经过室内培养，净氮矿化速率和硝化速率之间差异不显著，只有铵化速率表现出显著差异。（2）温度对铵化、硝化和矿化速率有显著影响。但是当培养温度低于5℃时，无论培养时间多长净氮矿化的累积和净氮矿化速率之间差异皆不显著。温度高于15℃的三个温度之间净氮矿化的累积和净氮矿化速率差异极显著。（3）土壤湿度对净硝化和净矿化速率有显著影响，但是对铵化速率没有显著影响，表明当土壤水分限制硝化细菌的活性时，硝化速率对于水分的增加显得更加敏感。（4）培养时间对铵化、硝化和矿化量的积累有极显著影响。随着培养时间的延长铵态氮积累的量较少，但是硝态氮的量随着培养时间延长积累的量很多。（5）我们的研究表明温度、湿度和培养时间之间对净氮矿化的影响存在极显著的互作效应。 野外试验：在三种不同土地利用历史的草地，利用顶盖埋管原位培育法测定土壤的无机氮库、净硝化、铵化和净氮矿化的季节动态。2004年5月开始，每隔30天一次，到11月结束。结果表明：（1）三种不同土地利用方式的草地生态系统土壤中的NO3－-N和NH4+-N含量都表现出明显的季节变化趋势，自由放牧样地与围封25年样地季节趋势基本一致，围封5年样地各月间NO3－-N和NH4+-N含量的差异都达到显著水平。（2）三种不同土地利用方式的草地无机氮的季节动态两两比较发现，NO3－-N浓度在6、7和9月差异极显著;而在8月三个样地之间差异不显著;NH4+-N浓度在5月、7月和8月三个样地之间都达到显著水平，在6月、9月和10月情况有所不同，6月自由放牧地与围封25年间差异不显著，而这两个样地与围封5年的样地差异达显著水平，9月围封25年和围封5年两个样地之间差异不显著，而与自由放牧样地之间差异显著;10月情况又有变化，是自由放牧样地与围封5年的样地之间差异不显著，与围封25年样地之间差异达显著水平;（3）土壤无机氮库和氮素的矿化/硝化速率都存在明显且比较一致的季节动态，但是在个别月份也有较大差异，总的趋势是围封25年的样地硝化速率高于围封5年和自由放牧样地。上述结果表明：在温带典型草原，土地利用方式对土壤氮素库和矿化有着重要影响;各样地之间土壤氮素库和矿化速率的差异可能是由于土壤温度、水分、无机氮库和土壤基质的改变而引起的。

放牧与围栏羊草草原土壤呼吸作用研究

基于静态箱式法，在内蒙古典型羊草草原围栏与自由放牧样地对土壤呼吸作用及其影响因子进行连续两年野外对比观测。结果表明，围栏内外土壤呼吸作用的日、季动态差异不大，日动态呈单峰型曲线，高峰值一般出现在午间11：0014：00，最低值出现在凌晨1：003：00。从整个生长季节来看，土壤呼吸作用的最大值出现在6月中旬到7月底，随后逐渐降低。整个观测期间围栏与放牧样地土壤呼吸作用平均值分别是219.18 mg CO2•m-2•h-1和111.27 mg CO2•m-2•h-1，围栏样地土壤呼吸作用明显高于放牧样地，可能与土壤含水量改善和生物量增加有关。对影响土壤呼吸作用的因子分析表明，放牧使土壤含水量和相对湿度明显降低，而对气温、大气CO2浓度和光合有效辐射的影响并不大，且放牧使羊草净光合速率的影响明显增加，而对气孔导度和胞间CO2浓度影响不大。围栏样地土壤呼吸作用与各影响因子的相关性从大到小依次为土壤含水量、净光合速率、气温、相对湿度、大气CO2浓度、胞间CO2浓度、气孔导度和光合有效辐射，其中土壤含水量和气温是影响土壤呼吸作用的主要环境因子，净光合速率是主要的生物因子。尽管放牧改变了土壤呼吸速率，但土壤呼吸作用各影响因子的排列顺序基本上没有改变,只是发生了量的变化。选择目前常用的土壤呼吸作用水热因子模型，在放牧与围栏羊草草原分别进行了验证和评估。在低温低湿条件下，土壤呼吸作用主要受温度调控，然而，随着温度升高和水分增加，温度单因子模型不能模拟水分对土壤呼吸作用的激发作用。在干旱半干旱的典型草原区，土壤呼吸作用主要受土壤含水量影响，而如果把温度的调控作用考虑进去能进一步提高模型的预测能力。在围栏样地，水热双因子线性模型的相关系数高于其它模型，可以解释土壤呼吸作用82%以上的变化情况，而对于放牧样地来说，指数模型、指数-乘幂模型和指数-Arrhenius方程的相关系数(R2=0.87-0.88)高于线性模型(R2=0.73-0.79)。 在温室实验中，通过模拟典型草原优势植物种羊草不同密度对土壤呼吸作用的影响，采用根系生物量梯度外推法对羊草种群根呼吸作用与微生物呼吸作用进行了区分。结果表明，羊草根系呼吸速率在生长初期最大, 达到33.5 mg CO2•gDW-1•h-1, 随着植物生长逐渐降低而趋于稳定, 在1.1~2.0 mg CO2•gDW-1•h-1之间变动。整个生长季节根呼吸作用占土壤呼吸总量比例从9.7%逐渐上升到52.9%，平均值为36.8%。尽管随着生长根呼吸速率逐渐降低, 但根系生物量的增加却使根呼吸作用所占比例不断升高。

The association of the Arabidopsis actin-related protein (ARP) 2/3 complex with cell membranes is linked to its assembly status but not its activation

国科图

Przewalskin A: A new C-23 terpenoid with a 6/6/7 carbon ring skeleton from Salvia przewalskii maxim

Przewalskin A (1), a novel C-23 terpenoid with a 6/6/7 carbon ring skeleton, was isolated from Salvia przewalskii. Its structure was determined by comprehensive 1D NMR, 2D NMR, and MS spectroscopic analysis and subsequently confirmed by a single-crystal X