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全球每年有1/3~1/2的能源以各种形式消耗在摩擦上，不仅造成了能源浪费与经济损失，甚至会引起生产事故[1−2]。使用合适的润滑剂可以在相互作用的摩擦表面上形成油膜，降低摩擦与磨损，减少能源的浪费，延长机械使用寿命。润滑脂是一种将稠化剂分散到基础油中进行增稠得到的半固态润滑剂产品，具有黏度大、耐压性强、密封性好以及减震降噪等优点，在钢铁、化工、采矿以及冶金等行业得到了广泛的应用[3−5]。现在市面上的润滑脂是以不可再生的石化资源为原料生产的。随着全球石化资源的日益枯竭以及开采和使用过程中带来的环境污染问题，以可再生的生物基材料为原料制备润滑脂近年来成为了研究热点[6−8]。润滑脂主要由基础油(65%~95%)、稠化剂(5%~35%)以及添加剂(0~10%)组成。目前，关于生物基润滑脂的相关研究尚处于起步阶段，主要在基础油的开发，通常的做法是以植物油代替矿物油制备生物基润滑脂。用于制备润滑脂的常见植物油包括蓖麻油[9−11]，大豆油[12−14]和菜籽油[15−17]等。RAWAT等[18]以蓖麻油为基础油制备了锂基润滑脂，并用二硫化钼(MoS2)和氧化石墨烯纳米片作为添加剂，发现二维片状纳米材料可以显著改善蓖麻油基润滑脂的摩擦学性能。LIU等[13]以环氧大豆油为基础油，锂皂和三乙醇铵聚皂的混合物为稠化剂制备了润滑脂，发现聚皂结构中的交联可以提供润滑脂更高的抗变形能力，并且摩擦系数显著低于未添加聚皂的润滑脂。但目前关于润滑脂生物基稠化剂的研究还较少，且以金属皂和聚脲稠化剂为主[19−22]。金属皂和聚脲稠化剂的价格不稳定，限制了润滑脂行业的可持续发展。在“碳达峰”和“碳中和”的背景下，纤维素凭借可再生可降解、绿色环保以及储量丰富等优点受到了人们的青睐[23−25]。本研究以天然纤维素和二氧化硅(SiO2)为稠化剂，利用硅羟基与纤维素羟基通过氢键物理交联制备了一种新型生物基润滑脂，并对其理化性质、流变特性以及摩擦性能进行了测试，旨在对生物降解型润滑脂的发展进行补充和完善，实现环保型润滑脂的可持续发展。
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气相SiO2、矿物油由杭州得润宝油脂股份有限公司提供；纤维素由北方世纪(江苏)纤维素有限公司提供。锥入度仪(DFYF-308，大连分析仪器厂)；宽温度范围滴点测定仪(ST3498-2，武汉研润科技发展有限公司)；扫描电镜(SU 8010，株式会社日立制作所)；流变仪(MCR 302，安东帕中国有限公司)；四球摩擦试验机(MS-10JS，厦门天机自动化有限公司)。
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纤维素润滑脂的制备：用电子秤称量320 g矿物油和225 g纤维素，在搅拌下将纤维素逐次加入矿物油中进行充分混匀，后将润滑脂放入三辊研磨机中反复研磨3次，得到质地均一的纤维素润滑脂。
SiO2润滑脂的制备：用电子秤称量550 g矿物油和30 g气相SiO2，将SiO2逐次加入矿物油中经过上述相同的搅拌和研磨操作后得到SiO2润滑脂。
纤维素/SiO2润滑脂的制备：用电子秤称量450 g矿物油，15 g气相SiO2以及165 g纤维素，将SiO2和纤维素逐次加入矿物油经过上述相同的搅拌和研磨操作后得到纤维素/SiO2润滑脂。
应用SPSS 26.0进行单因素完全方差分析比较3种润滑脂的分油率、锥入度以及摩擦学性能差异，用Duncan法进行显著性检验(α=0.05)。
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对气相SiO2和纤维素表面喷金，用扫描电镜观察样品表面形貌。
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锥入度是指在规定的负荷、时间和温度条件下锥体落入试样的深度，可以衡量润滑脂的稠度等级。按照GB/T 269—1991《润滑脂和石油脂锥入度测定法》，使用全尺寸的锥体测试3种润滑脂的锥入度，均为2#脂。
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滴点是在规定的试验条件下，润滑脂在高温下从半固态转换为液态时第1次形成液滴并滴落下来的温度，可判断润滑脂的耐高温性能。采用标准GB/T 3498—2008《润滑脂宽温度范围滴定测定法》测定3种润滑脂的滴点。
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钢网分油率是指润滑脂在受热条件下析出基础油的趋势，可体现润滑脂在受热条件下的胶体安定性。采用NB/SH/T 0324—2010《润滑脂分油的测定 锥网法》测定润滑脂的分油率。
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润滑脂的流变特性主要研究润滑脂黏度、剪切应力和剪切应变等性能随温度和剪切速率变化的关系。采用安东帕(奥地利)MCR 302型旋转流变仪，测试过程中选择流变仪的控制应变、控制剪切速率以及控制应力模式。
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采用四球摩擦试验机测试润滑脂的摩擦学性能，载荷为40×9.806 65 N，转速为1 200 r·min−1，运行时间为60 min。使用光学显微镜观察钢球的磨斑直径。
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图1A~B为气相SiO2和纤维素的SEM照片，气相SiO2为纳米颗粒状，比表面积大，有利于与基础油的充分接触，具有良好的增稠作用。纤维素呈现微米级的短棒状，其表面的羟基可与SiO2的硅羟基形成氢键交联网络结构(图1C)，改善润滑脂的胶体安定性，提升润滑脂的黏温性能和分油率。
图 1 气相SiO2(A)和纤维素(B)的SEM图，及两者的氢键作用示意图(C)
Figure 1. SEM images of fumed SiO2(A) and cellulose (B), and schematic diagram of hydrogen bonding between SiO2 and cellulose (C)
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润滑脂锥入度、分油率以及滴点等相关理化性质见表1，3种润滑脂的外观如图2所示。纤维素/SiO2润滑脂的分油率仅为0.6%，较SiO2润滑脂的3.6%有显著下降(P＜0.05)。微量的分油可以保持设备润滑，对润滑有利；但过度的分油则会使润滑脂变稠变硬，破坏胶体结构，使润滑脂失去润滑作用，不能满足润滑要求。分油率测试结果表明：纤维素与SiO2的氢键作用赋予了润滑脂优异的胶体安定性。此外，在滴点测试中，纤维素润滑脂和SiO2润滑脂没有滴点(即330 ℃下无滴点)，而纤维素/SiO2润滑脂的滴点为327 ℃，这说明纤维素的引入改善了SiO2润滑脂在高温下易失去流动性的缺点。
表 1 润滑脂的理化性质
Table 1. Physicochemical properties of greases
样品 SiO2添加量/% 纤维素添加量/% 锥入度(0.1 mm) 稠度等级 分油率/% 滴点/℃ 纤维素润滑脂 0 41.3 290 ± 5 a 2# 0.0 ± 0.0 c − SiO2润滑脂 5.2 0 282 ± 2 a 2# 3.6 ± 0.4 a − 纤维素/SiO2润滑脂 2.4 26.2 284 ± 6 a 2# 0.6 ± 0.1 b 327 说明：锥入度和分油率数据为平均值±标准差。同列不同字母表示不同润滑脂间差异显著(P＜0.05)。−表示无。 
图 2 3种润滑脂的外观
Figure 2. Appearance of three types of greases
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图3为3种润滑脂在剪切速率为300 s−1下的黏度-温度曲线。在0 ℃以下时，纤维素润滑脂的黏度出现了剧烈的抖动，其原因可能是纤维素润滑脂在此温度下发生了冻结，说明纯纤维素润滑脂的低温性能较差。其中，纯纤维素和SiO2润滑脂分别在80 和60 ℃发生黏度升高的现象，这是因为稠化剂与基础油发生了溶胶-凝胶转变，导致黏度升高。纤维素/SiO2润滑脂在温度扫描过程中，其黏度在90 ℃以内始终高于纯纤维素和纯SiO2润滑脂，显示出了优异的黏温性能。
图 3 3种润滑脂的黏度-温度曲线
Figure 3. Viscosity-temperature curve of 3 types of greases
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图4为3种润滑脂的应变扫描图。可以看出，应变值较小时，润滑脂的储能模量和损耗模量基本维持在一个恒定值，应变超过一定值时(A点)，储能模量和损耗模量的线性规律不再保持，两者变化趋于相交。A点为润滑脂线性黏弹区和非线性黏弹区的临界点，其对应的应变为临界应变[26]。储能模量和损耗模量相交的B点称为润滑脂的流动点[27]，此时润滑脂的储能模量和损耗模量相等。应变继续增加，损耗模量就开始大于储能模量，表示润滑脂黏性流动所消耗的能量大于弹性变形所存储的能量，呈流动状态[28]。从图4可以看出，纤维素/SiO2润滑脂的流动点所对应的应变值最大，表明润滑脂承受更大的应变时才能由固态转变为流动态。
图 4 3种润滑脂的应变扫描
Figure 4. Strain sweep of 3 types of greases
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触变环是剪切速率按先增大后减小的规律变化时所形成的剪切应力变化曲线围成的封闭环。表明润滑脂结构的破坏速度显著高于恢复能力，即润滑脂的可恢复性较差。反之，表明润滑脂结构被破坏后的可恢复性越好。图5为3种润滑脂在25 ℃下的触变环曲线。可以看到，纤维素/SiO2润滑脂的面积为17 636 Pa·s−1，小于纯纤维素润滑脂的72 250 Pa·s−1和SiO2润滑脂的21 998 Pa·s−1，表明纤维素与SiO2复配后，润滑脂受剪切作用后的结构恢复性能得到了提升。
图 5 3种润滑脂的触变性测试
Figure 5. Thixotropic test of 3 types of greases
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图6A为纤维素、SiO2以及纤维素/SiO2润滑脂黏度的剪切速率扫描图。随着剪切速率的增加，润滑脂的黏度下降，呈现出剪切变稀的特征，并且纤维素和纤维素/SiO2润滑脂的黏度高于SiO2润滑脂。图6B为3种润滑脂剪切应力随剪切速率的变化关系，3种润滑脂的剪切应力随着剪切速率的增加而增加，且纤维素/SiO2润滑脂的剪切应力在剪切过程中是始终高于纯SiO2润滑脂的，表明其能承受的剪切应力更大。
图 6 3种润滑脂的剪切速率扫描
Figure 6. Shear rate sweep of 3 types of greases
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由表2可见：纤维素/SiO2润滑脂的摩擦系数和摩擦力平均值为0.078和3.798 N，显著低于纯纤维素润滑脂的0.093和4.578 N以及SiO2润滑脂的0.095和4.664 N(P＜0.05)。其可能的减摩机制如图7所示，相比于纯纤维素润滑脂和SiO2润滑脂，纤维素/SiO2润滑脂在摩擦过程中受剪切力作用，纤维素与SiO2颗粒之间发生相对移动，进而发挥了协效作用，提高了润滑脂的减摩性能。但纤维素/SiO2润滑脂的磨斑直径显著高于纤维素润滑脂和SiO2润滑脂(P＜0.05)，这可能是因为纤维素与SiO2在相对运动摩擦表面会两相分离，在摩擦副表面发生团聚，产生了更大的磨损体积。
表 2 润滑脂的摩擦性能表
Table 2. Friction performance of 3 types of greases
润滑脂样品 摩擦系数 摩擦力/N 磨斑直径/mm 纤维素 0.093 ±0.020 a 4.578 ± 0.200 a 0.633 ± 0.030 c SiO2 0.095 ±0.030 a 4.664 ± 0.300 a 0.744 ± 0.040 b 纤维素/SiO2 0.078 ±0.030 b 3.798 ± 0.200 b 0.848 ± 0.040 a 说明：数据为平均值±标准差。同列不同字母表示不同润滑脂间差异显著(P＜0.05)。 
图 7 纤维素/SiO2润滑脂的减摩机制示意图
Figure 7. Schematic diagram of the friction reduction mechanism of cellulose/SiO2 grease
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黏温性方面，纤维素、SiO2以及纤维素/SiO2润滑脂的黏度均随温度升高而呈现下降趋势，这是因为温度升高，油脂分子的运动加剧，使得粒子间的内摩擦力减小，润滑脂的黏度也随之降低[29]。纤维素与SiO2复配后，两者之间的氢键作用提高了稠化剂结构的强度。因此，纤维素/SiO2润滑脂的黏温性能优于纤维素和SiO2润滑脂。
黏弹性方面，纤维素与SiO2复配后，其流动点对应的应变值最大。这是因为纤维素与SiO2复配后，通过氢键交联构成了一个三维空间网络结构，在其受到应力产生变形直至流动的过程中，会受到氢键作用的约束，只有纤维素/SiO2润滑脂发生更大的变形，才能克服纤维素与SiO2之间的氢键作用力，使之趋于定向，进而流动。
触变性方面，润滑脂在受剪切作用时，其内部的微结构会逐渐被破坏，黏度会逐渐下降，而去除剪切应力后，其黏度又会逐渐恢复。不同的润滑脂在结构恢复中的速度及恢复程度不同，因此触变环的面积可以反映润滑脂结构恢复的快慢[30−31]。纤维素与SiO2复配后，氢键交联网络减缓了润滑脂结构的破坏速度，使得润滑脂受剪切作用后的结构更易恢复。因此，纤维素/SiO2润滑脂的触变环面积最小。
黏剪切性方面，3种润滑脂呈现相似的变化规律，即随着剪切速率的增加，润滑脂的黏度降低，并且在低剪切速率下黏度的下降趋势更为明显，而当剪切速率较高时，黏度趋于稳定。这是因为高剪切速率下，稠化剂粒子间趋于定向，黏度因此也趋于定向，剪切变稀效应逐渐变弱[32]，并且由于纤维素之间以及纤维素与SiO2的氢键作用，使得纤维素和纤维素/SiO2润滑脂能够承受更高的剪切速率。
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本研究利用SiO2表面的硅羟基与纤维素羟基之间的氢键相互作用制备了生物基润滑脂，探究了纤维素、SiO2以及纤维素/SiO2等3种润滑脂的理化性质、流变行为以及摩擦性能。结果表明：①纤维素/SiO2润滑脂的分油率较低，胶体安定性得到提高，并且在327 ℃附近出现了滴点，改善了SiO2润滑脂高温下易失去流动性的缺点。②纤维素/SiO2润滑脂黏温性能和抗剪切能力较SiO2润滑脂得到了提升，且剪切破坏后润滑脂的结构恢复速度变快，结构体系更加稳定。③纤维素/SiO2润滑脂具有较低的摩擦系数和摩擦力，减摩效果较纤维素和SiO2润滑脂有所提升，但磨损体积却较大，抗磨性能有待改进。本研究以天然大宗的纤维素为原料开发出性能可以与商用SiO2润滑脂相媲美的环保型润滑脂产品，具有很强的实际应用前景，有利于生态效益和经济效益的统一，符合国家的可持续发展战略。
Preparation and properties of cellulose/SiO2 grease
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摘要:
目的 旨在以可再生的天然纤维素为稠化剂制备可持续发展的环保型润滑脂产品。 方法 分别以纯纤维素、气相二氧化硅(SiO2)以及纤维素/SiO2为稠化剂制备了3组稠度等级为2#的润滑脂产品，并对其进行了锥入度测试、滴点测试、分油率测试、流变性能测试以及摩擦学性能测试。 结果 SiO2表面的硅羟基与纤维素羟基可以发生氢键作用，改善了润滑脂的理化性质、流变性能以及摩擦学性能。理化性质方面：相较于纤维素润滑脂和SiO2润滑脂，纤维素/SiO2润滑脂具有较低的分油率，胶体安定性得到提高，并且在327 ℃时出现了滴点，改善了SiO2润滑脂在高温下易失去流动性的缺点。流变特性方面：纤维素/SiO2润滑脂的黏温性能和抗剪切能力较SiO2润滑脂得到了提高，且剪切破坏后的结构恢复速度更快，结构体系更加稳定。摩擦学性能方面：纤维素/SiO2润滑脂相较于纤维素润滑脂和SiO2润滑脂，其减摩性能得到了提高，具有最低的摩擦系数和摩擦力。 结论 获得了具有实用前景的纤维素基润滑脂，符合国家低碳及可持续发展战略。图7表2参32 Abstract:Objective With the increasing depletion of petrochemical resources and the environmental pollution caused by the extraction and use process, sustainable and environmentally friendly lubricating grease products have been prepared using renewable natural cellulose as a thickener. Method Three sets of lubricating grease products with a viscosity grade of 2# were prepared using pure cellulose, gas-phase SiO2, and cellulose/SiO2 as thickeners, and their penetration, drop point, oil separation rate, rheological properties, and tribological properties were tested. Result The silicon hydroxyl groups on the surface of SiO2 can undergo hydrogen bonding crosslinking with the hydroxyl groups of cellulose, improving the physicochemical properties, rheological properties, and tribological properties of lubricating grease. In terms of physicochemical properties, compared to cellulose grease and SiO2 grease, cellulose/SiO2 grease has a lower oil separation rate and improved colloidal stability; And a drop point appeared at 327 ℃, which improved the fluidity at high temperatures of silicone grease. In terms of rheological properties, the viscosity temperature performance and shear resistance of cellulose/SiO2 lubricating grease have been improved, and the structural recovery speed is faster than that of silicone grease, and the structural system is more stable. In terms of tribological performance, compared to cellulose grease and SiO2 grease, cellulose/SiO2 grease has an improved friction reduction effect, with the lowest friction coefficient and friction force. Conclusion A cellulose based grease with practical prospects has been obtained, which is in line with the national low-carbon and sustainable development strategy. [Ch, 7 fig. 2 tab. 32 ref.] -
Key words:
- lubricating grease /
- cellulose /
- rheology /
- friction /
- modification
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开展珍稀濒危植物的群落生态学研究有助于野生植物资源的保护、恢复和可持续更新。群落生态学研究一般通过探究物种的分布范围、群落结构及种内与种间联结关系等，揭示群落生活史、适应性、生长趋势等[1-3]。物种组成与群落结构在一定程度上展现植物对资源的利用能力和群落的稳定程度[4]。汪国海等[5]通过研究濒危植物单性木兰Kmeria septentrionalis的群落结构与空间分布格局，探究其聚集方式和传播途径。濒危物种的生态位宽度与群落总体关联度能够反映物种间的相互关系(竞争或促进作用)及对生境条件的适应状况和资源利用情况等[6-8]。刘万德等[9]对藤枣Eleutharrhena macrocarpa的生境特征和种间联结研究发现：藤枣与下层木呈极显著负相关，减少群落内下层木可以促进藤枣群落可持续生长[3, 9-11]。杨国平等[12]通过建立预测景东翅子树Pterospermum kingtungense群落动态的Lefkovitch矩阵模型，探究濒危物种在特定的小生境片段中的分布区间。因此，基于群落生态学的研究方法，有助于全面评估珍稀濒危物种的内外致濒因子，缓解其濒危态势，实现有效的拯救保护[10-11]。
细果秤锤树Sinojackia microcarpa为中国特有的极小群落野生植物，多分布在浙江临安、建德等地，处于极度濒危和受胁迫状态[13-17]。目前，对秤锤属Sinojackia的研究相对较多。杨国栋等[18]采用生态学理论结合自组织特征映射网络(SOM)方法，划分了野生秤锤树群落的群丛类型。徐惠明等[19]分析了狭果秤锤树S. rehderiana的群落年龄结构，发现该群落具有良好的更新潜力。周赛霞等[20]研究发现：受密度制约或种子扩散限制等，狭果秤锤树的空间聚集分布趋势逐渐减弱。秤锤属物种多表现出竞争能力相对较弱，对外界干扰的响应较为显著[18-19]。本研究通过对细果秤锤树群落的长期动态监测，分析细果秤锤树群落的物种组成、生态位宽度及其与主要树种的种间关联，揭示细果秤锤树的生境适应性与竞争强度，有助于在就地、迁地保护回归实践中建立适宜的生存环境。
1. 研究区概况与研究方法
1.1 研究区概况
浙江省建德市属亚热带北缘季风气候，雨量充沛，四季分明，年平均气温为17.4 ℃。土壤类型以凝灰岩发育的红壤、黄棕色壤土为主，土层浅薄且质地较为疏松，钱塘江水系中上游，境内以低山丘陵地貌为主。细果秤锤树集中分布于浙江省建德市建德林场乌石滩林区(29°32′56″~29°35′43″N，119°33′08″~119°34′05″E)，主要分布在林区乌石滩、富家坞和灵山顶，海拔为23~429 m。多生长在岩石裸露率较大的山谷溪沟边的灌丛林中，呈条带状分布，群落生境数年前遭受人为砍伐干扰较严重。
1.2 样地设置与调查
细果秤锤树为典型极小群落野生植物，残存数量较少，因适存的小流域生境使得群落呈带状分布，样地设置受限。2020年8—9月，在全面踏查细果秤锤树野生群落的基础上，参照热带森林科学研究中心(CTFS)的样地建设技术规程，建立0.18 hm2的固定监测样地。使用全站仪在乌石滩、富家坞和灵山顶分别设置3个典型样方开展群落调查，共计9个10 m×20 m样方；在每个样方内设置3个5 m×5 m的下层木样地以及3个1 m×1 m的草本层样地。开展树种定位、地形测定(海拔、经纬度、坡向坡位等)、生境因子测定(土壤理化性质等)。
1.3 物种重要值计算
本研究计算上层木与下层木的物种重要值。上层木重要值=(相对多度+相对频度+相对显著度)/3；下层木重要值=(相对多度+相对频度)/2；相对多度=(某种植物的数量/样地植物的总数量)×100%；相对频度=(某种植物的频度/样地所有植物物种的频度总和)×100%；相对优势度=(某种植物的胸高断面积之和/样地所有物种的胸高断面积之和)×100%。
1.4 生态位特征与种间联结性
物种生态位特征主要采用Levins指数、Shannon-Wiener指数[21-23]反映生态位宽度，Schoener生态位相似性[24-25]与Pianka生态位重叠指数[26]反映生态相似与重叠程度。种间联结分析主要采用总体联结指数[6, 8]、卡方检验(χ2)、联结系数(AC)[24]和Pearson相关系数[8, 22]探究物种间关联性。采用R 4.1.0中spaa包计算生态位宽度、生态位相似性和生态位重叠程度、χ2检验、Pearson相关系数检验结果。
2. 结果与分析
2.1 细果秤锤树群落野外分布与生境分析
细果秤锤树总计509株，其中富家坞分布个体数量最多(243株)，灵山顶最少(71株)。群落里单丛萌蘖枝干中的最大胸径为8.10 cm，平均树高为5.40 m(表1)。乌石滩、富家坞、灵山顶细果秤锤树群落的胸径变异系数分别为34%、33%和33%，均表现为较低变异性。
表 1 细果秤锤树群落资源组成Table 1 Composition of population resources of S. microcarpa分布区 数量/
株胸径/
cm树高/
m胸径变异
系数/%树高变异
系数/%乌石滩 195 3.07±1.05 5.00±1.87 34 38 富家坞 243 3.05±1.02 5.40±1.98 33 41 灵山顶 71 2.95±0.98 4.90±2.41 33 54 说明：胸径和树高数值为平均值±标准差 细果秤锤树分布在海拔23~429 m的区域(表2和表3)，乌石滩和富家坞受人工干预程度较高，存在人为滥砍及割灌除草等抚育过程。土壤呈较疏松多孔的黏质土，土壤容重为1.06~1.19 g·cm−3，pH为4.72~5.79，偏酸性土壤，有效磷和速效钾偏低。细果秤锤树群落土壤有机质、氮、磷、钾及其速效成分中等，土壤养分条件一般。
表 2 细果秤锤树群落生境调查Table 2 Environmental survey of S. microcarpa population分布区 样地 海拔/m 纬度(N) 经度(E) 坡向 群落特征 乌石滩 P1 58 29°34′16″ 119°33′10″ 西 樟树Cinnamomum camphora-板栗Castanea mollissima混交林 P2 45 29°34′18″ 119°33′60″ 西 板栗林 P3 64 29°34′17″ 119°33′00″ 东北 板栗林 富家坞 P4 58 29°34′57″ 119°33′42″ 东南 柏木Cupressus funebris-南酸枣Choerospondias axiliaris混交林 P5 95 29°34′57″ 119°33′36″ 东南 柏木林 P6 128 29°35′20″ 119°33′24″ 东 柏木-拟赤杨Alniphyllum fortunei混交林 灵山顶 P7 190 29°35′35″ 119°33′52″ 东北 樟树林 P8 384 29°35′11″ 119°33′11″ 东北 毛竹Phyllostachys edulis林 P9 396 29°35′40″ 119°33′10″ 东北 毛竹林 表 3 细果秤锤树群落的生境因素Table 3 Habitat factors of S. microcarpa分布区 海拔/m 土壤容重/
(g·cm−3)土壤pH 土壤有机
质/(g·kg−1)土壤总孔
隙度/%土壤碱解氮/
(mg·kg−1)土壤有效磷/
(mg·kg−1)土壤速效钾/
(mg·kg−1)乌石滩 70±26 a 1.01±0.10 a 5.46±0.20 a 38.84±3.66 a 61.74±3.67 a 103.41±3.08 a 6.23±0.82 a 82.46±3.22 a 富家坞 109±39 a 1.12±0.06 a 5.47±0.43 a 40.76±1.22 a 57.72±2.25 a 97.61±6.90 a 5.79±1.26 a 82.93±6.82 a 灵山顶 370±110 a 1.07±0.09 a 5.23±0.15 a 45.74±3.42 a 59.72±3.44 a 107.71±8.72 a 5.54±1.45 a 95.48±14.02 a 变化范围 23~429 1.00~1.19 4.72~5.79 36.81~48.38 55.20~62.42 91.04~113.67 5.30~7.84 75.69~102.80 说明：数值为平均值±标准差。同列不同小写字母表示同一指标不同分布区之间差异显著(P＜0.05) 2.2 细果秤锤树群落物种组成
细果秤锤树样地内共记录到胸径≥1 cm的木本植物401株，隶属于35科50属51种。其中优势科有樟科Lauraceae (5属6种)、山茶科Theaceae (3属4种)、壳斗科Fagaceae (3属3种)、马鞭草科Verbenaceae (3属3种)、安息香科Styracaceae (2属3种)、大戟科Euphorbiaceae (2属2种)、金缕梅科Hamamelidaceae (2属2种)、漆树科Anacardiaceae (2属2种)、茜草科Rubiaceae (2属2种)、榆科Ulmaceae (2属2种)。樟树的平均胸径最大，达30.8 cm，有22株；平均胸径较大的树种有臭椿Ailanthus altissima、枫香Liquidambar formosana、柏木、南酸枣和毛竹。
样地中重要值≥1%的上层木物种共16种，重要值排前4位的物种是毛竹、柏木、板栗和细果秤锤树，这4个物种重要值之和为49.85%，是群落优势树种(表4)。下层中阔叶箬竹Indocalamus latifolius的重要值最高，为15.48%；重要值排前3位的物种有水团花Adina pilulifera、毛花连蕊茶Camellia fraterna和细果秤锤树(表5)。细果秤锤树在上、下木层中重要值分别为9.50%和4.60%，是主要建群种之一。
表 4 细果秤锤树群落上层木主要物种的重要值和生态位宽度Table 4 Important values and niche breadth of the dominant species in upper wood layer of S. microcarpa community编号 物种 重要值/
%生态位宽度 编号 物种 重要值/
%生态位宽度 Levins
指数Shannon-Wiener
指数Levins
指数Shannon-Wiener
指数1 毛竹 19.63 1.96 0.68 11 杉木 2.00 1.78 0.63 2 柏木 10.84 2.48 1.00 12 黄檀 1.95 2.29 0.90 3 板栗 9.88 2.80 1.13 13 白花泡桐 1.70 1.00 0.00 4 细果秤锤树 9.50 5.87 1.92 14 盐肤木 1.51 1.00 0.00 5 樟树 8.44 1.82 0.64 15 木油桐 1.27 1.96 0.68 6 南酸枣 2.75 1.83 0.80 16 大叶白纸扇 1.21 2.00 0.69 7 拟赤杨 2.34 1.95 0.68 17 厚壳树 0.99 1.00 0.00 8 枫香 2.32 1.00 0.00 18 臭椿 0.96 1.00 0.00 9 木蜡树 2.18 2.70 1.05 19 檵木 0.88 1.63 0.00 10 棕榈 2.09 2.78 1.06 说明：木蜡树Toxicodendron sylvestr；棕榈Trachycarpus fortunei；杉木Cunninghamia lanceolata；黄檀Dalbergia hupeana；白花泡桐Paulownia fortunei；盐肤木Rhus chinensis；木油桐Vernicia montana；大叶白纸扇Mussaenda shikokiana；厚壳树Ehretia thysiflora；檵木Loropetalum chinensis 表 5 细果秤锤树群落下层木主要物种的重要值和生态位宽度值Table 5 Important value and niche breadth of the dominant species in lower wood layer of S. microcarpa community编号 物种 重要值/% 生态位宽度 编号 物种 重要值/% 生态位宽度 Levins
指数Shannon-Wiener
指数Levins
指数Shannon-Wiener
指数1 阔叶箬竹 15.48 1.98 0.84 9 短柄枹栎 2.41 1.84 0.65 2 水团花 8.45 3.43 1.30 10 紫麻 2.30 1.08 0.16 3 细果秤锤树 4.60 6.82 2.00 11 木荷 1.86 1.00 0.00 4 毛花连蕊茶 4.58 4.95 1.77 12 华箬竹 1.63 1.00 0.00 5 茶 4.44 4.09 1.73 13 杉木 1.59 1.28 0.38 6 檵木 3.05 4.39 1.60 14 海金子 1.58 1.92 0.74 7 窄基红褐柃 2.98 1.00 0.00 15 黄檀 1.54 2.81 1.06 8 杭州榆 2.69 1.00 0.00 16 朱砂根 1.45 3.90 1.57 说明：窄基红褐柃Eurya rubiginosa var. attenuata；杭州榆Ulmus changii；短柄枹栎Quercus glandulifera；木荷Schima superba；华箬竹Sasa sinica；朱砂根Ardisia crenata 2.3 细果秤锤树群落生态位宽度
细果秤锤树具有最大的生态位宽度，Levins的生态位宽度指数及Shannon-Wiener的生态位宽度指数在上层木中分别为5.87%和1.92%(表5)，板栗、棕榈、木蜡树与柏木的生态位宽度依次降低。细果秤锤树在上层木林层与下层木林层中生态位宽度差异不明显，说明细果秤锤树的种对竞争具有一定优势，在所调查的小流域生境中具有较强的适应能力，分布幅度较广。
2.4 细果秤锤树群落生态位相似性与重叠程度
细果秤锤树群落上层木物种生态位相似性和生态位重叠值最大均为盐肤木-臭椿(表6)。细果秤锤树与上层优势树种樟树生态相似性值最高(0.62)，白花泡桐次之(0.59)。生态位宽度较大的柏木和黄檀的生态位相似性达0.65，而生态位宽度较窄的枫香和臭椿的生态位相似性为0，说明生态位相似性与生态位宽度有一定关联。生态位重叠值在0.8~1.0的种对有杉木-盐肤木和南酸枣-枫香，大于0.5的种对有39对(占20.53%)，其中生态位重叠值小于0.1的种对共有90对(占47.37%)。上层木树种间生态位重叠值总体偏低，对资源利用的利用策略存在差异。细果秤锤树与樟树(0.62)和黄檀(0.59)具有较大的生态位重叠，存在较大的生态和资源利用相似性。
表 6 细果秤锤树群落上层木主要优势种间的生态位相似性比例和生态位重叠指数Table 6 Niche similarity and niche overlap of dominant plant species in S. microcarpa community in the upper wood layer编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 1 0 0 0.06 0 0 0.14 0 0 0.27 0.58 0 0.07 0.42 0 0 0 0.42 0 2 0 0.04 0.34 0 0.23 0.41 0.45 0.26 0.43 0 0.52 0 0 0.19 0.74 0.19 0 0.55 3 0 0.02 0.35 0.15 0.41 0.04 0.04 0 0.04 0 0.04 0.52 0 0.04 0.04 0.04 0 0 4 0.09 0.54 0.47 0.42 0.43 0.18 0.15 0.13 0.25 0.20 0.21 0.38 0.04 0.02 0.21 0.16 0.04 0.19 5 0 0 0.11 0.62 0.40 0 0 0 0 0.42 0 0.34 0 0 0 0.52 0 0 6 0 0.15 0.49 0.48 0.68 0.23 0.23 0.09 0.14 0.40 0.14 0.27 0 0.14 0.14 0.54 0 0 7 0.12 0.46 0.01 0.33 0 0.22 0.57 0.71 0.29 0.14 0.15 0 0.14 0.15 0.15 0.15 0.14 0 8 0 0.49 0.05 0.22 0 0.32 0.72 0.42 0.49 0 0.58 0 0 0.58 0.42 0.48 0 0 9 0 0.41 0 0.32 0 0.17 0.96 0.59 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10 0.27 0.58 0.05 0.25 0 0.22 0.24 0.65 0 0.27 0.73 0 0.27 0.49 0.66 0.48 0.27 0.24 11 0.64 0 0 0.32 0.62 0.54 0.12 0 0 0.28 0 0.07 0.38 0 0 0.42 0.38 0 12 0 0.65 0.06 0.24 0 0.25 0.18 0.73 0 0.89 0 0 0 0.68 0.75 0.48 0 0.32 13 0.09 0 0.63 0.59 0.30 0.39 0 0 0 0 0.04 0 0 0 0 0 0 0 14 0.59 0 0 0.09 0 0 0.19 0 0 0.45 0.63 0 0 0 0 0 1.00 0 15 0 0.30 0.06 0.04 0 0.27 0.20 0.81 0 0.80 0 0.90 0 0 0.42 0.48 0 0 16 0 0.87 0.04 0.40 0 0.16 0.12 0.48 0 0.79 0 0.88 0 0 0.59 0.42 0 0.58 17 0 0.20 0.04 0.28 0.66 0.75 0.13 0.55 0 0.54 0.52 0.61 0 0 0.67 0.40 0 0 18 0.59 0 0 0.09 0 0 0.19 0 0 0.45 0.63 0 0 1.00 0 0 0 0 19 0 0.86 0 0.46 0 0 0 0 0 0.39 0 0.43 0 0 0 0.80 0 0 说明：编号所代表物种见表4。对角线下方为生态位相似性，对角线上方为生态位重叠值 下层木物种生态位相似性为0~0.96，生态位重叠为0~0.10，最大值种对均为海金子Pittosporum illiciodes-紫麻Oreocnide frutescens。细果秤锤树与下层优势树种檵木生态相似性值最高(0.86)；与水团花(0.51)和茶Camellia sinensis (0.48)具有较大生态重叠(表7)。下层木主要物种生态位重叠平均值为0.23，且多数种对的生态位重叠在其平均值附近，表明下层木主要物种的竞争关系相对稳定。
表 7 细果秤锤树群落下层木主要优势种间的生态位相似性比例和生态位重叠指数Table 7 Niche similarity and niche overlap of dominant plant species in S.microcarpa community in the lower wood layer编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 0.09 0.32 0.21 0.16 0.20 0.34 0.02 0.25 0 0 0.09 0.09 0 0 0 2 0.04 0.51 0.43 0.53 0.52 0.29 0.46 0 0 0.13 0.56 0.19 0 0 0 3 0.30 0.65 0.36 0.48 0.63 0.33 0.38 0.23 0.01 0.10 0.07 0 0.01 0 0 4 0.34 0.58 0.38 0.59 0.53 0.46 0.54 0 0.08 0.39 0.24 0.11 0.11 0.17 0.08 5 0.18 0.58 0.53 0.64 0.55 0.27 0.47 0 0.34 0.19 0.21 0.11 0.34 0.06 0 6 0.19 0.65 0.86 0.52 0.62 0.44 0.34 0.04 0.04 0.24 0.13 0.13 0.07 0.09 0.12 7 0.31 0.27 0.32 0.47 0.21 0.36 0.14 0.34 0 0.39 0.29 0.24 0.04 0.17 0.16 8 0.02 0.56 0.47 0.75 0.48 0.41 0.15 0 0.05 0.18 0.17 0 0.06 0.03 0.01 9 0.35 0 0.41 0 0 0.09 0.70 0 0 0 0 0 0 0 0 10 0 0 0.02 0.20 0.75 0.07 0 0.08 0 0.01 0 0 0.96 0 0 11 0 0.12 0.03 0.41 0.10 0.29 0.44 0.10 0 0.01 0.11 0 0.05 0.22 0.64 12 0.06 0.77 0.12 0.44 0.32 0.12 0.33 0.24 0 0 0.14 0.35 0 0 0 13 0.13 0.35 0 0.29 0.23 0.26 0.50 0.01 0 0 0 0.48 0 0 0 14 0 0 0.02 0.21 0.75 0.08 0.01 0.08 0 1.00 0.05 0 0 0 0.04 15 0 0 0 0.45 0.13 0.19 0.35 0.05 0 0 0.32 0 0 0 0 16 0 0 0 0.21 0 0.24 0.33 0.02 0 0 0.93 0 0 0.04 0 说明：编号所代表物种见表5。对角线下方为生态位相似性，对角线上方为生态位重叠值 2.5 细果秤锤树群落联结性与Pearson相关分析
细果秤锤树群落上层木12个优势种间总体联结性方差比率为1.23，大于1，即种间存在一定程度正联结；其显著检验统计量为11.05，高于χ2分布临界值，表明上层木群落间总体上呈显著的正联结关系。下层木12个优势种间总体联结性方差比率为0.58，小于1，即种间存在一定程度负联结；其显著检验统计量为5.19，介于χ2分布临界值之间，即下层木12个优势种间呈不显著负联结关系。
χ2检验主要反映不同种对之间联结的显著度。联结系数检验结果显示：上层和下层各12个优势木中，正、负联结种对数相接近。细果秤锤树群落上层木中正、负联结的种对分别为27和28个(各占种对数的40.91%和42.42%)，正负关联比为0.96∶1.00。种对间总体显著率为12.12%，种间联结较松散，无联结的种对占16.67%，细果秤锤树与其他种之间都不存在联结性。下层木种对联结显著度的分布大致与上层木相似，正负关联比0.83∶1.00。细果秤锤树与水团花呈显著正联结关系。细果秤锤树-阔叶箬竹、细果秤锤树-茶、细果秤锤树-檵木、细果秤锤树-窄基红褐柃表现出极显著负关联(表8)。
表 8 细果秤锤树群落12个优势种χ2检验、联结系数(AC)及Pearson相关检验结果Table 8 Result of χ2 test, association coefficient (AC) and Pearson correlation coefficient of the 12 dominant species in S. microcarpa community检验方法 检验结果 数值范围 上层木 下层木 检验方法 检验结果 数值范围 上层木 下层木 种对数 占比/% 种对数 占比/% 种对数 占比/% 种对数 占比/% χ2 正相关 P≤0.01 0 0 0 0 AC 负相关 −0.2≤AC＜0 2 3.03 2 3.03 0.01＜P≤0.05 2 3.03 7 10.61 −0.6≤AC＜−0.2 3 4.54 3 4.54 P＞0.05 25 37.88 22 33.33 AC≤−0.6 23 34.85 30 45.46 无关联 χ2=0 11 16.67 2 3.03 负相关 P≤0.01 0 0 0 0 Pearson
相关检验正相关 P≤0.01 13 19.70 0 0 0.01＜P≤0.05 6 9.09 5 7.58 0.01＜P≤0.05 0 0 0 0 P＞0.05 22 33.33 30 45.45 P＞0.05 25 37.88 31 46.97 无关联 0＜P＜0.20 0 0 0 0 AC 正相关 AC≥0.6 9 13.64 20 30.30 负相关 P≤0.01 0 0 0 0 0.2≤AC＜0.6 8 12.12 2 3.03 0.01＜P≤0.05 0 0 0 0 0＜AC＜0.2 8 12.12 7 10.61 P＞0.05 28 42.42 35 53.03 无关联 AC =0 13 19.70 2 3.03 上层木中总体显著率为19.70%(极显著正关联13个，P＜0.01)，不显著(P＞0.05)正关联25个，占37.88%；不显著负关联28个，占比42.42%。细果秤锤树与其他树种为无联结关系，整个细果秤锤树群落处于优势发展趋势(表8)。下层木中总体显著率为0，不显著正关联31个，占46.97%；不显著负关联35个，占53.03%。细果秤锤树与水团花、毛花连蕊茶、杭州榆、短柄枹栎呈不显著正关联，与阔叶箬竹、茶、檵木、窄基红褐柃呈不显著负关联。
3. 讨论
3.1 物种组成与群落结构
建德市野生细果秤锤树群落动态监测样地内树种组成相对简单，细果秤锤树多生长在次生常绿阔叶林和针阔混交林中，群落优势树种主要为毛竹、柏木、板栗和细果秤锤树。这与秤锤属调查样地内的物种组成及数量相类似[13, 15-16]。调查发现：细果秤锤树群落中缺乏小径级个体或幼苗，这可能是因为秤锤属的种子萌发困难或遭受了人为的抚育等干扰，影响了幼苗的更新[13-14]。细果秤锤树是小流域生境群落中的优势种，早期生长喜较为荫蔽的环境，群落中高大上层木树种如樟树、毛竹、柏木等可在其幼苗更新时期起到遮光作用，以保护幼苗不受高温、强光照影响。在细果秤锤树生长后期，对光照需求增强，可间伐上层木，对高度接近细果秤锤树的树种进行一定程度的抚育，降低群落郁闭度[12, 16-17]。
3.2 生态位宽度与生态位重叠程度
生态位宽度作为植物群落的环境适应力和资源利用能力的衡量性指标，值越大，反映物种适应能力越强，在群落中更具优势[22, 27]。细果秤锤树在群落物种中重要值排在第4位，但生态位宽度却排在首位。可能是其喜光、耐贫瘠、喜微酸性土壤等生长特性有利于细果秤锤树在小溪流水域附近广泛分布。细果秤锤树的生态位宽度较大还可能与本研究的样地设置有关。本研究以细果秤锤树生长的位置为核心展开设置并调查，且呈聚集分布均匀的群落使得其占较大资源位或较大资源量，与极小群落植物圆叶玉兰Magnolia sinensis[28]、小花木兰Oyama sieboldii[29]、缙云秋海棠Begonia jinyunensis[30]在所处群落中生态位宽度均较大这一研究结果相同，表明在该分布点的研究区域生境条件下，生态位宽度大小与细果秤锤树致濒机制无必然联系。研究中有一些物种的生态位宽度大小排序与其重要值大小排序不同，如樟树、南酸枣等，这说明生态位宽度和重要值在物种之间的表现方式略有不同且并无显著关联性。
生态位相似性特征反映种间资源利用的相似程度，重叠值特征衡量生态位相似的树种在特定空间环境下资源利用的差异性，两者结合衡量种间资源竞争程度[31-33]。细果秤锤树与上层优势树种樟树和黄檀的生态相似性与生态重叠性均最高。可能是因为樟树、黄檀是对环境适应性广泛的泛化种，也可能是适合调查区域环境的特化种，因此出现与细果秤锤树较高的生态位重叠值，也表明这些种对间生态学特性比较一致，或者对生境的要求比较相似[8]。一般来说，当多个物种同时具有较大的生态位宽度时，它们之间存在较高生态位重叠的可能性更大[21]。但是，具有较大生态位宽度的物种也可能与较小生态位宽度的物种间存在较大的生态位重叠[21, 31]。这是因为细果秤锤树与水团花、毛花连蕊茶为中生植物，在资源有限的条件下，它们对资源环境的竞争比较大，且对资源的利用和需求相近[32]，因此，它们之间的联系也更为紧密，具有较高的生态位重叠[22, 26]。且细果秤锤树所在群落中物种之间的生态位重叠程度总体偏低，说明细果秤锤树群落中大多物种对资源利用的相似程度降低，物种之间竞争较弱，生态位可通过产生分化来降低种间竞争使得物种间在群落的结构与功能上互补且稳定[7, 22]。本研究发现：细果秤锤树群落大部分种对间的相关性比较弱，表明物种联结性较弱。种间负联结关系占主导，但大部分优势种种对间关联性比较低，说明样地中的不同物种间不存在紧密的相互关系，缺乏竞争或相互促进的趋势，物种间具有独立性，受外界的干扰较小[30]。
4. 结论
细果秤锤树群落中物种组成较为简单，群落结构相对单一，细果秤锤树群落幼树较少，更新相对较差。细果秤锤树生态位宽度最大，在时空上占据着优势地位，属于稍耐阴、耐贫瘠、适应力较强的植物，能更好利用资源和空间。调查样地中多数树种生态位重叠度较高，大部分物种间的竞争较强，对资源利用的相似程度高。树种间不存在较显著的种间相关联结，植物种间缺乏较强的相互依赖或竞争趋势。本研究明确了细果秤锤树生存的独特环境结构和群落间相互关系，对维持其野生群落的幼苗更新和群落规模增长具有重要作用。
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图 1 气相SiO2(A)和纤维素(B)的SEM图，及两者的氢键作用示意图(C)
Figure 1 SEM images of fumed SiO2(A) and cellulose (B), and schematic diagram of hydrogen bonding between SiO2 and cellulose (C)
图 7 纤维素/SiO2润滑脂的减摩机制示意图
Figure 7 Schematic diagram of the friction reduction mechanism of cellulose/SiO2 grease
表 1 润滑脂的理化性质
Table 1. Physicochemical properties of greases
样品 SiO2添加量/% 纤维素添加量/% 锥入度(0.1 mm) 稠度等级 分油率/% 滴点/℃ 纤维素润滑脂 0 41.3 290 ± 5 a 2# 0.0 ± 0.0 c − SiO2润滑脂 5.2 0 282 ± 2 a 2# 3.6 ± 0.4 a − 纤维素/SiO2润滑脂 2.4 26.2 284 ± 6 a 2# 0.6 ± 0.1 b 327 说明：锥入度和分油率数据为平均值±标准差。同列不同字母表示不同润滑脂间差异显著(P＜0.05)。−表示无。 
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表 2 润滑脂的摩擦性能表
Table 2. Friction performance of 3 types of greases
润滑脂样品 摩擦系数 摩擦力/N 磨斑直径/mm 纤维素 0.093 ±0.020 a 4.578 ± 0.200 a 0.633 ± 0.030 c SiO2 0.095 ±0.030 a 4.664 ± 0.300 a 0.744 ± 0.040 b 纤维素/SiO2 0.078 ±0.030 b 3.798 ± 0.200 b 0.848 ± 0.040 a 说明：数据为平均值±标准差。同列不同字母表示不同润滑脂间差异显著(P＜0.05)。
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