DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 7. 胰淀素的研究展望 hIAPP在2型DM患者的胰岛淀粉样沉积物和人胰岛素瘤等病理变化中发现，从单体随机变化为寡聚体，最终可消除淀粉样沉积中的纤维体，从生理现象变化为细胞毒作用的病理现象，最终抑或起到延缓疾病进程的药理效应。hIAPP不同的构型标志着不同的功用，标志着其不同的生理–病理–药理阶段，也反映着机体不同的反应。hIAPP的研究重点不在于hIAPP本身扮演的是一个疾病或健康、有利或有弊的角色，而在于引起其角色变换的主体以及主体对其角色的需求与改变。hIAPP是影响着人体多种重要激素之一，更是影响肥胖、DM、糖稳态、免疫病理、骨质疏松等慢性病为数不多的激素之一。如何在研究中把单一的hIAPP，用以改善多靶点、整体性的糖稳态失衡以及其他相关疾病的发生发展，需要未来更多的考证、探索与研究。
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user: 摘 要 本文通过对有机物料埋土还田后，有机养分的腐解速率特征及对土壤肥力的影响研究。主要总结了前人研究玉米秸秆、水稻秸秆和小麦秸秆三种有机物料埋土还田后的腐解特征及其对土壤肥力的影响。结果表明，水稻秸秆、小麦秸秆和玉米秸秆腐解速率差异性显著(P < 0.05)，表现为：玉米秸秆 > 水稻秸秆 > 小麦秸秆，且烘干秸秆 > 新鲜秸秆；有机养分的释放规律为K > P > N > C；添加玉米秸秆后，土壤有机碳、微生物量碳、全氮和微生物量氮均显著(P > 0.05)增加；添加玉米秸秆的CO 2 释放率高于水稻秸秆和小麦秸秆，未添加秸秆的土壤各指标均低于添加三种秸秆的土壤；三者都不同程度的提高了土壤肥力，增强了土壤的理化性状，提高了微生物数量和活性以及提高了有机碳和有效养分含量。为研究有机肥及其对土壤的影响、促进作物生长、提高作物产量和改善土壤的理化性质提供了可靠的依据。 关键词 :有机物料，腐解，土壤肥力 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 小麦、玉米等秸秆作为一种廉价的生物质资源，却没有得到有效利用，而是被无效燃烧，但如果仔细研究秸秆的价值，会发现其含有大量有机质和植物生长所必须的氮、磷、钾及其他微量元素 [ 1 ] 。据估算，在约6至7亿吨的秸秆中，氮、磷和钾的养分含量就相当于300万吨以上的尿素，过磷酸钙和硫酸钾的含量也在700万t左右 [ 2 ] 。而且秸秆直接还田能够增加土壤中有机质的含量，使土壤的肥力状况得到有效改善 [ 3 ] 。秸秆还田腐解在土壤微生物的作用下进行腐解释放氮、磷、钾等养分可供作物吸收利用，但秸秆还田腐解受到了温度、湿度、深埋、微生物、土壤质地等多种因素影响，李举新 [ 4 ] 等人的研究证实了这一结论。此外，有研究 [ 5 ] 表明秸秆腐解速度最快是在5 cm的壤深度，深埋于15 cm处较5 cm稍慢，而覆盖在地表面的腐解速率最慢。有的秸秆还田能够维持农田的肥力，同时减少了化肥的施用，提高陆地上土壤的碳汇能力，且能促进土壤氮素的循环，减少和避免了燃烧等造成的环境污染，对解决环境问题提出了新的思路；在农业方面能够进行农业的良性循环生产，具有十分重要的生态环境意义。秸秆还田还与土壤肥力状况、作物品质以及农田的生态环境保护等息息相关，可持续农业和生态农业的方针也正包含这一重要内容 [ 6 ] 。然而前人在研究这方面的问题时都只提到了单一秸秆的腐解，或者是两种秸秆在不同模式下的培养。本文通过研究三种秸秆的腐解特征及其对土壤肥力的影响，来阐述不同秸秆的腐解速率并且研究不同秸秆腐解速率对土壤肥力有何影响。目前，我国正因为土地长期施用化肥和农作物秸秆被大量无效焚烧而造成土地贫瘠化，土地质量较差，土壤肥力每年都在下降。此外，农田生态系统遭到严重破坏，环境污染也在加重。因此，探索秸秆腐解的优化方式及对土壤产生的有利影响极为重要。
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user: 3. 结论 秸秆还田在现代农业中扮演着重要角色，是提高土壤有机质、速效氮、磷、钾的主要途径之一 [ 20 ] 。本文通过对玉米、水稻及小麦三种秸秆的腐解特征及对土壤肥力的影响展开研究，得出了玉米秸腐解速率大于水稻秸秆，同时又大于小麦秸秆，而水稻秸秆腐解速率略高于小麦秸秆的这一结论。有机养分释放规律为：钾 > 磷 > 氮 > 碳，秸秆还田能改善土壤品质、提高土壤肥力、促进作物生长、提高作物产量、增强土壤理化性质；还能够提高微生物数量和活性、提高有机碳和养分含量。秸秆还田后，降低了土壤容重，改善了土壤的结构，形成有机质的覆盖，达到了抗旱保墒的目的 [ 21 ] 。其次，稻草还田配合有机肥的施用，还能够有利于稻草的分解，提高当年稻谷产量及稻草的综合应用。秸秆还田技术的推广，不仅能够提高土壤理化性状和改善作物品质，同时减少了秸秆燃烧对环境造成的污染，优化了农田生态系统 [ 22 ] 。
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user: 4. 展望 秸秆还田作为新时代一种新型的技术，其具有诸多有点，既能提高土壤微生物和酶的活性，又能调节土壤的氮素供应；既能提高作物品质，又能改善土壤肥力和减少化肥施用量等等。在环境日益恶化的当代，通过秸秆直接还田，可减少化肥施用，避免造成生态破坏和环境污染，形成良性的生态循环，促进农业可持续发展。此外，秸秆还田对新农村建设，环境保护等意义重大。在秸秆腐解机理和腐解物质的化学形态等方面还要继续努力深入研究。秸秆还田的力度要扩大，秸秆还田与耕作措施配合，作物可以产生较大的经济效益，现有模式必须完善，高效的秸秆还田模式也需要进一步开发。
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user: 摘 要 随着工业的快速发展，我国的环境污染日益严重，尤其是土壤污染及退化，治理土壤污染和退化的工作越发受到重视。本文针对土壤重金属污染、土壤有机物污染和土壤盐碱地等问题，提出了生物修复技术，综述了其研究进展，明确土壤生物修复技术与盐碱地改良存在的技术难点，展望土壤污染治理新技术的研究前景，为改善土壤环境、增强土壤可持续利用提供理论依据。 关键词 :土壤重金属污染，土壤有机污染物，土壤盐碱化，生物修复 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 土壤作为万物生长的基本条件，是大自然馈赠给人类不可缺少的宝贵礼物，是人们发展各种农业产业的物质基础，更是不可再生的自然资源。随着经济的迅猛发展，工业生产中产生的污染物(废水、固体废弃物、废渣等)、大量农药的超标施用、石油开采加工运输所产生的废物等对水资源、土壤资源造成严重污染 [ 1 ]。农业活动中化肥的不合理施用、农业资源的不合理开发，导致土壤结构破坏、肥力下降、土壤环境衰退；现代农业的出现改变了自然界原有状况，为追求高产优质，导致水肥和化学农药的大量使用，而在其生产过程中会排出大量有机污染物，如多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs)及抗生素(ATBs)等，使土壤污染进一步加剧 [ 2 ]；矿区重金属污染的来源有污水灌溉、工业废渣、工业废弃物堆放及大气沉降等，其中采矿及其冶炼加工是其主要来源。土壤重金属污染的特点是强度大、范围广，污染隐蔽、危害大，且治理难度大、费用高 [ 3 ]；盐碱地也是一种重要的土地资源，随着人口压力不断增大，人们越来越重视开发利用大片分布的盐碱荒地来缓解危机。由于其存在酸、粘、瘦、板、季节性干旱及水土流失等问题，导致生态环境恶化，严重阻碍了农业发展 [ 4 ]；因此，修复与改良利用土壤非常重要。
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user: 3. 土壤盐碱化 3.1. 土壤盐碱化的研究进展 土壤盐碱化是指土壤中的盐分离子增加或是可溶性盐分离，然后不断地向土壤的表层聚集，从而改变了土壤的理化性状，并对生长的植物有一定危害作用的一种土壤演化过程。土壤盐碱化分为原生盐渍化和次生盐碱化两类。其中不受人为影响，自然发生的土壤盐渍化为原生盐渍化；反之为次生盐渍化。土壤盐渍化不仅是限制农业生产发展的一个主要因子，也是制约滨海地区盐碱地改良绿化、沿海防护林营造等林业项目的重要影响因子。 近几年，对于我国的盐碱地面积增减变化众说不一，但土壤盐碱化是现实存在的问题。黄淮海平原经过多年治理改造，盐碱地面积有所减少，但2 m土体盐分总量并未减少，只是盐分下移的再分配，由于特定的气候和地貌水文条件决定了该区域不可能摆脱盐碱威胁，遇涝年仍有返盐的可能，在低平原区已经出现了春季返盐现象，而且还有667 × 104 hm 2 剩余难以改良的中度以上盐渍土。我国西北许多地方由于干旱加之过度放牧，植被减少，土壤荒漠化、盐碱化呈发展趋势。如新疆近10年间盐碱地面积增加3.52 × 104 hm 2 ；内蒙耕地次生盐渍化面积每年以(1 − 1.33) × 104 hm 2 的速度递增；吉林西部土地盐碱化正在发展和扩大，年递增1%左右。我国的东北三省、山东、江苏均有不同程度的增加。近年来，在开发利用盐碱地方面，由于采用治理技术不当或选用物种不适宜，造成巨大经济损失的事例已屡见不鲜，每年由于盐碱造成的直接经济损失达25亿元 [ 26 ]。盐碱化灾害不仅影响该地区农牧业的发展，而且危及当地人民的生存。由于当今水文条件的变化再采取以水为主的治理技术，存在很多困难，因此迫切需要发展新的改良治理技术以保护耕地质量，防止土壤环境质量的恶化，提高食物的综合生产能力。 3.2. 土壤盐碱化的改良措施 3.2.1. 水利措施 水利措施虽被认为是治理盐碱地行之有效的方法，但是在旱地农业中是不经济的。这是因为一方面要冲洗土体中的盐分，另一方面还要控制地下水位的上升不致引起土壤返盐，这就必须具备充足的水源和良好的排水条件，作到灌排相结合。由于建立水利措施投资非常昂贵，且用于维护的费用也很高，因而一些研究者主张寻求其他治理措施 [ 27 ]。目前，世界各国改良利用盐碱地主要采用农业、水利工程、物理、化学与生物等综合技术措施。其中，采用生物技术，即种植抗盐植物是开发利用盐碱地的一种最为有效的途径。 3.2.2. 种植耐盐植物改良盐碱地 耐盐植物能够改良盐碱地的功能主要表现在能增加地表覆盖，减缓地表径流，调节小气候，减少水分蒸发，抑制盐分上升，防止土壤返盐；同时，植物的蒸腾作用可降低地下水位，防止盐分向地表积累；植物根系生长可改善土壤物理性状，根系分泌的有机酸及植物残体经微生物分解产生的有机酸还能中和土壤碱性。植物的根、茎、叶返回土壤后又能改善土壤结构，增加有机质，提高肥力 [ 28 ]。 沙枣具有降低土壤盐分的作用。据测定，在沙枣林内0~60 cm土层的含盐量，6~7年生的沙枣林要比3~4年的低81.84%。因此，根据沙枣的抗耐盐能力，可栽植在土壤含盐量1.5%以下未经改良的中、重盐碱化土壤上，沙枣已成为盐碱地营造农田防护林的主要树种。 沙棘耐湿、耐寒、耐旱、抗盐碱，能在pH9.5、含盐1.1%的盐碱地生长，具有改良土壤和保持水土的功能，可作为半干旱地区盐碱土改良的特用经济林木，进行综合开发利用。 胡杨对生态的适应性极强，不仅抗盐碱，还耐寒耐旱。其根系发达且萌生力强，是荒漠地区风沙前沿唯一天然分布的高大乔木树种。胡杨不但吸收盐碱，并且具有排除盐碱的特殊能力，在硫酸盐氯化物与苏打盐土上均能生长，是盐碱地造林的先锋树种。 3.2.3. 基因工程技术提高植物耐盐性 专家们已克隆部分基因并将其运用在提高植物耐盐性上，转基因植物得以运用。植物基因工程的耐盐基因主要有：渗透保护性物质合成基因；与水分胁迫相关的功能蛋白编码基因；与信号传递和基因表达相关的调控基因；与细胞排毒抗氧化能力相关的酶基因等。已有报道获得的与海藻糖、果聚糖、甜菜碱、脯氨酸、抗坏血酸过氧化物酶、谷胱甘肽转移酶、过氧化氢酶和过氧化物酶等合成有关的转基因植物可不同程度地提高植物的耐盐性，耐盐转基因植物还没有大范围运用 [ 29 ][ 30 ][ 31 ]。这是因为植物的耐盐机理极其复杂，受多基因控制，涉及到一系列形态和代谢过程的变化。目前的研究只是停留在抗逆应答基因的功能及表达调控上，与抗逆相关的信号传递途径之间的相互联系，以及整个信号传递网络系统的机理，目前尚不清楚。因此，深入了解植物耐盐的生理特性与分子遗传基础，明确植物在逆境胁迫下的遗传网络系统是下阶段研究的重点。
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user: 4. 存在问题与技术难点 4.1. 污染修复 植物和微生物修复土壤都有相对的限制条件，并且使用时还会涉及其他问题，有些甚至是难以克服的技术问题。对此，本文综述了土壤污染修复技术的局限性，主要有以下几点： 1) 修复剂或微生物/酶制剂在修复土壤污染过程中将会对土壤的结构、土壤有效养分和其他物质造成再次污染的影响； 2) 外源微生物在污染土壤中的有效性将比其在实验室中培养的差，尤其是因为外源微生物的抗性差、导致难以适应现实污染的土壤，同时在土壤环境中的迁移速度差，易受污染物毒性效应的抑制，导致作用效果明显降低； 3) 修复技术的有效性和平衡性受土壤结构异质化的影响； 4) 许多原位修复技术在完成对土壤污染物(特别是重金属)进行处理后，还存在着污染物及其降解产物的重新活化问题； 5) 多数富集或超富集植物对污染物的吸收和积累过程极为缓慢，修复往往需要好几个生长季节，在气温较低的地区更是受到时间过程的制约，积累大量污染物的超富集植物的再处理也是一个相当棘手的问题。 4.2. 盐碱化改良利用 盐碱土壤的改良是生态环境的修复的一个重要方面，修复的方法众多，功效不一，故其评价指标和体系有待于选定和建立，以判断各修复方法的优劣。修复盐碱土壤的植物和动物及微生物的筛选将耗费众多科研工作者的大量精力，但又必须去努力实践方能不断扩充盐碱土壤的生物修复方法，能否通过高科技手段，缩短实践时间，更为准确和有效找寻到高效修复盐碱土壤的生物。 如何正确地综合数种修复方法相互促进，相互巩固修复功效是广大科研工作人员非常值得探索的科研难题。同时，新的高科技应当应用到此方面，例如基因工程就可以应用于选育盐碱土壤的修复生物。
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user: 5. 展望 生物修复技术是一种环境高效转化技术，越来越受到国内国外治理环境污染专家们的青睐。例如，1995年德国为治理污染的土壤花费了约60亿美元；20世纪90年代美国为解决土壤修复问题耗费了100多亿美元。和国外相比较，中国对环境污染，尤其是土壤污染修复技术的探索与实践远远还未成熟。综上，生物修复技术处于实验室或模拟试验阶段的研究结果较多，商业性应用有待于该技术的进一步成熟和创新性技术的开发。 要解决上述技术问题，推动污染土壤修复技术的进一步发展，特别是污染土壤修复技术得到实际应用，必须处理好研究与发展、市场定位和技术实施三者的相互关系。单一修复技术(如植物修复技术、微生物修复技术)往往很难达到修复目标，联合修复模式可能将成为未来修复土壤污染的主要模式，只有土壤动物、植物、微生物三者结合，相互作用，进行污染土壤的修复，重新建立起稳定的土壤生态系统才能做到真正高效、绿色地修污染土壤。 开发利用盐碱土对保护人类生态环境，进行国土综合治理，促进农牧业生产发展将起到积极作用。为此，建议加强以下几方面的工作：1) 开展区域水盐动态监测研究，明确气候、水文条件发生改变时的水盐动态规律，进行盐碱化发展趋势评价预测；2) 进行作物耐盐性与生物改良盐碱土技术研究；3) 探索多种形式的改良新技术，研发提高作物耐盐能力的改良剂、盐分抑制剂、覆盖物等；4) 研究微咸水与淡水的混灌、轮灌技术，建立主要农作物的微咸水灌溉制度。
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user: 摘 要 水害是我国煤矿五大自然灾害之一，严重制约着煤炭工业的健康发展。本文根据轿子山煤矿8201工作面实际情况，在分析其水文地质条件、矿井涌水量状况下，制定工作面水害治理的方案及水闸墙相关的设计，通过实践检验，其堵水取得了预期的效果，为相似矿井的水害防治提供了有力的技术借鉴。 关键词 :工作面，水闸墙，设计，水害治理 Copyright © 2018 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 我国约90%的煤矿为井工矿，矿井水文地质条件复杂多变，随着开采深度的不断增加，深部矿井水害越来越严重 [ 1 ] 。设计并修建水闸墙是预防和治理煤矿突水的常用措施，水闸墙的重要作用是把水淹部位和正常生产部位进行隔离以提供安全生产空间 [ 2 ] 。水闸墙的设计经历了半个多世纪的研究，南非的Garrett和Campbell在金属矿中进行的水闸墙的试验是目前能见到的较早的文献，给出了3种基本的水闸墙类型，即平板嵌入式平行非嵌入式和楔形嵌入式，并根据高达46.9 MPa水压的试验结果给出了一个水闸墙的设计曲线 [ 3 ] 。Samuel等在广泛调查的基础上，完成了美国煤矿的水闸墙的设计与建设规范 [ 4 ] 。 我国为了有效预防煤矿突水事故的发生，煤矿防治水细则 [ 5 ] 第98条对防水闸门进行了详细规定，采矿工程设计手册 [ 6 ] 第五篇第十二章第二节详细阐述了防水闸门的设计方法及要求。多年来，我国在利用水闸墙防治矿井水害以及充分利用矿井水资源等方面取得了很大的成绩，水闸墙作为典型的隔离工程，能够有效隔绝充水或突水区域，保障矿井其他区域的生产安全，并以其经济实用的优势而被广泛应用 [ 7 ] 。
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user: 2. 8201工作面概况 轿子山煤矿8201工作面位于新井二采区北翼，工作面沿倾斜方向布置于M8煤层中，倾斜方向长857 m，走向长170 m，工作面标高1201 m~1257 m。煤层厚度1.9~2.97 m，平均2.4 m。工作面大部煤层结构复杂，含夹矸2~3层，夹矸最大厚度1.3 m。 该面于8201工作面于2018年4月开始回采，在推采17 m时，采空区涌水量突然增大至15 m 3 /h。经分析，工作面涌水受地表溪沟水补给，若工作面再向前推采10 m，工作面下端头正好位于地表溪沟正下方，此时工作面距地表溪沟垂距50 m。
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user: 3. 水文地质条件 3.1. 水文地质条件及充水因素分析 该工作面M8煤层所处煤系地层厚度大，地层内隔水层与含水层交替分布，含水层补给差、富水性弱，整体上为一弱富水含水层。因此含水层对采空区涌水补给量较少。 工作面地表为中低山地形，山体坡面较陡峭，山体表面及沟谷内第四纪隔水黄、粘土分布广泛，山谷内汇水下渗量较少，对下覆含水层补给较差。井田内部裂隙不发育，大部裂隙构造裂隙面闭合，M8煤层上部各含水层之间及含水层与地表水之间无明显水力联系。底部隔水层较厚，工作面回采过程中无上下含水层水害威胁。工作面对应地表南部及西北部有溪沟流经，采空区上覆岩层冒落裂隙带向上延伸，破坏上覆含水层，导致区内大量地表水沿裂隙带向采空区方向漏失，回采期间该溪沟水对工作面有较大威胁，因此此溪沟水源为直接充水源。 该工作面北面距离矿井边界较近，边界附近存在已关闭的小煤窑，存在一定的老窑水威胁。 3.2. 工作面涌水量预测 根据已有地质资料及多年开采经验，掘进期间钻探资料及以往工作面用水量观测，对比相邻工作面涌水情况，对8201工作面回采期间积水量进行预测。 考虑到工作面回采正值雨季、采动裂隙可能导通地表溪流致使地表水涌入井下；8201回风巷内8104采空区放水孔持续出水，其出水量为4.0 m 3 /h；8201运输巷内及切眼靠近下端头段存在多处顶板淋水，涌水量6.5 m 3 /h。预测工作面正常涌水量38.0 m 3 /h，最大涌水量71.0 m 3 /h。
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user: 4. 8201工作面水害治理方案的选择 根据分析，8201工作面老塘水主要充水水源为地表水，经调查该地表水主要来自工作面上方溪沟。因此采用甩开该河谷影响位置在8201工作面重新做切眼，回撤搬迁至新切眼。同时，同步开展地表水治理的方式来治理8201工作面水害威胁。 地表水治理：具体为在地面河谷建坝汇水，铺设Φ500 mm排水管跨过8201工作面将水引流至8201工作面影响范围以外。 井巷工程治理：在8201工作面上下巷构建水闸墙，封堵并疏放老塘水。
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user: 5. 水闸墙位置的选择 5.1. 选择原则 水闸墙位置的选则，须考虑如下因素： 1) 所选位置应不受井下采动影响； 2) 应尽可能选在较致密岩(煤)层内； 3) 应远避断层和岩石破碎地带； 4) 从通风、运输、行人、放水安全等方面考虑，要便于施工和灾后恢复生产； 5) 尽可能设在较小断面的巷道内 [ 8 ] ； 6) 不受多煤层开采因素影响。 5.2. 位置选择 根据8201工作面运输巷的巷道实际状况及切眼停采位置等情况，决定运输巷水闸墙建在X11导线点前46 m处，回风巷水闸墙建在回15导线点后7.08 m处。
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user: 7. 结论 该矿水闸墙于2018年7月施工结束，工程在组织设计计划的时间内完成，且施工质量达到设计要求，取得了较为理想的堵水效果，未出现异常情况，提高了矿井安全等级。8201工作面水害治理成功主要取决于以下及方面：一是水闸墙的位置选择合理；二是水闸墙的墙体形状、厚度及内部结构设计计算科学；三是精心设计的墙体掏槽深度；四是施工组织规范，工程质量把控严格；五是注浆堵漏方法运用得当。
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user: 摘 要 本研究以天然阔叶林和由天然阔叶林转换而来的针阔混交人工林、马尾松人工林、杉木人工林为研究对象，采用室内培养的方法研究了天然林转换为人工林对土壤有机碳、氮矿化的影响。结果表明：天然阔叶林转换为人工林，土壤有机碳含量显著下降(P < 0.05)；天然阔叶林(BL)、针阔混交人工林(CB)、马尾松人工林(MP)和杉木人工林(CF)土壤有机碳的平均矿化速率分别为121.42、95.41、137.67和108.95 mg CO 2 kg −1 d −1 ，天然阔叶林转换为针阔混交人工林和杉木人工林土壤有机碳矿化速率显著降低，转换为马尾松人工林土壤有机碳矿化速率显著升高；天然阔叶林转换为针阔混交人工林和杉木人工林蔗糖酶活性下降了17.8%和66.7%，转换为马尾松人工林土壤蔗糖酶活性增加了71.1%，土壤蔗糖酶活性与土壤有机碳矿化速率呈显著正相关关系。天然阔叶林转换为针阔混交人工林和马尾松人工林，土壤净氮矿化速率没有显著变化；转换为杉木林，土壤净氮矿化速率显著增加；天然阔叶林转换为人工林土壤脲酶活性均呈增加趋势，杉木人工林土壤脲酶活性显著高于其他3种林地，土壤脲酶活性与土壤氮净矿化速率呈显著正相关关系。 关键词 :森林转换，有机碳、氮矿化，天然林，人工林，酶活性 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 森林是重要的碳储量基地，全球森林碳储量约为861 ± 66 Pg，其中44%储藏在森林土壤中 [ 1 ] 。森林转换是土地利用变化的重要方式，是影响土壤碳、氮循环的重要驱动因子 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 。过去几十年由于亚热带地区山高坡陡、土壤抗蚀能力差、降雨集中，亚热带丘陵区农业生产基地建设和综合开发高速发展，大面积天然阔叶林改为人工/经济林、果园和坡耕地。目前，我国人工林面积已达6933万公顷，占有林地面积的36.3% [ 5 ] 。森林转换导致植物地上部分生物量、凋落物等均发生明显变化，显著影响了土壤有机碳、氮的含量和转化过程 [ 6 ] 。Guo and Gifford (2002) [ 7 ] 总结了不同土地利用方式变化对土壤有机碳库的影响，表明天然林转换为针叶林，土壤有机碳储量平均下降了15%。森林转换导致的土壤有机碳数量和质量的变化使土壤有机碳的矿化过程发生显著改变。研究表明，云南松天然林和米槠天然林转换为人工林后土壤呼吸分别减少了25%和22% [ 8 ] [ 9 ] 。林型转换导致土壤不同形态氮素以及对土壤氮素转换过程起催化作用的脲酶活性都发生显著变化，从而对土壤氮矿化过程产生显著影响 [ 10 ] 。龚伟等(2011) [ 11 ] 的研究表明，天然常绿阔叶林人工更新成檫木林、柳杉林和水杉林后土壤全氮、铵态氮、硝态氮和微生物量氮含量和脲酶活性都显著下降。研究表明，亚热带常绿阔叶林转换为杉木林和竹林，土壤净氮矿化速率均显著下降 [ 12 ] 。本研究选取浙江省杭州市临安区玲珑山的天然阔叶林和由天然阔叶林转换而来的针阔混交人工林、马尾松人工林和杉木人工林为研究对象，采用室内培养法分析了亚热带天然林转换为人工林对土壤有机碳、氮矿化过程的影响及其机制，研究结果可为全球气候变化背景下森林土壤的碳、氮循环提供数据支持和理论依据。
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user: 2. 材料与方法 2.1. 研究区概况 研究区位于浙江省临安区西北部玲珑山，地理坐标为119˚39'E，30˚14'N，属于典型的亚热带季风气候区，该地区冬季温暖湿润，夏季气温较高，降水较多，四季分明，1月温度最低，7月温度最高，气温最低月份历年平均温度为3.4℃，气温最高月份历年平均温度为28.1℃，年平均气温15.8℃，年有效积温5774℃，年平均日照时数长达1939 h，年均降水量1613.9 mm，土壤为凝灰岩发育而来的黄红壤。研究区原为天然次生阔叶林，20世纪90年代初，一部分天然次生阔叶林改造为针阔混交人工林、马尾松人工林和杉木人工林，另一部分保留了原来的天然次生林。本试验选择坡度、坡向基本一致的天然阔叶林(BL)、针阔混交人工林(CB)、马尾松人工林(MP)和杉木人工林(CF)为研究对象，于2017年12月，在上述4种林地中，各建立20 m × 20 m的样地3个，在每个样地内采集4个0~20 cm土层的样品。将同一样地4个样品混合，作为该样地的土壤样品。4种林地基本情况如表1所示。 2.2. 研究方法 土壤有机碳矿化培养试验 [ 13 ] ：称取50.0 g风干土放入500 mL的广口瓶中，调节土壤含水量至WHC的60%，在25℃恒温条件下培养15天。分别在第1，2，3，4，7，10，15天放入盛有10 mL 0.5 M NaOH溶液的小玻璃瓶用以吸收土壤排放的CO 2 ，24 h后取出小玻璃瓶，用BaCl 2 溶液固定已被吸收的CO 2 ，加入酚酞指示剂，用0.2 M HCl滴定至溶液由微红变为无色，记录HCl消耗量V，同时以不加土壤样品作为空白试验，记录HCl消耗量V 0 ，计算有机碳的矿化量。 土壤净氮矿化速率 [ 14 ] ：称取50.0 g风干土放入500 mL的广口瓶中，调节土壤含水量至WHC的60%，在25℃恒温条件下培养15天。分别在第1，2，4，10，15天测定土壤硝态氮( NO 3 − -N)和铵态氮( NH 4 + -N)含量。土壤 NH 4 + -N采用氯化钾提取–靛酚蓝比色法测定；土壤 NO 3 − -N采用氯化钾提取–紫外分光光度法测定 [ 15 ] 。 土壤有机碳采用重铬酸钾外加热法测定；土壤全氮采用半微量凯氏定氮法测定；土壤pH值采用水浸提酸度计法(土:水 = 1:5)。土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定 [ 16 ] ；脲酶活性采用靛酚比色法 [ 17 ] ；过氧化氢酶采用高锰酸钾滴定法测定 [ 18 ] 。在每个试验样地进行地表(未分解和半分解层)凋落物的采集，整理后带回实验室，105℃杀青，70℃烘干，称取干物质的量，即为凋落物的现存量。 Table 1 The basic properties of the four different forest type 林地类型 林龄 郁闭度 平均胸径 树种 BL 25~28 a 70% 16.7 cm 苦槠、木荷、青冈 CB 25~28 a 70% 16.5 cm 苦槠、木荷、杉木、马尾松 MP 25~28 a 75% 15.9 cm 马尾松 CF 25~28 a 70% 15.3 cm 杉木 表1. 4种林地基本概况 注：BL：天然阔叶林Natural broad-leaved forests；CB：针阔混交人工林Mixed conifer and broadleaf plantations；MP：马尾松人工林Masson pine plantation；CF：杉木人工林Chinese fir plantation。下同。 2.3. 数据处理 土壤CO 2 释放量(mg kg −1 ) = 1/2(V − V 0 ) × N × 44 式中，V：滴定处理过样品中NaOH溶液所用的标准HCl体积(mL)； V 0 ：滴定空白实验中NaOH溶液所用的标准HCl体积(mL)； N：HCl溶液的物质的量(mol L −1 )；44为CO 2 摩尔质量(g mol −1 ) 净氮矿化量(mgkg −1 ) = ( NH 4 + -N + NO 3 -N)t i − ( NH 4 + -N + NO 3 -N)t 1 式中，t i 为培养后的天数；t 1 为培养第1天。 净氮矿化速率(mg kg −1 d −1 ) = 净氮矿化量/培养天数 2.4. 数据统计 采用Microsoft Excel 2010和SPSS 18软件进行数据统计分析，图表中所有数据均为三次重复的平均值，采用单因素方差分析比较不同数据组间的差异，显著性水平设定为α = 0.05。
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user: 3. 结果与分析 3.1. 森林转换对土壤基本理化性质的影响 如表2所示，天然阔叶林转换为针阔混交人工林、马尾松人工林和杉木人工林，土壤有机碳含量显著减少(P < 0.05)；全氮含量呈下降趋势，但处理之间差异不显著(P > 0.05)；土壤pH没有显著变化。天然林转换为人工林，凋落物现存量显著减少(P < 0.05)。 3.2. 森林转换对土壤有机碳矿化的影响 如图1(a)所示，四种林分土壤有机碳的矿化速率呈现一致的变化规律，培养开始的1~4天CO 2 释放速率显著下降；从第4天至培养结束，CO 2 释放速率变化较平稳。培养期间，天然阔叶林、针阔混交人工林、马尾松人工林、杉木人工林土壤有机碳平均矿化速率分别为121.42、95.41、137.67和108.95 mg kg −1 d −1 ，天然林转换为针阔混交人工林和杉木人工林土壤有机碳矿化速率显著降低，转化为马尾松人工林土壤有机碳矿化速率显著上升。 培养试验期间，天然阔叶林、针阔混交人工林、马尾松人工林和杉木人工林土壤CO 2 累计排放量分别为1250.64、1001.8、1404.14和1141.63 mg kg −1 ，天然阔叶林转换为针阔混交人工林和杉木人工林土壤CO 2 累计排放量显著降低，转换为马尾松人工林土壤CO 2 累计排放量显著升高(图1(b))。4种林地土壤有机碳矿化释放的CO 2 -C含量占总有机碳含量的比例分别为：1.62%、1.61%、2.98%和1.94%，天然阔叶林转换为针阔混交人工林和杉木人工林，其分配比例没有发生显著变化，转换为马尾松林，其分配比例显著增加(P < 0.05)。 Table 2 Soil physical and chemical properties of the four different forest type 林地类型 有机碳(g kg −1 ) 全氮(g kg −1 ) pH 凋落物(t hm −2 a −1 ) BL 21.08a 1.74a 4.63ab 5.25a CB 17.01b 1.57a 4.37b 4.15b MP 15.59b 1.62a 4.36b 4.37b CF 16.01b 1.45a 4.67a 1.08c 表2. 4种林地土壤基本理化性质 注：同列不同字母表示不同林分之间差异显著(P < 0.05)。下同。 图1. 不同林分土壤CO 2 释放速率(a)和CO 2 累计释放量(b)的动态变化 3.3. 森林转换对土壤无机氮含量和净氮矿化速率的影响 如图2(a)所示，4种林地土壤 NH 4 + -N含量均随培养时间的增加而增加，至培养结束，4种林地土壤 NH 4 + -N含量顺序为：杉木人工林(123.57 mg kg −1 ) > 天然阔叶林(108.53 mg kg −1 )>马尾松人工林(106.52 mg kg −1 ) > 针阔混交人工林(98.76 mg kg −1 )，杉木人工林土壤 NH 4 + -N含量显著高于其他3种林分(P < 0.05)。 如图2(b)所示，天然阔叶林、针阔混交人工林、马尾松人工林和杉木人工林土壤 NO 3 − -N含量分别由培养第1天的5.59、5.24、7.95和9.35 mg kg −1 增加到了12.62、9.94、16.80和18.22 mg kg −1 ，至培养结束，杉木林土壤 NO 3 − -N含量最高，但处理之间没有显著差异。 土壤无机氮由 NH 4 + -N和 NO 3 − -N组成，其中 NH 4 + -N是矿化氮的主要构成部分，因此土壤 NH 4 + -N含量的变化对矿化氮含量具有重要影响。如图3(a)所示，在培养实验中，4种林地土壤无机氮含量均随培养时间增加而上升，至培养结束，4种林地土壤无机氮含量顺序为：杉木林(141.79 mg kg −1 ) > 马尾松人工林(123.32 mg kg −1 ) > 天然阔叶林(121.15 mg kg −1 ) > 针阔混交人工林(108.69 mg kg −1 )，杉木人工林土壤无机氮含量显著高于其他3种林分(P < 0.05)。 如图3(b)所示，培养期间杉木人工林土壤净氮矿化速率最高，为8.99 mg kg −1 d −1 ，天然林转换为杉木林土壤净氮矿化速率升高；转换为针阔混交林和马尾松林，土壤净氮矿化速率呈下降趋势，但未达显著水平。 3.4. 森林转换对土壤蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶活性的影响 如表3所示，天然阔叶林转换为针阔混交人工林和杉木人工林，土壤蔗糖酶活性显著下降(P < 0.05)；转换为马尾松人工林后土壤蔗糖酶活性显著增加(P < 0.05)。天然林转换为针阔混交人工林和杉木人工林土壤蔗糖酶活性分别下降了17.8%和66.7%，转换为马尾松人工林土壤蔗糖酶活性增加了71.1%。4种林地土壤脲酶活性存在显著差异，天然林转换为马尾松人工林和杉木人工林，土壤脲酶活性显著增加，分别增加了156.1%和429.6%；转换为针阔混交人工林，脲酶活性呈增加趋势，但未达显著水平。4种林地土壤过氧化氢酶活性没有显著差异。 如表4所示，4种林地土壤有机碳碳、氮矿化速率与酶活性的相关性分析的结果表明，蔗糖酶活性与有机碳矿化速率存在显著相关关系(P < 0.05)，脲酶活性与土壤净N矿化速率存在极显著相关关系(P < 0.01)，过氧化氢酶活性与土壤碳矿化速率和净氮矿化速率之间均无显著相关性(P > 0.05)。
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user: 4. 讨论 4.1. 森林转换对土壤有机碳矿化的影响 森林转换导致植物地上部分生物量、凋落物等均发生明显变化，显著影响了土壤有机碳、氮的含量和转化过程。本研究结果表明，天然林转换为针阔混交人工林和杉木人工林，土壤有机碳矿化速率显著降低，培养期间有机碳矿化释放的CO 2 量分别下降了19.9%和8.7%。天然林转换为人工林导致土壤有机碳矿化速率下降的原因主要有以下几个方面：1) 土壤有机碳含量下降 [ 19 ] 。本研究中，天然阔叶林转换为针阔混交人工林和杉木人工林，土壤有机碳含量分别降低了19.3%和24.0%，土壤有机碳作为有机碳矿化的底物，其含量降低导致有机碳矿化速率降低。2) 凋落物数量减少。本研究中，天然林转换为人工林后，凋落物数量均显著下降。盛浩等(2010) [ 20 ] 发现天然林改为人工林后，地上凋落物数量减少了13%~50%，土壤异养呼吸减少了24%~62%。3) 土壤酶活性的下降。土壤酶是有机质分解、周转和矿化的主要生物催化剂，也是土壤碳、氮循环的主要限制因素之一 [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] 。蔗糖酶是有机碳矿化过程中的重要酶，对土壤有机碳含量及其矿化过程有显著影响 [ 24 ] [ 25 ] 。本研究中，土壤有机碳矿化速率与土壤蔗糖酶活性之间存在显著相关关系，因此，天然林转换为针阔混交人工林和杉木人工林，土壤蔗糖酶活性的显著下降，是导致土壤有机碳矿化速率下降的原因之一。 本试验中，天然阔叶林转换为马尾松人工林，土壤有机碳含量和凋落物质量均显著下降，但培养期间土壤有机碳矿化CO 2 的累计释放量却提高了12.3%，这一方面可能是天然林转换为马尾松人工林后土壤蔗糖酶活性的显著升高所致。此外，土壤有机碳矿化释放的CO 2 -C分配比例是指在一定时间内，土壤有机碳矿化释放的CO 2 -C含量占土壤有机碳含量的比例，是土壤有机碳矿化速率的重要表征指标。土壤 图2. 不同林分土壤 NH 4 + -N含量(a)和 NO 3 − -N含量(b)的动态变化 图3. 不同林分土壤无机氮含量的动态变化(a)和土壤氮净矿化速率(b) Table 3 The soil en enzyme activities of the four different forest type 森林类型 蔗糖酶活性(mg g −1 h −1 ) 脲酶活性(mg g −1 h −1 ) 过氧化氢酶活性(mg g −1 h −1 ) BL 0.45b 0.06c 0.14a CB 0.37b 0.10bc 0.15a MP 0.77a 0.14b 0.13a CF 0.15c 0.29a 0.19a 表3. 4种林地土壤酶活性 注b：同列不同字母表示不同林分之间差异显著(P < 0.05)。 Table 4 Correlations of enzyme activities with mineralization of SOC and nitrogen (n = 16 酶活性(mg g −1 h −1 ) 碳矿化速率(mg kg −1 d −1 ) N矿化速率(mg kg −1 d −1 ) 蔗糖酶 Y = 0.0088X − 0.5844 (R 2 = 0.4355， P < 0.05) 脲酶 (P > 0.05) Y = 0.0832X − 0.5170 (R 2 = 0.5176， P < 0.01) 过氧化氢酶 (P > 0.05) 表4. 土壤酶活性与碳、氮矿化速率的相关性(n = 16) 有机碳矿化释放的CO 2 -C分配比例从某种程度上反映了土壤的固碳能力，如果该比例越低，表明土壤的固碳能力越强，反之，则固碳能力越弱 [ 26 ] 。本研究中，天然阔叶林转换为马尾松人工林，土壤有机碳矿化释放的CO 2 -C分配比例显著增加，因此，天然阔叶林转换为马尾松人工林后土壤固碳能力减弱也是导致其矿化加剧的重要原因。 4.2. 森林转换对土壤氮矿化的影响 土壤中的氮主要以有机氮的形态存在，有机氮必须通过矿化作用、硝化反硝化作用等过程转化为能被植物吸收利用的有效氮形态。氮矿化是土壤氮素转化过程中的重要环节 [ 14 ] 。本研究中，天然阔叶林转换为针阔混交人工林和马尾松人工林，土壤净氮矿化速率没有发生显著改变，转换为杉木人工林，土壤净氮矿化速率显著升高。虽然土壤酶与土壤肥力之间不存在显著相关关系，但土壤酶能够促进土壤中物质转化与能量交换是不争的事实 [ 27 ] 。脲酶的酶促反应产物氨是植物氮源之一，它的活性可以用来表示土壤氮素状况 [ 28 ] [ 29 ] 。本研究中，4种林分土壤净N矿化速率与土壤脲酶活性显著相关，杉木人工林土壤脲酶活性显著高于其他3种林分，这与杉木人工林土壤净氮矿化速率显著高于其他3种林分的结果一致，表明土壤脲酶活性的显著增加可能是促进杉木人工林土壤氮矿化加速的重要原因。但本研究中，天然阔叶林转换为针阔混交人工林和马尾松人工林，土壤脲酶活性同样显著增加，却并未使2种林分的土壤净氮矿化速率得到显著提高，这表明森林转换导致的土壤净氮矿化速率的变化是一个复杂的生物过程，脲酶变化仅仅是其中的影响因素之一。
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user: 5. 结论 1) 天然阔叶林转换为针阔混交人工林和杉木人工林，土壤有机碳矿化速率显著降低；天然林转换为马尾松人工林，土壤有机碳矿化速率显著升高，土壤有机碳矿化释放的CO 2 -C含量占总有机碳含量的比例显著增加，土壤固碳能力减弱。 2) 天然阔叶林转换为针阔混交人工林和马尾松人工林，土壤净氮矿化速率没有显著变化；转换为杉木林，土壤净氮矿化速率显著增加，表明天然阔叶林转换为杉木人工林，土壤供氮能力显著增强。 3) 天然阔叶林转换为针阔混交人工林和杉木人工林蔗糖酶活性显著下降，转换为马尾松人工林蔗糖酶活性显著升高，土壤蔗糖酶和土壤有机碳矿化速率之间呈显著正相关关系。天然阔叶林转换为人工林土壤脲酶活性均呈增加趋势，杉木人工林土壤脲酶活性显著高于其他3种林地，土壤脲酶活性与净氮矿化速率呈显著正相关关系。
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user: 摘 要 设计制造了新型无轴向进给齿轮珩磨机床样机，该机床样机结构主要由机床架、渐开线蜗杆型珩磨砂轮、伺服电机、主轴传动系统、工件轴系统构成。机床控制系统以PCI-1010运动控制卡为核心控制两台伺服电机同步运行，电机刚性连接主轴传动系统拖动珩磨砂轮实现机床磨削齿轮过程中的对刀、同步磨削、差速进给、复位等操作。PCI-1010运动控制卡与伺服电机驱动器连接，获取蜗杆型珩磨砂轮轴的运动信息，通过VB编写控制程序同时设计开发出满足机床实际要求的可视化界面，机床操作人员通过修改相应的参数并点击不同的指令按钮控制机床进行自动加工和手动加工模式。 关键词 :无轴向进给，珩磨机床，伺服电机控制 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 珩齿是对淬硬齿轮进行精加工的一种常用方法，齿轮珩磨机床是一种精加工齿轮的专用设备 [ 1 ] 。从珩齿原理角度看，新型无轴向进给齿轮珩磨机床属于外啮合珩磨齿轮，与传统齿轮珩磨机床相比该机床样机采用两台伺服电机分别控制两个渐开线蜗杆型珩磨砂轮模式，简化了机床结构与机床运动形式，使得机床无须采用大型的精密轴承以及性能先进的多轴联动数控系统，极大降低了机床的加工制造成本的同时使得机床后期的使用和维护成本极为低廉。同时在一定程度上提高齿轮的加工精度，设备简单，降低对机床操作人员的使用要求。 本文介绍了一种新型的用于精加工齿轮的珩磨机床，该机床采用PCI运动控制卡控制伺服电机带动两套同步的主轴系统从而拖动两个渐开线蜗杆型珩磨砂轮对齿轮的两侧齿面进行同时强制珩磨，通过电机内置编码器反馈两砂轮的运动信息，运动控制卡判断后确定下一步对应的执行动作方式。新型珩磨机床的优点是传动机构与电机刚性连接，减少装配误差，同时减轻机床结构的复杂程度，降低加工制造成本。该机床的控制方式是以PCI-1010运动控制卡为核心，通过VB语言的二次开发编写电机控制程序，设计搭建机床控制系统人机界面，使操作人员进行短期培训即可熟练操作机床，磨削齿轮的同时保证了加工工件的精度 [ 2 ] 。
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user: 2. 齿轮珩磨机床的物理模型 左右两齿面珩磨砂轮对被加工齿轮两侧齿面进行强制珩磨的原理，如图1所示，以R b1 基圆柱展开的右旋渐开螺旋面齿面Σ 1 和以R b2 为基圆柱的基圆螺旋角为β b2 的齿轮齿面Σ 2 在共切面Q处相切，公切线为ML。此处ML即为螺旋渐开面的发生直母线。以Σ 1 作为蜗杆型珩磨轮的螺旋磨削面，ML为珩磨轮的发生直母线，当平面Q绕基圆柱R b2 做纯滚动时，ML的轨迹为被加工斜齿轮的齿廓齿面 [ 3 ] [ 4 ] 。当两轴交角θ = β 1 + β 2 = 90˚时，用于实现垂直交叉磨削以Σ 1 为齿面的斜齿轮。 根据实际生产使用要求，该机床工作相关参数主要包括： 1) 机床转速范围：两主轴转速(拖动珩磨砂轮) 30~1600 prm；2) 机床加工齿轮精度等级5~6级(GB/T10095.1-2001)；3) 机床加工齿宽尺寸 ≤ 12 mm；4) 机床尺寸为900 × 610 × 330 mm；5) 机床自由度为3个；6) 机床最大加工尺寸R为280 mm。 该机床共有三个旋转运动，即左砂轮旋转、右砂轮旋转、待加工工件(齿轮)被动旋转，无其他复杂形 式运动，机床样机工作原理如图2所示。 该样机结构主要由左齿面珩磨砂轮、右齿面珩磨砂轮、伺服电机A、伺服电机B、左齿面磨削传动系统、右齿面磨削传动系统、工件安装与调整机构构成，机床物理模型如图3所示。 机床结构与主要功能如下： 1) 对刀功能：系统检测刀具与工件的初始位置，控制电机带动其中一个珩磨砂轮完成加工作业前的对刀操作，将相关参数传送给控制系统存储器中，为判断磨削是否完成准备工作做依据。 2) 让刀功能：通过控制其中一台电机改变珩磨砂轮的相位角度完成让刀操作，为达到恒定磨削，转速过程中以及加工完成机床减速停止过程中留出余量，防止损坏珩磨砂轮或待加工(已加工完成)齿轮。 图1. 渐开线齿面产形原理图 图2. 机床样机工作原理图 图3. (a) 样机俯视图；(b) 样机三维图 3) 高速同步珩磨功能：分别控制两台电机带动两个珩磨砂轮以相同的相位角度差和转速对斜齿轮进行磨削。 4) 差速进给功能：通过控制两电机在极短时间内完成差速运动，进而改变所带动珩磨砂轮的相位角度差，达到轴向进给的功能。
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user: 3. 机床控制系统的开发 由于新型无轴向进给齿轮珩磨机床具有高速、负载惯量大、小转矩的特点，因此根据蜗杆珩磨的工艺特点确定电机参数，本文的珩磨轮选取转速25~30 r/min，珩磨交角90˚，轴向齿距17.72 mm，基圆半径160 mm，螺旋升角1˚，齿顶锥顶半角18˚，计算后电机转速约为1791 r/min，电机功率1.08 kW，取安全系数1.5，则电机输出转矩为不小于6 N*m。 机床采用两台永磁同步伺服电机分别作为两个珩磨轮的驱动机构，通过借助VB语言编程开发建立起运动控制卡和PC机的联系，其控制系统硬件组成与信号传递如图4所示。 机床的控制程序是实现控制机床加工运动的最重要一部分，其作用主要包括控制机床完成对刀操作、让刀操作、同步磨削操作、差速变相位角度操作等。作为一款双轴独立控制的运动控制卡，PCI-1010性价比高，功能齐全，支持多种语言的二次开发，适合同步伺服电机的定长/连续控制、编码器的位置定位与速度监测。机床经调试校准后，机床加工控制程序流程图如图5所示。 珩磨样机需要具备足够的功能模块以便于满足机床作业的各种运动方式和用户的操作。简单来讲，机床控制系统应至少包括机床的启动与停止、加工参数设置、手动加工模块、自动加工模块、状态监测模块、进退刀模块以及其他辅助功能模块。 应用Visual Basic6.0编程语言在PC机上完成对机床控制系统软件的设计制作 [ 5 ] 。机床控制系统软件需完成运动控制卡PCI-1010标准模块的加载以及底层库函数的导入，如图6所示，以便后期对机床控制系统软件进行设计和调试。 良好的人机界面可以极大的降低操作人员的工作量，技术工作人员通过操作界面控制机床的各种运动，同时可以通过不同参数的输入以及不同控制模式的选取来对应实现机床的各种操作。机床的控制系统主要由阿尔泰PCI-1010运动控制卡实现，针对机床传动轴所带动负载惯量过大的特点，控制系统具有运行平稳，同步精度高等特点 [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] 。机床加工操作可视化界面和状态监视界面如图7所示。通过 对机床两电机的同步状态进行实时监测，更直观的展现机床的加工精度，同时为产品后期检测提供数据支持。
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user: 4. 机床整机调试与实验 机床设计制造完成后，对机床进行整机调试和模拟实验，本文实验验证的内容主要是两个电机带动珩磨齿轮运行时的同步及变相位情况。机床珩磨加工斜齿轮时，需进行同步启动实验测定最大同步误差， 图4. 机床控制系统硬件组成与信号传递 图5. 机床加工程序流程图 图6. 运动控制卡标准模块和底层函数的加载 图7. 机床控制系统指令操作界面 为机床执行对刀过程后的让刀操作提供数据支持。理论和实际测试表明，新型无轴向进给齿轮珩磨机床控制系统各功能模块运行准确，满足实际加工动作需求。整机运行过程中运行姿态稳定，同步性能较好，满足设计加工要求。如图8所示为机床机械结构实物图。图9为机床单轴运行实验曲线，图10、图11为机床正常运行时两个珩磨轮的同步性能曲线。 图8. 机床机械结构实物图 图9. 单轴运行实验曲线(n = 1800 rpm) 图10. 双轴同步运行实验曲线(n = 600 rpm) 图11. 双轴同步运行实验曲线(n = 1500 rpm) 从图中单轴运行曲线看出，珩磨斜齿轮过程中电机带动蜗杆型珩磨轮达到1800 rpm转速后，可以控制电机同步精度在±7 μm以内；双轴同步运行时，由于受力方向相背且相位相错，转速600 rpm和转速1500 rpm时，同步精度依然保持在±7 μm以内，能够保证制造5级精度齿轮的误差需求，同时当偏差过大时对两电机进行状态进行分别调整。
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user: 5. 结束语 根据实际生产需求，设计制造了一种新型无轴向进给齿轮珩磨机床，并开发设计满足机床加工要求的控制系统程序，同时生成便于操作的可视化界面。机床控制系统主要由PCI-1010运动控制卡控制两台伺服电机拖动传动轴带动珩磨砂轮实现磨削加工。运动控制卡安装在PC机的PCI卡槽内通过电机驱动器完成电机的控制，通过借助VB语言进行编程设计，生成满足实际加工要求的人机界面。机床操作人员经过简单培训后即可熟练掌握。实际实验表明基于PCI控制的新型无轴向进给齿轮珩磨机床操作简单、制造成本低廉、运行可靠、节省空间、加工精度符合预期，适合实际生产需求。
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user: 摘 要 高通量体外实验证实DNA序列是影响核小体定位的重要因素，DNA序列之间的差异能够影响核小体定位的能力。本工作以人类基因组序列为研究对象，分析了人类核小体定位序列的组分特征，k-mer位置偏好等，统计结果显示核小体定位序列单核苷酸G和C的含量明显高于A和T，发现核小体定位序列中GC含量显著高于AT含量，并且出现频率较低的模体可能是核小体定位序列的特征模体。 关键词 :核小体定位序列，k-mer 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 核小体作为真核生物染色质高级结构的基本单位，是由DNA与组蛋白结合而成的典型生物大分子，由约147碱基对的DNA分子盘绕组蛋白八聚体上形成的核心DNA序列与长度约10~50碱基对的连接序列两部分组成 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] 。组蛋白八聚体是由高度保守的H2A，H2B，H3和H4各二分体组成，在组蛋白H1的连接作用下，形成一个高级分子结构 [ 2 ] 。核小体的特殊结构限制了负责基本生命过程的蛋白质与围绕组蛋白上的DNA接触，所以在基因表达过程中它的形成以及在染色质上的精确定位在基因表达过程中起着无可替代的作用，直接或间接地影响转录等基本生物过程 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] 。 本研究利用实验检测的高分辨率的人类CD4 + T细胞中休眠状态下核小体占据率数据，分析和比较了人类基因组核小体定位与缺乏序列的一些特征。
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user: 2. 材料与方法 2.1. 材料 人类CD4 + T细胞全基因组的核小体占据数据来自于Schones等 [ 6 ] 所做的工作。数据通过MNasese方法获得。该数据为人类CD4 + T细胞在休眠状态下和被CD3抗原激活后的全基因组核小体占据bed数据。网址为http://dir.Nhlbi.nih.gov/papers/lmi/epigenomes/hgtcellnucleosomes.aspx。 人类全基因组序列数据来源于UCSC基因组数据库hg18版本http://hgdownload.cse.ucsc.edu/。 本工作中数据集构建包括核小体占据序列数据集(简写为nucleosome)与核小体缺乏序列数据集(简写为null)两部分。核小体占据序列数据集即为基因组上DNA被核心组蛋白占据的部分。首先，扫描基因组上碱基被目标探针覆盖的次数，经过统计占据率分布后选取分数13为阈值进行初步筛选，即将基因组上被探针覆盖13次及13次以上的区域作为定位备选集。而后，进行长度筛选，取连续覆盖范围201 bp的序列。最后，利用blast软件进行序列比对，将完全重复或高度相似的序列进行归类，每类中只保留其中一条序列，最终筛选得到核小体占据序列36，777条。缺乏序列数据集为核小体缺乏DNA序列数据集，它的构建与定位序列数据集的构建的相似。首先在基因组上进行探针覆盖次数扫描，只选取0覆盖的区域作为缺乏备选集(为了保证可靠性，覆盖次数在0与13之间的被认为是模糊定位区域而放弃不用)。在进行序列长度筛选时，选用连续0覆盖范围在101 bp的序列来构建缺乏区数据，经过挑选后获得332，772条长度为101 bp的序列。为了避免占据、缺乏数据集间因序列长度造成的统计偏差，又将定位区每条序列拆成1~101 bp，101~201 bp两部分。 2.2. 方法 2.2.1. K-Mer出现频率 如果把长度为k的核甘酸片段看作是一种“字”(k-mer)，那么k-mer的频数就是长度为 k 的窗口在核苷酸序列上顺次移动时出现的次数，即“字”在序列上出现的次数。当k较大时，k-mer的频数分布构成了基因组的一个“等价表示”，即k-mer的频数分布可以唯一地确定基因组序列 [ 7 ] [ 8 ] 。组成DNA序列的核苷酸有4种：A (腺嘌呤)，G (鸟嘌呤)，T (胸腺嘧啶)和C (胞嘧啶)，k-mer共有4 k 种。对于序列总长度为LE的DNA序列k-mer出现频率定义为P i 。 P i = N i ∑ i = 1 4 k N i ( i = 1 ， 2 ， ⋯ ， 4 k ) (2.2.1) 其中N i 为第i个k-mer在序列中出现的频数， ∑ i = 1 4 k N i = L E 。 2.2.2. GC含量、CpG相对丰度 G + C含量(GC (content))是基因组结构中的一个重要的因素 [ 9 ] ，定义 G C ( c o n t e n t ) = N G + N C N A + N C + N G + N T (2.2.2) Kariln等人通过对基因中寡聚核苷酸的相对丰度的研究，发展出一套用数值比较物种间不同基因以及物种基因的不同部位的方法 [ 10 ] 。相对丰度的思想认为由于DNA序列中碱基相邻的频率并不是独立的，也就是说碱基的分布不是随机产生，相邻碱基的频率不等于单个碱基频率的乘积。CpG相对丰度(ρ CG )描述CpG二核苷酸的实际频率与从其组成核苷酸的频率估算的理论频率的差别，其定义如下： ρ C G = P ( C p G ) P ( C ) P ( G ) (2.2.3) 2.2.3. K-Mer频数分布率 为了反映各k-mer在序列中出现的频数的分布状况，我们首先分别计算了每条序列中各k-mer出现的频数，统计每个k-mer在不同频数区间出现的条数，则一定区间出现的各k-mer的条数率定义为k-mer频数分布率FA j ： F A j = L i j ∑ L i (2.2.4) L ij 为第j个k-mer出现在第i个频数区间的序列条数，分母为该数据集序列总条数。 2.2.4. 二核苷酸位置频率 对于核小体定位序列数据集建立二核苷酸位置频率SA j ： S A j = L i j ∑ L i ( i = 1 ， 2 ， ⋯ ， 4 2 ， j = 1 ， 2 ， ⋯ ， L E − 1 ) (2.2.5) L ij 为第i个2-mer出现在第j个位点上的序列条数，分母为该数据集序列总条数。