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木纤维重构红壤下根系特征对根土复合体剪切特性的影响

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农业工程学报 2024年

作者：张川谢祥荣段青松张玉锴李效顺李淑芳徐兴倩陈正发云南农业大学水利学院自然资源部云南山间盆地土地利用野外科学观测研究站中国矿业大学中国资源型城市转型发展与乡村振兴研究中心

红壤黏性重、水分变化大、抗剪性能较低，通过根系特征参数研究草本植物根土复合体的力学特性具有一定意义。为探明不同质量分数（0、0.5%、2.5%和5.0%）木纤维重构红壤下，根系特征对草本植物根土复合体抗剪特性的影响机理，该研究通... 详细信息

红壤黏性重、水分变化大、抗剪性能较低，通过根系特征参数研究草本植物根土复合体的力学特性具有一定意义。为探明不同质量分数（0、0.5%、2.5%和5.0%）木纤维重构红壤下，根系特征对草本植物根土复合体抗剪特性的影响机理，该研究通过直剪试验测定白三叶和黑麦草根土复合体的抗剪强度，并采用WinRHIZO根系分析系统测定根表面积指数、根系体积比、根系长度、地下生物量4个根系特征参数，并进一步揭示其对抗剪强度影响机理及规律。结果表明：适量的木纤维添加有利于须根系草本植物的生长，木纤维质量分数较低时，黑麦草的根系特征参数值高于白三叶3～5倍，木纤维质量分数较高时，黑麦草和白三叶的根系长度分别为456.27和438.35 cm，地下生物量分别为0.410和0.150 mg；随根系特征参数增加黑麦草根土复合体的抗剪强度增幅大于白三叶根土复合体，增幅范围分别为26.55%～47.20%、26.21%～35.07%，但存在一定的变化阈值。采用摩尔-库伦模型对根土复合体的抗剪特性参数的模拟效果较好，根系特征参数达到变化阈值时，黏聚力变化差异明显，对内摩擦角影响较小。该研究对深入研究红壤区的边坡防护、植被恢复和土地整治等具有重要的理论和工程实践价值。

关键词：土壤抗剪特性根土复合体根系特征木纤维红壤

工程扰动下云南红壤的土壤重构技术及其入渗特性研究

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工程扰动下云南红壤的土壤重构技术及其入渗特性研究

作者：张玉锴云南农业大学

学位级别：硕士

云南红壤区水田的新建和改建是我国的巨大资源。由于施工对土壤扰动,使土壤结构紊乱,导致表层土壤蒸发大、水田田底渗漏严重,持水性差,不利于农作物在新建或改建的水田中生长。因此亟需开展红壤区的土壤重构,降低土壤入渗性,提高保水性... 详细信息

云南红壤区水田的新建和改建是我国的巨大资源。由于施工对土壤扰动,使土壤结构紊乱,导致表层土壤蒸发大、水田田底渗漏严重,持水性差,不利于农作物在新建或改建的水田中生长。因此亟需开展红壤区的土壤重构,降低土壤入渗性,提高保水性,改善土壤环境,增加土壤质量,使粮食能正常生长,提高产量。本论文通过生态环保改良材料（糯米胶、木纤维）研究不同施用量、多层施厚度对复合土体入渗特性的影响,采用3次室内烘干法测其含水率来确定改良材料质量分数的优选;采用室内土柱常水头法,揭示复合土剖面充填复垦土壤入渗特征与规律,优化了土壤剖面重构设计方法和土壤剖面构型。为工程施工扰动下云南红壤区的水田改建或重建（旱地改水田）提供实际意义。主要研究结论如下:（1）通过3次烘干对不同改良材料施用量的复合土进行含水率测定,确定重构材料优选。糯米胶持水能力优于素土。随木纤维含量增加,饱和含水率表现出先低后高的现象,2.5%木纤维复合土脱湿状态下保水持水性含水率最高。因此,糯米胶保水材料优选质量分数为0.5%～2.5%,木纤维质量分数为2.5%。（2）不同改良材料和施用量对土壤入渗特性的影响。相同改良材料下,稳定入渗率和累积入渗量随着容重增加呈减小趋势。相同容重下,糯米胶和木纤维含量较低时,土体入渗性增强,而糯米胶和木纤维含量增加时,入渗性反而降低,其中容重为1.2 g/cm的2.5%糯米胶和2.5%木纤维复合土稳定入渗率最小。（3）“持水层-原土层-防渗层”土壤剖面构型能够改善土壤的水分入渗特性。持水层为0.5%糯米胶复合土,容重为1.1 g/cm的生态复合土体重构入渗率关键在于防渗层的2.5%木纤维复合土的入渗性。持水层为2.5%糯米胶复合土的入渗率和累积入渗量相比素土均呈现显著降低趋势,其中当容重为1.2 g/cm和0+1.2 g/cm的土壤剖面构型的水分入渗能力显著降低,土体入渗率随厚度增加而减小,其中容重为0+1.2 g/cm的J2.5%T2入渗率最低,防渗效果最强。

关键词：工程扰动云南红壤土壤重构入渗特性

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干湿交替下木纤维重构红壤的水力特性

农业工程学报 2023年第8期39卷 103-110页

作者：张川张玉锴李淑芳王楚燕普建丹刘武江谢祥荣段青松李效顺中国矿业大学中国资源型城市转型发展与乡村振兴研究中心徐州221116 云南农业大学水利学院昆明650201 自然资源部云南山间盆地土地利用野外科学观测研究站昆明650201 云南省农业工程研究设计院昆明650215

红壤黏性重,干湿交替容易结块和形成裂隙,通过土-水特征曲线研究重构红壤的持水保水能力具有一定的意义。为探明干湿交替下木纤维重构对红壤水力特性的影响,该研究应用4种添加量(0、0.5%、2.5%和5.0%)的木纤维重构红壤,采用滤纸法测定... 详细信息

红壤黏性重,干湿交替容易结块和形成裂隙,通过土-水特征曲线研究重构红壤的持水保水能力具有一定的意义。为探明干湿交替下木纤维重构对红壤水力特性的影响,该研究应用4种添加量(0、0.5%、2.5%和5.0%)的木纤维重构红壤,采用滤纸法测定木纤维复合土的基质吸力,并利用Logistic模型拟合其土-水特征曲线。结果表明,随着木纤维添加量的增加,干湿交替作用对红壤基质吸力降幅和土-水特征曲线的滞后现象逐渐减缓,2.5%木纤维复合土是提高土壤持水能力最优配比;木纤维添加提高红壤进气值和残余值,干湿交替下残余值变化较大,随着干湿交替次数增加而残余值的降幅逐渐较小,2.5%木纤维复合土的斜率受干湿交替影响较小,其持水能力最优,体积含水率变化速率减小;添加木纤维后土-水特征曲线的决定系数均在0.97,说明Logistic模型适用于拟合木纤维重构的红壤土-水特征曲线。研究对于深入研究红壤区的土壤重构、边坡防护和生态恢复等具有重要的理论和工程实践意义。

关键词：土壤干湿交替木纤维红壤土壤重构基质吸力土-水特征曲线

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干湿交替下木纤维重构红壤的水力特性分析

农业工程学报 2023年

作者：张川张玉锴李淑芳王楚燕普建丹刘武江谢祥荣段青松李效顺云南农业大学水利学院中国矿业大学中国资源型城市转型发展与乡村振兴研究中心自然资源部云南山间盆地土地利用野外科学观测研究站云南省农业工程研究设计院

红壤黏性重，干湿交替容易结块和形成裂隙，通过土-水特征曲线研究重构红壤的持水保水能力具有一定的意义。为探明干湿交替下木纤维重构对红壤水力特性的影响，该研究应用4种添加量（0、0.5%、2.5%和5.0%）的木纤维重构红壤，采用滤纸... 详细信息

红壤黏性重，干湿交替容易结块和形成裂隙，通过土-水特征曲线研究重构红壤的持水保水能力具有一定的意义。为探明干湿交替下木纤维重构对红壤水力特性的影响，该研究应用4种添加量（0、0.5%、2.5%和5.0%）的木纤维重构红壤，采用滤纸法测定木纤维复合土的基质吸力，并利用Logistic模型拟合其土-水特征曲线。结果表明，随着木纤维添加量的增加，干湿交替作用对红壤基质吸力降幅和土-水特征曲线的滞后现象逐渐减缓，2.5%木纤维复合土是提高土壤持水能力最优配比；木纤维添加提高红壤进气值和残余值，干湿交替下残余值变化较大，随着干湿交替次数增加而残余值的降幅逐渐较小，2.5%木纤维复合土的斜率受干湿交替影响较小，其持水能力最优，体积含水率变化速率减小；添加木纤维后土-水特征曲线的决定系数均在0.98以上，说明Logistic模型适用于拟合木纤维重构的红壤土-水特征曲线。研究对于深入研究红壤区的土壤重构、边坡防护和生态恢复等具有重要的理论和工程实践意义。

关键词：土壤干湿交替木纤维红壤土壤重构基质吸力土-水特征曲线

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中国土壤重构及其土水特性研究进展

农业资源与环境学报 2023年第3期40卷 511-524页

作者：张玉锴阎凯李博黎李杨杨松普建丹王楚燕杨国东张川云南农业大学水利学院昆明650201 自然资源部云南山间盆地土地利用野外科学观测研究站昆明650201 云南农业大学资源与环境学院昆明650201 云南远科土地整治规划设计有限公司昆明650201 中国矿业大学中国资源型城市转型发展与乡村振兴研究中心江苏徐州221116

土壤是土地生态系统的基底和基础,土壤重构对土地复垦、土地质量提升和生态环境恢复等具有重要意义。本文采用文献分析法和对比分析法,分析了我国土壤重构基本概念与内涵、土壤重构技术及其土水特性运行机理。根据研究对象、研究目的、... 详细信息

土壤是土地生态系统的基底和基础,土壤重构对土地复垦、土地质量提升和生态环境恢复等具有重要意义。本文采用文献分析法和对比分析法,分析了我国土壤重构基本概念与内涵、土壤重构技术及其土水特性运行机理。根据研究对象、研究目的、填充材料和关键技术的对比分析,认为土壤重构与土体有机重构两者的概念与内涵存在交叉和包含关系,两者研究对象及目的均为损毁土地及缺陷土地的再生利用及其生态系统恢复,关键技术侧重土壤剖面结构和功能的重构;重构材料属于包含关系,土体有机重构填充材料多为有机物和生物材料,包含矿区副产品等。根据土壤损毁的特征,将土壤剖面重构类型分为功能退化型、土层损毁型、土层结构紊乱型和土层污染型。土壤重构材料的选取应因地制宜;土壤重构施工技术应更多关注如何减少对土壤结构的破坏和降低压实度,从而减轻对表土的破坏并提高土壤生产力。土壤重构主要针对矿区土地复垦,其对土水特性的影响侧重于模型模拟和土壤的保水性,重构后的土壤对土壤中水分和溶质运移有一定的阻碍作用,不利于降水入渗补给;土壤重构研究还应关注不同土壤重构模式下短时间序列土壤水分运移及其机理。针对目前土壤重构技术发展现状,建议今后深入开展土壤重构的生态材料研发、土壤与其他要素耦合机理、全过程监测和信息化技术融合、农区土壤重构和城市景观重构等方面的理论与技术研究。

关键词：土壤剖面重构材料重构施工技术水分运移入渗特性土水特征曲线

新一代人工智能驱动下地图学研究的机遇与挑战

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地球信息科学学报 2024年第1期26卷 35-45页

作者：张岸朱俊锴中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

随着生成式人工智能(AIGC)为代表的新一代人工智能的快速发展,加速了各个学科转向人工智能驱动的科学研究,地理空间智能(GeoAI)技术在解决传统制图学任务注定会比传统的方法具有更好的性能,地图学也因此迎来了新的机遇与挑战,产生智能... 详细信息

随着生成式人工智能(AIGC)为代表的新一代人工智能的快速发展,加速了各个学科转向人工智能驱动的科学研究,地理空间智能(GeoAI)技术在解决传统制图学任务注定会比传统的方法具有更好的性能,地图学也因此迎来了新的机遇与挑战,产生智能地图制图新领域,形成智能地图制图学。地图学研究有人工智能传统,但是过去受限于人工智能工具的计算能力等原因,并未取得很大的进展。随着进入智能化时代,人与机器都将成为制图与读图的主体。地图内容的产生经历了专家生成内容和用户生成内容的阶段,正在向人工智能生成内容阶段发展。人工智能与地图传输模型的结合衍生出智能地图传输模型,包括制图信息智能获取、智能制图、智能读图、地图信息智能解读4个环节,进而从这4个方面对智能地图的研究进展进行了分析和梳理。研究显示,使用智能化方法解决地图学问题的研究仍然处于起步阶段,人工智能与地图学结合仍存在诸多挑战,包括缺乏训练数据集、模型算法缺乏泛化能力和可解释性等,这些也是未来可以发展的方向。

关键词：生成式人工智能智能地图制图学地理空间智能智能读图智能制图

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读心系统理论之争:双系统还是单系统?

系统科学学报 2024年 1-6页

作者：李鸿锴中国科学技术大学科技哲学系

读心双系统理论的提出是为了解决读心研究中的发展谜题,该理论认为人类具备最小读心系统和完全读心系统两个独立并行的系统,二者之间没有直接的信息流通。然而,这一理论同时也面临着种种挑战,未能有效解决发展谜题。读心单系统理论认为... 详细信息

读心双系统理论的提出是为了解决读心研究中的发展谜题,该理论认为人类具备最小读心系统和完全读心系统两个独立并行的系统,二者之间没有直接的信息流通。然而,这一理论同时也面临着种种挑战,未能有效解决发展谜题。读心单系统理论认为只存在一个读心系统,并借此避免了双系统理论所陷入的困境。单系统理论也可以被视为一种不同形式的双系统理论,其中系统之间是包含与被包含的关系。这导致两个读心系统理论在系统的关系上产生了争论。从心理模块性和向下模块化的角度来看,读心单系统理论要优于读心双系统理论,能对当前读心研究中的现象做出更好的解释。

关键词：读心错误信念测试发展谜题系统理论模块

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基于局部对齐单目视频深度的三维场景重建

中国科学技术大学学报 2024年第4期54卷 13-22,12,66页

作者：徐光锴赵峰中国科学技术大学信息科学技术学院类脑智能技术及应用国家工程实验室安徽合肥230027

单目深度估计方法在各种场景下已经取得了较强的鲁棒性,该类方法通常预测尺度偏移量未知的不变仿射深度而非度量深度,因为收集大规模的不变仿射深度训练数据比收集度量深度训练数据容易得多。然而,在某些基于视频的应用场景中,例如视频... 详细信息

单目深度估计方法在各种场景下已经取得了较强的鲁棒性,该类方法通常预测尺度偏移量未知的不变仿射深度而非度量深度,因为收集大规模的不变仿射深度训练数据比收集度量深度训练数据容易得多。然而,在某些基于视频的应用场景中,例如视频深度估计和三维场景重建,每帧预测的深度中存在的未知比例和偏移量值可能会导致预测的深度不一致。为了解决该问题,我们提出了一种基于局部加权线性回归的方法,通过利用稀疏锚点恢复深度的尺度图和偏移量图,以保证连续帧之间的一致性。大量的实验表明,我们的方法可以在几个零样本基准上显著降低现有技术方法的Rel误差(相对误差)。此外,我们收集了630万张RGBD图像对来训练鲁棒的深度模型。通过局部恢复尺度和偏移量,我们的ResNet50-backbone模型性能甚至超过了最先进的DPT ViT-Large模型。与基于几何的重建方法相结合,我们提出了一种新的稠密三维场景重建流程,既能受益于稀疏点的尺度一致性,又能受益于单目深度估计方法的鲁棒性。通过对视频的每一帧依次预测深度图,我们可以重建出准确的三维场景几何信息。

关键词：三维场景重建单目深度估计局部加权线性回归

基于局部对齐单目视频深度的三维场景重建（英文）

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中国科学技术大学学报 2024年第4期 14-24页

作者：徐光锴赵峰中国科学技术大学信息科学技术学院类脑智能技术及应用国家工程实验室

单目深度估计方法在各种场景下已经取得了较强的鲁棒性，该类方法通常预测尺度偏移量未知的不变仿射深度而非度量深度，因为收集大规模的不变仿射深度训练数据比收集度量深度训练数据容易得多。然而，在某些基于视频的应用场景中，例如... 详细信息

单目深度估计方法在各种场景下已经取得了较强的鲁棒性，该类方法通常预测尺度偏移量未知的不变仿射深度而非度量深度，因为收集大规模的不变仿射深度训练数据比收集度量深度训练数据容易得多。然而，在某些基于视频的应用场景中，例如视频深度估计和三维场景重建，每帧预测的深度中存在的未知比例和偏移量值可能会导致预测的深度不一致。为了解决该问题，我们提出了一种基于局部加权线性回归的方法，通过利用稀疏锚点恢复深度的尺度图和偏移量图，以保证连续帧之间的一致性。大量的实验表明，我们的方法可以在几个零样本基准上显著降低现有技术方法的Rel误差(相对误差)。此外，我们收集了630万张RGBD图像对来训练鲁棒的深度模型。通过局部恢复尺度和偏移量，我们的ResNet50-backbone模型性能甚至超过了最先进的DPT ViT-Large模型。与基于几何的重建方法相结合，我们提出了一种新的稠密三维场景重建流程，既能受益于稀疏点的尺度一致性，又能受益于单目深度估计方法的鲁棒性。通过对视频的每一帧依次预测深度图，我们可以重建出准确的三维场景几何信息。

关键词：三维场景重建单目深度估计局部加权线性回归