DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 4. 讨论与结论 武慧平等 [ 5 ] 的研究表明不同浓度的硫酸处理射干完整种子，射干种子的发芽率存在较明显差异，且随着硫酸浓度的增加，射干种子发芽率的趋势呈现出先增后减；98%的硫酸处理射干种子的发芽率为0；93%的硫酸处理射干种子的发芽率为14.7%；88%的硫酸处理效果最好，发芽率为30%；83%的硫酸处理射干种子的发芽率为22%，78%的硫酸处理射干种子的发芽率为12.7%。因为武慧平等人的试验没有用不同浓度硫酸处理去种皮的射干种子，因此无法做出比较。 据陈炜等 [ 6 ] 人的研究发现，层积处理的时间不同对射干种子的发芽率也有影响，在层积处理天数为28 d时，发芽率最好，达到76%，为CK组的2.8倍；而且也得出最佳的层积处理时间在21 d~28 d的范围内，射干种子的发芽率能够达到72%~76%的结论。但是陈炜等人的处理也只是针对射干的完整种子，未做射干去种皮种子在层积处理下发芽率的实验。 本研究是对射干种子解除休眠方法的研究，可以分析出射干在完整种子和去种皮种子的状态下，在不同处理下种子的发芽率；且经适当浓度的吲哚乙酸、赤霉素、高温处理3种处理方法均可以促进射干种子的萌发。除此之外，因为射干种子在处理的过程中会受到一些环境的影响，所以在避免一些环境影响因素的条件下，可以分析如何才能更好的提高种子的发芽率。 试验中，去种皮种子的发芽率普遍高于完整种子，证明了贾和田 [ 2 ] 的研究，种皮对于射干种子的发芽具有阻碍作用。去种皮种子在高温条件下发芽率最好，能够达到55%，而且在浓度为400 mg/L、500 mg/L的吲哚乙酸处理下，种子的发芽率也能够达到45%。不同浓度赤霉素对去种皮的射干种子的发芽率没有明显差异，但是不同浓度的吲哚乙酸对去种皮的射干种子的发芽率具有较明显差异。整体来说，吲哚乙酸处理射干种子对发芽率的影响比用赤霉素处理射干种子的影响大。对于完整种子来说，用赤霉素处理射干种子的发芽率和用吲哚乙酸处理种子的发芽率没有太大差别；但是赤霉素的不同浓度对射干种子发芽率具有较明显差异，而吲哚乙酸的不同浓度对射干种子的发芽率没有明显差异。
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user: 摘 要 本文利用超高真空扫描隧道显微镜，研究了Ag和Sn两种金属在Si(111)衬底的不同重构表面上的初期生长和结构演变过程。通过观察低覆盖度下Ag和Sn在7 × 7表面上的吸附成核，探索有序团簇阵列的制备条件。进一步比较两种金属在各自与硅形成的 3 × 3 重构表面上的生长行为差异，并根据其生长特性提出一种在 3 × 3 -Sn表面制备单原子层厚Sn覆盖层的方法。 关键词 :Si(111)，银，锡，成核，扫描隧道显微镜 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 硅基金属材料体系由于在电子器件等领域中的广泛应用，一直是备受关注的重要研究课题。随着器件集成程度和性能要求的不断提高，人们希望通过外延生长的方式，在硅基底上制备高质量的金属低维结构，有效控制材料表面和界面的结构特性，优化和拓展其在微纳电子器件、光电子器件以及纳米催化等方面的应用。硅表面有多种重构相，其中Si(111)-7 × 7重构表面结构稳定，是研究常用的衬底之一 [ 1 ]。利用7 × 7表面原胞作为模板，通过生长过程的精确控制，可以构造出严格周期性的金属全同量子点 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] ，或制备具有陡峭界面的单晶相金属薄膜 [ 7 ]。进一步改变生长条件或衬底表面结构，可以调控金属的吸附行为和生长动力学过程，从而获得新的硅基金属低维结构。例如，在Ga修饰的Si(111)- 3 × 3 重构表面上，Ag会表现出准二维的生长模式，形成双原子层厚的纳米碟片阵列，并且其中存在着随尺寸变化的局域等离子体共振效应 [ 8 ]。由于钝化了硅表面上的悬挂键， 3 × 3 -Ga也为Ga后续的有序生长提供了一个良好的衬底条件 [ 9 ]。而Al在 -Al重构表面上可以通过Si顶戴原子的辅助，形成单原子层厚的Al薄膜 [ 10 ]。为了考察衬底结构和温度等条件对金属成核生长的影响，我们采用超高真空外延生长方法在硅基底上进行金属沉积，利用扫描隧道显微镜(Scanning Tunneling Microscope， STM)从原子尺度上观察Ag和Sn的初期生长和结构演变过程，对比其在不同硅基重构表面上的吸附选择和生长行为。
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user: 2. 实验方法 本文实验是在Omicron超高真空分子束外延与扫描探针显微镜联合系统中进行的，系统的本底真空为3 × 10 −10 mbar。我们选择Si(111)单晶片(MTI B-doped)作为衬底，化学清洗之后将其传入超高真空系统，采用直流加热的方式在400℃条件下对样品除气，随后加热到1200℃左右进行闪样处理，反复数次得到干净有序的Si(111)-7 × 7表面。高纯度的Ag和Sn通过加热蒸发至衬底表面，其中Ag采用自制蒸发源，将纯度为99.9985%直径为0.25 mm的银丝(Alfa Aesarstock No. 11468)缠绕在直径为0.25 mm的钨丝上，通过加热钨丝使得Ag受热蒸发；而Sn采用K-Cell蒸发源炉，将纯度为99.9999%的锡粒(Alfa Aesarstock No.11009)放置于源炉坩埚中，加热至800℃得到稳定的Sn原子束。样品的温度可以通过对其直流加热进行调控。制备好的样品在超高真空条件下传送至STM扫描室进行表征分析。文中所示的STM图像均由钨针尖在恒流模式下扫描得到。
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user: 3. 结果与讨论 3.1. Si(111)-7 × 7表面上Ag和Sn的初期生长 图1(a)为0.2 ML Ag在Si(111)-7 × 7表面上室温沉积后样品的STM图像。图中白色菱形表示一个7 × 7原胞的区域，可以看到，由于衬底表面结构的影响，Ag基本被限制在7 × 7半单胞的区域内形成纳米团簇。仔细观察发现，Ag大多吸附在有层错的半单胞中，而且表现出不同的尺寸和形态。其中较大的团簇直径为1.65 ± 0.11 nm，基本占据了半单胞的居中位置。而当半单胞内只有一个Ag原子吸附时，由于其在不同高配位上的吸附能相近，室温下Ag容易在半单胞内三个等价的吸附势阱间快速迁移 [ 11 ] ，在STM图像中显示为三角形的亮斑，如图中白色圆圈所示。Ag原子在表面上的迁移跑动在STM扫描过程中也能被捕捉到，在图像中表现为半单胞内的模糊拖尾图样。如果适当提高衬底温度，Ag在表面上的迁移将进一步加剧。图1(b)为将衬底加热到150℃时Ag沉积至Si(111)-7 × 7表面的STM图像。此时Ag可以克服7 × 7半单胞之间的能量势垒，团簇发生兼并形成不规则的纳米结构。相比室温沉积后形成的Ag团簇，其平面尺寸增大至2.1~8.2 nm，高度为0.19~0.38 nm。 图1. (a) 室温和(b) 150℃条件下0.2 ML Ag沉积在Si(111)-7 × 7表面的STM图像，图像尺寸均为50 nm × 50 nm 图2. (a) 室温沉积0.5 ML Sn至Si(111)-7 × 7表面以及(b) 在150℃的温度下退火后表面的STM形貌图，图像尺寸均为50 nm × 50 nm 室温条件下，Sn在Si(111)-7 × 7表面上的初期生长同样受限于衬底结构，选择吸附在7 × 7半单胞内并在其中迁移跑动 [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]。当沉积量提高至0.5 ML时，如图2(a)所示，Sn占据了大多数的层错和非层错半单胞，而保留了角洞的位置未被覆盖，在表面上形成了蜂窝状的排布。部分二聚体链由于Sn团簇的相连而分辨不清，同时还有些杂散的Sn团簇随机地吸附在衬底表面上。将样品在150℃退火后，表面上的Sn得以扩散至合适的位置，在7 × 7的两个半单胞中形成了均匀的纳米团簇，并按照衬底表面周期性结构排列成有序的团簇阵列，如图2(b)所示，而且角洞和二聚体链的位置上没有被占据，成为了Sn团簇之间的分隔更加清晰可见。通过高线测量可知，Sn团簇的大小为1.60 ± 0.09 nm，高度为0.30 ± 0.05 nm。这样的团簇阵列较为稳定，在250℃的退火温度下仍然能够保持结构的完整有序。 3.2. 局域重构表面上的成核生长 为了分析衬底表面结构对金属成核生长行为的影响，我们在硅基底中引入少量金属制成局域重构表面，比较金属在衬底不同结构区域的生长模式。 当0.6 ML Ag在室温下沉积到Si(111)-7 × 7表面并在400℃退火后，先前在衬底上形成的Ag团簇消失不见，表面上出现了一些的岛状区域与凹陷区域，如图3(a)所示。高分辨STM图像显示，这两部分区域都具有 -Ag重构的结构特征 [ 15 ]。可见这样的退火处理破坏了表面原有的结构，衬底上的Si和Ag重新排列，形成下陷的Ag/Si重构区域，而多出的Si原子迁移到衬底表层，与吸附的Ag构成具有 结构的岛。除了 -Ag的岛和洞，其余区域仍然保持7 × 7结构。我们将这个表面作为衬底，进一步在室温条件下沉积0.2 ML的Ag，样品表面形貌如图3(b)所示。可以看到，7 × 7区域内出现了许多大小为1.69 ± 0.21 nm的亮点。比对之前的实验观察可知，这些亮点是Ag吸附在7 × 7半单胞中形成的纳米团簇。 图3. (a) Si(111)-7 × 7与 -Ag共存表面以及(b) 室温沉积0.2 ML Ag后的STM图像，图像尺寸均为100 nm × 100 nm 图4. (a) Si(111)-7 × 7与 -Sn共存表面以及(b) 0.2 ML Sn室温沉积在该表面的STM图像，图像尺寸为100 nm × 100 nm，插图尺寸为5 nm × 5 nm 而 -Ag区域内则仍然保持光滑洁净，没有发现Ag的沉积物，只是在区域的边界上可以观察到一些尺寸为3.76 ± 0.35 nm的颗粒，如图3(b)中橙色箭头所示。显然，Ag在这两种不同的重构区域中表现出了不同的生长行为。对比在7 × 7表面，Ag与 -Ag的结合能较低，沉积至 重构区域的Ag原子在区域内部快速迁移，直至到达区域边界时，由于受到7 × 7结构的阻碍，便在两种重构区域的交界处聚集形成较大尺寸的颗粒。而在完整的 -Ag表面上，室温时Ag会扩散迁移至台阶边缘堆积起来，移动的距离可以达到微米量级 [ 16 ]。这种迁移行为在沉积温度小于170 K时变得缓慢，此时可以在表面上获得较高密度分布的Ag颗粒。 我们对Sn/Si样品做了类似的处理，将0.2 MLSn沉积到Si(111)-7 × 7表面，随后在450℃的温度下将样品退火5分钟，表面上形成了一些三角形状的区域和凸起的岛，如图4(a)所示。在这些区域中可以分辨出两种不同的周期性结构，分别对应于7 × 7和 的重构周期。岛的高度为0.39 ± 0.05 nm，岛上的原子间距为0.65 ± 0.05 nm，排列为 -Sn结构 [ 17 ]。这些Sn/Si重构的区域和岛是由表面上的Sn团簇退化形成，而由于Sn的覆盖度较低，在局部区域仍然保留了衬底原有的7 × 7结构，构成了7 × 7和 -Sn共存表面。我们进一步将0.2 MLSn沉积到这个表面上，其结果如图4(b)所示。可以看到，7 × 7区域中仍然有Sn以原子团簇的形式存在，除此之外，Sn在 -Sn重构区域中也有吸附，并排列形成了片状或链状的外延结构，其高度为0.20 ± 0.02 nm。可见，相比于Ag/Si体系，Sn与 -Sn之间具有较强的相互作用，这有利于Sn在其表面上的吸附成核，形成新的外延结构。 3.3. Sn在Si(111)- -Sn表面的生长 鉴于Sn在 -Sn重构区域中可以稳定吸附，我们进一步制备完整的 -Sn重构表面，考察Sn在其上的生长行为。Si(111)- -Sn表面通过在7 × 7衬底上室温沉积~0.3 ML的Sn后对样品在450℃的温度下进行退火处理得到，如图5(a)所示。从图像中可以看到表面的原子台阶，台面上光滑平整，高分辨STM图像清晰地显示出表面上 结构的原子排布以及存在的些许空位缺陷。近期实验研究表明，硅衬底上的α-Sn相是具有弱自旋轨道耦合的Mott体系 [ 18 ]。在这个表面上进一步做Sn沉积，由于和 -Sn的相互作用，Sn原子在表面上平铺排列形成片层状结构，如图5(b)所示。它们的边界形状并不规则，但高度较为一致，约为0.22 ± 0.05 nm，与Sn在 -Sn局域重构表面上形成的外延结构高度相近。当Sn的沉积量增加，外延的Sn层保持高度基本不变，进一步侧向生长，相互连接形成单原子层厚的Sn覆盖层。 图5. 在(a) Si(111)- -Sn表面上(b)、(c) 沉积0.5~1.0 ML Sn后样品表面的STM图像。图像尺寸为200 nm× 200 nm，插图尺寸为9 nm × 9 nm
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user: 4. 总结 本文利用扫描隧道显微镜对Ag和Sn两种金属在Si(111)重构表面上的成核生长行为进行比对分析。实验发现，在Si(111)-7 × 7表面上室温沉积的Ag和Sn在低覆盖度时都受限于衬底结构，选择吸附在半单胞中形成团簇。Ag和衬底的相互作用较弱，容易在表面上扩散而兼并成不规则的纳米结构。而Sn在适当的退火处理后可以在7 × 7半单胞中形成大小均匀的纳米团簇，排列成为有序的团簇阵列。在 -Ag重构区域中，Ag的吸附能更低，室温下即会在表面上快速迁移堆积。而Sn原子可以稳定吸附在 -Sn表面上，平铺排列形成片层状的外延结构。我们进一步控制沉积条件，保持Sn的侧向生长模式，在硅衬底上获得了单原子层厚的Sn覆盖层。
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user: 摘 要 偶氮二醇烯鎓(NONOate)在生理条件下可以质子化水解，释放具有生物活性的一氧化氮(NO)分子，从而可赋予偶氮二醇烯鎓化器材表面特殊的生理功能及改善材料表面的血液相容性。本研究利用等离子体聚烯丙胺(PPAam)技术在316 L不锈钢(SS)表面构建富氨基涂层，并进一步在碱性醇溶液利用NO与涂层中丰富仲氨基结合将PPAam偶氮二醇烯鎓化，最终得到具有NO释放能力的抗凝血NO-PPAam涂层。通过傅立叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)结果证实NO成功固定到PPAam中。实时化学发光法(Chemiluminescence)测得NO-PPAam涂层可释放NO量达到41.5 nmol/cm 2 。体外血小板实验证实了NO-PPAam涂层通过释放NO显著抑制了血小板的粘附激活，进一步在半体内血液循环试验中体现出了优异的抗凝血性能。因此，该方法构建的具有高效NO释放能力的NO-PPAam涂层对于提高血液接触类器材表面血液相容性具有潜在的应用前景。 关键词 :偶氮二醇烯鎓，等离子体聚合，烯丙胺，抗凝血 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 生物医用金属材料由于优异的力学和耐腐蚀性能，被广泛应用于血液接触类介入器械的制造，如316 L SS等 [ 1 ] [ 2 ] 。然而，生物医用金属材料(如心血管支架)在植入过程中可能引起血管损伤以及由于材料表面的刺激，诱发血小板粘附聚集并活化，从而触发凝血级联反应并促进凝血，最终导致血栓在这类材料表面形成 [ 3 ] 。表面改性是提高生物医用金属材料血液相容性的重要手段，通过在材料表面固定生物活性分子来抑制促凝因子可以显著的降低表面血栓 [ 4 ] 。因此，抗凝血活性分子的选取和固定方法成为优化涂层抗凝血性能的关键。 在众多具备抗凝血活性的分子中，一氧化氮(NO)因其独特的作用于血小板的抗凝途径而受到广泛关注 [ 5 ] 。人体中NO供体(如GSNO)通过内源酶催化释放NO，增加血小板中环磷酸鸟苷(cGMP)水平而降低活化血小板所需的钙离子浓度 [ 6 ] ，从而显著抑制血小板的粘附与激活。因此，近年来有诸多研究报道了通过构建NO释放或催化释放型表面来提高生物材料的血液相容性 [ 7 ] [ 8 ] 。Elizabeth J. Brisbois等 [ 9 ] 通过将NO供体S-nitroso-N-acetylpenicillamine (SNAP)装载进Elast-eon E2As高分子层，实现了NO供体在高聚物内的长期存留，同时还具有良好的抗凝血性能。Zhilu Yang等 [ 10 ] 将3，3-diselenodipropionic acid (SeDPA)共价固定在等离子聚烯丙胺薄膜上，实现NO的长期稳定催化。此外，利用偶氮二醇烯鎓(Diaze niumdiolate， NONOate)来实现NO的装载与释放也得到了研究，高聚物中的仲氨基与NO在乙醇钠/乙醇溶液体系下与伯氨基反应生成偶氮二醇烯鎓(Diaze niumdiolate， NONOate)。作为NO供体的一种，一分子的偶氮二醇烯鎓在生理流体条件下质子化水解释放两个生物活性的NO分子。NONOate水解过程不需要特定的代谢物或氧化还原机制，因而可以方便的利用这类NO供体合成前药应用于医学领域，同样也适用于高分子涂层的改性。Melissa M. Reynolds等 [ 11 ] 将含仲氨基团的分子嵌段共聚在聚氨酯中，从而实现直接针对聚合物骨架的偶氮二醇烯鎓化。该二醇烯鎓化的聚氨酯在PBS条件中具有10 pmol∙cm −2 ∙s −1 的NO初始释放速率并且持续6天还有可观察到的释放速率。 然而，这些NO释放的策略往往存在复杂的高分子涂层设计，涂层过厚以及对不同材料不具有普适性的问题，而NO催化释放的策略则又存在生理条件下催化量释放NO量不足以短期高效抗凝血等问题 [ 12 ] ，这些问题很大地限制了NO(催化)释放表面的普遍应用。因此，设计一款不依赖基底材料且具有高NO装载密度的超薄涂层对于血液接触器械在体内/半体内血液接触条件实现高效抗凝具有重要意义。 目前，基于等离子体自由基聚合(简称等离子聚合)技术在生物医用材料表面化学气相沉积高聚物的涂层得到了长足的发展 [ 13 ] 。分子单体在亚真空条件辉光放电，产生分子活性种。活性种着陆于材料表面或形成低聚体作用于材料表面，进一步聚合增长成为连续致密的涂层 [ 14 ] 。等离子聚合涂层不改变本体材料的结构和性质，在材料表面具有良好的结合力，同时还可以根据目的方便地引入不同的活性官能团 [ 15 ] ，为植入器械表面改性提供了有力支撑。 在此，本研究中通过等离子聚合技术在316 L SS表面构建了厚度小于100 nm的超薄等离子聚烯丙胺(PPAam)涂层，并利用NO在乙醇钠/乙醇溶液体系与该涂层中丰富的伯氨基反应生成偶氮二醇烯鎓，制备出了具有高NO装载量涂层(NO-PPAam)。我们使用了化学发光法实时检测了NO-PPAam的NO释放行为，并利用体外血小板粘附激活实验和半体内实验验证了该涂层抗凝血效果。
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user: 2. 实验部分 2.1. 实验材料 烯丙胺单体(纯度 ≥ 99.0%，Sigma)；一氧化氮(纯度 ≥ 99.9%，武汉纽瑞德特种气体有限公司)；甲醇、甲醇钠(纯度 ≥ 98.0%，成都市科隆化学品有限公司)；CD62p抗体(GMP-140， Serotec Co.)；HRP抗体(KPL Co.)；新西兰大白兔(成都达硕实验动物有限公司)。 光谱型椭圆偏振仪购自美国J. A. Woollam公司；J Y-82接触角仪购自河北承德仪器厂；傅里叶红外光谱仪购自美国Thermo Fisher Scientific公司；NO分析仪购自美国GE analytical instruments公司；X-射线光电子能谱仪购自美国Thermo Electron公司；电子显微镜购自日本Jeol公司。 2.2. 等离子体聚烯丙胺涂层的制备 2.2.1. 等离子体聚烯丙胺制备 采用自制脉冲射频(13.56 MHz)等离子体聚合装置进行涂层沉积，实验装置如图1中A所示。 涂层制备工艺：将反应腔室真空抽至1 Pa，通入3.5 sccm流量的氩气(Ar)，在功率为80 W下对反应腔室及样品表面进行Ar等离子体溅射清洗5 min。随后将反应腔室真空抽至1 Pa，通入3.5 sccm烯丙胺(Aam)单体和2.5 sccmAr。在功率为80 W，负偏压75 V，占空比为40% (ton = 20 ms， ton = 30 ms)条件下沉积60 min，获得厚度约为95 nm的PPAam涂层。 2.2.2. 偶氮二醇烯鎓功能化涂层制备 将等离子体聚合涂层表面浸没于0.5 M甲醇钠(NaOMe)/甲醇(MeOH)溶液，放置于密闭的不锈钢 图1. (a) 等离子体实验装置简图；(b) 烯丙胺和氩气通过等离子体聚合制备等离子体聚烯丙胺涂层；(c) 等离子体聚烯丙胺涂层与NO反应示意图 单体罐。向单体罐中通入20 psi N 2 (g)三次以排除单体罐中剩余空气，随后通入NO (g)并在75 psi下反应3天。样品取出后经甲醇清洗以除去物理吸收的残余副产物，例如NaOMe或NO (g)。使用前保存在−20℃。 2.3. 材料学表征 2.3.1. 光谱型椭圆偏振仪(Spectral Ellipsometer) 采用光谱型椭圆偏振仪检测NONOate功能化前后PPAam涂层厚度变化。 2.3.2. 水接触角检测采用接触角仪(Water Contact Angle， WCA) 采用接触角仪检测316 L SS以及NONOate功能化修饰前后PPAam涂层表面的亲疏水性。 2.3.3. NO分析仪(Chemiluminescence NO Analyzer) 使用NOA 280 i NO化学发光NO分析仪检测PPAam和NO-PPAam涂层中NO的释放。在37℃下pH = 7.4的PBS中检测PPAam和NONOate功能化涂层的NO释放速率。涂层中释放的NO被N 2 输送到分析器，直到NO释放量为0 ppb∙cm −2 ∙sec − 1 停止检测。 2.3.4. 傅里叶变换红外光谱学(Fourier Transform Infrared Spectroscopy， FTIR) 采用傅立叶变换红外光谱仪检测NONOate功能化前后涂层的化学结构变化，设定测量范围为4000~400 cm −1 。 2.3.5. X-射线光电子能谱仪(X-Ray Photoelectron Spectroscopy， XPS) 采用X射线光电子能谱测定样品的表面化学元素组成，激发光源为Al Kα (1486.6 eV)，荷电位移校正C1s = 284.5 eV。 2.3.6. 扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope， SEM) 使用扫描电子显微镜观察表面血小板粘附形态和血栓情况等。 采用SPSS软件进行方差分析，检验水准α = 0.05。 2.4. 血液相容性评价 2.4.1. 血小板粘附及激活率 新鲜人静脉血与柠檬酸钠抗凝剂按照体积比9:1混合后，在1500 r/min下离心15 min收集得到富含血小板的血浆(PRP)。在316 L SS、PPAam、NO-PPAam涂层表面(10 × 10 mm 2 )滴加120 μL新鲜PRP后在37℃下孵育30 min，经生理盐水充分漂洗3次后，于2.5%的戊二醛溶液中固定12 h。脱水脱醇后，通过SEM对样品表面血小板形貌进行观察并统计血小板粘附数量。 血小板激活率由血小板GMP-140表达量反应，因此采用P-选择素(GMP-140)评价血小板激活率 [ 16 ] 。在316 L SS、PPAam、NO-PPAam表面分别滴加50 μL PRP在37℃下孵育2 h，经生理盐水充分漂洗。样品表面分别加入20 μL 1:100的CD62p抗体，37℃下继续孵育1 h。在样品表面滴加20 μL HRP标记的羊抗鼠多克隆抗体，于37℃下孵育1 h。充分漂洗表面并加入100 μL 3，3’，5，5’-四甲基联苯胺显色底液(TMB)，反应10 min后加入50 μL H 2 SO 4 (1 M)终止显色反应。样品表面吸取120 μL溶液至96孔板，置于酶标仪450 nm处读取吸光度值。 2.4.2. 动物半体内血液循环实验 动物实验中所有操作均按照动物实验规定进行。实验动物选用2.5~3.5 kg新西兰大白兔，裸316 L SS和PPAam作为对照样(n = 3)，NO-PPAam (n = 3)作为实验样。试验在动物全身麻醉状态下进行，且不使用任何抗凝剂。将兔子的左颈动脉和颈静脉剥离，通过放置有样品的生物医用导管相连接兔颈动脉、颈静脉使血液流回心脏形成半体内血液循环。实验结束后，对血栓质量、血液流速及堵塞率等进行统计。经2.5%的戊二醛固定、逐级脱水脱醇及临界点干燥后，采用SEM对涂层表面进行观察。
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user: 3. 结果及分析 3.1. FTIR测试 通过自制脉冲射频(13.56 MHz)等离子体聚合装置将涂层制备到镀金石英片表面，利用FTIR对NO处理前后PPAam涂层化学结构变化进行检测分析。FTIR结果如图2所示，PPAam涂层红外光谱3350~3225 cm −1 处N-H伸缩振动峰，3000~2894 cm −1 C-H伸缩振动峰，1650~1550 cm −1 的-NH-振动峰以及1630 cm −1 处N-H伸缩振动峰，表明PPAam涂层的成功制备，并保持有良好的烷氨结构。与PPAam相比，NO-PPAam的化学结构出现明显的变化。在NO-PPAam光谱中出现NONOate结构特有的吸收峰，如1480~1540 cm −1 处出现的N-N特征峰，1385 cm −1 处N-O振动峰以及1600~1650 cm −1 N=N伸缩振动峰 [ 17 ] 。这些典型的特征新峰出现，证明NO是以NONOate方式成功的固定在PPAam涂层当中。 图2. PPAam (黑色)和NO-PPAam (蓝色)红外光谱图 3.2. XPS结果 N1s和O1s高分辨图谱显示，NONOate功能化前后的PPAam涂层表面化学组成和构成均具有显著性的改变。与PPAam的N1s高分辨合谱相比，NO-PPAam在402.5 eV处出现新峰，推测新峰主要归属于NONOate结构中的二氮烯鎓[ − N(O)=NO − ]结构，如图3(a)所示。同样的，NO-PPAam相比于PPAam的O1s高分辨谱，在535.2 eV处出现的新峰，推测也是归属于[ − N(O)=NO − ]中的[NO − ]结构，如图3(b)所示。同红外结果一起，XPS分析表明NO在PPAam涂层中以NONOate形态成功固定。 图3. PPAam和PPAam涂层N1s (a)，O1s (b)高分辨率谱图 3.3. 涂层厚度及水接触角结果 316 L SS表面沉积PPAam涂层后，其表面颜色发生明显的变化，失去原有的金属光泽变为金黄色，如图4(a)所示。椭圆偏光检测结果显示316 L SS表面PPAam涂层厚度约为90 nm。通过颜色改变与涂层厚度检测结果，证明316 L SS表面成功的制备PPAam。NO处理过的PPAam (NO-PPAam)的颜色、厚度没有发生显著变化。 图4. (a) 316 L SS、PPAam和NO-PPAam涂层厚度和(b)水接触角 材料表面亲疏水性是影响生物相容性的重要因素之一 [ 18 ] ，表面官能团类型与表面的亲疏水性紧密相关，例如氨基、羧基等极性、可离化基团通常具有很高的亲水性，即极低的水接触角 [ 19 ] 。水接触角仪检测结果如图4(b)所示，相比于316 L SS，表面沉积PPAam涂层后，由于亲水性基团如胺基、腈基和亚胺基等基团存在，水接触角由70˚减小到63˚。NONOate功能化的NO-PPAam涂层的水接触角为43˚，其亲水性得到明显增加，这可能与涂层中NONOate易质子化水解的性质有关。 3.4. NO释放结果 采用NO分析仪检测NO处理前后的PPAam涂层(分别标记为PPAam与NO-PPAam) NO释放速率。NO释放结果如图5所示，PPAam(蓝色)涂层NO释放曲线结果表明涂层本身不具备NO释放能力。对NO-PPAam涂层NO释放曲线(红色)积分计算得到，在85 min内NO的释放总量达到41.5 nmol/cm 2 。NO释放结果证明了NO可以有效存储到PPAam中，并在数十分钟内得到高效释放。 图5. PPAam (蓝色)和NO-PPAam涂层(红色) NO释放量 3.5. 血小板粘附激活评价 根据血小板的激活程度不同，血小板粘附形态可以分为圆形、树枝状、部分铺展的树枝状、铺展和完全铺展等五个等级 [ 20 ] 。样品表面血小板粘附SEM结果如图6所示。316 L SS和PPAam表面血小板粘附数量较多、且都表现严重铺展激活形态。由于不锈钢表面带有正电荷而促进血小板的粘附激活 [ 21 ] ，PPAam涂层表面存在大量氨基，会诱发血小板的粘附激活，从而导致316 L SS、PPAam表面血小板出现大量黏附激活 [ 22 ] 。相比于316 L SS和PPAam，NO-PPAam表面仅粘附少量呈圆形状的血小板。表明NONOate功能化修饰的PPAam涂层显著性的抑制血小板粘附和激活。 血小板统计结果如图6(b)所示，316 L SS与PPAam表面血小板黏附数量并无较大差异，密度约为1.5 × 10 4 个/平方毫米。NO-PPAam表面粘附血小板密度约为3 × 10 3 个/平方毫米，相比于PPAam表面的粘附数量降低了5倍，有效的降低了血小板粘附。血小板的激活率如图6(c)所示。GMP-140是一种存在于血小板内膜上的蛋白，血小板活化后细胞膜翻转，暴露出GMP-140的结合位点，通过定量GMP-140可以确定血小板激活程度 [ 23 ] 。实验结果表明，NO-PPAam上GMP-140表达量仅为316 L SS和PPAam表面的22.3%，降低了4倍，具有显著性统计学差异。以上结果表明了NO-PPAam表面具有优异的抗血小板粘附与激活的性能。 图6. (a) 316 L SS、PPAam和NO-PPAam表面血小板的形貌；(b) 316 L SS、PPAam和NO-PPAam表面的血小板粘附数量；(c) 316 L SS、PPAam和NO-PPAam表面的血小板激活率 3.6. 半体内动物血液相容性评价 半体内动物血液循环实验因循环血液具有体外全血实验所不具备的血液稳态调节机制，血液成分最真实的接近了血液接触材料实际的使用情况，因而被采用来进行评价NONOate功能化前后PPAam涂层的血液相容性。图7(a)为动物半体内血液循环示意图。样品紧贴于医用导管内壁，如图7(b)所示。经过90 min半体内血液循环实验后，样品表面血栓情况如图7(c)所示，316 L SS和PPAam表面都明显形成血栓，而NO-PPAam涂层表面没有明显的血栓形成。对不同表面血栓重量进行统计分析，图7(d)中316 L SS和PPAam表面血栓质量分别25.2，22.3 mg/cm 2 ，而NO-PPAam表面血栓量仅为1.52 mg/cm 2 ，因此相比于316 L SS和PPAam，NO-PPAam表面血栓下降了14.5倍，显著地降低了血栓形成。利用SEM表征样品表面凝血情况，如图7(e)所示，316 L SS和PPAam样品表面出现大量纤维蛋白原网络，将大量红细胞网络于网状结构，形成典型的红血栓，而NO-PPAam样品表面仅出现一些蛋白粘附，表面并没有出现严重血小板粘附激活现象，抑制了纤维蛋白原网络结构的形成。动物半体内血液循环实验表明，NONOate功能化的PPAam可以赋予材料表面优异的抗血栓性能，显著性的提升材料表面的血液相容性。 图7. (a) 动物半体内血液循环示意图(红色箭头表示血液的方向由心脏驱动的流动)；(b) 血液循环90分钟后导管照片；(c) 样品表面血栓情况；(d) 血栓质量；(e) 样品表面扫描电镜图
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user: 4. 总结 在316 L SS成功制备了NO-PPAam改性涂层，利用生理条件释放NO，通过抑制血小板粘附与激活的途径，实现涂层优异的抗血栓性能，从而显著地改善材料表面的血液相容性。这种NONOate功能化修饰的PPAam涂层因具有不依赖基底材料、超薄、高NO装载量等特点，在血液接触类材料表面改性上具有广阔的应用前景。
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user: 摘 要 重金属污染是我国所面临的最严重的污染问题之一，云南省重金属污染状况尤为严峻。综述了国内外重金属对植物、土壤动物、土壤微生物、土壤物质循环以及农田生态系统等方面的研究进展，重点阐述云南地区重金属污染的现状、原因、危害、作用机理和农田生态防治措施，并结合地方实际，从源头控制、因地种植、科学修复三方面提出云南省重金属污染防治的科学合理的有效措施。 关键词 :重金属污染，土壤理化性质，物质循环，农田生态系统 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 土壤是地球生态系统重要的组成部分，土壤生化物质含量影响着地表生物的生长，尤其是各种化学物质含量的超标不但影响植物正常生长，而且通过食物链等途径进入人体和动物体，在其体内不断富集，影响机体健康。重金属具有隐蔽性、潜伏性、不可逆性、累积性、后果严重性 [ 1 ] 和难以治理性 [ 2 ] 的特点，进入人体后能使蛋白质丧失作用，导致各种酶失去活性，且在人体脏器中富集，对人体造成急性、亚急性、慢性中毒等，如二十世纪日本的“痛痛病”、广西三合村Cd污染和湖南鹤山村的As污染产生“癌症村”等现象给人类带来了灾难性的伤害。自二十世纪中叶开始至今，随着工农业的飞速发展及城市化进程深入等加剧了土壤中重金属的累积，造成土壤重金属污染，且污染面积逐年扩大。根据2014年全国土壤污染状况调查公报显示，我国耕地环境污染严重质量堪忧，其中镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍8种无机污染物点位超标率分别为7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%。据农业部进行的调查，我国每年因重金属污染减产的粮食1000多万t，被重金属污染的粮食每年达到1200万t，合计损失至少200亿元 [ 3 ] 。通过Kriging插值得出，土壤中Pb、Cu、Cr、Zn、Cd在云南农田出现高值区，其中云南省土壤中Pb和Zn的富集最高，是超出背景值最高的省份 [ 4 ] ，可能是由于农业活动过程中导致大量重金属进入农田土壤，加上云南省是我国重要的重金属矿区，Pb和Zn背景值含量较高。 目前，国内外在土壤重金属方面已经做了大量研究，针对土壤重金属污染状况分析与风险评价、对生物生长发育 [ 5 ] 及群落结构的影响 [ 6 ] [ 7 ] 、迁移转化 [ 8 ] 、累积特征 [ 9 ] 、空间分布 [ 4 ] 以及重金属土壤修复 [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] 等方面开展研究。云南省土壤重金属研究中，多数选取某些典型区域，选取样点采集土壤和植被样本通过化学分析等确定重金属含量、污染现状及其相关分析 [ 13 ] 与风险评价 [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] ，但对云南省农田土壤中重金属来源、土壤–植物–动物–微生物系统的污染危害及综合防治等缺乏综合的报道。因此，本文系统梳理关于云南省土壤重金属污染来源、现状分析、污染危害(对土壤理化性质、物质循环、土壤生物及生态系统)及防治的研究，归纳云南省农田土壤重金属污染来源及危害，提供具有针对性的科学有效的治理对策。
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user: 2. 云南省重金属污染概况 云南地质构造复杂，金属矿藏丰富，土壤母质重金属背景值含量高，因此矿区农产品(粮食作物、蔬菜作物、经济作物)、部分地区药材、优势产业(茶叶、烟草业、食用菌)等重金属含量存在超标情况。 2.1. 云南省重金属污染物来源 土壤重金属污染来源包括自然来源与人为来源两方面，其中主要是人为来源，包括矿业开采、污水灌溉与施肥、动物粪便和生物固体应用、大气沉降等。 矿业开采。云南省地处我国西南边陲，土壤中矿产资源丰富，素有“有色金属王国”的之称。锌、锡、铜、铅、铝、磷、锰、锗、铟、银、铂族元素矿产储存量位居全国前列，有色金属矿产资源丰富、开发利用程度高，现有尾矿库921座，遍及全省16个州市 [ 18 ] 。矿业发展促进了云南经济的增长，但由于管理制度尚未完善，缺乏防渗设施，未处理的废水进行农业灌溉和外排以及矿渣、废气的排放是导致云南省土壤重金属污染的最主要因素 [ 19 ] 。红河州金属矿场分布密集，主要包括以铁矿、铅锌矿、铜矿、钛矿和锡矿。金属的冶炼和提取对周围流域均会产生严重污染，红河流域部分流域铅、砷的含量超标；澜沧江部分区域铅和汞含量超标；珠江流域砷的含量超标；长江流域部分区域铅、镉接近标准值，且水质呈现恶化趋势 [ 20 ] 。个旧市锡储量占全球储量的16.7%，开采过程伴生矿砷未被正确处理从而污染土壤，大量农田出现砷超标现象 [ 21 ] ，除此之外部分地区Zn、Pb、Cu以及Cd的含量超过国家土壤环境质量二级标准 [ 22 ] 。云南会泽铅锌储存量丰富，通过研究发现冶炼厂周围土壤中金属元素Pb、Zn、Cd 平均含量是土壤背景值30.26、31.78和34.96倍，污染等级分别达到了强度、轻度和极度。Cu、Mn、Ni和As 的平均含量均超过《国家土壤环境质量标准》二级标准值，且Pb、Cd对儿童均具有显著的健康风险 [ 23 ] 。 污水灌溉与施肥、动物粪便和生物固体应用。云南省是农业大省，种植业结构复杂、种植作物种类较多，包括农作物、水果类、中药材、花卉及大量食用菌。为增高产量、提升经济效益，大量不合理落后的施肥和灌溉方式导致农业产业结构紊乱、肥料利用率降低并对土壤环境造成恶劣的影响 [ 24 ] 。例如许多农药中含有Cu、Zn、Hg等成分，长期使用农药和杀虫剂，就会导致土壤重金属含量超标。其次在施肥中，我国许多化肥都含有一定量的重金属元素，例如蔬菜种植中所用的磷肥，里面含有大量的Pb、Cd等重金属。动物粪便是农作物重要肥料之一，未经处理直接施于农田中，适宜温度下经发酵后产生的氨、硫化氢、甲硫醚、二甲胺等有害气体 [ 25 ] ；动物粪便的堆积过程中，铜、锌、有机砷等重金属元素被土壤吸收，通过循环系统在自然界内流转，最终影响动物体和人体健康，产生严重的生态问题 [ 26 ] 。农业灌溉水均为富含Cu、Zn、Pb、Cd等重金属元素的生活污水和工业废水，使大量重金属元素在土壤中富集。 大气沉降。通过自然因素(如成土母质、火山爆发等)和人为因素(工业、交通、发电、农田、生活废气排放、火灾等 [ 27 ] )导致大气浮尘蓄积大量重金属元素如Cr、Cu、Fe、Mn、Zn、Ni、Pb等 [ 28 ] ，在空间上，重金属的浓度在不同功能区总体呈现工业区 > 交通干道区 > 居民区 > 郊区 [ 29 ] 。大气中的重金属元素以离子或化合态存在于大气颗粒物中，经过降雨、降雪等沉降方式沉积在土壤中 [ 30 ] ，引起土壤重金属污染。 2.2. 云南省土壤重金属污染现状 云南省矿产资源丰富，由于其不合理的开发和落后的处理技术，将大量含有重金属的废气、废渣、废水排入土壤中，导致目前土壤重金属污染相当严峻。云南省土壤重金属污染面积大、种类多、副作用明显，是重金属污染最突出的地方之一。 根据研究表明，Zn在云南省富集最为严重，是背景值的1.55倍 [ 4 ] 。云南中甸县部分地区土壤中As、Cr、Cu、Pb、Zn平均含量远高于云南背景值，且变异系数大，不同程度影响人类活动 [ 14 ] 。玉溪大河河道底泥中As、Hg、Cu、Pb、Cr、Cd和Zn含量平均值分别为 75.2、1.528、84.4、107.1、65.6、9.00、7.38 mg·kg −1 ，均明显高于相应的背景值。在过去二百年，云南省错恰湖中Cr、Ni、Fe、Ti、Mn、Co、As和Cd元素含量随时间推移整体呈上升趋势 [ 31 ] 。全省矿业污染排放量占全省工业污染排放量的一半，土壤重金属受到广泛关注 [ 32 ] 。
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user: 4. 结合云南省地方实际，提出农田生态系统的重金属污染防治措施 云南省是一个农业大省，农业的发展与云南经济发展息息相关。土壤的重金属污染不仅降低经济收入，同时对人类健康产生极大的威胁。因此，重金属污染的防治迫在眉睫，必须从源头控制、因地种植、科学修复三个方面深入考虑，全面治理。 4.1. 源头控制 云南省农田管理和农业耕种模式极为落后，因此产生大量的污染。源头控制必须从施肥措施和灌溉方式两方面实施。 施肥措施。为增加作物产量，化肥和农药的使用是较为有效的途径之一。选用国家允许的优质农药和化肥—高效、低毒、低重金属含量和低残留 [ 80 ] 。严格按照施用要求，对施用时间、次数、数量进行规范化控制，确保农药安全使用，使效果达到最佳；科学的施用有机肥，对有机肥进行堆肥处理，高温杀死有害微生物，施于农田，增产减污；推广施用绿肥，连年翻压绿肥可疏松土壤，增强土壤团聚结构的稳定性，使土壤环境更宜于土壤动物和微生物生活，土壤动物和微生物的数量、种类增多，提高土壤中脲酶、过氧化氢酶和酸性磷酸酶活性 [ 81 ] ；农田中施用石灰石等土壤调理剂，云南以红壤为主，偏酸性，含有大量的Al 3+ 和Fe 3+ ，重金属污染后酸性增强，不利于许多生物生长发育。施用石灰石，石灰石是强碱弱酸盐，呈碱性，可以降低土壤酸度，有效缓解Al和其他重金属毒害，补充Ca、Mg营养元素，改善土壤结构，提高土壤的生物活性和养分循环能力，提高作物产量和品质 [ 82 ] 。 灌溉方式。云南省大多农田、大棚等采用传统“大肥、大水”串灌、漫灌模式，且使用的灌溉水为工业污水、城镇生活污水、养殖污水，导致污染物在土壤中大量积累。采用地下水、处理达标水，改装先进的灌溉设备如滴灌、喷灌，节水且切断污染物流入农田。 4.2. 因地种植 对云南省各地区土壤的重金属污染状况根据《土壤环境监测技术规范》进行检测和统计，把不同程度的重金属污染的土壤进行区域划分。根据不同重金属在不同植物体富集程度的差异和不同重金属在同一植物体不同部位富集的差异对重金属污染土壤因地制宜，筛选出受其迫害最小的作物种植。对重金属污染严重的土壤，禁止农作物的种植，种植超量积累植物。如小腊叶片对Pb和Cr的富集能力极强 [ 7 ] 、蜈蚣草可富集大量Sn [ 12 ] 等，植物富集减少土壤中重金属的含量，并对植物冶金，可实现重金属的回收利用。对重金属污染较为严重的土壤，种植经济作物和能源作物，避免重金属通过食物对人体健康造成危害，且增加经济收入，如种植棉花、空麻等能源作物和观赏性花卉。或者选择对土壤重金属吸附能力弱的作物进行种植，如Cd污染严重地区，选择种植低Cd积累作物如油菜、花生和甘蔗等。轻度污染地区，根据重金属的污染类型，筛选最佳的种植作物，尽量避免重金属在食用部位的积累。如Cd在小白菜中是根 > 地上部分、Cr在作物中是根 > 茎叶 > 籽粒、Pb水稻中在根部集中90%~98%。同时，采取相应措施，使重金属在作物中的富集降至最低。如淹水处理可降低稻米Cd含量，与常规水分处理相比，淹水条件下稻米Cd含量下降3.6%~26.3% [ 5 ] 。对于健康土壤，科学施肥、合理规划，高效种植食用作物如小麦、水稻、蔬菜等。 4.3. 科学修复 重金属对土壤污染面积大、周期长，对土壤的修复应该科学、有效，严禁带入新的污染源进入土壤。因此，对重金属严重超标土壤采用客土或翻土降低土壤中的重金属浓度，修复模式以生物修复和生态修复为主。生物修复法利用动物、植物和微生物来吸收分解重金属，从而慢慢降低在土壤中的含量。种植超累积植物，使重金属从土壤中迁移；土壤动物(如蛆类、蚯蚓等)、土壤微生物吸收、降解和转移重金属，减少土壤中的重金属含量。生态修复是通过科学手段，减少重金属在土壤的含量，降低对生物的危害，增加农田生态系统的抵抗力和稳定性。加土壤改良剂，降低重金属元素在土壤中的活性和生物有效性，从而阻断重金属元素在生物链系统的传递和危害 [ 83 ] ；土壤中加入生物炭，其具较大表面积和表面官能团等可固定重金属，减小重金属在生物体的富集、改良土壤性质、提高土壤肥力。有的土壤含有易发挥的Hg、As等重金属物质，经高温处理后，使其变为气态挥发，降低土壤当中有害重金属物质的比重。
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user: 5. 总结与展望 云南省矿产资源丰富，但矿产资源的开发利用较为落后，导致重金属元素的浪费和在土壤中的积累；以农业为主，大量的不合理地施用化肥、农药，传统的污水灌溉模式；工业和生活废气、污水及废渣未处理排放等因素导致云南省土壤重金属状况极其严峻。土壤重金属污染对植物、土壤动物、微生物、土壤物质循环和生态系统产生严重危害，而重金属沿食物链传递，最终富集于人类，引起人体健康危机。因此，对重金属的研究应以治理为主，采用生物措施和生态措施，解决土壤环境问题，使土壤恢复健康状态，还生物一片净土。
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user: 摘 要 根据科尔沁沙地概况以及风蚀的危害及成因，剖析科尔沁沙地南缘农牧交错区的农田防风蚀技术现状和存在问题，紧密结合生产实际和生态保护的理论，探究农田生态防风蚀的技术途径，为该地区农田的持续稳定生产和有限资源的高效利用提供借鉴。 关键词 :科尔沁，沙地，农牧交错区，生态，防风蚀，技术途径 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 科尔沁沙地概况 科尔沁沙地是我国东北地区西部长达400 km的一条大沙带，是东北平原向内蒙古高原的过渡地带。处于N42˚~43˚左右，El17˚~123˚左右，西起内蒙古自治区翁牛特旗的巴林桥，东至吉林省通榆县和双辽县，南部延伸到辽宁省彰武、康平和昌图等县。面积4万km 2 之多，属于辽河的冲击和湖积平原，西高东低。科尔沁沙地的气候属于半干旱大陆性季风气候，以处在科尔沁沙地南缘地带的彰武县为例，该沙地为第四纪冰期后沉积的沙层。年降水量350~500毫米，多集中在7、8、9三个月，约占全年降水的70%，湿润指数在0.59~0.30之间，属于湿润不足的半湿润地带。冬季少雪，全年蒸发量为1731.2 mm，为降水量的3~4倍。全年平均风速3.7 m/s，春季风速可达4.2~5.9 m/s．年起沙风(≥5 m/s)达240次，风蚀严重。年平均气温5.8℃~6.4℃。本区水资源丰富，河流多，水量大，地下水埋深浅。 科尔沁沙地南缘地区位于辽宁的彰武、康平以及吉林、内蒙等少部分地区，属于农牧交错地区。农业种植作物主要以玉米、花生为主，由于过度的追求产出，地下水埋深增加，地力衰减，生产的成本增高，效益下降。科尔沁沙地风沙环境的形成一方面与人口膨胀、人类过度经济活动有关，同时也与沙地生态系统的原本脆弱性有关，又由于受全球气候暖干化的影响，近几十年来，年平均气温升高1℃以上，而且气候波动性变大，使生态系统的脆弱性增强。气候的这种变化是导致科尔沁沙地环境退化的主要原因之一 [ 1 ]。
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user: 2. 科尔沁沙地风蚀危害及成因 风蚀，是指一定风速的气流作用于土壤或土壤母质而使土壤颗粒发生位移，造成土壤结构破坏、土壤物质损失的过程 [ 2 ]。 2.1. 风蚀的危害 2.1.1. 风蚀对生产和环境的危害 科尔沁南缘农牧交错区，耕作区面积占土地面积较大，据统计，彰武县耕地面积达40%以上。农业多以旱作为主，夏季雨热季节极短，农田地表大多数时间处于裸露状态，加之风力大，持续时间长，风蚀的作用下，表层土壤的有机质和粘粒物质被吹蚀，土壤发生粗化 [ 3 ]。耕层有机质含量为0.6%~0.8%，产量低，明显影响作物产量 [ 4 ]。耕地的土壤可风蚀性程度大于沙岗地和裸地，对大气的粉尘贡献率耕地远大于沙岗地和裸地，在春季，吉林和辽宁的大气受到污染是这两个地区沙尘暴的一个重要物质来源 [ 5 ]。 2.1.2. 风蚀危害对土壤理化性状的影响 风蚀造成农田沙漠化，沙漠化较严重农田的土壤有机质和粘粒含量分别下降了84.3%和66.2%，而沙粒(粒径0.05~1.0 mm)含量增加1.33倍，导致土壤持水能力下降，干旱时期，非沙化农田土壤含水量仍可达到9.2%，而严重沙化农田只有3.1%。与此同时，地温上升，肥力下降，严重沙漠化农田在生长季地温平均高0.9℃，最高差2.8℃，全养分含量下降9.3%~72.8%，速效养分含量下降了27.5%~69.0%。严重沙漠化农田的土壤速效N含量仅为13.0 mg/kg，仅相当于非沙漠化农田的31% [ 6 ]。随着农田的风蚀，2~0.1 mm的土壤颗粒含量从64.4%增加到96.1%，100 cm深土壤有机碳含量下降34.4%~90.9% [ 7 ]。 2.1.3. 对农田生产力的影响 沙漠化过程的土地生产力水平下降41.1%~50.6%，严重沙漠化土地几乎丧失生产力 [ 8 ]。严重沙漠化农田的土壤速效N含量仅为13.0 mg/kg，干旱年份甚至短期的季节干旱都会导致作物严重减产甚至绝收。地温的升高引起农业生物量的下降 [ 6 ]。作物(绿豆)的生物量就较非风蚀农田分别下降了15.3%~60.5%。在我国北方沙漠化地区旱作农业中真正对作物产量制约最大的还是土壤水分和氮素不足 [ 6 ]。 2.2. 风蚀危害的成因 2.2.1. 气候原因 土壤风蚀的产生，风是外因，风速大小就决定着风蚀率的程度。风干的农田土样在风速3.7 m/s时开始出现风蚀现象。增加土壤含水量，是本地区风季减小风蚀的有效方法 [ 2 ]。近代以来，气候暖干化，降雨减少，植物覆盖度降低，种群多样性减少，也是引起分式的气候和生态因素。 2.2.2. 土质源原因 科尔沁沙地为第四纪地质结构，科尔沁沙地南缘的风沙土，松散而无结构，90%以上的土壤颗粒的粒径在0.5~0.05 mm之间。据测定，风沙土不易被风吹扬的粒径 > 1 mm的细砾不超过0.1%。通常，5 m/s即为起沙风速，春季的强季风极易引起风吹沙扬，造成土壤风蚀，或使下风区产生沙尘(暴)的气象灾害。 2.2.3. 人为因素 滥垦、滥伐、滥牧是人为破坏的直接原因。贾延光 [ 9 ] 认为不当人为因素使裸露沙地、沙化和扬沙面积日益扩大。花生种植面积逐年扩大，仅彰武地区最大种植年份，达到85万亩。种植花生是极易加剧土壤风蚀、加速土地沙化的农作物。由于开垦和上世纪的，砍伐乔灌木作为生活基本的生活资料，树木减少，自然防风林遭到破坏，土地直接遭受季风和暖干气候的为害。 过度放牧导致土地沙化，草场在75%的持续重牧条件下，其植被的平均盖度、高度、产草量和根量分别下降32.9%、81.0%、88.4%和76.2%，裸地率增加了66.1%。致使沙地土壤直接裸露于季风侵袭之下 [ 10 ]。
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user: 3. 科尔沁沙地防风蚀技术现状 防风蚀途径应从两个方面考虑：一是风蚀起因，由于风大吹蚀，导致土壤沙化，因此应着手抑制风速，使流动沙丘向固定稳定的农田方向转变。二是农田环境改善，形成稳定优良的微域耕作环境，提高地力，增加土壤的粘性和有机质含量，合理耕作，防治土壤的沙化。简言之，即抑制风速固沙阻沙防风蚀与农业耕作措施防风蚀两方面。 3.1. 固沙阻沙技术现状 建造防风林是最有效的防治沙丘流动的方法，减缓风速，抑制沙丘移动，加速土壤(沙体)熟化 [ 11 ]。将农田防护林的营造设计总结为：1) 林带结构的设计和选择；2) 农田防护林林带走向；3) 农田防护林林带间距及网眼大小的确定三个方面内容。蒋德明认为：7年生农田防护林带背风面10~15 H范围内，平均可以减弱风速43%~47%；8年生草牧场防护林带20 H范围内平均降低风速31%~43%，林网内蒸发量减少15%~22%。 防风林主要以乔木林为主，但灌木林的防风效果也是防风系统不可或缺的一部分。科尔沁沙地防风效果较好的灌木有黄柳、柠条锦鸡儿、羊柴等 [ 12 ]。在流动沙丘进行人工固沙时采用1.0~1.0 m草方格内播种小叶锦鸡儿的措施具有较好的固沙效果，一般经过2年可使沙丘表面得到固定。小叶锦鸡儿人工群落的建立可大幅度提高土壤微生物生物量，并随着年龄的增加，微生物生物量C、N、P的含最均呈现增加趋势 [ 13 ]。 为使防风林起到稳定的防风效果，完全有必要长期对防护林系统更新抚育，采用平茬复壮 [ 12 ] 、间伐和疏伐 [ 14 ] 等都会起到很好的抚育作用，维持稳定的生态防护功能 [ 15 ]。 3.2. 耕作对土壤风蚀的影响及防风蚀农业措施 从生态角度防风蚀，在我国半干旱风沙区，加强农田防护林建设，减弱土壤风蚀的动力。减少汲水灌溉，应推行草田轮作、粮草间作或套作，以减少农田的风蚀沙化 [ 16 ]。 从农业耕作方面的微观角度防风蚀，有序增加植被的盖度，实行冬灌增加沙土湿度，利用农牧业冗余物制备有机混合物，垂直于风向草带条田相间排列的耕作方法，秋季种植作物留根茬等均具有较好的防风蚀效果 [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]。 针对科尔沁沙地的生产实际，介绍几种具体的防风蚀措施。 1) 花生茬的翻耕方式。花生茬深翻即是输沙量最大的耕作方式，最小的为旋耕覆盖，其他三种从大到小依次为秋翻地、春浅旋灭茬、秋浅旋灭茬 [ 20 ]。 2) 不同作物的条带式栽培。林网内扁杏//花生(间作)增强了花生裸茬抗风蚀能力，土壤防风蚀效果达90%；林网内玉米//花生(间作)玉米收获后秸秆站立(农田休闲期)玉米带完全不受风蚀，花生裸茬防风蚀效果达95% [ 21 ]。推广花生玉米带状种植模式，在一定程度上为花生轮作倒茬创造了条件，解决花生重茬种植造成减产问题的同时，也为花生田防风蚀创造了条件 [ 22 ]。 3) 作物秋冬季留茬。可显著提高地表抗风蚀能力，在相同风速条件下，抗风蚀能力大小依次为燕麦茬地 > 玉米茬地 > 向日葵茬地 > 绿豆茬地 > 翻耕地；与翻耕地相比，燕麦茬地、玉米茬地、向日葵茬地和绿豆茬地的起动风速分别抬高了53.3%、17.8%、11.1%、8.9%。同时针对科尔沁沙地农田特点，采用免耕留茬措施可以提高地表覆盖度、增加土壤表层(0~5 cm)含水量和地表粗糙度、改善影响风蚀的其他土壤物理特性，减少耕地表层土壤流失，有效防治当地土壤风蚀 [ 23 ]。玉米秸秆立体覆盖削弱风速效果最好，距地面100 cm可削弱风速2.45 m/s，玉米秸秆平伏覆盖花生茬风蚀度比对照减少4.2 cm，玉米秸秆平伏覆盖花生茬土壤水分提高10.1% [ 24 ]。 4) 液态地膜的使用。花生地使用液态膜，含水量高于对照，促进花生长生，减缓早衰 [ 25 ]。 5) 镇压的运用。这种方式对松散花生地具有防风蚀作用，可以减少风蚀量，带状留茬的土壤风蚀量最少，而且能增加土壤含水量。地表粗糙度增加，在一定程度上不仅能控制土壤风蚀，还可以改善农业生态环境。玉米带状留茬 > 谷子带状留茬 > 扁杏林带花生地 > 松杨林带花生地 [ 26 ]。 总之，对种植模式、播期、垄向、镇压、整地等方面进行调整能够有效减少风蚀危害；采取秸秆还田、合理轮作、增施有机肥等保护性耕作方式以及利用液态膜、保水剂、抗蒸腾剂等化学方法也能够对风蚀的危害进行缓解 [ 27 ]。 由上所述，防风蚀措施，首先从生态林角度，有效降低风速，创造一个较好的微域栽培环境，然后再从栽培方法等方面减少风蚀的危害，提高和利用土壤和空间的生产力。