DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 3. 内部审计职能发展是实现治理效应的前提 根据IIA和中国内部审计准则对内部审计的定义，将内部审计基本职能界定为确认职能和咨询职能。确认职能主要集中于发现问题、提出问题和分析问题，而咨询则主要是解决问题。确定职能是进行咨询职能的前提，咨询职能是对于确定职能的应用和升华 [ 2 ] 。 依据内部审计工作重心的不同，可分为监督主导型和服务主导型两种。在监督主导型阶段，内部审计主要是依据国家法律法规和企业自身的规章制度，对企业的财务收支等经济活动进行检查，监督和确认企业的经营活动是否合法合规、是否经济有效，还可以通过经济责任审计检查公司管理层和子公司管理层在任期间经济责任的履职情况，在一定程度上减少贪污舞弊、违法违规等。监督主导型内部审计的工作重点主要集中于企业财务审计，确认职能是实现财务报告准确性的重要保证。 随着技术进步和社会经济的发展，内部审计职能的核心也发生变化，内部审计不仅需要通过确认职能发现企业存在的各种问题，更需要参与到企业的治理机制中，与其他治理主体一起积极地去解决发现的问题，内部审计开始有责任、有意识地向管理层或董事会提供建议。相对于外部审计，内部审计熟悉企业的经营环境，拥有更加便利的途径接触企业的各种资料和人员，在审计过程中，可以深入了解到企业每个业务环节可能存在的问题，各阶层员工的工作情况，充分地发挥内部审计的咨询功能，帮助企业健康地发展，提升企业的整体价值。这不仅是内部审计产生和发展的内在需要，也是内部审计存在的根本目的 [ 3 ] 。内部审计职能的拓展是对内部审计在企业地位上的一种肯定和巩固。 正如著名的审计专家劳伦斯(1989)所言，内部审计越来越多的参与到非财务活动的领域，这是由于企业看到了内部审计能够产生有利的影响，但同时，不能忽视最基本的财务和经济活动审计，否则得不偿失 [ 4 ] 。利用内部审计最基本的防止财务舞弊的职能，探索内部审计在监督企业财务信息准确的基础上，改善企业的管理、健全相关制度、提高各个业务流程的效益；有效利用内部审计的评价和咨询职能，增加企业的价值。一方面，确认职能主要的目标在于帮助企业发现存在的问题，而咨询职能则能够帮助企业解决这些问题，因此，咨询职能才是帮助企业真正创造价值的核心职能。由于内部审计部门本身就是企业的“交易成本”，而内部审计咨询职能帮助企业实现增值的目标，从而使这部分成本产生的效益最大化。另一方面，内部审计的增值功效也从根本上改变现阶段很多企业把内部审计当做“摆设”的看法，从而推动企业内部审计制度建设的自愿开展。事实上，内部审计的咨询职能和确认职能并非“此消彼长”，而是相互配合、相互促进的关系。内部审计只有在发现问题的基础上才能帮助企业更好地解决问题，而企业问题的解决也促进了内部控制建设和相关制度完善，从根本上降低这些问题再次发生的机率。因此，确认和咨询职能的“良性循环机制”为内部审计治理效应的实现提供了坚实的保证。
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user: 4. 内部审计职业道德是实现治理效应的基础 内部审计职业道德是实现治理效应的基础，也是对审计质量的保证。IIA在设立之初就非常关注职业道德。随着理论和实践的不断发展，2000年6月，IIA通过新的《道德规范》，其中要求内部审计人员应该具备正直、客观、保密、能力四种道德素养。2013年，我国内部审计协会也重新修订《道德规范》(第1201号)，并于次年1月1日正式实施。 正直是内部审计人员建立信任和开展工作的基础。正直主要体现在两个重要的方面：一方面要求相关从业人员，做到诚实守信并且高效、负责地将内审工作干好；另一方面要求内部审计人员应该严格要求自己，不以权谋私，遵守相关法律法规并做出适当的披露。客观要求内部审计人员在证据搜集、整理、评价以及沟通等整个审计过程中，不因个人的喜好、偏见、利益冲突等做出不恰当的评价，应该最大限度的保持职业客观性。保密要求内部审计人员对于工作中接触到的任何信息，都应该尊重其价值和所有权。除非法律法规要求或者得到相应的授权，否则不能泄露相关的信息。职业胜任能力包含很多方面，除了应该具备相应的专业知识以外，还应该具备相应的工作经验以及职业谨慎性。保持职业胜任能力，后续教育和公司相应的培训都是必不可少的环节。 内部审计作为公司治理机制重要的组成部分，将内部审计人员的专业能力，上升到职业道德层面，这也为其职能的发挥以及治理效应的实现提供了坚实的保障。一方面，内部审计确认和咨询职能的发挥不仅要求内部审计人员需要具备财务相关的专业背景，还需要具备企业经营管理等全方位的知识储备以及相关的工作经历。其中，专业胜任能力是内部审计开展工作的前提。另一方面，内部审计的监督和评价功能要求内部审计从业者在开展工作时必须保持正直、客观和独立性。总之，只有在内部审计人员拥有足够的专业胜任能力的基础上，才能保证其工作的质量，促进内部审计治理效应的发挥。
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user: 5. 内部审计机构定位是实现治理效应的保障 由于我国经济结构的多元化，不同公司的治理结构也呈现多元化的现象，致使内部审计在不同的公司可能存在不同的组织定位。由于内部审计在企业中的定位能在很大程度上影响职能的发挥，为了能更好的发挥内部审计的职能，探究内部审计的组织定位就变得尤为重要。按照治理要素对内部审计的定位进行分类，大致可以分为五类，详见表1。 Table 1 Types of internal audit institution 类性 直接领导 优势 劣势 存在现状 隶属决策层 董事会 (审计委员会) 独立性强，能更好的发挥监督作用 效果在很大程度上决定于决策层的反应程度 常见 隶属管理层 总经理 有助于发挥服务职能，建议能及时传达到管理层 独立性较差，对管理层的监督和评价作用受限 较常见 隶属监督层 监事会 提高内部审计的地位和独立性 不能很好地发挥咨询作用，可能影响治理目标的实现 较少见 隶属财务部门 财务总监 能够更容易了解到真实的财务状况 独立性极差，可能难以实现内部审计的目标 少见 与纪检监察合署 纪委书记 加强纪检与审计的协作，提高效率 没有突出内部审计的职能 一般存在于国企 表1. 内部审计机构类型 资料来源：中国内部审计协会。 我国上交所和深交所等监管机构要求上市公司内部审计应隶属于董事会(审计委员会)领导的决策系统。同时，也接受包括总裁在内的管理层的领导，从而形成一种“双层领导”的组织定位。这种组织定位使内部审计处于一种均衡的博弈状态，既能帮助董事会监督和约束管理层可能存在的“道德风险”和“逆向选择”等机会主义行为，又有助于内部审计从基层开始发现问题，向管理层提供企业日常经营管理中关于内部控制、风险管理以及其他治理层面的建议。在这种情况下，公司所有者和经营者之间的代理问题能得到一定缓解，也能进一步实现公司经营和管理效率的持续改善。 内部审计的组织定位决定了它在公司治理机制中的“层级”，进一步影响了其在公司治理中的“话语权”。如果内部审计机构开展的工作以及在此基础上提出的建议得不到公司治理层和管理层的认可和重视，那么内部审计通过确认和咨询职能发挥治理效应就无从谈起。因此，内部审计的组织定位的合理性往往决定了其增值效益的实现程度。 由于内部审计机构是维护公司所有者和管理层之间平衡的部门。在某种程度上，内部审计本身的职能定位就存在一定的矛盾，内部审计既要对高管负责，又要评价和监督管理者的工作。因此，内部审计的准确、合理的定位和对自己职责的清楚认识，是对内部审计质量的一个重要的保障，而内部审计该如何实现其治理效应，还需要一定的路径去实现。
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user: 6. 内部审计与其他治理机构的合作是治理效应实现的路径 国内外学者普遍认为：内部审计与董事会(审计委员会)、高管层以及外部审计共同构成了公司治理中的“四大基石”，内部审计发挥治理作用时需要寻求其他治理机制的协调和合作，“四大基石”之间的相互沟通与协作是内部审计实现治理效应的路径。 6.1. 内部审计与董事会及审计委员会 在上市公司中，董事会作为公司的决策机构，有权决定内部审计的职能范围、公司内部审计规章制度、审计主管的聘任和薪酬等。董事会在实施监督和管理过程中，需要内部审计的协助。内部审计作为企业的一个常设机构，弥补了董事会的监管真空。相应的，内部审计发现的问题和提出来的建议是否能够真正的得到重视，还取决于董事会的决定。可见，内部审计的监督效果往往反过来又由董事会决定。 我国证监会、国家经贸委联合发布的《上市公司治理准则》中，明确要求所有上市公司的董事会，均应该设立适合公司发展需要规模的审计委员会。从公司的组织架构来看，内部审计机构的地位和层级要低于审计委员会，其在工作中受到审计委员会的监督，审计委员会有权对内部审计的计划和活动情况等进行复核，并且监督内部审计人员的聘任以及培训情况，保证其具有足够的专业素养。同时，内部审计与审计委员之间又有着共同的目标，内部审计职能的发挥对审计委员会在治理机制中的作用也起到促进作用。因此，为了让审计委员会的监管职能有效地发挥作用，需要与内部审计部门及时进行信息沟通，并利用内部审计对内部控制活动情况的了解以及客观评价，在企业治理机制中发挥应有的作用。 6.2. 内部审计与管理层 内部审计和管理层之间的良性互动是确保其发挥治理效应的保障。内部审计部门不仅可以对管理层的日常经营管理活动进行相应的监督，充当“管理层的眼睛和耳朵”，同时也会客观、独立地评价内部控制、风险评估以及其他治理活动，给管理层提供咨询和建议，协助管理层进行公司治理。反之，如果没有管理层的支持，内部审计作用也会大大受限。一方面，在未经管理层允许甚至管理层阻止的情况下，内部审计难以取得其所需资料；另一方面，内部审计要想帮助企业实现增值的目标，还需要管理层对其建议予以反馈和采纳 [ 5 ] 。否则，即使发现问题也难以得到解决。总之，内部审计能够发挥监督管理层行为的作用，而且管理层也能监督内部审计活动的开展和实施，两者之间相互监督，相互促进，发挥治理效应。如图2所示。 图2. 内部审计与管理层的协助关系 6.3. 内部审计与外部审计 在公司治理的“四大基石”里，内部审计和注册会计师审计在目标、独立性以及他们在审计过程中依据的法律法规都存在不同。但是，内部审计和外部审计在审计过程中的很多活动可以说是重合的，并且采取的审计方法也是相同的，均是通过询问、盘点、函证和分析程序等手段。因此，通过相互沟通和合作是能够达到一个双赢的结果。例如，注册会计师对于与内部审计沟通获知的重大事项应予以高度关注；由于注册会计师本身所处的位置和观察角度不同，在审计过程中也可能发现很多潜在的问题，内部审计与其进行及时地沟通，有助于企业内部控制的完善和公司治理的水平的提高。双方在各自的职责范围内都能做到独立客观的情况下，通过合作往往可以减少工作量，提升整体的效率和质量，也有利于企业整个治理机制中各主体之间的信息沟通，提高企业的整体价值。
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user: 7. 结论 每个企业根据其所处的行业和阶段，对内部审计的期望和需求往往也有所不同。内部审计作为公司治理的重要参与者，不仅能够发挥确认职能，还能发挥咨询职能。内部审计需要进行一定的“自我营销”，积极地向管理层提出建设性的意见，切实的帮助管理层解决一些实际问题，让内部审计能够在公司的内控体系、风险管理以及公司治理中发挥其应有的作用。
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user: 摘 要 在实施乡村振兴战略的大背景下，农村合作经济和集体经济如何发展是个重要课题，贵州的塘约“村社合一”模式做出了全新的现实解读。本文通过对塘约模式的深入分析，从制度、组织、结构、分配等方面总结塘约模式的主要特点，从加强党的领导、转变民风、带动经济和改善环境等方面总结塘约模式的成功经验，以期给我国农民合作社未来发展提供方向性的现实范本。 关键词 :塘约模式，村社合一，农民合作社 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 改革开放以来，伴随着工业化城市化的快速发展，我国农村经济发展相对滞后，出现一系列的问题，如我国当前农村土地荒置、农村环境差、农村人口向城市单方向转移，从而导致农村空心化严重，留守儿童、孤寡老人现象普遍存在；农业缺乏科技投入及长远规划，经营模式大多为粗放型经营模式，产品种类单一，价格缺乏竞争力，资源转化率与利用率低，环境污染大；农民文化程度普遍偏低难以适应现代化农业种植模式，导致农业新兴技术与产品扩散慢，城乡收入差距扩大，这些问题在很大程度上制约着农村经济的发展 [ 1 ] 。如何破除体制障碍，消除城乡二元经济壁垒，加强基层干部与基层人民之间的联系，实实在在地解决基层人民的实际问题，打赢脱贫攻坚战，实现强村富民目标，是当前三农问题亟待解决的难题。 在以上的现实大背景下 [ 2 ] ，2014年贵州省安顺市塘约村出现了“村社合一”的全新集体经济组织和管理模式，这一模式立即引起了许多专家学者的高度关注 [ 3 ] 。“塘约模式”成功的实践表明，“村社合一”全新集体经济组织和管理模式，在经济方面，能够提高乡村人民收入水平，缩小城乡收入差距，吸引社会生产要素流向农村，积极挖掘农村发展潜力，一起实现城乡共同发展；在社会方面，有益于改善人口结构分布，促进农村和谐发展，继承和弘扬农村传统文化，减少社会矛盾，使农民老有所依、幼有所养，切实提高农民生活幸福感和生活水平；在生态方面，有利于实现农村经济发展绿色可持续，提高居民生存环境和生活质量；在政治方面，有助于构建基层干部与基层人民的联系纽带，实现党政干部服务人民的宗旨。 通过笔者阅读相关文献，当代的西方学者主要是强调合作社的经济效用，这与我国应该强调的社会和政治效用完全不同。国内对塘约发展模式的讨论，多数学者都重点评价“塘约模式”的现实意义，而研究塘约模式历史意义——标示我国农民合作社未来发展方向的研究成果还很少。基于目前学界的研究现状，本文试图通过重点总结塘约模式的主要特点和成功经验，并揭示其未来的发展方向，为我国农民合作社的健康发展提供有价值的参考。
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user: 2. 塘约“村社合一”模式的主要特点 2.1. 治理模式特点：村社合一与支部挂帅 村社合一是指党支部、村委会与合作社合用一套班子、一套人员，由村书记带领全村一起致富的模式。实践证明，农村改革越深化，党组织的核心地位越要强化；脱贫越深入，农村第一线党组织的力量越要增强。在塘约重建的最开始过程中，是通过当地基层干部的指导，统筹全局，发挥整个整体最大的力量。通过优化组织架构，申请设立党总支，下设支部，并且在村民小组设党小组，使得党组织对农村的领导没有空白地带和盲区，横向到边，纵向到底。塘约模式最大的精髓就在于其非常强调党组织的建设和强化党组织的力量。塘约在发展过程中始终秉持着支部挂帅、群众追随的特点，发挥了共产动员的先锋模范带头作用，把全村的土地集中起来发展，尽管在物质条件上不是最富有的，但是在精神层面，村民和基层干部万众一心，朝着一个方向共同努力奋斗，有利于统一村民步调，消除各种杂音；有利于发挥“村社合一”体制的优越性；有利于党和政府对基层社会实施全面控制，维护社会稳定。 2.2. 组织体系特点：专业分工与共同合作 塘约村在发展过程中通过对各个人员的仔细了解，结合本村自身发展的需要，尽最大可能发挥每个村民的最大作用，具有鲜明的组织特点。在发展过程中，基层干部通过对发展的前瞻性考虑，对全村人员进行合理细致的分工。按照规划，“土地流转中心”对全村土地进行集中流转，对每户农户每片土地独立建档；合作社与农户签订土地入股和其它形式的合作协议；村民参与经营、参与管理、参与利润分红，最终达到共同富裕的目标。并对所有的生产要素进行重组，包括土地、资金，特别是那些有技能的劳动力进行重新分配组合，挖掘农民的内生动力，激发和调动每一个个体的积极性创造力，把单家独户的农民从零散的地块里解放出来，实行多种经营，规模经营，同时通过引进一系列的农业生产，整合土地形成规模经济，实现农业经济的全产业链生产，为塘约的经济扩大和可持续发展提供坚实保障。 2.3. 监管机制特点：支部管全村与村民管党员 对于如今的大部分乡村，事实都是建立在党支部领导全村的基础上的，而塘约虽然也存在党支部在工作方面管理全村，但是在做决策之前都要通过全村人民的一致同意，而且在平时的工作中，随时都要接受全村村民的监督，对于村干部的不合法行为，村民有监督举报的权利和责任。通过健全制度，创新管理，创立“驾照式”管理干部和“积分式”管理党员的方法，使得党员干部有危机感、压力感，也有责任感和荣誉感，成为村里脱贫路上的标杆和旗帜。对干部的考核监督主要采用群众的意见，优则上，劣则下，一切以为全村群众服务为中心，满足群众的各项需求。 2.4. 分配制度特点：相对公平与正面激励 相对于上世纪五六十年代的农村合作社，虽然都是集体工作、集体分配，但是塘约的工作分配模式有着很大的不同。塘约通过先确定土地使用权、宅基地使用权、林权等七项权利，探索实施“村社一体、合股联营”发展路径，进一步激活农村自然资源、存量资产、人力资本，释放了改革红利。确权之后，村民自愿把土地的承保经营权等流转到新成立的合作社，所占的份额完全由村民自身决定，同时工作的劳动所得也是由每个人的具体工作和工作成效而决定，且在每次的集体分红中，有合作社中各户所占的比例进行相对公平的分红，让每一为村民都能感受到村集体的公正和在尽力分配上的合理，这也会给全体村民带来积极的鼓励效果，激励他们更好、更高效的为建设发展塘约村而努力，同时也提高自身的生活水平。这就和上世纪五六十年代前期的合作社有着很大的不同，塘约模式是带来正面激励造就更加公平的环境，促进塘约可持续的健康发展；上世纪五六十年代前期的合作社是劳动不同而收益相同的相对不很公平的社会环境，导致人民的生产积极性得到大幅度的削减，自然也就难于持续发展。
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user: 4. 塘约“村社合一”模式的示范意义 4.1. 坚持合作原则是农民合作社发展的方向 在以前的塘约，村民只能在自己家的一亩三分地上进行种植，劳动时间自由 [ 11 ] 。但是由于小农种植，农业产品质量低，产业链条短，信息化、规模化基本没有，这也就导致农业的收入、产量极低，影响从事农业的人员数量，进而导致农村农业发展滞后，产业低端，生产效率低下。然而“塘约模式”给我们提供了一种全新的农业发展道路，通过堂组织、村集体、合作社与企业的共同合作，实现农村产业的全链条引入与发展。同时因为合作，政府可以实现顶层设计与顶层规划，从全局的角度发展塘约，也尽最大的可能保证村民的经济收入；企业则带来最新的科学技术、生产技术和营销手段，给塘约的发展带来最大的经济利益，村民则通过出租产权、提供劳动力，获得劳动所得的同时也可以获得合作社年终分红。实现三者的优势互补，为我国农村合作社的发展提供了前进的方向。 4.2. 坚持集体参与是农民合作社活力的源泉 农民合作社是分散经营的农民自愿建立的一种劳动互助组织 [ 12 ] 。合作社的资金来源主要是农民的集资，包括两个部分，一是入社股金，这部分资金通常很少；二是资本股金，合作社的社员可把自己多余的资金或资本交给合作社使用，合作社支付相应的利息。塘约因为自然灾害导致村民的资本只剩下各种产权，因此塘约的资本股金都是通过农民产权的自愿入股，从而确定其份额，年终依据份额进行分红 [ 13 ] 。这对于我国人多地少的国情是一个很好的模式，通过集中土地，集体引进产业，集体发展，形成规模经济，提高产业的收益规模，从而促进产业的快速发展，形成产业链，对当地经济发展起到很好的推动作用。因此， [ 14 ] 在如今农业发展落后，农村人口减少、农业产业发展基础差、发展速度慢等问题的情况下，学习和推广塘约模式，必然能够给我国农业农村带来新的发展动力，给我国农民合作社未来的发展提供不竭动力。 4.3. 厚植合作文化是农民合作社生存的基础 产业发展、集体参与是手段，要想真正的保持这种模式并加以发展与推广，最终还是要靠合作文化的建立。万变不离文化，要想做到可持续发展，必须要把合作文化的内涵赋予进去。塘约村通过农民与政府、农民与企业、政府与企业之间的合作，形成塘约的独特合作文化，才使得塘约模式能够成功。国家发展需要构建全球合作的文化、社会进步与和谐需要社会成员之间的互帮互助文化，用合作共赢的文化发展思维，使农民合作社与政府、企业、村民等深度融合，不断丰富合作文化的内涵，这是塘约模式真正的发展精髓，也是塘约农民合作社生存的基础，更是推广塘约、复制塘约模式的必然要求。 4.4. 坚持党的领导是农民合作社成功的保障 塘约村取得成功的关键是靠制度改革，而制度的改革在很大程度上依赖党组织的参与。一个好的党组织，是一个集体成功的第一步，也是最关键的一步，同时也是成功的保障。当前，我国农村改革已经进入了深水区、攻坚期，几乎没有回旋的余地，如果操作不当就很有可能出现颠覆性的错误 [ 15 ] 。推广“塘约经验”要始终坚持党对农村土地的领导，保证公有制性质不改变、耕地红线不突破、农民利益不受损。相信在坚持党的领导下，沿着党的道路向前走，就必然能够走向成功的彼岸，这给我国农民合作社发展提供了成功的保障，为我国农民合作社的发展保驾护航。这也就能够让“塘约经验”孕育出来的“新种子”，在更加广大的范围播种扩散、开花结果。
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user: 摘 要 无弦激光音乐琴是一种理想的集观赏与娱乐为一体的琴，可作为课程辅助教学仪器或者儿童玩具，具有十分重要的商业价值。本文设计了一款集激光、单片机、机械、电路于一体的无弦激光音乐琴系统，主要包括多路激光模块、激光传感器模块、控制器模块以及音乐响应模块，为了实现对激光信号灵敏探测，主要针对整体电路和程序进行了设计。采用5 mW、650 nm半导体激光器作为发射源，采用光敏电阻作为接收器接收激光信号，经过STC89C52单片机的控制处理及LM386音乐响应模块的功率放大，实现音频输出。完成了无弦激光音乐琴系统的制作，整体尺寸为长10 cm × 宽5 cm × 高11 cm。对该系统发声频率进行了实验研究，可实现3个音阶，7个音调的演奏，音色清晰，实测音调频率与理论计算音调频率偏差不大于7.098 Hz。 关键词 :激光，无弦激光音乐琴，单片机，光敏电阻 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 信息是现代化社会的重要组成部分，而娱乐也同样渗透着人类生活的方方面面，电子信息产品更是把娱乐推向了新的高度。无弦激光音乐琴就是一种现代化的电子信息产品，通过对电路进行光控，利用光学控制原理制作而成。演奏者只需用手遮住一束光，无弦激光音乐琴就会发出声音，相当于拨动一根琴弦。经过不停地对光控制，可以“演奏”出不同的音阶和乐曲。在日常生活中，激光琴并没有和手进行直接接触，所以不用担心破坏琴键，也不用担心染上细菌 [ 1 ] 。是一种理想的集观赏与娱乐为一体的琴，也可作为辅助教学仪器或者儿童玩具，提升学习者的兴趣，具有十分重要的商业价值。作为一种新的乐器品种，使传统乐器在音响、演奏方式和现场效果方面产生耳目一新的效果。譬如由美国的Dan Millicent和Tim Walsh开发出来的激光竖琴 [ 2 ] ，以五颜六色的激光束替代传统的竖琴弦，只要演奏者轻触光束，便发出悦耳的竖琴的音响。演出时，舞台的灯光与竖琴“光弦”发出的激光交相辉映 [ 3 ] ，让观众仿佛置身于梦幻般的音乐空间。目前激光琴的主要研发和应用都集中在美国和西欧国家。在威斯康星大学麦迪逊工程博览会上首次以激光吉他的雏形露面，立即引起美国一些大型公司，如通用电器公司和通用汽车公司的关注 [ 4 ] ，商业市场潜力巨大。但激光吉他和弦的演奏问题和音响的强弱控制问题还未解决。“触发类”激光琴目前还仅限于“实验样品”阶段。 本文设计了一种基于STC89C52单片机的无弦激光音乐琴，可实现日常生活中音乐琴的演奏，具有自动检测功能，反应速度灵敏，成本低。
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user: 2. 系统设计 无弦激光音乐琴由多路激光模块、激光传感器模块、控制器模块以及音乐响应模块四个模块组成。总体设计方案如图1所示。 图1中，多路激光模块采用7个功率约5 mW的半导体激光器，每个激光器产生的光束分别代表音乐上最基本的音符。激光传感器模块采用7个型号为5528的光敏电阻，当激光的光线被遮挡时，光敏电阻因光感应效应产生相应的阻值变化，进而将光强的变化信息传导给控制器进行分析。控制器模块采用STC89C52单片机 [ 5 ] ，单片机根据激光传感器发送的信息，经过一系列的信息处理和数据计算，发送指令到音乐芯片模块。音乐响应模块采用一款常用的音频功放芯片LM386作为驱动核心部件，处理信息后结合功放模块和蜂鸣器实现音符的输出。 为了使系统能对激光遮挡信号作出灵敏的反应，设计了系统电路图，如图2所示。 图1. 无弦激光音乐琴设计示意图 图2. 无弦激光音乐琴电路图 图2中，p 1.0~1.6口为7个半导体激光器供电，时钟电路为整个系统产生时钟脉冲，7个5528光敏电阻作为激光传感器模块分别接到控制器的p 2.2~2.8口 [ 6 ] ，光敏电阻基于内光电效应，光照愈强，光生电子-空穴对就越多，阻值就越低，而在无光照状态时，呈高阻状态 [ 7 ] 。当激光直接照射时，电阻处于低阻值状态，将低电平0发送至单片机；当遮挡激光时，电阻值迅速升高，将高电平1发送至单片机。实现了控制器对各个光敏电阻电平信号的灵敏读取，并在内部进行运算，作出相应的指令。 无弦激光音乐琴主程序主要是对系统进行初始化，调用数据处理子程序。程序框图设计如图3所示。 图3中，先选择是否播放已存储好的音乐，完毕后，根据个人的选择执行高/中/低音三个音阶，并有相应指示灯亮起，根据激光传感器模块反馈的信息判断是否七束激光中有激光被遮挡，若p 2.2 = 1，则第一束激光被遮挡，系统进行判断，并进行计算，驱动音乐芯片发出“Do”的声音，以此类推，可发出Re、Mi、Fa、So、La、Si音调 [ 8 ] 。 在程序设计中，并非直接操作端口或寄存器，而是设置标志位，根据标志位再由单片机执行判定操作。程序示例如下。 bit FT_1 ms， FT_250 ms bit F_play song， F_Play Tone， F_KeyDelay， F_Tone， F_keyUp， F_Music_Ide Unsigned char Freq_H， Freq_L， SongLen， PlayIde， i 图3. 无弦激光音乐琴程序框图
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user: 3. 实验及结果分析 无弦激光音乐琴性能好坏的重要影响因素是音符频率，因此，对无弦激光音乐琴的音符频率进行相应实验是非常必要的。采用设计的无弦激光音乐琴在学校实验室进行音符频率实验，实验室环境相对安静，无外界环境干扰，控制无弦激光音乐琴发出21个不同音符，利用泰克TDS2012C型数字存储示波器对3个音阶7种音调共计21个不同的音符的频率进行测量，将各个音符频率测量值与音符频率理论计算值进行对比，观察实际测量值是否与理论计算值相吻合，由此判断无弦激光音乐琴的发声效果。列出Do的低、中、高三个音阶波形图分别如图4、图5、图6所示。 图4. 低音Do时频率图 图5. 中音Do时频率图 图6. 高音Do时频率图 无弦激光音乐琴的音符频率应在人耳能听到的声音频率范围内，即20 Hz~20 kHz。通过STC80C52自带的16位定时器实现不同音符的固定频率。一般音乐电路是以正弦波信号驱动喇叭以产生音乐，而在数位电路里则是以脉冲信号驱动 [ 9 ] 。例如标准音la的频率f = 440 Hz，对应的周期为T = 1/f = 1/440 = 2272 μs，单片机上对应蜂鸣器的I/O口来回取反时间应为t = T/2 = 1136 μs，也就是单片机上定时器应有的中断触发时间。一般情况下，奏乐时，单片机定时器为工作方式1，以晶振的十二分频信号为计数脉冲，晶振频率为f 0 = 12 MHz，则定时器的预置初值由下式来确定： t = 12 * ( T A L L − T H L ) / f 0 式中T ALL = 2 16 = 65536，T HL 为定时器待确定的计数初值。则定时器在工作方式1下的高低计数器的预置初值为 T H   440   Hz = T HL / 256 = ( T ALL − t * f 0 / 12 ) / 256 T L   440   Hz = T HL / 256 = ( T ALL − t * f 0 / 12 ) % 256 根据以上的求解方法，可以求出其他音调相应的计数器预置数值。 图4中，在实际发出低音Do时，测得频率为266.662 Hz，而理论计算低音Do的频率为262 Hz，相差4.662 Hz。图5中，在实际发出中音Do时，测得频率为530.098 Hz，约为低音Do的2倍，符合音符变化规律，而理论计算低音Do的频率为523 Hz，与实际测量值相差7.098 Hz。图6中，在实际发出高音Do时，测得频率为1047.94 Hz，约为中音Do的2倍，符合音符变化规律，而理论计算低音Do的频率为1046 Hz，与实际测量值相差1.94 Hz。 对3个音阶，7个音调的实际测量频率值如表1所示。 Table 1 Comparison of measured data of c-key scale and frequenc 序号 1 2 3 4 5 6 7 音调 Do Re Mi Fa So La Si 低音(Hz) 266.662 296.332 332.185 350.157 395.462 440.750 496.185 中音(Hz) 530.098 585.615 663.156 700.231 786.462 884.256 989.154 高音(Hz) 1047.94 1175.48 1318.16 1398.46 1569.77 1760.69 1977.43 表1. C调音阶–频率实测数据对照 表1是用示波器对无弦激光音乐琴各个音调的频率测量值，由表1分析可知，无弦激光音乐琴各个音调对应的实测频率数据与理论计算所得数据基本相符，同一音阶下，从音调Do到音调Si频率值不断增加；同一音调下，中音频率为低音频率值的2倍，高音频率值为中音频率值的2倍，与理论计算规律相符。由于导线电阻、焊接焊锡的多少会导致电路中的电阻不同，而且蜂鸣器的线圈电阻为16 ± 2 Ω，也会造成误差，所以，实测频率值与理论计算频率值有所偏差，差值最大的音调为中音Do，与理论计算值523 Hz相差了7.098 Hz，但对音效影响不大。 将实验中对21个不同音符的实际测量频率值与理论计算频率值做对比之后发现实际测量频率值基本吻合，频率相差最大的音符为中音Do，最大值为7.098 Hz，选出中音的7个音调对比结果如图7所示。 图7. 实际测量频率值与理论计算频率值对比图 图7中，横坐标1~7分别表示中音Do、Re、Mi、Fa、So、La、Si，纵坐标表示音符频率值，曲线B是实测音符频率曲线，曲线C1是理论计算音符频率曲线。由图可以看出两条曲线基本吻合，在中音Do处差别最大。 综上实验，在不同的音符下，无弦激光音乐琴的实测音符频率与理论计算音符频率数值基本相符合，实测频率值与理论计算频率值最大相差7.098 Hz，可以实现正常音乐演奏。
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user: 4. 结论 本文从硬件电路和软件编程两个方面设计了基于STC89C52单片机的无弦激光音乐琴。由多路激光模块发出激光，激光传感器模块对激光信号进行检测后将电平信号传输给单片机，单片机作为控制器模块对信号进行分析处理后调动音乐响应模块进行相应音频输出。电路设计实现了从信号探测到相应音频输出功能。通过对多路激光模块和音乐响应模块的实时控制提高了系统的稳定性和功能性，采用STC89C52单片机实现了对信号快速精确的分析和处理。完成了无弦激光音乐琴系统的研制，尺寸为长10 cm × 宽5 cm × 高11 cm。经过实验测试，可实现3个音阶，7个音调的发声，音色清晰，实测音调频率与理论计算音调频率偏差不大于7.098 Hz，系统稳定，音乐响应状况良好，具有较大的应用推广价值。
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user: 摘 要 三七是我国特有的名贵中药材，喜温暖而阴湿的环境，这种环境极易诱发其根腐病形成，导致连作障碍的发生。氯化苦是一种具有挥发性的土壤薰蒸剂，目前，采用其进行土壤消毒是防治三七土传病害的有效措施。本研究中，我们采用基于Illumina MiSeq平台的ITS高通量测序技术研究氯化苦消毒后三七种植地中土壤真菌群落组成、多样性的变化。结果表明，氯化苦消毒后的三七根际土壤与未消毒的根际土壤相比真菌群落组成、多样性存在明显差异，并且经氯化苦消毒后，常见的主要三七致病真菌镰刀菌属(Fusarium)占比出现极大下降，从消毒前的7.42%下降到消毒后的1.97%，而对三七生长有益的木霉属(Trichoderma)真菌占比则出现相对升高(从消毒前的14.70%增加到消毒后的23.45%)。这些结果表明氯化苦消毒在三七连作障碍的防治中可以影响真菌群落的结构和组成，导致病原菌和有益菌占比发生变化，这种变化对于三七种植地土壤环境的改善、菌群结构的平衡以及土壤微生态的自我修复具有重要意义。 关键词 :三七，根际土壤，真菌群落，ITS测序，连作障碍 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 三七(Panax notoginseng)是一种传统的名贵中药材，主产于云南文山，具有“止血、散瘀、定痛”等功效 [ 1 ] [ 2 ]。要想获得高质量、高品质的三七，必须连续种植三年或三年以上。然而，长时间的连续种植使三七极易受到土传病害的攻击，如根腐病、灰霉病、黑斑病、疫霉病、锈腐病、白粉病和圆斑病等，其中根腐病是三七最常见病害之一 [ 3 ] [ 4 ]。当前，已报道的三七根腐病病原菌主要有腐皮镰孢菌、细链格孢菌、坏损柱孢菌和黄腐病菌等 [ 5 ] [ 6 ]，由此导致的损失常年在5%~20%左右，最高可达70% [ 7 ] [ 8 ]。三七的连作障碍问题严重制约其种植周期和产量，极大的降低了土地的利用率，其中根际微生物的动态变化是三七连作障碍的重要因子之一，也是目前的研究热点。 氯化苦的化学名称是三氯硝基甲烷，其分子式为CCl 3 NO 2 ，可用于粮食薰蒸，土壤、植物种子消毒等 [ 9 ] [ 10 ]。氯化苦土壤熏蒸消毒可有效杀灭各种土壤病原微生物，研究表明，其对有害细菌、真菌的杀灭率均在85%以上，可以极大的降低相关土传病害的侵染率，而且由于氯化苦具有很强的挥发性，其在土壤中残留量极低，目前，美国、日本、以色列、我国山东等地已有较大面积的应用 [ 10 ] [ 11 ]，但是其在三七种植以及连作障碍防治中的应用报道较少，特别是氯化苦施用后对三七土壤中真菌群落的影响尚未见报道。 随着基因组学测序技术的迅猛发展，基于真菌ITS序列的免培养高通量测序方法已成为研究土壤样品中真菌群落结构和组成的重要工具 [ 12 ]。基于此，本研究采用Illumina MiSeq测序平台，通过构建小片段DNA文库进行双末端(paired-end)宏基因组学测序获得土壤样品中真菌的物种组成及其丰度信息，并通过α多样性分析、β多样性分析对氯化苦消毒前后的三七种植地中真菌群落组成和多样性的变化做一系统的分析。
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user: 2. 材料和方法 2.1. 研究区概况 试验于2016~2017年在云南文山州七麟三七科技有限公司三七种植基地试验田进行，试验地处于云南省东南部低纬度高原地区(东经103˚43'~104˚27'，北纬23˚06'~23˚44')，试验区属中亚热带季风气候，平均相对湿度75%，年均降雨量1187.8 mm。试验场地实行统一化、科学化和规范化管理，采用人工建棚(统一遮阳网覆盖)方式进行三七栽培。 2.2. 土壤样品采集 试验采用田间小区型实验设计，设无熏蒸消毒和熏蒸消毒两个处理。无熏蒸消毒处理为对照，即土壤不做任何处理；熏蒸消毒处理为用氯化苦消毒土壤，具体操作方法为用耕地机将土翻开20公分，按照30公斤每亩用量喷洒氯化苦消毒剂，消毒剂喷撒后用薄膜将其罩住进行熏蒸消毒20天，之后揭去薄膜，再自然晾晒半个月进行轮作种植。因氯化苦是易挥发化学物质，且有剧毒，必须在通风环境内，佩戴防毒面具操作。其它大田管理和三七农事操作等均按照常规管理进行。土壤采样方法为5点法(即：每块地分五个不同地点采样，设置三个重复)。样品采集深度为地下10~20 cm，土样采集后，先用4 mm土筛进行筛选，然后装入低温冰盒中进行储存，带回实验室放入−80℃超低温冰箱，用于宏基因组学测序。 2.3. 土壤真菌基因组总DNA的提取 按照SPIN Kit for Soil试剂盒(Mpbio公司，美国)说明书提供的操作步骤，从土壤样品中提取真菌宏基因组DNA并进行电泳检测后，于−20℃冰箱中冷冻保存DNA样品。 2.4. PCR扩增与测序 将提取并纯化后的土壤总DNA作为PCR扩增的模板，采用ITS序列的通用引物进行PCR扩增，引物序列为ITS-F：GCATCGATGAACGCAGC，ITS-R：TCCTCCGCTTATTGATATGC [ 13 ]。PCR扩增的实验条件为：95℃预变性2 min，退火温度为55℃，时间为30 s，链延伸温度为72℃，时间为30 s，共计进行30次循环，最终72℃延伸5 min。扩增完成以后，取10 μL扩增产物进行1%琼脂糖凝胶电泳检测，并进行上机测序。所有样品测序均在美因健康科技(北京)有限公司进行，主要方法为采用Illumina MiSeq高通量二代基因测序系统，通过构建小片段文库进行双末端(paired-end)测序，reads读长为250 bp。 2.5. 数据分析 测序数据分析的主要流程为首先对原始数据(Raw reads)进行拼接、过滤，得到Clean Tags，Clean Tags经过嵌合体的去除得到有效数据(Effective Tags)，然后基于质控合格的有效数据进行后续生物信息分析，根据特定的阈值(默认选取97%)进行OTU (Operational Taxonomic Units)聚类，结合目前的微生物学权威数据库Unite [ 14 ] 进行物种注释和分类。具体包括以下流程：1) 去除Reads两端的Barcode和Primer序列；2) 使用Qiime [ 15 ] 提供的脚本利用Read1和Read2之间的重叠区进行拼接，拼接后的序列为Raw Tags。拼接采用fastq-join方法，拼接过程要求重叠区的最小长度为10 bp，最大错配率为10%；3) 对Raw Tags进行质控，截断掉含5个以上连续N或低质量碱基的Tags，并进一步过滤掉连续高质量碱基长度小于Tags长度75%的Tags，从而获得Clean Tags；4) 去除Clean Tags中的嵌合体，嵌合体即PCR扩增过程中产生的错误序列。嵌合体的检定采用UCHIME算法 [ 14 ]，与Unite数据库比对，嵌合体序列去除后即获得作为后续数据分析的Effective Tags；5) 最后按照97%的序列一致性将每个样本测序产生的所有Effective Tags聚类为OTU，并将OTU代表性序列与物种注释进行比对分析，统计各个样品在各个分类水平菌群组成和分布情况，并采用Chao1指数、Shannon指数等对测序数据进行菌群丰富度和多样性等指标的分析 [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]。
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user: 3. 结果与分析 3.1. OTU分析 为了研究样品的真菌群落组成及其多样性信息，我们按照97%的序列相似性标准将Effective Tags聚类成OTU (Operational Taxonomic Units，即分类操作单元，是指在系统发生学研究或群体遗传学研究中，为了便于进行分析，人为给某一个分类单元设置的同一标志)。各样品的OTU数量统计结果如图1(a)所示。为了更直观的展示不同样品之间特有和共有的OTU，根据分析结果进一步绘制Venn图(图1(b))，结果表明，经过氯化苦消毒后真菌的OTU数量总体下降了42.06%，其中消毒后样品中约有64.70%的OTU与未消毒样品相同，并新增加了326个OTU。 图1. 未消毒对照及氯化苦消毒处理后土壤样品OTU数量统计(a)及Venn图分析(b) 3.2. 氯化苦消毒对土壤真菌群落多样性的影响 如图2所示，三七种植后土地经氯化苦消毒后，真菌菌群丰富度指数(Chao1)和多样性指数(Shannon)均有所减少，该结果与上述OTU分析结果一致。其中，Chao1指数主要是计算群落丰度(Community Richness)，用于估计群落样品中包含的物种总数，Chao1指数越大，微生物群落丰富度越高。Shannon指数主要用于计算群落多样性(Community Diversity)，该指数受群落中物种丰富度和均匀度(Community Evenness)的共同影响，Shannon指数越大，微生物群落多样性越大。在如图2(b)所示的未消毒和消毒样品中，Shannon指数均达到5以上，表明氯化苦消毒后真菌群落多样性实际上仍处于较高水平。 图2. 未消毒对照及氯化苦消毒处理后土壤真菌ITS多样性稀释度曲线((a) Chao1指数；(b) Shannon指数) 3.3. 氯化苦消毒对土壤真菌群落门水平的影响 由图3(a)所示的物种相对丰度分布柱形图可知，氯化苦未消毒及消毒样品中平均丰度最高的10个门，分别为子囊菌门(Ascomycota)、结合菌门(Zygomycota)、担子菌门(Basidiomycota)、壶菌门(Chytridiomycota)、纤毛亚门(Ciliophora)、罗兹菌门(Rozellomycota)、球囊菌门(Glomeromycota)、丝足虫门(Cercozoa)、绿藻门(Chlorophyta)和被子植物门(Anthophyta)。其中，子囊菌门、结合菌门、担子菌门为未消毒土壤样品中的优势菌群，它们分别占土样真菌总数的63.25%，17.40%和6.40%；子囊菌门、担子菌门和壶菌门为氯化苦土壤消毒样品中的优势菌群，它们分别占土样真菌总数的72.73%，4.26%和3.17%。由图3(b)所示的物种丰度聚类热图可知，担子菌门(Basidiomycota)、纤毛亚门(Ciliophora)、球囊菌门(Glomeromycota)、被子植物门(Anthophyta)、丝足虫门(Cercozoa)、绿藻门(Chlorophyta)、罗兹菌门(Rozellomycota)、结合菌门(Zygomycota)真菌在消毒后数量明显减少；壶菌门(Chytrdiomycota)、子囊菌门(Ascomycota)真菌在消毒后数量出现明显增加。 图3. 未消毒对照及氯化苦消毒处理后土壤真菌主要门水平分布柱形图(a)及丰度聚类热图(b) 3.4. 氯化苦消毒对土壤真菌群落属水平的影响 由图4(a)所示的物种相对丰度分布柱形图可知，氯化苦未消毒及消毒样品中平均丰度最高的10个属，分别为木霉属(Trichoderma)、被孢霉属(Mortierella)、毛壳菌属(Chaetomium)、曲霉菌属(Aspergillus)、镰刀菌属(Fusarium)、隐球菌属(Cryptococcus)、假裸囊菌属(Pseudogymnoascus)、明梭孢属(Monographella)、孢子菌属(Spizellomyces)和柄孢壳属(Zopfiella)。其中，木霉属、被孢霉属、毛壳菌属为未消毒土壤样品中的优势菌群，它们分别占土样真菌总数的14.70%，8.44%和8.11%；木霉属、曲霉菌属和毛壳菌属为氯化苦土壤消毒样品中的优势菌群，它们分别占土样真菌总数的23.45%，7.51%和3.00%。由图4(b)所示的物种丰度聚类热图可知，赤霉属(Gibberella)、裂壳菌属(Schizothecium)、镰刀菌属(Fusarium)、伞状霉属(Umbelopsis)、隐球菌属(Cryptococcus)、假裸囊菌属(Pseudogymnoascus)、明梭孢属(Monographella)、毛壳菌属(Chaetomium)等真菌在消毒后数量减少；木霉属(Trichoderma)、红酵母属(Rhodotorula)、海洋真菌属(Westerdykella)、柄孢壳属(Zopfiella)、根瘤菌属(Rhizophlyctis)、孢子菌属(Spizellomyces)和曲霉菌属(Aspergillus)等真菌在消毒后数量出现增加。这些结果从属的角度表明氯化苦消毒前后土壤中真菌群落组成与结构具有明显的不同。 图4. 未消毒对照及氯化苦消毒处理后土壤真菌主要属水平分布柱形图(a)及丰度聚类热图(b) 3.5. Beta多样性分析 Beta多样性分析主要是对不同组样本之间的微生物群落构成及其差异进行研究。在Beta多样性分析中，常选用Bray-Curtis距离来衡量两个样品间的相异系数，其值越大，表示这两个样品在微生物组成、物种丰度和多样性方面存在的差异越大。所有样本的Bray-Curtis距离heatmap热图如图5所示，该结果表明两个样本之间的相似性较低，即氯化苦消毒前后土壤真菌群落结构不同。 图5. 基于Bray-Curtis距离的Beta多样性指数热图
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user: 4. 讨论与结论 由于三七生长适宜范围狭窄，种植周期在三年以上，其连作障碍问题非常突出，研究发现，在三年生三七土地中，继续移栽种植三七苗，一年后，所移栽植株几乎全部发生根腐病害 [ 19 ]。在这样的条件下，适宜种植三七的土地不断减少，病原微生物数量增多，自毒效应明显，严重影响三七产业的发展。三七连作障碍实际上是土壤生态系统中各种因素综合作用的结果，这些因素主要包括土壤理化性质、微生物群落、土壤酶活性、土壤自毒物质的积累以及农作物因素等，其中土壤根际微生物群落结构的改变是最重要的影响因素之一 [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]。近期一项与草莓种植相关的研究表明，氯化苦消毒可以提高土壤的理化性质，调整细菌和真菌的菌群结构，进而增加草莓产量 [ 23 ]，并且，通过和二甲基二硫醚联合使用，氯化苦还可以很好的控制轮虫和镰刀菌枯萎病的发生 [ 24 ]。因此，要防止三七连作障碍，可以先利用氯化苦实施土壤薰蒸、消毒处理等措施，尽量减少土壤中有害病原菌数量，提高三七连作后有益菌占比，促进土壤微生物的动态演替和菌群结构平衡 [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]。 长期以来，通过实验室培养等传统方法能测到的微生物数量只占其总数的0.1%至10% [ 28 ]，这使得土壤微生物组成及其结构不能得到整体全面的研究。近年来，由于Illumina高通量测序技术的迅猛发展，基于宏基因组学高通量测序技术的相关研究大大提高了我们对土壤微生物多样性的认识并促进了对许多未知微生物的探索 [ 29 ]。本研究中，我们通过对氯化苦消毒前后三七根际土壤真菌ITS测序及宏基因组学分析发现，氯化苦消毒后的三七种植地中土壤真菌群落及其多样性与未消毒土壤相比存在明显差异，但是无论是未消毒对照还是氯化苦消毒土壤样品，子囊菌门(Ascomycota)均是真菌群落中的第一大类群，占比60%以上。当前对于土壤致病真菌的研究表明，镰刀菌属(Fusarium)是诱发三七根腐病的常见致病菌 [ 30 ]，本研究发现经氯化苦消毒后，镰刀菌属真菌占比出现极大下降，它们从消毒前的7.42%下降到消毒后的1.97%；与之相对应，木霉菌属(Trichoderma)是常见的对三七生长有益的真菌，经氯化苦消毒后，它们的占比出现相对升高，从消毒前的14.70%增加到消毒后的23.45%。这些结果在一定程度上表明氯化苦消毒会导致三七根际土壤中的菌群，特别是病原菌和有益菌占比发生改变，我们认为这种优势菌群的变化对于根际土壤微生态的自我修复、三七种植地土壤环境的改善以及后续轮作作物的生长具有重要意义。
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user: 摘 要 本文推导出相对任意基点刚体动力学方程的一种更简洁的形式。推导过程是以质点系动力学理论为基础的，它是一个比动量定理和角动量定理更基本的理论前提。在现有的动力学方程中，线加速度和角加速度是相互耦合的，这导致了求解方程极其困难，特别是在高速旋转的条件下。本文通过平移方程和旋转方程的联立推导，将线加速度和角加速度解耦。基于推导过程，讨论了与现有形式的关联，陈述了与现有推导过程的主要差异。 关键词 :刚体动力学，刚体一般运动，牛顿欧拉方程，任意基点，全局惯性参考系 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 刚体空间一般运动的动力学描述 [ 1 ] ，是由平移(动力学)方程和旋转(动力学)方程等两个方程的“组合”来进行描述的，平移方程和旋转方程合称为描述刚体一般运动的刚体动力学方程。 刚体动力学方程的形式推导大致经历了三个阶级。第一阶段，动力学方程由惯性参考系中描述质点系质心平移运动的质心运动定理 [ 2 ] ，和连体参考系中描述刚点定点旋转运动的坐标形式的欧拉方程进行组合来进行描述的 [ 3 ] [ 4 ] 。第二阶段，Wittenburg [ 5 ] 推导出惯性系中基于任意基点的旋转方程。这样，平移方程和旋转方程就都可以在惯性系中进行统一描述。第三阶段，Featherstone [ 6 ] 、李洲圣 [ 7 ] 推导了惯性系中基于任意点的平移方程。 由于线加速度和角加速度的耦合，第三阶段推导出的方程很难直接应用于多刚体动力学的建模，目前的主流方法 [ 8 ] 是将其整体转换到连体参考系中进行求解。将惯性系的原点平移至质心处，将线加速度和角加速度进行解耦，也是一种较为常用的途径 [ 9 ] 。但是，这种形式的方程不利于定点陀螺、翻身陀螺、陀螺仪等刚体的数值求解 [ 7 ] 。本文将推导惯性系下基于任意基点的解耦的动力学方程。
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user: 2. 质点系动力学方程概要 质点系是指由许多个相互联系着的质点所组成的系统 [ 2 ] 。沈惠川和李书民 [ 2 ] 对质点系进行了极为精炼的表述。 考虑一个惯性系，其坐标系的原点标记为O。将惯性系作为相对静止的参考系，研究质点系相对于惯性系的运动。质点系中的全部质点标记为 k ( k = 1 ， 2 ， 3 ， ⋯ ) ，质点k的位置用矢量形式描述为r ok ；质点k所受的外力为F k 。其中，r ok 的下标o表示矢量的起点，k表示矢量的终点，两个点都是物质点。F k 的下标k表示矢量的起点，终点是无物质点标注的。这种标记格式是本文的默认格式。质点的速度和加速度定义为 r ˙ o k = v k (1) v ˙ k = a k (2) 推导质点系动量定理和角动量定理的动力学方程 [ 2 ] 为 ∑ k m k a k = ∑ k F k (3) ∑ k ( r o k × m k a k ) = ∑ k ( r o k × F k ) (4) 质点系力学中引入了质心的概念，其定义为 m r o c = ∑ k m k r o k (5) 式中，m k 为质点k的质量，r oc 为从惯性系原点O至质心C的矢量，m为质点系的总质量，即 m = ∑ k m k (6)