DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 3. 结果与讨论 3.1. 硅簇的最低能量结构 所获得的10至20个原子的硅团簇的最低能量结构见图1中，并在表1中进行了描述。我们为每个团簇优化了10到15个初始结构，在图1中只显示了那些能量最低的异构体。Si-Si键长从2.572 Å至2.743 Å，远大于块体硅(2.35 Å)。 结果表明，原子被分成两个壳，当所有原子都位于表面时，外部具有扁长形状，而内部原子具有包含一个核心原子的球形。正如理论计算所建议的，稳定硅笼簇的一种可能方法是将客原子定位在团簇的中心。因此，核心原子的作用是通过减少悬空键的数量来稳定外笼。这类似于通过在半导体表面重建中用悬空键饱和来稳定表面的吸附原子。结构的表面是笼子，吸附原子是核心原子，核心原子具有高度的协调性。对于原子数n ≥ 17的中型硅团簇，我们通过ab initio、DFT计算得到了类似球形的结构，与预测中的扁长结构不同。当n ≥ 17时，团簇开始显示出内嵌原子，具有非常高的配位数。而且对于n ≥ 17 图1. Si n (10 ≤ n ≤ 20)团簇的最低能量结构 Table 1 The parameters of the stable structures of Sin (10 ≤ n ≤ 20) cluster Cluster Point group E b (eV) ΔE (eV) E f (eV) a 0 (Å) N c Si 10 C 3v 4.5339 1.8560 −4.6127 2.654 4.800 Si 11- 1 C s 4.5002 1.4559 −4.1923 2.672 4.181 Si 11- 2 C s 4.5003 1.1939 −4.1027 2.678 4.545 Si 12 C s 4.5451 1.7984 −3.9603 2.639 4.166 Si 13 -1 C s 4.5389 1.2252 −4.4533 2.728 5.307 Si 13- 2 C s 4.5302 0.7889 −4.6129 2.713 5.230 Si 14- 1 C 2 4.6053 1.3604 −4.4018 2.572 4.00 Si 14- 2 C 2 4.6049 1.4965 −4.3408 2.661 4.857 Si 15 C s 4.6115 1.6182 −4.3371 2.668 4.933 Si 16 C s 4.6075 1.0627 −4.5894 2.616 4.00 Si 17 C 1 4.6188 1.0629 −4.3741 2.743 5.294 Si 18 C 1 4.6298 0.7332 −4.4102 2.686 4.777 Si 19 C 1 4.6786 0.6473 −4.4547 2.640 4.315 Si 20 C s 4.6790 0.9187 −4.3728 2.582 3.800 表1. Si n (10 ≤ n ≤ 20)团簇稳定结构的参数 的中型团簇，我们用DFT的计算结果比使用的全局优化技术算法更容易得到最小值，在n ≥ 17处开始出现内嵌原子与Gruene等人的报道非常一致 [ 13 ] 。另外，Feuston等人利用SDQ与分子动力学模拟开发了一种新的计算技术，能量计算表明，基于SDQ技术获得的全局最小值只是一个低能量的局部最小值。这是因为SDQ方法本质上是一种扫描潜在能量的方法，从中可以找到统计上重要的局部最小值。原则上，给定足够长的分子动力学运行时间，SDQ方法应该能够找到正确的全局最小值，但这种方法对于大尺寸团簇可能变得无效。在本文中，我们描述了具有10至20个原子的硅簇获得的新结构的结构性质。尽管人们对Si 10 进行了许多理论研究，但平衡结构尚未得到解决 [ 14 ] 。我们的DFT-LDA计算表明，最稳定的结构是C 3v ，与Jaeger等人最近获得的结果非常一致 [ 15 ] 。对于Si 11 ，Cheshnovsky等人的C 2v 异构体和Cangshan等人的计算结果与图一中显示的Si 11–1 ，Si 11–2 的C s 对称性有不同 [ 16 ] [ 17 ] 。Si 12 的最小值比先前被认为是Si 12 基态的C s 能量低0.16 eV。对于Si 13 我们进行了更多的理论研究，因为基于核心的二十面体结构，有可能找到更高的对称性。结果证明，由于Jahn-Teller畸变，高对称性二十面体团簇是不稳定的。如图1所示，使用ab initio分子轨道计算，我们发现了两种Si 13 异构体，Si 13–2 与基于DF-TB计算的报道的最低能量结构相同，并且与最近报道的Peppernick等人的结果一致 [ 18 ] 。对于Si 14 ，文献报道了许多低位异构体，普遍的共识是异构体Si 14–2 可能是全局最小值 [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] 。然而，我们的计算显示具有C 2 对称性的新结构Si 14–1 比Si 14–2 略微稳定。对于Si 15 ，先前的低能量结构计算都包含具有C 3v 对称性的带帽三棱柱配位结构，我们获得了一种新的低能量结构，它具有C s 对称性和1.6181 eV的大HOMO-LUMO间隙。我们预测Si 16 的最低能量结构为图1中具有C s 对称性的扁长结构。与Si 16 相反，对于17 ≤ n ≤ 19的团簇，表现出共同的趋势，所有结构都具有C 1 对称性，具有一个核心原子的类球形结构。值得注意的是，与文献数据中报道的扁长形结构相比，Si 17 ，Si 18 和Si 19 的更像球形结构，其在稳定性方面具有更大的优势 [ 22 ] 。最后，对于Si 20 簇，最低能量异构体如图1所示。另外，17 ≤ n ≤ 19的硅团簇的结构特点是：具有核心原子、C s 对称性、类似球形，最终达到晶体的体积值(4.75 eV)。 3.2. HOMO-LUMO间隙随着团簇尺寸的变化 众所周知，在大系统中HOMO-LUMO间隙较小。通常，由于分子轨道之间的相互作用导致HOMO能量某种增加，同时导致LUMO的能量一定程度的降低，导致HOMO-LUMO间隙减小。对于我们的团簇，在图2中绘制了不同簇的最低能量异构体随着簇大小的变化HOMO-LUMO间隙的变化。正如预期的那样，HOMO-LUMO间隙随着团簇尺寸的增加而减小。这种依赖于尺寸的变化趋势与实验结果一致。我们注意到Si 10 和Si 12 的最低能量异构体具有大的HOMO-LUMO间隙，而Si 18 和Si 19 具有较小的HOMO-LUMO间隙。然而，当n = 19时发现最小的HOMO-LUMO间隙，表明在该尺寸范围内具有高度金属键合趋势。 图2. 能隙随团簇尺寸的变化关系图 图3. 结合能随团簇尺寸的变化关系图 3.3. 结论 通过计算得到了Si n 团簇(10 ≤ n ≤ 20)的最低能量结构，硅团簇的结构与块体硅有很大的不同，我们找到了许多文献中未曾报道的结构。同时发现原子被组织成两个壳，当n < 16时，扁长结构占主导地位，团簇结构中原子明显倾向于躺在表面而不是内部；然而，当n ≥ 17时，出现了具有核心原子的类似球形结构。硅团簇的键长大于块体硅中的键长，结合能值随着团簇大小的增大而增加(图3)，因此我们预计团簇的总体稳定性随着团簇大小的增大而增加。接下来我们将继续研究Si n 团簇(20 ≤ n ≤ 30)的结构和性质，期待为团簇组装纳米材料的研究提供必要的理论基础。
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user: 摘 要 基于自由电子气体模型和无规相近似下的线性响应理论，我们研究了方柱形原子团簇中的等离激元。结果发现，横向等离激元随柱长的增加而发生蓝移，而纵向等离激元随柱长的增加而发生红移。 关键词 :原子团簇，纵向等离激元，横向等离激元，自由电子气体模型 Copyright © 2018 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 表面等离激元是光与金属表面的电子相互作用，形成的一种表面电磁模式，其横向可以实现对电磁场亚波长尺度的束缚，从根本上突破了衍射极限的限制。表面等离激元激发所引起的诸多奇异效应，如透射增强效应 [ 1 ] [ 2 ] 、局域场强增强效应 [ 3 ] [ 4 ] 、非线性转换过程增强效应 [ 5 ] [ 6 ] 、和负折射现象 [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] 等，使其展现出了巨大的应用潜力，吸引了越来越多的科研人员进行这方面的理论和实际应用研究。 Nie发现，Ag纳米颗粒上等离激元激发可使单分子拉曼散射信号的增强因子高达10 14 ，是探测和分析单分子特性的有效工具 [ 11 ] 。与单个颗粒的增强效果相比，一对金属纳米颗粒构成的光学天线在等离激元共振激发时会引起电荷的重新分布，并在其缝隙处发生近场耦合，使得该处电场引起的双光子信号增强80倍以上，这为在纳米尺度上调控物质的光物理过程提供了新手段和新技术 [ 12 ] 。等离激元产生的非线性光学增强现象可以调控自身在微纳结构中的传播效应。例如，结合等离激元对环境折射率敏感的特性，以及非线性介质的光克尔效应(介质的折射率随光强发生变化)，利用控制光场改变非线性介质的折射率，从而改变等离激元的传输特性，这一现象可用于制备亚波长光学电路中的光开关 [ 13 ] 。 最近，基于自由电子气体模型和无规相近似下的线性响应理论，在二维矩形原子团簇中，我们提出了研究等离激元的新方法 [ 14 ] [ 15 ] 。这种方法的优点是，可以找出系统的所有等离激元模式，且结果不受外场影响。本文中，我们把研究等离激元的新方法推广到柱形原子团簇，重点研究横向等离激元和纵向等离激元随柱长的演化。
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user: 2. 研究方法 在自由电子气体模型下，方柱(长 L x × a ，宽 L y × a ，高 L z × a )内电子的本征函数和相应的本征能量分别为 ψ n x n y n z ( x ， y ， z ) = C sin n x π x L x a sin n y π y L y a sin n z π z L z a (1) E n x n y n z = π 2 ℏ 2 2 m e a 2 ( n x 2 L x 2 + n y 2 L y 2 + n z 2 L z 2 ) (2) 这里 8 L x L y L z a 3 。当给方柱一个扰动时，方柱内产生的诱导电荷密度 ρ i n d 可以写成 ρ i n d ( r ， ω ) = ∫ ∏ ( r ， r ′ ， ω ) V ( r ′ ， ω ) d r ′ (3) 这里 ∏ ( r ， r ′ ， ω ) 是密度–密度响应函数，V为作用于系统的总扰动势，其可看做由外加电势 V e x t 和诱导电势 V i n d 两部分组成，即 V = V e x t + V i n d 。在无规则相近似下，密度–密度响应函数 ∏ ( r ， r ′ ， ω ) 可写为 ∏ ( r ， r ′ ， ω ) = 2 e 2 ∑ n m f ( E n ) − f ( E m ) E n − E m − ω − i γ ψ n ∗ ( r ) ψ m ( r ) ψ m ∗ ( r ′ ) ψ n ( r ′ ) (4) 其中， f ( E n ) 是费米分布函数。 ψ n = ψ n x n n y z 和 E n = E n x n y n z 分别代表系统未受外界扰动时的本征函数和本征能量。 由库伦定律知，诱导电荷 ρ i n d 在空间产生的电势为 V i n d ( r ， ω ) = 1 4 π ε 0 ∫ ρ i n d ( r ′ ， ω ) | r − r ′ | d r ′ (5) 将电荷密度(1)式代入(5)式，可得 V i n d ( r ， ω ) = 2 e 2 ∑ n m f ( E n ) − f ( E m ) E n − E m − ω − i γ × 1 4 π ε 0 ∫ ψ n ∗ ( r ′ ) ψ m ( r ′ ) | r − r ′ | d r ′ [ V n m e x t ( ω ) + V n m i n d ( ω ) ] (6) 其中， V n m ( ω ) = ∫ ψ n ∗ ( r ) V ( r ， ω ) ψ m ( r ) (7) 在(6)式两边，同乘以 ψ n ′ ∗ ( r ) ψ m ′ ( r ) 并对整个方柱积分，可得： V n ′ m ′ i n d ( ω ) = 2 e 2 ∑ n m f ( E n ) − f ( E m ) E n − E m − ω − i γ × 1 4 π ε 0 ∫ ψ n ∗ ( r ′ ) ψ m ( r ′ ) ψ n ′ ∗ ( r ) ψ m ′ ( r ) | r − r ′ | [ V n m e x t ( ω ) + V n m i n d ( ω ) ] d r ′ d r (8) 令 M n ′ m ′ ， n m ( ω ) = 2 e 2 4 π ε 0 ∑ n m f ( E n ) − f ( E m ) E n − E m − ω − i γ ∫ ψ n ′ ∗ ( r ) ψ m ′ ( r ) ψ n ∗ ( r ′ ) ψ m ( r ′ ) | r − r ′ | d r ′ d r (9) 则(6)式可写成 ∑ n m [ δ n ′ m ′ ， n m − M n ′ m ′ ， n m ( ω ) ] V n m i n d ( ω ) = ∑ n m M n ′ m ′ ， n m ( ω ) V n m e x t ( ω ) (10) 当已知外电场时，由电场和电势的关系可求得电势 V e x t ( r ， ω ) ；利用(7)式可获得 V n m e x t ( ω ) ；利用(10)式可获得 V n m i n d ( ω ) ；当 V n m e x t ( ω ) 和 V n m i n d ( ω ) 都知道后，利用(3)式可获得诱导电荷密度 ρ i n d 。 等离激元是电荷的集体振荡，当其激发时会使系统的能量损耗增大，从而导致能量损耗谱中出现损耗峰。因而，我们可以认为能量损耗峰所对应的频率就是等离激元的频率。通常情况下，一个系统的能量损耗可以通过下式来计算 [ 14 ] A ( ω ) = − 1 2 ω Im { ∫ ρ i n d ( r ， ω ) [ V e x t ( r ， ω ) ] ∗ } (11)
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user: 3. 结果与分析 在下面的计算结果中，频率 ω 是以 π 2 ℏ 2 / 2 m e a 2 位单位， m e 代表电子的质量，a = 0.2857 nm代表金的晶格常数。能量吸收谱和电荷分布分别是通过(13)式和(20)式获得。此外，因本文主要讨论零温情况下金属圆盘内的等离激元激发，所以，圆盘内电子为半填充状态，在费米能级以上费米分布函数为0，在费米能级以下费米分布函数为1。 按照习惯，下面我们将平行于方柱轴的电场称为纵向电场(用 E L 表示)，其所激发的等离激元称为纵向等离激元(用 ω L 表示)；将垂直于方柱轴的电场称为横向电场(用 E T 表示)，其所激发的等离激元称为横向等离激元(用 ω T 表示)。图1显示了纵向等离激元随方柱长度的变化。从峰的移动来看，随着方柱长度的增加，横向等离激圆的频率发生了红移。这种现象主要是因为随着柱长的增加，能级间距减小而引起的。 在图2中，我们展示了横向等离激元随方柱长度的变化。不难发现，横向等离激元有蓝移趋势。对比图1和图2，可以发现纵向等离激元的模式要多于横向等离激元。这主要是因为电子横向运动要比纵向运动更加受限而引起的。
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user: 4. 结论 基于自由电子气体模型和无规相近似下的线性响应理论，本文中我们研究了方柱形原子团簇中， 图1. 横向等离激元随方柱长度的变化 图2. 纵向等离激元随方柱长度的变化 等离激元随柱长的演化。利用能量吸收谱，等离激元的激发和演化被观测到。结果发现，横向等离激元随柱长的增加而发生蓝移，而纵向等离激元随柱长的增加而发生红移。
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user: 摘 要 持续的微电子技术小型化的趋势引发了对纳米结构构建的追求，硅基团簇的性质因其在应用科学和基础科学中的重要性而备受关注。掺入金属原子或氢化可以使悬空键饱和并诱导笼状硅簇的形成。不同的过渡金属掺杂使硅团簇具有了不同的效应。为了寻找能够比较稳定地存在于半导体材料的过渡金属元素，本文详细介绍和比较了不同的过渡金属掺杂对主硅团簇的影响，包括磁效应、稳定结构效应、电子结构效应。 关键词 :硅团簇，过渡金属，效应 Copyright © 2018 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 在各种半导体元件中，硅已经并将继续成为最广泛的材料之一，例如太阳能电池和微电子。而持续的微电子技术小型化的趋势引发了对纳米结构构建的追求，对芯片构建模块的研究始于20世纪90年代，在当前的半导体工业中，使用光刻技术构造纳米电子器件，团簇在这项任务中发挥着关键的作用，硅基团簇的性质因其在应用科学和基础科学中的重要性而备受关注。与碳相比，硅更喜欢通过sp 3 杂化形成CY键，从而产生三维结构 [ 1 ]，与碳团簇不同，对于某些尺寸，硅团簇具有高度对称性和高稳定性。研究表明，硅团簇结构倾向于采用扁长结构 [ 2 ]，并且没有形成富勒烯内的笼状颗粒 [ 3 ]。然而，掺入金属原子或氢化可以使悬空键饱和并诱导笼状硅簇的形成。众所周知，在适当的掺杂下，团簇的几何结构和化学反应性可以显著改变。用d壳未填充的过渡金属原子进行掺杂是创造具有新特性硅簇的最有效的方法，而且可以改变硅团簇的光电特性，提高团簇的稳定性 [ 4 ]，形成高对称性的稳定结构和非反应性笼，这对于纳米技术装置中可能的构建块而言是非常重要的。一些小尺寸的硅团簇，如 Si 8 + ，已经可以将理论和实验研究结合起来。近几年，研究者已经对含有多达100个原子的小硅团簇展开了广泛研究 [ 5 ][ 6 ]。本文通过比较不同过渡金属掺杂硅团簇发现，硅s和p轨道与过渡金属原子的d轨道间强烈的相互作用湮灭了后者的磁矩，两个非磁性原子组成的团簇Si 12 Cr可以恢复磁矩；掺杂剂可以简单地添加到纯硅簇中，替代纯簇的Si原子，或者进行结构重建产生新的几何形状，过渡金属原子可能稳定簇并诱导对称内嵌笼的形成。不同的过渡金属掺杂对主硅团簇的影响主要包括磁效应、稳定结构效应、电子结构效应。
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user: 2. 磁效应 当掺杂原子的d或f层只有部分被填充时，原子可以携带一个磁矩，成为实现制造磁性纳米尺寸硅颗粒的一种方法，这一点已经被广泛的应用，包括磁流体，生物技术，磁共振成像和数据存储 [ 7 ]。最重要的是，自旋电子器件的潜在应用促进了对磁性半导体的更多研究 [ 8 ]。尤其是对于构建具有尺寸依赖性的磁性硅团簇。结果表明，当镧系元素原子嵌入硅笼中时，由于4f电子与Si原子键合的参与有限，镧系元素原子可以保留其原子磁矩的重要部分，然而，在用磁性3d过渡金属原子掺杂硅团簇时，通过对小尺寸团簇的计算，如Si n Cr (n ≥ 8)，Si n Fe (n ≥ 9) [ 9 ]，Si n Co (n ≥ 7) [ 10 ]，Si n Ni (n ≥ 3) [ 11 ]，结果证明，硅s和p轨道与TM原子的d轨道间强烈的相互作用湮灭了后者的磁矩。 当TM掺杂剂被封装在Si笼中时，局部磁性经常被湮灭，例如VSi n + (n = 12~16)团簇。即使是有磁性的过渡金属原子，例如TM @ Si 12 (TM = Cr， Mn， Fe， Co， Ni) [ 12 ]，理论研究表明，掺杂的硅团簇可能处于最低自旋状态 [ 13 ]。另一方面，Singh等人预测可以通过选择合适的掺杂剂，调整得到六棱柱结构，从而构建TM掺杂硅纳米管的磁性能，需要特强调的是Fe和Mn原子在有限硅纳米管中显示出很高的局部磁矩，而Co具有相当低的对应值，Ni掺杂的硅纳米管根本不具有磁性。最近的文献提出，两个非磁性原子组成的团簇Si 12 Cr可以恢复磁矩 [ 14 ]。遗憾的是，目前还没有关于掺杂硅簇的磁性的实验数据来验证这些理论预测。处于基态的Mn原子的特征在于半填充的3d壳和填充的4s壳，具有6 μB大的磁矩。锰因为它所具有的特殊的自旋耦合行为，被认为是最复杂的磁性元素之一。例如，虽然中性Mn 2 二聚体在其单重基态具有反铁磁耦合，但已发现 Mn 2 + 阳离子的高自旋基态的铁磁耦合。Mn基材料的磁性应该与Mn + 阳离子或Mn 2+ 阳离子的3d壳中的最大未配对电子数有关。尽管如此，在20世纪60年代早期的研究中，用锰掺杂硅晶体时，在取代和间隙位置，Mn原子只携带很小的磁矩。
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user: 3. 团簇稳定结构效应 过渡金属原子可能稳定簇并诱导对称内嵌笼的形成，其中掺杂剂原子位于笼的中心，这与新型硅基纳米结构器件有关 [ 15 ]。Beck首次通过实验实现过渡金属掺杂硅簇，他发现了特定尺寸的幻数，并提出了团簇的内嵌结构。 许多理论和实验研究致力于识别团簇的结构和性质 [ 16 ][ 17 ]。然而，不同掺杂剂对主体硅簇的结构性质的影响，特别是控制所有物理和化学特性演变的增长机制仍然知之甚少。到目前为止，没有一种实验方法可以直接提供有关隔离气相团簇几何结构的详细信息。然而，结合理论研究，可以对其结构进行详细的了解。光电子能谱可以澄清簇的电子结构，主要用于阴离子物种 [ 18 ]，而光解离实验指出稳定的簇尺寸，离子迁移率测量给出其碰撞截面的信息。拉曼和红外光谱提供了有关聚类结构的更多直接信息。最近，研究表明，X射线吸收光谱可应用于尺寸选择的阳离子簇，并已用于研究许多内嵌掺杂Si团簇的电子结构。 在理论方面，对于给定的团簇，通常存在许多能量密切的异构体，能量的差异在计算的当前误差范围内，特别是对于密度泛函理论(DFT)方法(±0.3 eV) [ 19 ]。显然，单独的理论是难以准确地预测聚类的全局最小几何形状的。由于可能的几何排列量大得多，二元聚类的问题更加严重。尽管有大量的理论研究，但确定硅团簇的结构仍然存在许多不确定性。例如Si 6 之类的小团簇 [ 20 ]，尽管已经进行了广泛的理论研究，但其基态几何学直到最近仍然是一个备受争议的课题。 IR和拉曼光谱反映了分子系统的内在结构，并包含有关其几何形状的很多信息。最近，Fielicke和同事证明了这一点。红外多光子电离(IR-MPD)光谱技术应用于团簇和稀有气体原子之间的聚合物，可以确定气相中尺寸特定的远红外光谱，确定聚合物中产生的团簇的几何形状。通过与理论预测的IR光谱比较获得实验。使用这种方法，最近已经确定了Si + 的结构，而之前的研究错过了真正的基态。使用组合的实验和计算光谱，能够详细研究过渡金属掺杂硅簇的生长机制。并与纯硅簇的结构进行比较，了解掺杂剂的效果。 最近的文献报道了组合实验IR-MPD的初步结果和关于由V或Cu，Si n V + 和Si n 掺杂的小的表面硅簇的结构的理论研究 [ 21 ]。已经证明，掺杂剂可以简单地添加到纯硅簇中，替代纯簇的Si原子，或者进行结构重建产生新的几何形状。过渡金属V和Cu具有不同的电子构型，预计会导致与硅团簇不同的键合现象。由于Cu只有一个不成对的电子可以更方便地进行处理，因此Cu掺杂的硅簇已有大量的理论研究。虽然V掺杂硅笼中存在大量数据，V在笼中形成非常稳定的VSi 16 + 团簇是一个突出的例子，但钒在外部掺杂的硅团簇目前存在的数据不多(图1)。 富勒烯笼和Frank-Kasper (FK)多面体是四面体密堆积结构，包含具有配位数12，14，15或16的互穿多面体，预测用于Ti和V掺杂硅团簇。至少12个Si原子 [ 22 ]。但是，如果Si原子不足以完全包围掺杂剂原子，则会形成篮状结构。虽然质谱和光解离实验显示特定过渡金属掺杂硅簇的稳定性增强，但没 图1. Si n V + 的IR-MPD光谱 有一个实验提供有关其结构的详细信息。Claes等通过将实验红外多光子解离(IR-MPD)光谱与量子化学计算相结合，并获得了所选择的内嵌掺杂硅簇的尺寸结构。
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user: 4. 电子结构效应 掺入过渡金属原子是一种改变硅簇的电子、磁性和光学性质的方法。充分了解团簇对其尺寸、成分和电荷状态的依赖性对于制造具有特定应用特征的材料至关重要。 最近，已经通过许多不同的实验技术结合理论研究非常详细地研究了带电的掺杂硅簇。通过分析监测电子结构的阴离子簇的电子光谱和光解离实验，可以识别团簇结构的大小或具有增强稳定性的亚基。软X射线吸收光谱已被用于研究掺杂剂的局部电子结构并测量掺杂硅簇的HOMO-LUMO间隙，还可以通过红外光谱研究获得了关于阳离子掺杂硅簇的更直接的结构信息。 从实验的角度来看，中性星团更难以研究，因为常见的质谱技术，如质量选择或捕获，不能直接应用。气相中的中性簇的实验通常在分子束中进行，后电离是检测簇的先决条件。因此，中性掺杂簇的实验数据量是有限的。另一方面，已经对纯硅和过渡金属掺杂，中性硅簇进行了几项理论研究，特别是这些结构的几何形状，但很少有实验数据可用于确认预测的结构。低温基质中的中性Si n (n ≤ 7)团簇的结构，已经通过测定硅原子与稀有气体的共缩聚产生的簇，在质量选择和低能沉积后，可在红外光谱以及的拉曼光谱中获得。扫描红外光子能量然后允许记录红外吸收光谱，用于识别Si n 的几何形状。
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user: 5. 结语 本文通过比较不同的过渡金属掺杂对主硅团簇的影响，寻找硅团簇在不同过渡金属原子掺杂下的稳定结构及性质，期待对设计新的纳米材料做出理论指导。
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user: 摘 要 [目的]为了解安顺当前主栽品种云烟85烟叶不同叶位主要化学成分及农艺性状的变化情况，生产出适应卷烟品牌需求的优质烟叶，确保优质原料的有效供给，制定出与工业原料需求相匹配的生产技术体系，切实搞好优化烟叶结构，为烟叶生产提供技术指导。[方法]选择一块长势正常烟地，按5点取样法对100株烟株1~18叶位烟叶进行挂牌，烘烤后按照叶位归类进行相关数据测量及送检，分析叶位间化学成分及外观质量。[结果]随着烟叶叶位增加，烟碱含量增加；随着叶位增加，烟叶钾含量降低；烟叶单叶重从第1叶位至15叶位随着叶位增加，单叶重增加，16叶位达到最大值为19.08克/片，从16叶位开始后逐渐下降；最大叶长出现在11~12叶位为74.95 cm；最大叶宽出现在第7叶位为26.5 cm。 关键词 :烤烟叶位，化学成分，外观质量 Copyright © 2018 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 烤烟是一种叶用经济作物，以收获叶片为主要目的。而不同叶位烟叶，外观性状与其内在品质不同，而不同卷烟品牌的原料需求也不尽相同。掌握不同叶位与烟叶化学成分及外观质量之间的关系，能够根据不同工业企业、不同卷烟品牌的原料需求，组织好订单生产，对指导安顺烟叶生产有重要意义。
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user: 2. 材料与方法 2.1. 试验设计 本试验于2016年安排在贵州省安顺市西秀区，供试烤烟品种为云烟85。选择田间长势正常地块烟株按叶位进行挂牌测量，挂牌总株数100株，按五点式取样，每点20株。中心花开放打顶，打顶后有效留叶数18片以上，挂牌叶位数为第1叶位至第18叶位。采用上升式密集式烤房按三段式烘烤工艺进行烘烤，烘烤后按叶位归类，进行数据测量及按叶位送样化验。 2.2 质量指标测定方法 2.2.1. 物理特性 叶长宽采用卷尺进行测量，单叶重采用电子秤进行测量。 2.2.2. 化学成分 烟叶样品送贵州省烟草科学研究院进行化验分析，化验烟碱、总糖、还原糖、总氮、钾、氯等化学指标。 2.3. 数据处理 采用Excel 2007软件进行数据整理及分析。
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user: 3. 结果与分析 3.1. 不同叶位烟叶化学成分 从表1得出，烟碱含量随着叶位增加含量增大；总糖及还原糖随着叶位增加含量增加到第10叶位最 Table 1 Chemical composition in tobacco leaf at different leaf position 叶位 烟碱(%) 总糖(%) 还原糖(%) 总氮(N%) 钾(K%) 氯(CL%) 1 1.98 7.49 4.71 2.31 3.01 0.72 2 1.86 6.68 3.54 2.29 2.62 0.56 3 1.98 10.04 7.25 2.25 2.75 0.51 4 2.05 13.62 10.66 2.24 2.74 0.51 5 2.08 19.02 16.81 2.09 3.20 0.53 6 2.31 23.27 20.84 2.06 2.74 0.44 7 2.35 23.59 21.01 2.07 2.38 0.42 8 2.79 26.00 23.08 2.03 2.01 0.34 9 2.96 28.10 23.75 2.02 1.74 0.26 10 2.92 29.07 24.58 1.94 1.65 0.36 11 3.19 27.95 23.26 1.94 1.66 0.34 12 3.49 27.76 23.74 2.04 1.43 0.40 13 3.63 25.06 21.68 2.22 1.39 0.36 14 3.75 25.74 22.12 2.26 1.36 0.31 15 4.20 25.67 22.11 2.31 1.37 0.43 16 4.28 23.57 20.54 2.33 1.20 0.61 17 4.54 23.80 20.71 2.47 1.15 0.60 18 4.49 21.96 19.64 2.54 0.95 0.61 表1. 不同叶位烟叶化学成分 大，随后逐渐减少；总氮含量随着叶位增加逐渐降低，在11叶位时最低，而后逐渐增加；钾含量随着叶位增加含量逐渐减少；氯含量随着叶位增加逐渐降低后又逐渐增加，至第9叶位时最小。 3.1.1. 不同叶位烟叶总氮、烟碱变化情况 研究表明，总氮、烟碱含量是一个较为重要的化学指标。其中，总氮含量对香气量的影响较为明显，烟碱含量对劲头的影响最为显著 [ 1 ] [ 2 ] 。烟叶总氮、烟碱含量的适宜范围均为1.5%~3.5%。烟碱小于1%，劲头不足；大于3.5%，则劲头太强 [ 3 ] 。从图1得出，总氮含量总体在适宜范围内。烟碱含量随着叶位增加含量增大；在15叶位以下，烟碱含量基本在适宜范围内，其中14~15叶位略偏高，烟叶劲头适宜；15~18叶位烟碱含量偏高，劲头较大，可供烟碱需求偏高卷烟品牌原料的需求。 3.1.2. 不同叶位烟叶总糖、还原糖变化情况 研究表明，糖是影响烟气醇和度、吃味的主要因素，烤烟的总糖含量适宜范围为15%~20%，还原糖最适含量为14%~18% [ 3 ] 。一般认为，糖含量较高的烟叶品质较好；但糖含量过高，会导致烟叶的吃味平淡 [ 4 ] 。从图2得出，4叶位以下烟叶总糖、还原糖均偏低，其他叶位总糖、还原糖略高于最适宜范围。 3.1.3. 不同叶位烟叶钾含量变化情况 从图3得出，钾含量随着叶位增加含量逐渐减少；上部叶位钾含量减少明显，拟对烤烟基肥配方进行增钾调整，并增施硫酸钾作追肥补充。 图1. 不同叶位总氮、烟碱含量变化情况 图2. 不同叶位总糖、还原糖变化情况 3.1.4. 不同叶位烟叶氯含量变化情况 研究表明，适当的氯含量是有利于烟叶品质的，一般认为烟叶氯含量0.3%~0.8%较为适宜，这时烟叶质地柔软，具有弹性和油润度，膨胀性好，破碎率低，可提高烟叶的切丝率 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] 。从图4得出，1~15叶位氯含量随着叶位增加含量逐渐减少；16~18叶位(上部叶)氯含量增加，氯含量基本在最适宜范围内。 3.2. 不同叶位烟叶烤后主要农艺性状 从表2得出，叶片长度随着叶位增加逐渐增加，至第12叶位时达到最大，后又逐渐降低；叶宽最宽 图3. 不同叶位钾含量变化情况 图4. 不同叶位氯含量变化情况 出现在第7叶位；单叶重随着叶位增加重量增加，到第15叶位时达到最大，随后逐渐降低，这与杨振智等 [ 6 ] 研究结果基本一致，即中海拔下，随叶位的升高单叶重呈现先升后下降的变化趋势。
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user: 4. 讨论 1) 从烟叶化验结果及烘烤外观质量来看，下部第一二叶位叶片单薄，外观质量较差，总糖还原糖含量较低，因烟草中的总糖对烟叶品质具有重要影响，是形成香气物质的重要前提，是决定烟气醇和度的主要因素之一 [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] ，因此对于第一二叶位可以进行鲜烟叶处理，以减少农户烘烤损失，改善田间通风透光等，提高烟叶品质。 2) 从化验结果得出，随着叶位上升，烟叶钾含量降低，这可能与我们钾肥施用时间较早有一定关系。需要改变钾肥施肥方式。栾双等人研究表明，烤烟对钾的吸收高峰在移栽后45~60 d，在生长前期对钾的吸收非常少，移栽30 d后对钾的吸收强度呈逐渐加大的趋势，移栽后60 d对钾的吸收量逐渐减少，而移 Table 2 Main agronomic characters of baked tobacco leaf at different leaf position tobacc 叶位 长(cm) 宽(cm) 单叶重(g/片) 1 52.80 19.70 5.60 2 56.50 22.10 6.98 3 60.95 25.55 8.34 4 63.30 24.15 8.36 5 67.10 25.05 9.20 6 68.20 26.04 11.21 7 71.20 26.50 12.13 8 71.45 24.53 13.92 9 71.90 26.35 14.31 10 73.45 26.15 14.09 11 74.95 25.58 15.78 12 74.95 25.20 16.85 13 71.55 24.04 18.01 14 71.03 24.11 17.31 15 71.25 22.25 19.06 16 67.20 22.60 18.28 17 66.30 19.05 17.63 18 59.30 18.50 13.47 表2. 不同叶位烟叶烤后主要农艺性状 栽后75 d对钾的吸收迅速下降 [ 10 ] 。林鸾芳等人研究表明，随着追钾时期的后移，烟草各器官钾含量和钾积累量均表现为先增后减，移栽后70 d (打顶期)追钾可以显著提高烟草钾含量和钾积累量 [ 11 ] 。因此对于安顺烟叶上部叶钾含量较低问题，可从钾肥追肥时间后移进行考虑，一是增施硫酸钾作追肥，二是在打顶期可以喷施磷酸二氢钾进行补充。 3) 综合来看，1~4叶位烟叶品质总体偏差，为保证国内卷烟品牌原料，可结合出口原料需求，进行不适用鲜烟叶处理2~4片；5~14叶位烟叶主要化学成分均在最适宜范围内，能够满足优质原料需求；15~18叶位烟叶烟碱略高于适宜范围，可供给烟碱需求偏高的品牌。
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user: 摘 要 采用网袋法模拟绿肥翻压，并结合室内试验分析方式，研究不同绿肥翻压处理在南方水田中活性有机炭、碱解氮、速效磷、速效钾等速效养分释放特征，探讨绿肥腐解过程中对土壤肥力的影响，从而筛选出适合南方水田发展的绿肥翻压方案。在70 d试验周期内，7种不同绿肥翻压处理均能提高土壤活性有机碳、碱解氮、速效磷、速效钾含量。试验结束即翻压70 d时：黑麦草1:1箭筈豌豆处理的土壤活性有机碳含量为最佳，提高了44.93%，混合绿肥处理含量略高于单独绿肥处理；碱解氮含量提高最大的是紫花苜蓿处理，提高了5.74%，单独绿肥翻压处理的土壤碱解氮含量显著高于混合绿肥翻压处理；紫云英处理土壤速效钾含量最大，提高了28.88%。 关键词 :绿肥翻压，养分释放，速效养分 Copyright © 2018 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. 前言 我国是世界上绿肥种植年限最长、面积最大、范围最广的国家，但随着化肥的推广应用，绿肥面积迅速减少，过量使用化学肥料以及不合理的耕作模式，导致土壤生产环境的逐渐恶化。化肥过量投入、耕地质量偏低是我国农业可持续发展的主要障碍因素 [ 1 ] 。过量的化肥施用，导致农业成本增加和资源浪费的同时造成土壤酸化、水体富营养化、耕地板结等农业环境污染问题 [ 2 ] 。因此，提高土壤肥力、改善土壤生产环境是农业生产的头等大事。因此，必须重新认识到绿肥翻压是我国传统农业生产中的重要组成部分，是我国农业生产的一个特色，它是我国农业的本质。绿肥翻压的研究对改善土壤、保持和改善土壤质量具有重要意义。 绿肥自身所含养分丰富是植物生长所必需的营养元素和有机物的重要来源，而且回到田间后很容易被吸收和利用。F.E. Allison (1977)总结了绿肥的作用，综合起来有增加土壤养分；改善土壤理化性质；增加土壤有机质，加速土壤腐殖质形成；有效地防止土壤中养分的流失、风沙的侵蚀；防止植物病害的产生等五方面的作用 [ 3 ] 。可持续发展农业是现代农业必由之路，其本质是通过自然界自身存在的生物环境间的相互关系、生态系统物质循环与能量转化来减少化肥、农药的使用，进而减少对自然界的不良影响 [ 4 ] [ 5 ] ，而绿肥翻压就是走可持续农业道路必不可少的环节。本试验利用网袋法模拟不同绿肥翻压，设计不同处理以及不同时间取样，以横向、纵向的方式进行比较，围绕7种绿肥翻压处理对土壤活性有机碳、碱解氮、速效钾、速效磷等速效养分含量的影响展开研究，旨在探寻常见绿肥的单独翻压以及箭筈豌豆与黑麦草混合翻压对土壤养分的影响，为南方地区探寻更能有利于现代水稻高产栽培的绿肥翻压方案及绿肥的种植推广提供理论依据。
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user: 2. 材料与方法 2.1. 试验地 试验于2017年4月~8月在湖南省长沙市湖南农业大学耘园试验基地开展，位于长沙市芙蓉区湖南农业大学北部。长沙市气候温和，降水量充足，雨热同期，四季分明，年平均气温17.2℃，年均降水量1361.6 mm。在试验期间，长沙平均气温均高于200℃。试验地往年种植制度为稻–稻–冬闲，其土壤质地为潮泥土，表层0~20 cm碱解氮为160.01 mg/kg，速效钾为77.61 mg/kg，速效磷为53.71 mg/kg，pH为6.15 (水土比2.5:1)。 2.2. 试验设计 采用尼龙网袋翻埋法，模拟绿肥翻压方式，供试绿肥为箭筈豌豆、光叶苕子、紫云英、紫花苜蓿和黑麦草。设置8种处理：10 g箭筈豌豆鲜样翻压(T1)，10 g紫花苜蓿鲜样(T2)，10 g光叶苕子鲜样(T3)，10 g紫云英鲜样(T4)，2.5 g黑麦草 + 7.5 g箭筈豌豆鲜样混合(T5)，5 g黑麦草 + 5 g箭筈豌豆鲜样混合(T6)，7.5 g黑麦草 + 2.5 g箭筈豌豆鲜样混合(T7)，无绿肥对照组(T8)。 在四种供试绿肥的初花期取地上部分鲜草剪切成2 cm左右的小段(其养分含量见表1)，在规格为15 cm * 25 cm，孔径为75 um的尼龙网袋中装鲜草秸秆10克，并封紧袋口，将绿肥袋埋于盛有同等含水量下的1 kg土壤盆栽中约10 cm深处。每种处理设21盆，共168盆。 2.3. 取样方法 绿肥翻埋后，分别于第3、6、12、20、30、50、70 d随机取样，每次取样3盆，在每盆中随机选取5点，取0~30 cm土层土样，去除其中杂质，混匀风干后用研钵研磨，过100目筛，并检测土壤中的活性有机碳(高锰酸钾氧化法测定)，碱解氮(碱解扩散法测定)，速效磷(碳酸氢钠浸提法测定)，速效钾(火焰光度计测定) 4种速效养分含量。 2.4. 统计分析方法 所有数据统计分析借助于Excel 2003和SPSS 12.0软件进行。
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user: 3. 结果与分析 3.1. 不同处理对土壤活性有机碳的影响 由图1可知，试验周期内，绿肥翻压处理的土壤活性有机碳含量变化趋势相同，且一直高于对照处理；前50 d内各处理的土壤活性有机碳释放率先快后慢，50 d后各处理土壤活性有机碳含量出现明显下降。单独绿肥翻压处理(T1~T4)的土壤活性有机碳含量在前12 d内均高于绿肥混合处理(T5~T7)，在20 d后低于绿肥混合处理，且显著高于对照组T8 (P < 0.05)。 绿肥翻埋20 d、30 d、50 d时，绿肥翻压处理的土壤活性有机碳含量提高幅度分别为36.3~50.1 mg/kg、41.6~56.0 mg/kg、45.0~57.4 mg/kg，比对照组分别提高了48.62%~66.97%、55.61%~74.86%、60.48%~76.84%。翻埋70 d时，绿肥翻压处理土壤活性有机碳含量提高幅度为17.2~33.3 mg/kg，T1~T7处理的土壤活性有 Table 1 Green manure nutrient content and moisture before rollin 绿肥品种 全碳(C)% 全氮(N)% 全磷(P)% 全钾(K)% 含水量% 箭筈豌豆 41.1 2.69 0.51 1.09 81.26 黑麦草 42.25 0.93 0.38 1.87 78.90 紫云英 41.68 2.46 0.40 1.23 83.70 紫花苜蓿 41.67 3.43 0.28 1.89 87.23 光叶苕子 42.11 3.02 0.24 1.78 83.61 表1. 翻压前绿肥养分含量及水分 机碳含量分别比对照高了27.93%、25.91%、23.21%、28.47%、40.48%、44.93%、39.40%，各处理之间土壤活性有机碳含量大小排序为T6 (黑麦草1:1箭筈) > T5 (黑麦草1:3箭筈豌豆) > T7 (黑麦草3:1箭筈豌豆) > T4 (紫云英) > T1 (箭筈豌豆) > T2 (紫花苜蓿) > T3 (光叶苕子) > T8 (无绿肥对照组)。 这表明，绿肥翻压能够提高水田中土壤活性有机碳含量，且绿肥混合翻压处理效果好于单独绿肥翻压处理，其中以T6 (黑麦草1:1箭筈)处理效果最佳。 3.2. 不同处理对土壤碱解氮含量的影响 各绿肥翻压处理的土壤碱解氮含量随时间变化均呈上升趋势(见图2)，前20 d，7种绿肥翻压处理土壤碱解氮含量无明显变化，至绿肥翻压30 d，不同绿肥翻压处理土壤碱解氮含量均高于对照。 至翻压50 d，不同绿肥翻压处理土壤碱解氮含量增加幅度为2.11~4.55 mg/kg，处理T1~T7土壤碱解氮含量分别为163.78 mg/kg、164.67 mg/kg、164.87 mg/kg、164.45 mg/kg、163.01 mg/kg、162.78 mg/kg、162.45 mg/kg，以T3 (光叶苕子)处理最高，T2 (紫花苜蓿)次之，最小的是T7 (黑麦草3:1箭筈豌豆)。 至翻压70 d，不同绿肥翻压处理土壤碱解氮含量增加幅度为3.69~9.25 mg/kg，处理T1~T7土壤碱解氮含量分别为169.22 mg/kg、170.23 mg/kg、169.35 mg/kg、169.01 mg/kg、165.67 mg/kg、165.33 mg/kg、164.67 mg/kg，比对照组分别提高了5.11%、5.74%、5.19%、4.98%、2.91%、2.70%、2.29%，绿肥单独翻压处理的含量显著高于绿肥混合翻压处理(P < 0.05)。 以上说明，各处理均能提高土壤碱解氮含量，且其释放率先慢后快，绿肥单独翻压效果好于混合绿肥翻压，其中紫花苜蓿翻压效果略好于其他绿肥翻压。 3.3. 不同处理对土壤速效磷含量的影响 由图3可知，不同绿肥翻压处理的土壤速效磷含量变化趋势基本一致，均有增加的趋势，至翻压50 d左右达到最大值，随后土壤速效磷含量有小幅度下降趋势。可以看出，绿肥翻埋前30 d，对土壤速效磷含量影响变化不大；绿肥翻压30 d，不同绿肥翻压处理土壤速效磷含量均略高于对照组，增加幅度为 图1. 不同处理的土壤活性有机碳含量变化(mg/kg) 图2. 不同处理的土壤碱解氮含量变化(mg/kg) 图3. 各处理间土壤速效磷含量变化(g/kg) 0.69~2.34 mg/kg，各处理间无明显差异；翻压50 d，不同绿肥翻压处理土壤速效磷均高于对照，增加幅度为3.59~5.12 mg/kg；绿肥翻压至70 d，处理T1~T7土壤速效磷变化幅度为4.03~7.22 mg/kg，分别比对照组高出13.71%、9.30%、8.71%、11.00%、9.28%、9.05%、7.65%，以T1 (箭筈豌豆)处理最大，其次为T4 (紫云英)处理，最小为T7 (黑麦草3:1箭筈豌豆)处理。 以上表明，本次绿肥翻压能够提高土壤速效磷的含量，不同绿肥翻压处理间无明显差异，其中箭筈豌豆翻压效果略好于其他绿肥翻压。 3.4. 不同处理对土壤速效钾含量的影响 从图4可看出，不同绿肥翻压处理的土壤速效钾含量随时间延长均呈上升趋势。0~12 d，各处理土壤速效钾含量增长缓慢，增加幅度为1.33~2.34 mg/kg；至绿肥翻压12 d，绿肥翻压处理土壤速效钾含量均高于对照，此阶段各处理间含量无明显变化；12~20 d，土壤速效钾含量中速增长，增加幅度为4.54~7.53 mg/kg；至绿肥翻压20 d，处理T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7土壤速效钾含量分别比对照组提高了7.51%、8.44%、5.88%、9.77%、8.45%、9.76%、9.73%，其中以T4 (紫云英)处理最佳，T2 (紫花苜蓿)处理其次，最小为T3 (光叶苕子)处理，各处理的速效钾含量开始出现变化，与对照组的差异达显著水平(P < 0.05)。 试验20~70 d，土壤速效钾含量快速增长，增加幅度为19.34~22.11 mg/kg；至绿肥翻压70 d，处理T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7土壤速效钾含量比对照分别高了26.24%、27.55%、26.31%、28.88%、25.26%、27.57%、27.25%，以T4 (紫云英)处理最佳，其次为T2 (紫花苜蓿)，最小为T6 (黑麦草1:1箭筈)，不同绿肥翻压处理间无显著性差异，且均显著高于对照(P < 0.05)。 综上所述，绿肥翻压的试验期间，均能显著提高土壤速效钾含量，不同绿肥翻压处理间无明显差异，其中紫云英翻压效果略好于其他绿肥翻压。
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user: 4. 讨论 本试验研究结果表明，不同绿肥处理翻压70 d后，其活性有机碳、碱解氮、速效磷、速效钾含量均 图4. 不同处理的土壤速效钾含量变化(mg/kg) 高于对照，增幅分别为23.21%~44.93%、2.29%~5.74%、7.65%~13.71%、25.26%~28.88%。这7种绿肥翻压处理的速效养分释放量主要在12 d以后，这与潘福霞 [ 6 ] ，陈东林 [ 7 ] ，高桂娟 [ 8 ] 等的研究结果基本一致。 杨丽丽 [ 9 ] 在湘西烟草土壤中，研究结果表明秸秆与绿肥翻压的90天后，土壤碱解氮、速效磷、速效钾的含量均高于对照，增幅分别为4.8%~9.52%、11.9%~37.7%、1.6%~6.2%。而本次研究结果土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量分别提高了2.29%~5.74%、7.65%~13.71%、25.26%~28.88%，其研究结果与本次试验结果不太一致，可能是因为还田方式不同和绿肥处理不一样，杨丽丽的还田还需移栽烤烟，且使用的是箭筈豌豆(撒播)和玉米秸秆，而本次试验是直接翻压绿肥，且使用的是箭筈豌豆(翻埋)、紫花苜蓿、黑麦草和紫云英等处理。 魏甲彬 [ 10 ] 在探讨不同利用模式下的冬季稻田土壤活性碳氮变化和系统净碳交换变化特征发现，种草养鸡及黑麦草翻压在60 d后土壤活性有机碳含量增加81.13%~182.26%，远高于本次试验结果，可能翻压方式及翻压用的不同有关。本次试验采用绿肥单独翻压，上述则为种草养鸡及黑麦草翻压后翻压。 本研究结果发现，土壤速效钾含量以紫云英处理增幅最大，提高了28.88%；张珺橦研究种植紫云英对南方稻田肥力性状的影响发现，南方绿肥以紫云英为重要组成部分，紫云英能够显著提高南方土壤肥力，诠释了南方大力种植紫云英的原因。 邓小华 [ 11 ] 通过3年田间定位试验，研究了同种类绿肥多年翻压对植烟土壤理化性状的影响，其碱解氮、速效磷和速效钾含量分别提高1.50%~23.70%，660.98%~833.72%和335.83%~783.75%。豆科绿肥对土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量的影响较大，其中光叶紫花苕对土壤全氮和全磷含量影响最大，紫云英对土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量影响最大。
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user: 5. 结论 本次试验采用网袋法模拟绿肥翻压处理，研究了7种不同绿肥翻压处理的养分释放动态。研究结果表明： ① 不同绿肥翻压处理翻压70 d，其活性有机碳、碱解氮、速效磷、速效钾含量均高于对照，分别提高了23.21%~44.93%、2.29%~5.74%、7.65%~13.71%、25.26%~28.88%，且主要养分的主要释放集中在12 d以后。 ② 绿肥翻压后的前50 d，土壤活性有机碳含量随时间延长均呈上升趋势，且20~50 d上升速度放缓；50 d后土壤活性有机碳含量有所下降；至翻压70 d，以黑麦草1:1箭筈豌豆(T6)处理提高44.93%为最佳，绿肥混合翻压效果(39.40%~44.93%)略好于绿肥单独翻压(23.21%~28.47%)。 ③ 绿肥翻压前30 d，各处理土壤碱解氮和土壤速效磷含量变化较小；50 d后，土壤碱解氮含量提高较为显著(P < 0.05)，土壤速效磷含量略有提高。 ④ 各绿肥处理翻压后0~12 d，其土壤速效钾含量均无明显变化；翻压后20~70 d，土壤速效钾含量上升趋势明显。 ⑤ 试验结束时(绿肥翻压至70 d)，土壤碱解氮含量以紫花苜蓿处理(T2)含量最高，绿肥单独翻压处理的土壤碱解氮含量(169.01~170.23 mg/kg)显著高于绿肥混合翻压处理含量(164.67~165.67 mg/kg) (P < 0.05)；箭筈豌豆处理(T1)的土壤速效磷含量(6.29 mg/kg)略高于其余6种处理，且其余6种处理含量无显著差异；紫云英处理(T4)的土壤速效钾含量(98.66 mg/kg)最高，其余处理增加幅度为95.89~97.66 mg/kg。
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user: 摘 要 设计了一种基于动力监控系统的船舶主动力嵌入式模拟训练系统。该系统以各型船舶都有的动力监控系统为嵌入平台，通过专用接口实现模拟训练设备与动力监控系统的有效嵌入，有别于传统基于全船综合平台管理系统的实现方式，充分利用了动力监控系统原有人机交互部件和自动控制部件，适用于我国船舶机舱自动化水平整体较低，大部分船舶没有全船综合平台管理系统的实际情况。 关键词 :嵌入式模拟训练，动力监控系统，船舶 Copyright © 2018 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 对于船舶主动力嵌入式模拟训练系统的研究，欧、美等西方发达国家起步较早，取得的成果较多。目前，嵌入式模拟训练系统作为现代船舶综合平台管理系统的有机组成部分已经得到了广泛的应用 [ 1 ] [ 2 ] 。近年来，美、英、德、法、意等国近年来新建船舶都配置有先进的综合平台管理系统，在其中都包括有嵌入式模拟训练模块 [ 3 ] [ 4 ] 。我国船舶的自动化水平与国外先进水平相比有一定差距，对船舶综合平台管理系统的研制起步晚，尚未形成统一的标准化、自动化、智能化船舶网络平台系统，加上综合平台管理系统涉及到整个船舶自动化系统的基础架构、其研制通常需要与船舶建造同步进行，所以到目前为止国内在船舶嵌入式模拟训练系统的研究总体上还处于探索和试验阶段，除个别型号船舶的少数动力设备具有初步模拟训练功能外，嵌入式模拟训练在我国船舶动力系统中暂时还未得到大范围的应用。 本文从国内大部分船舶没有全船综合平台管理系统的现实情况出发，以动力系统普遍配套的动力监控系统为嵌入平台，充分利用监控系统已有人机交互部件和自动控制部件，通过增设仿真计算机和训练控制计算机等训练设备形成的一个属于动力监控系统、用于模拟训练的三级子系统。在模拟训练时，由仿真计算机和训练控制计算机等训练设备替代实装响应受训人员的操作指令并计算产生设备运行状态仿真参数，使动力监控系统具有交替开展监控动力设备运行和支持操作人员模拟训练两种运行模式，形成先进、高效和低消耗的现场模拟训练平台；使船员在不启用动力机械、设备与管路的情况下，利用动力监控系统已有的各种手操部件、各种显示与报警部件、人机接口操作站等人机交互部件，开展逼真的日常操作和应急处置训练；以较低的训练费用保障训练的针对性、有效性和实时性，进一步提高船员操纵的准确性与快速反应能力，为动力系统的使用和维修保障决策提供支撑。
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user: 2. 总体方案 2.1. 设计原则 基于监控系统的船舶主动力嵌入式模拟训练系统的设计原则如下： 1) 尽量不影响原有监控系统原有功能和可靠性 嵌入式模拟训练系统是嵌入到动力监控系统的一个功能系统，与决定着动力系统安全可靠运行的监控功能相比，模拟训练功能永远是次要的。因此，必须重视“嵌入”的策略与方法，既要保证训练设备有效接入、训练功能的有效嵌入，又要做到在各种情况下、尤其是动力系统实际运行期间，监控系统的监控功能和可靠性不受嵌入到系统中的模拟训练设备的任何影响。 2) 尽可能使用监控系统已有人机交互界面 嵌入式模拟训练系统最大的优点是模拟训练的高度逼真性。为此，在系统的设计开发中，要将模拟训练的逼真性放在非常重要的位置。为尽量提高训与用、训与战的一致性水平，要求模拟训练时的所有人机交互界面，特别是位于遥控室、损管中心和备用损管中心的操控手柄、按钮、旋钮、开关等控制输入手段和用于观察动力系统运行状态的各类仪表和声光报警装置等人机交互界面，都尽可能使用监控系统已有人机交互界面。 3) 不过量增加设备 嵌入式模拟训练系统的开发应该秉承可实现性原则，并在可能情况下尽量少增加设备、减少系统研制的工作量与工程风险。由于嵌入式模拟训练系统是嵌入到动力监控系统中的一个新型功能系统，因此会需要增设一些计算机和软、硬切换开关等设备，实现现场模拟训练与动力监控的自由切换，但必须基于目标船舶动力系统的动力监控系统网络，使增加的设备最少化。 2.2. 方案设计 基于前述设计原则，立足于当前国内船舶动力监控系统的技术基础，设计基于监控系统的船舶主动力嵌入式模拟训练系统总体方案如图1所示。 由图1可见，基于实际监控系统的船舶主动力嵌入式模拟训练系统，主要由与实际监控系统的共用部件(含过程控制站和人机接口操作站)、仿真计算机、训练控制计算机(含训练控制与管理、机旁虚拟操作)及其接口组成。仿真计算机、训练控制计算机和机旁操作模拟软件之间采用以太网相连，通过网络进行数据交互；而与监控系统共用的部件和仿真计算机之间的数据交互方式与设备有关，过程控制站通过原动力监控系统的数据总线进行通讯，而人机接口操作站则通过新增加的以太网进行通讯。 图1. 基于监控系统的船舶主动力嵌入式模拟训练系统总体方案