DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 1. 引言 智能电表是集双向费率计量、控制、实时监测及用户信息交互等多种功能于一体的智能终端。由于焊接或工艺等问题，电表屏幕存在字符显示不全或不显示的缺陷，严重影响与用户交互信息的正常显示。因此，点亮电表并观察字符显示情况的液晶屏(LCD)缺陷检测成为保证智能电表质量的重要环节 [ 1 ] 。 然而，人工检测的人力成本高、时间长，且存在操作不规范的问题。相较而言，机器视觉是一种成本低、效率高的自动检测方式。它通过首先机器代替人眼获取目标的图像，然后结合图像处理与分析技术，达到目标检测或识别的目的，已广泛用于工业生产的外包装检测、零件检测，以及农业水果自动分拣 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] 。因此，有关机器视觉的电表屏幕字符缺陷检测成为研究热点 [ 6 ] [ 7 ] 。 针对采集的LCD图像对比度低的问题，文献 [ 8 ] 提出利用直方图均衡化的手段进行增强，以提高背景与字符之间的差异。文献 [ 9 ] [ 10 ] 针对增强后的图像，提出直接通过比较待检测LCD灰度与模板灰度的差值，来判断LCD屏是否存在缺陷。然而，由于电表摆放可能存在倾斜，造成电表图像不对齐，即图像上同一点显示电表的不同位置。因此，LCD图像与模板的差值，不一定说明字符必然存在缺失。此外，无缺陷电表的图像间亦可能存在明暗差异，于是直接利用图像间的差值来判断字符缺陷易导致误检。 为此，文献 [ 11 ] [ 12 ] 提出抠取图像中的字符与模板字符的差异。该类方法主要包括图像预处理、显示区域提取、字符分割以及缺陷判断四个阶段。文献 [ 12 ] 首先进行图像增强，其次通过反投影直方图粗略提取显示屏区域，然后进一步利用Hough变换 [ 13 ] 确定屏幕直线边缘，在此基础上，又通过Canny边缘检测 [ 14 ] 和投影方法进行字符分割，最后将分割后的字符与模板字符进行平方差匹配。文献提出采用形态学开闭运算，对梯度图像进行重构，以尽可能完整地提取字符边缘。为判断字符是否完整，文献 [ 11 ] 提出依据矩形框内文字或符号所占比例大小。该类方法的效果不仅依赖字符分割的准确性，而且对矩形框位置敏感。当字符未得到完整地分割或矩形框位置出现一定偏移量，则会造成误检。另外，电表背光灯位于LCD屏的左半部分，而彩色指示灯位于屏外的面板区。于是，受背光灯及彩色指示灯的影响，LCD屏亮度不均匀 [ 15 ] 。这一方面加大了完整提取屏幕区域的难度，另一方面增强了细密纹理对字符分割的干扰，进而导致字符轮廓提取的准确度下降。 为避免对字符分割的依赖，缓解对屏幕图像质量的敏感性，本文提出基于图像金字塔匹配的自动检测方法。它首先对模板图像中每个字符，线下提取其多方向的金字塔特征，以更好地描述字符，并降低亮度不均、纹理噪声，以及图像不对齐等因素对字符检测的影响。然后对待检测的图像，利用快速模板匹配搜索其中的字符，从而避免了屏幕区提取与字符分割。最后依据字符个数判断屏幕是否残缺。利用对比度不同、残缺程度不同的六幅智能电表图像进行实验，结果表明，该方法能够准确地检测出屏幕缺陷。
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user: 2. 基于金字塔匹配的自动缺陷检测 智能电表屏幕缺陷检测旨在判断屏幕各个字符是否完整。因此，屏幕缺陷检测要以准确识别屏幕图像中的各个字符为基础。然而，由于电表屏幕字符包含不同大小的汉字、字母、数字，及符号，识别各字符需要构建多尺度特征，以克服字符尺度变化的影响。图像金字塔是常用的多尺度图像特征 [ 16 ] 。它通过不断对图像进行滤波和降采样处理，能够生成的一系列不同尺度的平滑图像。这不仅可以降低噪声的干扰，而且能够克服目标尺度变化的影响。为此，本文将首先通过建立各字符的图像金子塔，形成字符多尺度模板集。然后利用模板匹配方法，查找待检测屏幕图像中与已知字符特征相近的字符，从而利用字符个数，来判断电表屏幕是否有缺陷，如图1所示。 2.1. 高斯金子塔 高斯金字塔的主要思想是不断利用高斯滤波器 [ 17 ] 平滑和降采样处理生成的低分辨率图像序列，降低噪声的同时，通过图像多尺度的描述来避免目标尺度变化对检测结果的影响。假设原始图像为 ，经高斯滤波，再隔行隔列地降采样，所得低分辨率图像为 。若继续对 进行高斯滤波并降采样，所得图像则称为为 ，如此反复 次，则得到尺寸越来越小的低分辨率图像序列 ，即高斯金字塔。其中， 分别代表金字塔中的第 层图像。 假设原图 的大小为 ， 和 分别为 高斯金子塔中的第 层图像，则对于 中的任意一点 ，可由第 层图像 获得，如式(1)所示： (1) 其中， ， ， 是窗口函数或权函数，其大小为 。当 时，窗口函数通常为 [ 18 ] ： (2) 图1. 基于金字塔匹配的屏幕字符缺陷检测算法流程 于是，若将智能电表屏幕字符按空间位置分组，可构建各组字符的图像金字塔，从而形成字符的不同尺度特征。图2表示 时的电表屏幕图像高斯金字塔。 为此，本文将采用标准屏幕图像构造字符模板，进而依据式(1)生成字符高斯金字塔，为屏幕字符检测提供多尺度描述，克服字符尺度变化的影响，便于检测出尺寸不同的相同字符。另外，高斯滤波能够降低噪声点的干扰，提高检测结果的可靠性。 2.2. 归一化互相关匹配 模板匹配是常用的目标检测与识别方法。其基本思想是将标准目标图像作为模板，并在待检测图像中逐像素地滑动模板，通过比较模板和其覆盖子图间的相近程度，确定待检测图像中是否存在与模板一致的目标。 模板匹配主要包括以下三步：首先将已知的标准目标图像作为模板图像，并从中提取用于匹配过程的特征。然后，从待检测图像提取与模板特征对应的特征。最后，基于提取的特征，比较图像中与模板的相似程度，从而确定目标是否存在。 于是，本文将基于字符图像金字塔，从中提取灰度特征进行模板匹配。这不仅有助于检测出不同尺度的字符，而且可避免字符区域定位和字符是准确分割过程，从而有利于提高字符检测的效率和准确度。 目前模板匹配的准则主要分为两大类 [ 19 ] ：距离度量准则和相似性度量准则。前者是度量模板与待匹配图像间的平均绝对误差或平方误差和；后者则是计算模板与待匹配图像间的相关性，如归一化互相关。由于距离度量准则要求图像与模板逐像素完全匹配，容易受图像亮度变化的影响，于是本文采用归一化互相关系数来度量匹配程度。设 为 的待检测图像，若采用 的模板 在上搜索与之匹配的图像窗口，则 左上角移到 处时，归一化互相关系数 为 [ 20 ] [ 21 ] ： (3) 其中， 图2. 智能电表屏幕图像高斯金字塔 于是，对于标准屏幕图像的各种字符 ，其中 为屏幕中不同字符的种类，而每种字符的标准个数为 ， 为匹配阈值，本文提出的基于金字塔匹配的屏幕缺陷检测基本过程为：首先，通过 次高斯滤波和降采样技术，生成每种字符 的高斯金字塔，从而得到字符高斯金字塔模板集 ；其次，依据式(3)，计算每种字符模板 与待检测图像 的归一化灰度互相关系数 ；然后，统计 中大于匹配阈值 的数值个数 ；最后，若 ，则说明待检测图像 与标准屏幕中 字符个数一致，若 ，则确定屏幕字符 处有缺陷。算法1给出本文检测方法的算法伪代码。
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user: 3. 实验 智能电表屏幕缺陷检测主要检查上电后，电表屏幕字符显示不完整或不显示的情况。然而，电表屏幕图像质量不一，可能会影响屏幕字符缺陷的检测。例如，由于电表屏幕本身质量问题和背景灯的影响，导致上电后屏幕明暗不均，并含程度不同的细纹噪声。此外，彩色指示灯也对屏幕各处的亮度产生影响，进一步加剧屏幕亮度的不均。 因此，为验证基于高斯金字塔匹配的屏幕缺陷检测方法的有效性，本文将对不同质量的屏幕图像进行缺陷检测，观察该方法对图像质量的敏感性。 3.1 实验数据 本文将图3(a)~(f)作为验证本文方法有效性的实验数据，并采用图4所示的 电表屏幕图像作为标准模板，用于构建字符金字塔。 图3. 实验数据 由图3可明显看出，背景灯光的亮度差异造成各电表屏幕不仅整体明暗不同、局部存在亮斑。此外，各图还存在不同程度的偏斜。于是，下面将采用客观指标分析这些图像与模板间的差异大小。 3.2. 图像质量评价指标 均方误差(MSE)峰值信噪比(PSNR)均是常用的图像质量评价指标。结构性相似准则(SSIM)能够综合考虑亮度、对比度和结构三方面的因素，客观度量图像的质量。 为此，本文将基于MSE、PSNR和SSIM三种客观质量评价准则，分析不同电表屏幕图像的质量差异。 (1) MSE MSE主要衡量图像偏离标准图像的程度。式(4)给出 大小的图像 和模板 之间的均方误差，其值愈大，则表明图像 的质量愈差。 (4) 其中， 分别表示原始图像与标准模板。 (2) PSNR PSNR主要通过MSE刻画的图像 与模板 间的亮度差异，来间接反映图像的质量。与MSE不同的是，PSNR值越大，说明图像 的质量越高，反之，亦然。如式(5)所示。 (5) (3) SSIM 图像质量不仅体现在亮度及对比度方面，更受到结构信息的影响。为此，文献 [ 22 ] 提出SSIM准则，从亮度、对比度以及结构性多角度考虑图像 与模板 的相似性，具体如式(6)所示。 (6) 其中， 分别是图像 与模板 的均值， 分别是图像 与模板 的标准差， 分别是图像 与模板 间的互相关，如式(7)所示。 (7) 3.3. 智能电表屏幕图像质量分析 为度量图3(a)~(f)所示各电表屏幕图像的质量差异，分别采用MSE、PSNR、SSIM进行分析，实验结果如表1所示。 其中，(a)~(f)分别对应图3(a)~(f)所示电表屏幕图像，加粗表示最优值。 由表1不难看出，图3(a)~(f)电表屏幕图像存在明显的质量差异，其中，(a)中MSE最大，PSNR最小，而(c)中MSE最小，PSNR最大，这说明图3(a)对应电表屏幕图像与模板间的差异较大，而图3(c)对应电表屏幕图像与模板间的差异较小。 通过对比表1中各电表屏幕图像与标准图像间的SSIM亦可发现，(c)中的SSIM最高，即其与模板间的相似程度最大；(e)中SSIM却最低，仅为0.37，(b)、(d)、(f)略高于(e)却均不及0.5，而(a)中SSIM达到0.57。综合MSE、PSNR、SSIM三个指标可见图4(c)对应电表屏幕图像质量最好，而其它电表屏幕图像存在不同程度的差异。 3.4. 智能电表屏幕图像缺陷检测结果 针对图3(a)~(f)所示的智能电表屏幕图像，图5(a)~(f)给出基于高斯金子塔匹配的检测结果。图中Error表示该电表存在缺陷，红色矩形框标识缺陷字符的位置，而Ok表示该智能电表屏幕字符显示完整。 图4. 电表屏幕标准模板 Table 1 Analysis on the quality of the meter screen imag 屏幕图像 评价指标 (a) (b) (c) (d) (e) (f) MSE 3278.15 1888.32 1200.79 1915.96 2276.32 1813.54 PSNR 13.01 15.40 17.37 15.34 14.59 15.58 SSIM 0.56 0.44 0.67 0.47 0.37 0.49 表1. 电表屏幕图像质量分析 图5. 智能电表屏幕缺陷检测结果 由图5可知，尽管(c)屏幕对比度低且存在不均匀亮斑，但均未对检测结果产生影响，其它屏幕不论质量如何，仍被检测出不同程度的缺陷。其中，(d)、(e)的缺陷程度最为严重，而(b)、(f)虽有缺陷，但完整度较高。
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user: 4. 结论 本文提出基于图像金字塔匹配的自动检测方法。该方法首先构建标准屏幕字符的高斯金字塔集，以形成各种字符的多维描述，进而搜索待检测屏幕图像与金字塔集相匹配的字符，最后依据字符个数判断屏幕字符是否存在缺陷。实验结果表明，它不仅能够避免字符分割过程，而且能够有效降低对亮度不均、纹理噪声以及倾斜与不对齐等图像质量因素的敏感性。
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user: 摘 要 为探明秸秆还田后小麦玉米轮作系统中土壤微生物量及土壤酶活性的变化情况，利用田间长期定位试验，研究了秸秆还田对小麦-玉米轮作体系中土壤微生物数量及土壤酶活性的影响。结果表明：秸秆还田可以增加土壤中细菌、真菌及放线菌数量。50%秸秆还田、100%秸秆还田、150%秸秆还田处理的细菌、真菌、放线菌增幅分别为2.2 × 10 8 ~3.1 × 10 8 、0.5 × 10 6 ~3.5 × 10 6 、1.3 × 10 7 ~1.9 × 10 7 个/g。秸秆还田能增加土壤酶活性，土壤脱氢酶、脲酶、酸性磷酸酶活性分别增加3.82%~12.98%、36.0%~80.0%、12.99%~37.80%。但过量秸秆还田不利于农田微生物，以不超过100%全量还田为宜。 关键词 :秸秆还田，土壤微生物，土壤酶活性 Copyright © 2017 by authors 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 中国是农业生产大国，也是秸秆资源最为丰富的国家之一。作物秸秆作为一种大量而普遍存在的有机农业废弃物资源，其浪费问题日益严重，目前秸秆循环利用率不高，造成环境污染、土壤肥力下降、农田生态平衡遭受破坏等问题日益凸显，如何有效的处理农作物秸秆已成为农业生产、环境保护面临的紧迫问题 [ 1 ] 。研究发现，由于秸秆本身含有大量的有机质、氮磷钾等养分，将秸秆直接或间接还田，可以建立一个良好的土壤生态系统 [ 2 ] 。秸秆还田不仅可以增加作物产量，还可以增加土壤有机质含量，改变土壤结构，提升农田土壤基础肥力，提高化肥利用效率 [ 3 ] ，直接或间接减少温室气体排放 [ 4 ] 。而土壤微生物是评价土壤质量的重要生物活性指标，其种群数量直接关系到土壤中有机质的分解和矿质元素的转化，影响作物对营养元素的吸收和利用 [ 5 ] ，生物多样性越高的生态系统越稳定的Elton假说，受到大多数学者的认同 [ 6 ] 。秸秆还田后对下茬作物根际土壤微生态环境包括细菌、真菌和放线菌的数量的影响至关重要。酶是土壤组分之一，参与了土壤中绝大多数的生化过程，在营养物质转化、能量代谢、污染物质的净化方面发挥着重要作用 [ 7 ] ，因而，Tabatabai等称其为土壤生态系统的核心 [ 8 ] 。徐国伟等 [ 9 ] 、刘定辉等 [ 10 ] 对秸秆还田后土壤酶效应的研究发现，玉米秸秆覆盖可使土壤蔗糖酶、碱性磷酸酶和脲酶活性分别增加46.9%、9.0%和39.0%。目前，秸秆还田肥料化效果已达到共识。笔者在德州市平原县的一年两熟的小麦-玉米轮作制度下，探讨了连续二年秸秆还田对土壤微生物数量及土壤酶活性的影响，初步从土壤微生物学、土壤酶学的角度，探索适宜当地生产和生态条件的秸秆还田量，明确秸秆直接还田量的科学阈值，以期为完善黄淮海平原区小麦–玉米轮作体系中秸秆科学还田技术、提高土壤生产力以及保护生态环境提供科学的理论和实践依据。
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user: 2. 材料和方法 2.1. 试验点概况 平原县位于鲁西北黄河冲积平原，南北长39公里，东西宽48公里，总面积1047平方公里，南依泰山，北望京津，距德州市30公里。暖温带大陆性季风气候，土层深厚，地形平坦，从自然条件上能代表黄淮海平原区农业生产。该地区种植业发达，尤其是小麦、玉米、棉花、蔬菜大面积种植，小麦–玉米实现一年两作，从农业结构上符合循环农业的要求。但当地亦存在大量秸秆资源利用率低、环境污染的问题，所以提高秸秆资源的利用效率，实现资源的循环利用是当地农业生产迫切需要解决的问题。 当地供试土壤类型为潮土，其基本理化性质为：有机质含量1.34%，容重1.42 g/cm 3 ，碱解氮65.1 mg/kg，有效磷23.4 mg/kg，速效钾156.0 mg/kg，全钾1.78%，pH 8.47。 2.2. 试验设计及方法 试验共设4个处理(表1)，每个处理重复3次。 所有处理的施肥均按照当地农民习惯。玉米季施肥量为N 260 kg/hm 2 、P 2 O 5 120 kg/hm 2 、K 2 O 105 kg/hm 2 ，磷钾肥作基肥一次施入，氮肥的基追比为5:5。小麦季施肥量为N 240 kg/hm 2 、P 2 O 5 130 kg/hm 2 、K 2 O 105 kg/hm 2 ，磷钾肥作基肥一次施入，氮肥的基追比为6:4。小麦秸秆粉碎后地表覆盖还田，玉米秸秆粉碎后旋地耕翻还田。 试验点位于平原县张华镇，试验时间为2014年6月~2016年6月。作物品种选用当地主推品种，玉米为“郑单958”，小麦为“济麦22号”。日常管理按照当地农民习惯。2016年小麦收获后取土测定土壤0~20 cm土层土壤微生物数量、土壤酶活性等指标。 2.3. 测试方法及数据处理分析 土壤微生物参照姚槐应的方法，采用平板计数法测定 [ 11 ] ：细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基，真菌采用马丁氏培养基，放线菌采用高氏1号培养基。土壤酶活性参照关松萌的方法 [ 12 ] ，其中土壤脱氢酶活性氯化三苯基四氮唑(TTC)比色法，土壤脲酶活性采用靛酚比色法测定，以24 h后1 g土壤中NH 4 + -N的毫克数表示；土壤酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法。 用DPS软件进行数据统计分析，用Duncan新复极差法进行多重比较。
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user: 3. 结果与分析 3.1. 秸秆还田对耕层土壤微生物数量的影响 由表2可以看出，秸秆还田增加了土壤细菌、真菌、放线菌数量。其中，对于细菌来说，与秸秆不还田处理相比，50%秸秆还田、100%秸秆还田、150%秸秆还田处理的土壤细菌数量分别增加3.1 × 10 8 个/g、2.5 × 10 8 个/g、2.2 × 10 8 个/g，对于真菌来说，与秸秆不还田处理相比，50%秸秆还田、100%秸秆还田、150%秸秆还田处理的土壤真菌数量分别增加2.0 × 10 6 个/g、3.5 × 10 6 个/g、0.5 × 10 6 个/g，对于放线菌来说，与秸秆不还田处理相比，50%秸秆还田、100%秸秆还田、150%秸秆还田处理的土壤放线菌数量分别增加1.3 × 10 7 个/g、1.9 × 10 7 个/g、1.7 × 10 7 个/g。说明，土壤微生物数量受秸秆还田量因素的影响。原因是随着还田秸秆的逐渐腐解，向土壤中输送大量的碳源，为土壤微生物繁殖提供营养，使土壤微生物群落结构得到改善 [ 13 ] 。 本试验中50%秸秆还田与100%秸秆还田处理的土壤细菌、真菌、放线菌数量较多。但并非秸秆还田量越高，土壤微生物丰富度越高，150%秸秆还田处理的土壤微生物数量有下降趋势。原因可能是因为， Table 1 Experiment desig 编号 number 试验处理 experiment design 秸秆还田量 returned-straw amount CK 秸秆不还田 0 kg/hm 2 秸秆还田 50%ST 50%小麦、玉米秸秆还田 3375 kg/ hm 2 (干重)玉米秸秆，4125 kg/ hm 2 (干重)小麦秸秆 100%ST 100%小麦、玉米秸秆还田 6750 kg/ hm 2 (干重)玉米秸秆，8250 kg/ hm 2 (干重)小麦秸秆 150%ST 100%小麦、玉米秸秆还田 10，125 kg/ hm 2 (干重)玉米秸秆，12，375 kg/ hm 2 (干重)小麦秸秆 表1. 试验设计 Table 2 Effect of amount of returned-straw on 0 - 20 cm soil microorganism amoun 处理 experiment design 细菌/(×10 8 个/g) bateria 真菌/(×10 6 个/g) fungi 放线菌/(×10 7 个/g) actinomycetes 0ST 9.5 ± 0.3 a 5.9 ± 0.5 a 10.4 ± 1.3 a 50%ST 12.6 ± 1.2 b 7.9 ± 1.0 ab 11.7 ± 2.0 b 100%ST 12.0 ± 0.5 b 9.4 ± 0.5 b 12.3 ± 1.6 b 150%ST 11.7 ± 0.9 b 6.4 ± 0.7 a 12.1 ± 0.8 b 表2. 秸秆还田对耕层土壤微生物数量的影响 注：表中不同小写字母表示差异达5%显著水平，下同。 秸秆中含有的养分大部分以有机形态存在，而以矿物质形态存在的相对较少，有机态分解速度慢，短期内向土壤中释放的养分效果不明显，这样会导致土壤C/N比失衡，因此在同一施肥水平下，秸秆还田量过多(150%秸秆还田)会导致土壤C/N比升高，土壤中没有足够的氮素提供微生物活动，从而导致微生物数量出现下降的趋势。 3.2. 秸秆还田对耕层土壤酶活性的影响 土壤酶系统作为土壤中最活跃的部分，同土壤微生物共同推动土壤的代谢过程，土壤酶活性反映了土壤中各种生物化学过程的强度和方向 [ 12 ] 。 土壤脱氢酶活性与微生物代谢活动相关，可作为指示土壤微生物活性的指标。由表3可以看出，秸秆还田后，土壤脱氢酶活性增强，与秸秆不还田的对照相比，50%秸秆还田、100%秸秆还田、150%秸秆还田处理的土壤脱氢酶活性分别增加3.82%、12.98%、11.45%。秸秆还田能有效提高土壤脱氢酶活性，其原因可能是因为秸秆还田提高了土壤有机质，为微生物的生长和繁殖提供了碳源，增加了脱氢酶的来源，同时改善了土壤的微环境 [ 14 ] 。 脲酶与土壤供氮能力有着密切的关系，能够表示土壤氮素的供应程度 [ 15 ] 。由表3可以看出，秸秆还田增加了土壤脲酶活性，与秸秆不还田相比，50%秸秆还田、100%秸秆还田、150%秸秆还田处理的土壤脲酶活性分别增加0.09 mg NH 3 -N·g -1 ·(24 h) -1 、0.20 mg NH 3 -N·g -1 ·(24 h) -1 、0.18 mg NH 3 -N·g -1 ·(24 h) -1 ，秸秆还田量不同，土壤脲酶活性不同，其中，以100%秸秆还田处理的土壤脲酶活性最高。 酸性磷酸酶活性的高低直接影响土壤中有机磷的分解转化和生物有效性 [ 16 ] 。秸秆覆盖有利于提高土壤酸性磷酸酶活性，增加土壤磷素的有效性。与秸秆不还田相比，50%秸秆还田、100%秸秆还田、150%秸秆还田处理的土壤磷酸酶活性分别增加12.99%、36.22%、37.80%。 Table 3 Effect of amount of returned-straw on 0 - 20 cm soil enzyme activit 处理 experiment design 土壤脱氢酶 ug∙(g∙h) −1 soil dehydrogenase 土壤脲酶 mg NH 3 -N∙g −1 ∙(24h) −1 soil urease 土壤酸性磷酸酶 mg∙g −1 (24h) −1 soil acid phosphatase 0ST 1.31 ± 0.2 a 0.25 ± 0.05 a 2.54 ± 0.10 a 50%ST 1.36 ± 0.5 a 0.34 ± 0.02 b 2.89 ± 0.15 b 100%ST 1.48 ± 0.5 b 0.45 ± 0.04 c 3.46 ± 0.09 c 150%ST 1.46 ± 0.7 b 0.43 ± 0.06 c 3.50 ± 0.14 c 表3. 秸秆还田对耕层土壤酶活的影响
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user: 4. 讨论与结论 土壤微生物和土壤酶均为土壤的组成成分，是土壤生物化学过程的积极参与者，也是物质生态循环和能量流动中表现活跃的物质，在土壤生态系统中具有重要作用。本试验研究了不同秸秆还田量对土壤微生物丰富度及土壤酶活性的影响，适量的秸秆还田对土壤微生物学及酶学性状起着积极的作用。 研究发现，土壤酶活性很大程度上受到作物品种、耕作制度和施肥管理方式的影响，常被用于指示土壤功能随生态压力和土地管理的变化情况 [ 17 ] 。在黄淮海平原的典型粮食主产区的德州平原县，作物品种与耕作制度几乎多年不变，唯有土壤施肥管理措施不同。本研究通过二年秸秆还田的定位试验，测定了不同秸秆还田量条件下，小麦-玉米轮作土壤的土壤酶活性情况。本研究发现，秸秆还田与不还田处理相比，可显著提高土壤脱氢酶、脲酶、酸性磷酸酶的活性。这是因为秸秆本身含有丰富的纤维素、木质素等富碳物质以及氮、磷、钾多种营养元素，腐解能使土壤综合生态因子得到改善，土壤中的微生物活性增加、活性更趋活跃，促进了酶活性的提高；而酶活性的提高又增强了土壤微生物活动，形成了良好的互动效应。 在本试验条件下： 1) 秸秆还田后增加了土壤微生物的丰富度，不同秸秆还田量对土壤细菌、真菌、放线菌数量影响不同。三类菌的数量分别增加2.2 × 10 8 个/g~3.1 × 10 8 个/g、0.5 × 10 6 个/g~3.5 × 10 6 个/g、1.3 × 10 6 个/g~1.9 × 10 6 个/g。但并非秸秆还田量越高，土壤微生物丰富度越高。 2) 秸秆还田提高耕层土壤酶活性。土壤脱氢酶、脲酶、酸性磷酸酶活性分别增加3.82%~12.98%、36.0%~80.0%、12.99%~37.80%。 3) 秸秆还田虽然能改善土壤微生物学及酶学性状，但也存在还田量阈值问题。秸秆还田量过多，不仅增加劳动成本，而且对土壤微生物数量及酶活性并没有明显的促进作用。从本试验结果看，建议还田量不超过100%秸秆还田。
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user: 摘 要 姜堰区应用示范结果表明，水稻钵苗机插技术具有显著增产优势。笔者通过设立专题试验和3年高产资料分析，探讨其超高产形成规律与栽培途径，提出调控措施。 关键词 :钵苗机插，超高产，水稻，栽培技术 Copyright © 2017 by authors 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 为解决毯苗机插这种水稻机械化栽培中存在的技术瓶颈，扬州大学农学院与江苏省作物栽培技术指导站、常州亚美柯机械设备有限公司联合研发建立了水稻钵苗机插精确机插高产栽培技术。姜堰区在沈高河横村水稻科技综合示范基地内实行了2013年模拟试验，2014年小面积试验示范，2015年以优质食味粳稻南粳9108为材料，建立水钵苗机插超高产百亩示范方，建设规模12 hm 2 ，示范方667 m 2 产797.2 kg，10月29日江苏省种子管理站、种业协会组织专家验收，实割0.17 hm 2 ，667 m 2 产843.6 kg，10月26日，区组织高产创建验收组实割1.38 hm 2 亩，667 m 2 产量858.2 kg。最大限度地挖掘水稻的产量潜力一直是农业生产线上研究的重点，因此，本论文以此百亩示范方为对象，从产量及其构成、群体物质生产和关键技术运用等方面，研究南粳9108钵苗机插超高产形成规律与栽培途径，以期为大面积栽培提供参考。 [ 1 ]
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user: 2. 材料与方法 2.1. 示范地点和目标产量设计 2.1.1. 示范地点 江苏省泰州市姜堰区沈高镇河横村江苏省水稻科技综合示范基地。河横村地处江淮平原，位于泰州市姜堰区北郊，姜堰、兴化、东台三市交界处，经度120.1268，纬度32.6143，属于北亚热带季风气候，季风环流气候影响显著，四季分明，冬夏较长，春秋较短。常年平均气温14.5℃；年平均积温5365.6℃；年平均降水量991.7毫米，年平均雨日117天；年平均日照时数22，059小时；无霜期215天。作物生长季较长，日平均气温高于10℃的作物生长期平均为223天，高于15℃喜温作物生长期172天。水稻勤泥土，PH值7.51，有机质含量25.46 g/kg，速效磷7.20 mg/kg，速效钾137.00 mg/kg，全氮含量1.67，碱解氮108.93 mg/kg。 2.1.2. 产量目标 2015年建立面积12 hm 2 的超高产示范方，产量目标800 kg/667 m 2 。 2.2. 示范田穗粒结构设计 设计有效穗数24万/667 m 2 ，每穗总粒数140粒以上，结实率93%以上，千粒重26.0 g，理论产量820 kg/667 m 2 ，实际产量超800 kg/667 m 2 。 2.3. 攻关田生育、群体质量指标设计 播种期5月15~20日，移栽期6月13~20日，叶龄4.2~4.8叶，齐穗期9月3~5日，有效分蘖临界叶龄期为N − n，调节值a取0.5，因此群体在9.5叶龄够苗，即在9.5叶前茎蘖数达到24万/667 m 2 左右；N – n + 3叶龄期达到高峰苗，即在12.1叶龄期高峰苗达到33万667 m 2 左右，成穗率75%以上，抽穗时有5张以上单茎绿叶数，有效穗24万/667 m 2 以上；抽穗期生物量850 kg以上，成熟期生物量1450 kg左右，抽穗期–成熟期干物质积累600 kg以上；孕穗期前后叶面积指数达到7.5~8.0。 [ 2 ] 2.4. 肥料用量设计 N肥用量设计：施N量 = (目标产量需N量 − 土壤供N量) ÷ N肥当季利用率。 示范方生产800 kg/667 m 2 稻谷需N量为8 × 2.1 = 16.7 kg/667 m 2 ，据示范方基础产量406 kg/667 m 2 ，土壤当季供氮量 = 4.06 × 1.7 = 6.9 kg/667 m 2 。肥料当季利用率按42.0%计，氮肥总用量 = (16.7 − 6.9) ÷ 0.42 = 23.3 kg/667 m 2 ，按基蘖肥氮:穗肥氮 = 7:3施用，基肥中基肥氮:分蘖肥氮 = 6:4。 P、K肥用量和用法设计：根据N:P 2 O 5 :K 2 O = 1:0.3:0.5计算，确定P、K肥大田施用量分别为每667 m 2 7.0 kg、14 kg，选用复合肥料(N15-P15-K23)分基肥和穗肥2次施用。 [ 2 ] 2.5. 测定项目与方法 2.5.1. 茎蘖动态 分别在移栽期、拔节期、抽穗期和成熟期观察茎蘖消长动态。 2.5.2. 叶面积 分别在移栽期、有效分蘖临界叶龄期、拔节期、抽穗期和成熟期测定叶面积。 2.5.3. 干物质 分别在有效分蘖临界叶龄期、拔节期、抽穗期和成熟期测定干物质。 2.5.4. 产量 在收获前不同田块5点取样200穴测定亩穗数：并取其中有代表性的20穴稻穗室内考种，求得每穗粒数、结实率，以1000实粒样本(干种子)称重，重复3次(误差不超过0.1 g)求取千粒重。成熟期实收计产。
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user: 3. 结果与分析 3.1. 各项措施基本上按照计划落实 3.1.1. 播种 5月13~15日专用钵苗机插流水线播种机播种，折大田用种量2.8 kg/667 m 2 。 3.1.2. 栽插 6月11~25日机插，行距33 cm，株距12.4 cm，每667 m 2 栽1.63万穴，基本茎蘖苗5.12~5.88万/667 m 2 。 3.1.3. 每667 m 2 肥料运筹 模式一：在示范方内建立攻关田2块、1.33 hm 2 。5月13日播种，6月11日机插，攻关田1基肥复合肥30 kg，分蘖肥尿素分3次施用，每次间隔5天，用量分别为7.5、7.5、5 kg；穗肥中倒4叶尿素10 kg、复合肥20 kg，倒3叶尿素5公斤，保花肥复合肥5公斤，总用氮折纯氮总量24.35 kg，基蘖肥N:穗肥N = 57:43。攻关田2除同攻关田1相同的肥料运筹外，基肥每667 m 2 增加100 kg腐熟的鸡粪水，总用氮折纯氮总量25.38 kg，基蘖肥N:穗肥N = 59:41。 模式二：适期内栽插、群体生长量正常，面积8.7 hm 2 。5月13日播种，6月17日机插，基肥复合肥30 kg，分蘖肥尿素分3次施用，每次间隔5天，用量分别为7.5、7.5、5 kg；穗肥中倒4叶尿素10 kg、复合肥20 kg，倒3叶尿素5公斤，总用氮折纯氮总量23.6 kg，基蘖肥N:穗肥N = 59:41。 模式三：超秧龄栽插、群体生长量偏小，面积2.0 hm 2 。5月13日播种，6月23、27日机插，基肥复合肥30 kg，分蘖肥尿素分2次施用，每次间隔5天，用量分别为10、10 kg；穗肥中倒5叶尿素10 kg，倒4叶复合肥20 kg，倒3叶尿素5公斤，总用氮折纯氮总量23.6 kg，基蘖肥N:穗肥N = 59:41。 3.2. 适期栽插钵苗机插易获高产，栽插秧龄弹性大，超秧龄期越长，减产也明显 3.2.1. 攻关田、秧龄28天产量 10月26日，区组织高产创建验收组对2块攻关田实割0.138 hm 2 、0.12 hm 2 ，667 m 2 产分别为858.2 kg、796.5 kg。穗粒结构见表1。 3.2.2. 秧龄34天产量 10月29日江苏省种子管理站、种业协会组织专家验收，实割0.17 hm 2 ，667 m 2 产843.6 kg。穗粒结构见表1。 3.2.3. 秧龄40天667 m 2 产量 10月26日，区组织高产创建验收实割0.096 hm 2 ，667 m 2 产量780.2 kg。 3.2.4. 秧龄45天667 m 2 产量(秧池) 五点取样测产，667 m 2 产量780.2 kg。 综合上述，适期栽插产量远高于超秧龄栽插产量，且随超秧龄时间加长，减产更显著。 3.3. 生育、群体结构也接近指标 3.3.1. 不同田块生育特性 由表2可知，相同播种期，移栽期不同，除够苗期推迟外，其它生育期及全生育期162~164 d基本相近。 3.3.2. 不同产量类型群体结构 由表3可知，基本苗相近，适期栽插最高苗数、最终成穗数远高于超秧龄栽插，成穗率差异不显著。 3.3.3. 不同产量类型群体质量指标 由表4可知，适期栽插中、后期干物质积累量远大于超秧龄栽插，最大叶面积指数差异也呈显著水平。
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user: 摘 要 原子模型是原子物理学的基础。本文通过粒子自旋实验分析，论述了原子核与电子相互作用原理，提出了基于粒子自旋的原子模型。基于对普朗克常数和相关实验分析，阐述了原子核外层梯度能级、外层电子能量、基本电荷及电磁效应原理。基于光子(基本粒子)静止质量常数假设，论述了电子与光子的相互作用及光电效应原理。最后，论述了氢原子光谱与精细结构常数的联系。本文对原子模型一些基本问题的讨论，将对原子物理学的发展开拓新的思路，对原子物理学的应用展示广阔的前景。 关键词 :粒子自旋，原子模型，基本电荷，光子静止质量常数 Copyright © 2017 by author 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 原子模型是原子物理学的基础，一个多世纪以来，许多物理学家进行了深入地实验与探索。19世纪初，约翰∙道尔顿认为原子是不可分割的一个整体。1897年，约翰∙汤姆森在阴极射线实验中发现原子中的电子，认为原子由 个带正电的颗粒和 个带负电的电子组成，将原子描述为葡萄干蛋糕模型。1911年，欧内斯特∙卢瑟福分析阿尔法粒子入射金箔实验，发现带正电的原子核，认为电子绕核作轨道运动，称其为行星模型。1914年，尼尔斯∙波尔修改卢斯福原子模型，提出轨道电子可吸收或发射能量，每一根光谱线与电子的轨道跃迁相联系，称其为量子化原子模型。1924年，德布罗意在他的博士论文中提出实物粒子(如电子)具有波动性的概念，并用来描述轨道电子的波动性。1926年初，薛定谔提出微观粒子的波动力学方程，并用来解释氢原子光谱。1927年海森堡提出测不准原理，即微观粒子运动的位置和动能不能同时准确测定。 这些理论从不同方面揭示原子运动的现象，力求做到与相关实验相吻合。但是这些理论没有很好地研究原子核、电子、光子的性质和运动，以及三者之间的相互作用，没有很好地揭示原子运动的物理机制，不能很好地解释多电子原子及其运动。因而，原子理论的基础性作用及其应用都受到了极大限制。 由于篇幅有限，本文主要分析以下几个问题：1) 基于原子核、电子、光子自旋的原子模型及三者之间的关系；2) 基于普朗克常数的原子核外层梯度能级与外层电子能级原理；3) 基于光子静止质量常数的外层电子的光子吸收与辐射原理；4) 氢原子光谱与精细结构常数分析。
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user: 2. 基于粒子自旋的原子模型 自旋是基本粒子的内禀属性。所谓基本粒子自旋，是指有一定半径的基本粒子体围绕自己的轴心旋转，而且伴随一个旋转的磁场。这个磁场从里至外有一个磁场梯度，离磁场中心越远，磁密度越小，反之越大。基本粒子的自旋磁场符合右手自旋定则或左手自旋定则(即四指为自旋方向，大拇指为磁场 极方向)。一种基本粒子或具有右手自旋定则磁场，或具有左手自旋定则磁场，两者互为正反粒子，如正反质子、正反电子、正反光子等。到目前为止，很多物理实验证明基本粒子具有自旋并存在磁场，但不能检测到基本粒子围绕自己的轴心旋转。基本粒子总是处于运动状态，使基本粒子通过特定的磁场或能量场，可以观察它的行为和运动轨迹，进而测量基本粒子的自旋方向和自旋力度。 1925年，乌仑贝克(G.Uhlenbeck)和古兹米特(S.A.Goudsmit)在分析施特恩–格拉赫实验和反常塞曼效应等实验时，提出电子自旋假设。1928年狄拉克提出包含电子自旋的相对论波动方程。在量子力学中，基本粒子的自旋被解释成基本粒子运动的角动量。1940年泡利(Pauli)证明“自旋统计定理”，阐述了费米子具有半整数自旋，玻色子具有整数自旋。1995年，Kw1atet等人 [ 1 ] 采用Ⅱ型参量下转换产生极化纠缠光子对，当泵浦光打在BBO晶体上时，一个光子会被劈成两半，产生两个波长相等、出射角度与自旋态相关联的光子。 霍尔效应实际上是电子在进入外加磁场时，由于电子自旋有的向下有的向上而形成的。随着外加磁场的增强，导体两端的电势差会加大。早在1879年，Edwin H.Hall在非磁金属中发现正常霍尔效应 [ 2 ] 。将导体置于外磁场中，导体中的电流垂直于外磁场，在垂直于电流与磁场组成的平面方向上会出现横向电压。第二年，他又在3d磁性金属中发现反常霍尔效应 [ 3 ] 。Klausvon Klitzing在极低温和强磁场下发现半导体中的量子霍尔效应 [ 4 ] 。2003年，Murakamis、Nagaosa、Zhang [ 5 ] 以及Sinova [ 6 ] 等人发现一种在非磁金属中出现的纯自旋积累的霍尔效应。由于材料不存在对称破缺，自旋向上和自旋向下的载流子分别向材料两端偏移，并且数量相等，材料两端没有电荷的积累，只有自旋积累，从而形成了纯自旋流。2012年， 薛其坤 教授的研究小组 [ 7 ] 发现的量子反常霍尔效应。 原子是由质子(中子)与电子构成的，原子的运行机制服从粒子自旋定则。将质子确定为左手自旋，则质子具有左手自旋磁场；电子为右手自旋，具有右手自旋磁场。粒子的自旋磁场，实际上是粒子的磁量子体，在不同的磁场环境中有不同的量子态。粒子的磁量子体，是源于核自旋的磁量子“自旋流体”，具有柔性，并非刚性。粒子磁量子体，由里至外，柔性增加；由外至里，刚性增强。粒子磁量子体的大小与粒子的质量呈正比，也与粒子的能量呈正比。粒子自旋磁场，符合同性相斥、异性相吸的原理。原子核是由质子与中子构成的，原子核的自旋磁场是质子自旋磁场的叠加态。原子核(质子)吸引电子，在一个元素中，质子数与电子数相等。当原子核吸引一个电子的时候，电子作为一个自旋磁场进入原子核的自旋磁场，电子的磁极与原子核的磁极相反，被原子核吸引；电子的自旋与原子核的自旋逆向旋转，又被原子核排斥。当原子核对电子的吸引力与排斥力在核外某一层次处于平衡态，电子相对稳定下来，并离原子核有一个距离，通常称为电子轨道半径。当两个自旋磁场的自旋逆向旋转时，磁阻会增强。1936年，Mott教授 [ 8 ] 提出的二流体模型，将自旋向上和自旋向下的电子分成两个并联的通道，当自旋方向与局域磁矩的方向反向平行的时候，电子受到自旋相关散射增强，电阻大；自旋方向与局域磁矩方向平行排列时，电子受到自旋相关散射减弱，电阻小。这就会导致整个体系处于高低两种阻态。1978年，法国Fert教授 [ 9 ] 和德国Grünberg教授 [ 10 ] 首次在金属磁性纳米多层膜中发现巨磁电阻效应。基于粒子自旋的原子模型服从以下几个原理： 2.1. 原子核自旋带动电子旋转 原子核自旋磁场与电子自旋磁场有怎样的运动图景？显然不是电子绕原子核运行，而是原子核自旋磁场带动电子自旋磁场一起旋转。因为原子核对电子的吸引力越大，两者之间的磁阻越大，电子在原子核磁场中的自由度越小。原子外“观察者”观察电子，或“探测者”探测电子，好像电子围绕原子核运行，而且有电子轨道。这个电子轨道实际上是原子核自旋带动电子旋转的轨迹。 2.2. 原子核对电子的吸引力达到最大 电子离原子核越近，吸引力越大，电子的能量也越大。在多质子原子中，电子的排布也服从吸引力最大原理。如果原子的电子排布有多层，离核半径小的层必定排满电子，剩余的电子排最后一层。上层电子受到下层电子向上的力，使之不能更接近原子核，离核半径增大。 2.3. 原子核外层电子在同一时间不可能占居同一位置 在原子核磁场中，外层电子磁极同向，自旋方向相同，相互排斥，在同一时间不可能占居同一位置。由于受原子核的吸引，电子之间的距离也有一个吸引力与排斥力相互作用的平衡间距，此时，电子的磁量子态部分叠加。 2.4. 原子核外底层(离核最近层)电子数决定外层电子能级 原子核随着质子数的增加，对电子的吸引力会增强，底层的电子数会增加，各层电子的能量也会增大，即各层电子的能级也会增大。设底层电子数为 ， 等于1至7中的任一数。 2.5. 底层电子数相同的原子形成一个元素周期 同底层电子数的原子，随着原子核质子数的增加，最外层电子与原子核的距离增加，吸引力减小，能量减小。这样，原子由金属元素，到过渡金属元素，再到非金属元素，最后一个是稀有气体元素，形成一个元素周期。 原子受到电子、光子、热能或磁能的激发，获得能量密度较低的能量，原子体增大，有的甚至被气化。如果底层或中层的电子被激发跃迁，外层电子会适时补位，以保持原子的稳定性。原子在被激发状态下，原子最外层可能有多个电子被激发，这些电子的辐射光谱可能形成光谱的精细结构。光谱的精细结构应是多电子辐射形成，并非单个电子辐射所致。 依据上述原理，可以进行元素周期表中各元素的电子排布。原子核外层电子最大数排布公式： (1) 式中 为元素系数，或元素质子数， 为底层电子数，或外层电子能级， 为各元素满足前面各层排满之后的剩余电子数。式中右边各项表示外层电子层次。随着原子系数减小，右式中的中间项从右至左依次去项，见表1。
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user: 3. 基于普朗克常数的原子核外层梯度能级与外层电子能级 原子核自旋梯度磁场，也是一个能量场，从里至外有一个能量梯度，离核越近，能量密度越大，离核越远，能量密度越小。原子核与电子之间的相对运动，即两个自旋磁场的相对运动，产生能量。所谓能量，就是基本粒子磁量子的相对位移量。基本粒子的能量与粒子的质量呈正比，质量越大，能量越大。基本粒子的能量，有两种表述，一般指基本粒子的动能，有时特指用爱因斯坦质能方程式转换的能量。原子核自旋磁场带动电子自旋磁场旋转，两个磁场的相对运动使电子获得更多能量。许多物理学家研究原子核、质子、电子自旋磁矩以及电子轨道磁矩，但对原子内部的电磁现象及原理研究不够。电子在原子核磁场中的运动也服从电磁效应原理。 3.1. 原子核自旋能量场的能级从里至外呈梯度分布 原子核外层的能级可以用电势(电压)来表示，离核半径越小，电势越高，离核半径越大，电势越低。原子受到激发时，外层电子会辐射光子，处于电势高位的电子辐射波长较短的光子，处于电势低位的电子辐射波长较长的光子。元素的辐射光谱精确地反映了原子核外层梯度能级分布。 3.2. 原子核外层电子的能量随着原子核对电子吸引力的增大而增加 外层电子离原子核中心有一个距离为离核半径，也可称为电子轨道半径，半径越小，电子能量越大，半径越大，电子能量越小。电子的能量也可以用电荷来表示。 3.3. 电子的能量与电子的运行速度(磁场相对位移)呈正比 外层电子相对原子外磁场运行速度越大，能量越大。电子自旋磁场的相对位移量可以用电流来表示。电子的运行速度与电子所在原子核外层能级是等效的。原子核带动电子旋转，电子相对于原子核是没有位移的，电子的能量与所处电势的高低相关；原子核带动电子旋转，电子相对于原子的外磁场是有位移的，电子的能量与电子的运行速度相关。外层电子能量随着所处电势的升高而增大，或随着电子运行速度的增加而增大，两者是等效的。 3.4. 电子所在核外层磁量子密度与电阻呈正比 电子所在核外层磁量子密度越大，电子自旋或位移的磁阻(或电阻)越大，反之磁量子密度越小，磁阻越小。 3.5. 原子核外层电子受激发而产生能级变化 原子核外层电子，与原子系数相同数量的电子，受原子核的吸引，处于能级较高的层次。电子吸收入射光子，向外层跃迁，能级降低。电子向外层跃迁，也要做功，消耗能量。金属原子外层的自由电子处于能级较低的层次。原子外磁场加强，自由电子的能级(电势)会提升，反之下降。在导体中，这个能级不会超过金属元素价电子的能级。金属导带能级随着外磁场强度的增大而增加。 1900年，马克斯普朗克 [ 11 ] 在研究物体热辐射时提出普朗克常数 ，该常数值为6.626069574 × 10 −34 J·s [ 12 ] 。普朗克常数 实际上不是光子的能量常数，而是原子核外层电子的能量常数 [ 13 ] 。外层电子在一定能级上有一定的波长，如果电子处于辐射光子态，电子的波长与其辐射的光子波长相等。如果将核外电子的能量 作为原子核的束缚能， 可以表示为 。为了避免歧义，本文用 表示电子能量。外层电子能量计算公式为： (2) 式中， 为外层电子能量，单位是 ； 为普朗克常数，单位是 ； 为外层电子的波长，单位是 ； 为光速，单位是 。 依据波尔的氢原子理论，氢原子基态电子的速度为光速乘以精细结构常数，外层电子的能量也可用电子相对于原子外磁场的运行速度来进行计算。其公式为： (3) 式中， 为外层电子的能量， 为电子的质量，单位是 ； 为精细结构常数， 为氢原子基态电子的波长， 为外层电子的波长。用式(2)与式(3)结合，可以计算普朗克常数： (4) 依据洛伦兹变换原理，外层电子能量也可以用下面公式计算： (5) 用式(2)与式(5)结合，可以计算普朗克常数： (6) 依据基本电荷，可用下式计算原子核外层能量场的梯度能级，或电势，或电压： (7) 式中， 为原子核外层电压，单位是 ； 为外层电子的能量， 为基本电荷。电子在1伏电压下的电荷值 [ 13 ] 。1913年，密立根 [ 14 ] 通过油滴实验，计算出电子的基本电荷 ，这一电荷值实际上不是1伏电势下的电子电荷值，而是238.489002461943伏电势下的电子电荷值。密立根油滴实验原理是科学的，但有些数据处理值得讨论，如在电场中的油滴密度会减小，空气粘滞系数会减小。实验给油滴加载的电势(理论值)为238.489002461943伏，此时油滴上电子的能量应为基本电荷与电势的乘积，电子在1伏电压下的电荷值 。由式(7)分别与式(2)、式(3)、式(5)结合，可以计算基本电荷： (8) (9) (10) 这一新的基本电荷值用最小电流法实验可以测量获得。最小电流法实验的基本原理：在一定电势下，电子的能量值是确定的，假设在导体中每一个时点通过一个电子，电子不间断地通过，保持电流不间断，这一电流就是最小电流。1伏电势下最小电流的理论值 。最小电流的大小与电子能量的大小呈正比。最小电流法的测试电阻为巨电阻 ，每秒通过的电子数 。最小电流计算公式： (11) 式中， 为最小电流， 为原子核外层电压， 为巨电阻。用下式也可计算最小电流： (12) 式中， 为基本电荷， 为每秒通过电子数。 1916年，密立根光电效应实验 [ 15 ] ，也间接地测试了最小电流。下面以光电效应实验数据 、 [ 13 ] ，用式(2)、式(3)、式(11)计算外层电子能量、电子波长、最小电流。计算结果见表2。 依据原子核外层梯度能级和电子能级公式，可以计算各种金属导电最大电压值。钢的价电子半径约为125 pm，相应电子波长为1.25 × 10 −10 ，用式(2)计算，钢的价电子能量为1.58915796883086 × 10 −15 。用式(7)计算，钢的价电子所处电压为2365511.43625621电子伏特，用式(11)计算，钢的价电子最小电流为4.76417573626004 × 10 − 7 安培。高压线一般用钢材料制成，特高压不可能达到这个电子伏特。如果接近这个电子伏特，高压线就会损毁。
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user: 4. 基于光子静止质量常数的外层电子的光子吸收与辐射 2016年，《普朗克常数与光子静止质量常数统一实验分析》一文 [ 13 ] 提出了光子静止质量常数假设，文中公式(2)可用下面公式替代，文中相关公式也应作相应修正。如果将基本粒子看作是一个球体粒子， Table 1 Element cycle and outer electron distribution tabl 元素周期 元素名称 Z 底层 电子数 外层电子排布 层次1，2，3，4，5，6 1 氢， 氦 1， 2 1 从1 至2 2 锂，铍， 硼，碳，氮，氧，氟，氖 3，4， 5，6，7，8，9，10 2 从2，1 至2，2，4，2 3 钠，镁， 铝，硅，磷，硫，氯，氩 11，12， 13，14，15，16，17，18 3 从3，3，5 至3，3，6，6 4 钾，钙，钪，钛，钒，铬，锰，铁，钴，镍，铜，锌，镓，锗，砷，硒，溴，氪 19，20，21，22，23，24，35，26，27，28，29，30，31，32，33，34，35，36 4 从4，4，8，3 至4，4，8，12，8 5 铷，锶，钇，锆，铌，钼，锝，钌，铑，钯，银，镉，铟，锡，锑，碲，碘，氙 37，38，39，40，41，42，43，44，45，46，47，48，49，50，51，52，53，54 5 从5，5，10，15，2 至5，5，10，15，19 6 铯，钡， L*，铪，钽，钨，铼，锇，铱，铂，金，汞，铊，铅，铋，钋，砹，氡 55，56，71，72，73，74，75，76，77，78，79，80， 81，82，83，84，85，86 6 从6，6，12，18，13 至6，6，12，18，30，14 7 钫，镭， A*，鈩，𨧀，𨭎，𨨏，𨭆， Mt， Ds，錀 87，88，103，104，105，106，107，108，109，110，111 7 从7，7，14，21，35，3 至7，7，14，21，35，27 L*:镧，铈，镨，钕，钷，钐，铕，钆，铽，镝，钬，铒，铥，镱，镥 57，58，59，60，61，62，63，64，65，66，67，68，69，70，71 A*:锕，钍，镤，铀，镎，钚，镅，锔，锫，锎，锿，镄，钔，锘，铹 89，90，91，92，93，94，95，96，97，98，99，100，101，102，103 表1. 元素周期与外层电子排布表 Table 2 Incident photon wavelength， cutoff voltage， electron wavelength， electron energy， minimum current data table of photoelectric effec 3.65 × 10 −7 1.700413472 1.7389222 × 10 −4 1.14234 × 10 −21 3.4246584 × 10 −13 4.05 × 10 −7 1.247479787 2.3702882 × 10 −4 8.38061 × 10 −22 2.5124431 × 10 −13 4.36 × 10 −7 0.99901372 2.9598058 × 10 −4 6.71141 × 10 −22 2.0120287 × 10 −13 5.46 × 10 −7 0.507711 5.8239559 × 10 −4 3.41082 × 10 −22 1.0225376 × 10 −13 5.77 × 10 −7 0.43043313 6.8695610 × 10 −4 2.89166 × 10 −22 8.6689882 × 10 −14 表2. 光电效应入射光子波长、截止电压、电子波长、电子能量、最小电流数据表 这个粒子的静止质量与其体积呈反比，体积越大，质量越小，体积越小，质量越大。因此，可以建立光子(基本粒子)静止质量公式： (13) 式中， 为基本粒子的静止质量， 为光子静止质量常数，单位是 ， 是光子(或基本粒子)的波长。电子质量、电子波长这两个常数通过实验反复证明是非常精确的，因此，可以用来计算光子静止质量常数。2012年国际粒子数据组 [ 12 ] 推荐，电子质量 ，电子康普顿波长 ，则： (14) 原子在光子、电子、磁场、热能的激发下，可辐射或散射光子。这里，主要论述原子核外层电子如何吸收光子、辐射光子和散射光子。原子核、电子、光子的自旋磁场，从里至外磁量子密度呈梯度分布。入射光子的自旋磁场进入原子核自旋磁场，或进入电子自旋磁场，会与电子的自旋磁场发生碰撞，有弹性碰撞吸收与辐射，有弹性碰撞散射。碰撞的形式由入射光子的波长和外层电子波长或能量决定。入射光子的自旋磁场进入原子核自旋磁场，或进入电子自旋磁场，速度会减慢，光子速度与路径能量密度等效。1992年，Harris等人 [ 15 ] 预言原子数密度为 、长度为10 cm的Pb原子气体，可以让波长为283 nm的共振探测光的群速度减慢到 。1999年，美国哈佛大学的Hau研究小组 [ 16 ] 利用Na原子的玻色–爱因斯坦凝聚体成功地将光速降到 。近年来，L.V.Hau 等人 [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] 用电磁诱导透明(EIT)方法减慢光速，揭示了电磁与光的一些相互作用原理。 4.1. 原子核外层电子与入射光子的弹性碰撞吸收与辐射 所谓弹性碰撞吸收与辐射，是指入射光子能量等于电子能量时，入射光子自旋磁场与电子自旋磁场发生碰撞，光子被电子完全吸收。由于光子的能量密度小于电子的能量密度，吸收光子的电子会向外层跃迁，到达激发态顶点辐射一个光子；电子受原子核的吸引立即回迁，到下一个点再辐射一个光子，直到回迁至基态。入射光子波长大于外层电子波长，并且两者能量相等，才能产生弹性碰撞吸收。吸收光子的电子，能量密度减小，向外层跃迁；电子到达激发态顶点，辐射一个光子，能量密度增加，向内层回迁。外层电子吸收一个光子，可以辐射多个光子。辐射光子的波长与电子在辐射层次的波长相等。入射光子的波长越短，入射至原子核自旋磁场和电子的自旋磁场的层次越深，反之，越浅。 原子核外层电子能量与入射光子的能量相等。入射光子能量用下式计算： (15) 式中， 为入射光子能量， 为入射光子波长， 为光子的速度， [ 13 ] 。 接近光速 ，光子的动能接近光子的能量，式中“−1”可以省略。辐射光子的能量也可用式(15)计算， 则为辐射光子波长。与外层电子(自由电子)发生弹性碰撞吸收的光子的波长远远大于该外层电子(自由电子)辐射光子的波长。吸收光子波长与辐射光子波长用下式计算： (16) 式中，计算入射光子波长时， 为发生弹性碰撞吸收的电子(或基态)能量；计算辐射光子波长时， 为辐射光子的电子(或激发态)能量。 4.2. 原子核外层电子与入射光子的弹性散射 所谓弹性散射，是指入射光子自旋磁场进入原子核自旋磁场和外层电子自旋磁场时，入射光子波长约等于外层电子波长，两者发生弹性碰撞散射。散射光子有一定的波长范围，入射光子波长与外层电子波长相等，发生正向弹性碰撞散射，产生散射光子波长的峰值；入射光子的波长略小于或大于外层电子波长，发生偏正弹性碰撞散射，产生散射光子波长峰值两侧的值。弹性散射的外层电子能量用下式计算： (17) 式中， 为散射光子的频率或散射光子的外层电子的频率。依据式(16)可以计算散射光子的波长。式中， 为散射光子的外层电子能量。
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user: 6. 结论 本文基于粒子自旋实验分析，提出了基于粒子自旋的原子模型，论述了原子核与电子的相互作用、 图1. 氢原子可见光和附近紫色光发射光谱[巴尔末线系，Herzberg (41)]。 为该线系理论极限 原子运动的机理和原子模型，论述了原子外层电子排布与元素周期的一致性。基于对普朗克常数和相关实验分析，进一步论证了普朗克常数 不是光子的能量常数，而是原子核外层电子的能量常数，阐述了原子核外层梯度能级、外层电子能量，以及基本电荷、电压、最小电流等电磁效应原理。基于光子(基本粒子)静止质量常数假设，论述了电子与光子的相互作用及光电效应原理。最后，运用上述原理对氢原子实验数据进行分析，论述了氢原子光谱与精细结构常数的联系。文章还提到原子核结构和磁量子等问题，由于篇幅有限，没有作深入探讨。本文对原子模型一些基本问题的讨论，将对原子物理学的发展开拓新的思路，对原子物理学的应用展示广阔的前景。