DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 3. 种植开发潜力分析 通过对牛角瓜项目的实地调研和资料收集，整理出影响牛角瓜项目开发效益的多个因素，并邀请从事林业科学实验、林业经济研究，或负责牛角瓜项目等20位专家教授或工程师参与影响因素的分类，最终确定项目优势、劣势、机会和威胁四项组别中包括的影响因素，如表1。 3.1. 优势分析 S 1 ：建设资金充足，研究经费能够支撑项目实际开展：牛角瓜人工林定向培育关键技术研究项目总经费190万元，全部来源于专项经费收入，主要用于材料花费、测试化验加工、燃料动力费、差旅费、会议费、国际合作与交流费、出版/文献/信息传播/知识产权事务费、劳务费和专家咨询费等方面的开支，总体上能够满足牛角瓜项目的科研开发和后期推广活动，为实现牛角瓜种植和开发的综合效益提供了基本的资金保障。 S 2 ：团队经验丰富，项目研究团队主要涉及林业专业研究院校的专家、教授和研究生，同时具有林业实地种植经验人员以及林业工程师、外聘专家参加项目研究和开发：在项目研究团队中，核心研发工作单位为西南林业大学(西南林业局西南地区生物多样性保育重点实验室)在西南干热河谷地区已经开展了多项植被恢复、造林与规模种植的栽培技术探讨，具有雄厚的研究力量和完备的研究设备，并在干热河谷植被恢复与造林研究方面主持国家自然科学基金、国际合作项目等30余项，发表论文160多篇，出版《干热河谷造林新技术》和《保水剂在干热河谷造林中的应用研究》等专著8部。已受理的林木组织培养专利10余项，研究成果获教育部科技进步一等奖和云南省科技进步奖8项，这是实现牛角瓜项目的科研力量保障。 S 3 ：可行性研究全面，项目开展前期准备工作较为充分全面，对相关研究情况做出可行性研究分析：1) 对牛角瓜项目研究开发进行需求分析，评价研究开发必要性和意义；2) 对牛角瓜项目技术基础和研发 图1. SWOT分析框架 Table 1 Influencing factors of SWOT analysi 组别 影响因素 优势 S 1 ：建设资金较为充足，能够开展项目研究和开发 S 2 ：团队经验丰富，项目研究团队主要涉及林业专业研究院校的专家、教授和研究生，同时具有林业实地种植经验人员以及林业工程师、外聘专家参加项目研究和开发 S 3 ：可行性研究全面，项目开展前期准备工作较为充分全面，对相关研究情况做出可行性研究分析 劣势 W 1 ：缺乏相应明确的产业管理计划，产业链条不明确 W 2 ：缺乏准确项目开发系数(种植开发没有确切方法) W 3 ：研究成本较高，项目开发相对其他利润较小 机遇 O 1 ：国家政策的大力支持，对林业公益项目以及牛角瓜研究开发项目的支持 O 2 ：对新技术的积极探索，对该项目研究开发提供有效经验 O 3 ：整体购买力的增强，潜在消费人群增加 威胁 T 1 ：客户/消费者对新出现的产品存在不接受、不认可的心理 T 2 ：替代品相关产业的发展相对成熟，对牛角瓜纤维开发效益带来竞争威胁 表1. SWOT分析的影响因素 力量方面进行项目评价；3) 项目经济效益、社会效益和生态效益分析；4) 项目资金概算、筹措与实施年限及阶段性目标、任务；5) 项目技术难点与技术重点、创新点；6) 克服项目研发过程中相关问题的可选方案，较为全面和系统的项目可行性分析为确定目标、攻克项目难点提供方向性的支撑。 3.2. 劣势分析 W 1 ：缺乏相应明确的产业管理计划，产业链条不明确：牛角瓜项目在云南省元江县种植和研发分为建立人工栽培试验示范林200亩、建立推广栽培区1000亩、联合上海有关生物技术有限公司开发推广牛角瓜纤维产品生产三阶段，但在最后牛角瓜纤维产品提炼和生产工作缺乏相关具体管理操作流程，林业产品产业链条不明确。 W 2 ：缺乏准确项目开发系数(种植开发没有确切方法)：由于现有对牛角瓜培育技术的研究还不成熟，对牛角瓜大规模种植和高效培育技术的研究还属于探索阶段，因而缺乏准确的对项目种植和开发的相关系数，由于为获得牛角瓜种植和开发不同方案的比较结果，采取不同种植方法和不同种植间隔的研究开发方案，因而造成有些方案种植效果产值的低效益。 W 3 ：研究成本较高，项目开发相对其他利润较小：该牛角瓜项目在种植过程中存在种植成本较高，综合经济收益比市场预估价值低的问题，同时由于牛角瓜结果时间不集中，较为分散，结果具体时间不确定，采摘成本比较大。 3.3. 机遇分析 O 1 ：国家政策的大力支持，对林业公益项目以及牛角瓜研究开发项目的支持：国家对林业公益项目技术研究大力支持，专项拨款干热河谷牛角瓜纤维人工林培育关键技术研究，并将其明确列入农业领域种质资源发掘、保存和创新与新品种定向培育优先主题，可见其支持力度。 O 2 ：对新技术的积极探索，对该项目研究开发提供有效经验：牛角瓜种植技术的相关领域专家或学者的研究，对牛角瓜项目的种植和后期研究都具有一定借鉴意义，王聪等(2011)根据波普数据结合理化性质鉴定化合物结构，研究白花牛角瓜茎的化学成分和医疗价值[ 6 ] 。魏静、赵元藩等(2013)针对牛角瓜的栽培技术、国内外研究进展、利用价值及其应用前景，为牛角瓜种植、育苗和管理提供了积极探索的思路，并进一步探讨牛角瓜药用、纤维原料开发等方面的价值[ 7 ] 。高柱等(2011)着重对生物药剂、能源开发和纺织原料进行探讨，并对牛角瓜的茎、皮、叶和果等部分进行纤维素、半纤维素和木质素对比研究，提出牛角瓜集约种植、花期调控技术等未来展望[ 8 ] 。 O 3 ：整体购买力的增强，潜在消费人群增加：元江县2012年人均实现商品购买力为7242.2元，2013年上升为8233元；2012年职工年平均工资为40，509元，2013年上升为43，789元；2012年农民人均总收入为10，146元，2013年上升为11，672元；2012年县城居民可支配收入为20，843元，2013年上升为23，656元(据来源于元江县统计年鉴)。 3.4. 威胁分析 T 1 ：客户/消费者对新出现的产品存在不接受、不认可的心理：由于干热河谷地区气候的独特性，瓜果种植较为普遍，当地农民对牛角瓜大范围种植和推广会存在质疑，甚至是不接受的心理；同时也会存在销售过程中因为对新产品性能的不确定或由于价格预期的高低，消费者不认可牛角瓜纺织品的现象。 T 2 ：替代品相关产业的发展相对成熟，对牛角瓜纤维开发效益带来竞争威胁：由于干热河谷牛角瓜纤维人工林培育主要成品集中在牛角瓜纤维制品，而现有棉花等纺织制品种植历史悠久、技术成熟，同时无论从种植者还是消费者的角度，认可程度都高于牛角瓜，因而对牛角瓜的大规模种植和开发都造成一定威胁，对牛角瓜最后综合效益的高低也会造成一定影响。
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user: 4. 影响种植开发效益的原因分析 采用AHP软件，建立以影响牛角瓜项目开发效益为目标层，以项目优势、项目机会、项目劣势和项目威胁为准则层，中间细分成11个指标作为指标层，建立影响项目开发效益的指标体系(见图2)。并通过面对面实地调研和邮件调研两种方式收集20位相关领域专家对各个指标排序意见，对获得数据进行加权赋值，得到以下数据。 由表2得到，准则层中项目优势、项目劣势、项目机会和项目威胁四个指标之间的相对权重为0.5756、0.0725、0.2027和0.1492；一致性比例为0.0387，小于0.1。 由表3得到，指标层B 1 (项目优势)中建设资金较为充足、团队经验丰富和可行性研究全面3个指标的权重分别是：0.6999、0.1935和0.1066；一致性比例为0.0089，小于0.1。 由表4得到，指标层B 2 (项目劣势)中缺乏明确项目产业管理计划，产业链条不明确、缺乏准确项目开发系数、研究成本较高3个指标的权重分别是：0.685、0.221、0.093；一致性比例为0.052。 由表5得到，指标层B 3 (项目机会)中国家政策的大力支持、先前对新技术的积极探索、整体购买力的提升这3个指标的权重分别是0.7143、0.1429 和0.1429；一致性比例为0.0000，小于0.1。 由表6得到，指标层B 4 (项目威胁)中农户/消费者对新出现的产品存在不接受、不认可和替代品相关发展成熟，对该项目效益带来竞争威胁这2个指标的权重分别是0.500和0.500；一致性比例为0.000，小于0.1。 从表7中得到，影响牛角瓜项目开发效益的四大因素(项目优势、项目劣势、项目机会和项目威胁)中，按影响程度的权数较大的依次是建设资金充足、缺乏相应明确的产业管理计划、团队经验丰富、农户/消费者对新出现的产品存在不接受、不认可的心理、替代品相关产业的发展相对成熟，存在竞争威胁。 图2. 影响牛角瓜项目开发效益指标体系 Table 2 The judgment matrix of mudar project development benefit between criterion level and its result A B 1 B 2 B 3 B 4 W 0 B 1 1.0000 8.0000 3.0000 4.0000 0.5756 B 2 0.1250 1.0000 0.5000 0.3333 0.0725 B 3 0.3333 2.0000 1.0000 2.0000 0.2027 B 4 0.2500 3.0000 0.5000 1.0000 0.1492 表2. 牛角瓜项目开发效益各准则层间的判断矩阵及其结果 Table 3 The judgment matrix of criterion level B1 and its result B 1 B 11 B 12 B 13 W 1 B 11 1.0000 4.0000 6.0000 0.6999 B 12 0.2500 1.0000 2.0000 0.1935 B 13 0.1667 0.5000 1.0000 0.1066 表3. 指标层B 1 的判断矩阵及其结果 Table 4 The judgment matrix of criterion level B2 and its result B 2 B 21 B 22 B 23 W 2 B 21 1.0000 4.0000 6.0000 0.6853 B 22 0.2500 1.0000 3.0000 0.2213 B 23 0.1667 0.3333 1.0000 0.0934 表4. 指标层B 2 的判断矩阵及其结果 Table 5 The judgment matrix of criterion level B3 and its result B 3 B 31 B 32 B 33 W 3 B 31 1.0000 5.0000 5.0000 0.7143 B 32 0.2000 1.0000 1.0000 0.1429 B 33 0.2000 1.00 00 1.0000 0.1429 表5. 指标层B 3 的判断矩阵及其结果 Table 6 The judgment matrix of criterion level B4 and its result B 4 B 41 B 42 W 4 B 41 1.0000 1.0000 0.5000 B 42 1.0000 1.0000 0.5000 表6. 指标层B 4 的判断矩阵及其结果 Table 7 The weights of each index relative to the target laye 指标 W (W = W 0 *W i ) B 11 0.4029 B 12 0.1114 B 13 0.0613 B 21 0.0497 B 22 0.0160 B 23 0.0068 B 31 0.1448 B 32 0.0292 B 41 0.0292 B 42 0.0746 B 43 0.0746 表7. 各指标相对目标层的权重 根据各个表中的计算结果，将各组中权数最大的指标选出来，进而代表其所在的组，组成新的组间比较判断矩阵，如表8，即B 11 、B 21 、B 31 和B 41 /B 42 。 通过计算得一致性比例为0.008，小于0.1，即组间成对比较判断矩阵通过一致性检验，并最后得出组优先级，结果如表8。 从表9排序中得到，影响牛角瓜项目开发效益高低的四个因素中，影响程度依次是：项目机会 > 项目威胁 > 项目优势 > 项目劣势。这说明，针对干热河谷牛角瓜项目，项目机会较为显著，对项目开发效益的影响最大，其中国家政策的大力支持是影响牛角瓜项目开发效益的重要原因；威胁因素排名第二，其中农户和消费者方面的不认可心理与替代品竞争威胁都对牛角瓜项目进一步开发造成不小的威胁；项目优势对项目开发效益的影响排名第三，建设资金充足影响最大，其次为团队经验丰富，相比劣势，牛角瓜项目优势较显突出。 根据表9的数值，组优先级权数的值代表SWOT中四个方面的因素对影响牛角瓜项目开发效益高低的影响程度，根据数值大小构建出提高牛角瓜项目开发效益的战略四边形[ 5 ] ，如图3。 根据公式 ，计算得到提高牛角瓜项目开发效益战略发展四边形的重心P 的坐标为(0.022， 0.066)，位于第一象限。说明提高牛角瓜项目开发效益应积极利用好牛角瓜现有发展机会，扩大牛角瓜项目优势，将牛角瓜发展定位为增长型战略。
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user: 5. 提高开发效益的对策 根据AHP-SWOT定量分析结果，元江县牛角瓜项目开发应充分利用项目机会，争取国家和地方政府政策支持，充分利用国家林业发展和现有对生态环境改善的重要要求的有利形势，大力推广牛角瓜种 Table 8 Pairwise comparison matrix between group 组间指标 B 11 B 21 B 31 B 41 /B 42 B 11 1 2 1/3 1 B 21 1/2 1 1/4 1/2 B 31 3 4 1 2 B 41 /B 42 1 2 1/2 1 表8. 组间成对比较矩阵 Table 9 Priority weights of each group and its sorting tabl SWOT组 S W O T 组优先级权数 0.1966 0.1083 0.4786 0.2166 排序 3 4 1 2 表9. 各组优先级权数及排序表 图3. 牛角瓜项目效益开发战略四边形 植和开发；同时积极借鉴其他地区牛角瓜种植研究项目的有效经验和研究结果，结合元江县特有气候条件、种植开发条件，提高牛角瓜项目开发效益。同时根据图2得到牛角瓜项目开发战略为增长型战略，则需要发挥牛角瓜开发的项目优势，保证项目资金充足及高效使用，确保在牛角瓜项目开发过程前期做好开发可行性分析、敏感性分析，并对开发过程中可能出现的问题提出相应对策，确保开发流程和资金链条顺畅，开发人员配备上知识全面、经验丰富、学科涉及面广也是影响牛角瓜项目开发的重要因素。 在AHP-SWOT的数据结果中，该项目威胁相对明显，主要体现在农户对牛角瓜种植的认可需要时间，消费者对牛角瓜纤维制品购买存在质疑可能，以及相关棉纺织制品产业发展成熟，存在竞争威胁。针对项目威胁存在的问题，一要对牛角瓜纺织制品的柔软性、轻便性、保暖性、防潮性、吸汗性等多种性能进行专项研究，挖掘牛角瓜纺织制品独特性能，区分其与普通制品功能，提高牛角瓜纤维制品品质。二要积极向种植开发地区的农户宣传牛角瓜制品，联系销售厂家，形成固定的销售渠道，逐步打开销售市场，降低生产、运输和销售成本。三要在开发前做好市场调研工作，明确市场上竞争产品的质量、售价、估计成本等信息，确定牛角瓜纤维制品的发展定位和市场阶段售价，以及预估市场竞争能力。相比之下，项目劣势并不明显，但缺乏明确管理产业计划占项目劣势绝对比重，因而在牛角瓜项目开发过程中仍需注意后期开发管理和产业推广工作的有序开展。 在牛角瓜项目开发过程中，除了立足增长型发展战略，利用好项目发展机会，扩大项目优势，缩小与其他产品的差距，还需要加快对牛角瓜医药方面和能源方面的研究，进一步发掘药用价值和能源价值，扩宽牛角瓜开发使用面，从不同领域增强牛角瓜项目开发的有效性，提高牛角瓜项目的开发效益。
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user: 模拟降雨条件下旱作区不同覆膜方式蓄积效应研究
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user: 摘 要 在内蒙古阴山北麓地区进行模拟降雨试验，研究不同模拟降雨量下不同覆膜方式的雨水蓄积效应。研究结果表明：垄作全覆膜的集雨效果最好，且对于沙壤土，垄作全覆膜比对照处理的贮水量提高1.09%~4%；对于粘壤土，垄作全覆膜贮水量比对照处理的贮水量提高2.26%~8.46%。在降雨强度为20 mm∙h −1 前提下，垄沟覆膜处理在雨量达到20 mm后，集雨效果下降明显。由于垄作全覆膜的抑蒸和集雨作用，使有限降雨集中在沟内种植区，起到蓄墒保墒的作用。 关键词 :内蒙古阴山北麓，垄作全覆膜，模拟降雨，贮水量，集雨效果
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user: 1. 引言 内蒙古阴山北麓地处我国农牧交错带的中段，宽约70~80 km。在整个农牧交错带中，属生态最为脆弱和最贫困的地区之一。该区属半干旱偏旱区，年降水量南部可达400 mm，大部分农区在250~300 mm之间，北部不足200 mm。且降水集中于夏季，占到全年的2/3左右，当地大部分耕地不具备灌溉条件，农作物生长主要依靠天然降雨，是典型雨养农业，旱地面积占耕地面积的92.5% [ 1 ] 。如何利用好当地有限的雨水资源成为亟待解决的问题。 针对上述问题，农业科研人员提出了垄膜覆盖栽培技术，该项技术是旱作农业区的一大技术创新，其显著的抗旱作用、增产效果已有大量的研究报道[ 2 ] -[ 4 ] 。垄膜覆盖栽培技术就是在地面起垄，用地膜覆盖后，在沟内播种的技术。由于垄膜覆盖这种微集雨工程使得沟内雨水富集，从而提高天然降雨的利用效率[ 5 ] 。垄膜覆盖栽培技术的抗旱增产技术已在生产实践中获得了验证，但其积蓄效应的机理研究报道对较少，本文结合内蒙古旱作农业的特点，通过人工模拟降雨手段，进行不同覆膜方式下雨水的积蓄效应研究，以期为旱作农业区种植提供科学技术支撑[ 6 ] 。
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user: 2. 研究区概况及试验方法 2.1. 试验区概况 试验于2014年9月在内蒙古阴山北麓典型代表区农业部内蒙古耕地保育科学观测实验站(武川)进行。该区海拔 1576 m ，多年平均降水量 350 mm 左右，年蒸发量 1850 mm ，多年平均气温2.7℃，无霜期110 d，地形以缓坡丘陵为主，土壤以栗钙土、灰褐土、石质土为主，沙性较重。主栽作物有马铃薯、向日葵和燕麦。 2.2. 研究方法 2.2.1. 试验设计 试验土壤类型为沙壤土和粘壤土，覆膜方式为全覆膜与半覆膜，设3种处理：① 平作(CK)：传统平作；② 垄作半覆膜(LB)：选用地膜宽75 cm，膜厚0.08 mm，先起垄，然后进行垄上覆膜，覆膜后保持膜面50 cm左右，垄高25 cm，膜距50 cm；③ 垄作全覆膜(LQ)：选用地膜宽75 cm，膜厚0.08 mm，先起垄，然后进行垄上和垄沟覆膜，垄高25 cm。 试验小区面积为1 m × 2 m，模拟降雨量分为4 mm、8 mm、12 mm、16 mm和20 mm降雨梯度，设3个重复，共计45个小区。为减少由于土壤水分的均匀度对试验精度造成的影响，对小区土壤采用取走－回填的操作过程，具体过程为：用挖掘机按预期设计将试验池挖深50 cm，再进行人工修整；然后将不同类型农田的土壤进行取土，取土深度为50 cm；将取回的土壤进行筛网(1 cm × 1 cm)过滤、搅拌，达到土壤均匀；再将土壤回填到试验池内，在回填的同时，将PVC防水隔板(50 cm宽，500 cm长，1 cm厚)埋入土壤。 人工模拟降雨器采用西安清远测控技术有限公司生产的便携式QYJY-501降雨模拟器。喷头为Fulljet GW系列喷头，安装高度为 4 m ，有效降雨面积约为 1 m × 2 m ，降雨均匀度 > 75%，降雨调节精度7 mm∙h −1 。通过不同进水阀门开关–出水喷头组合来实现降雨强度的调节，可调节降雨强度范围为15~ 200 mm∙h −1 。本次试验降雨平均强度为 20 mm∙h −1 ，降雨历时分别为12 min、24 min、36 min、48 min和60 min。 2.2.2. 测定项目及方法 在降雨后连续5 d进行土壤含水量测定，含水量采用土钻取土烘干法，垄作半膜和垄作全膜取土部位为垄侧膜下，取土深度为0~10 cm，10~20 cm，20~30 cm，30~40 cm，40~50 cm。对小区集雨垄沟系统的产流效率和蓄墒增加率特征参数值采用如下计算方法： 式中：W为土壤贮水量(mm)；h为土层深度(cm)；p为土壤容重(g∙cm −3 )；b%为土壤水分质量百分数。 设 为降水后农田某土层内蓄水量之增量(mm)，R为前后两次测定时间的降水量(mm)。
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user: 3. 结果与分析 3.1. 不同处理农田水分贮蓄变化 从表1可以看出，无论是沙壤土还是粘壤土，随着模拟降雨量的增加0~50 cm的土壤贮水量及其增量随之增加，且垄作全覆膜(LQ) > 垄作半覆膜(LB) > 传统平作(CK)。相比于沙壤土，由于粘壤土粒间空隙小、毛管空隙多和保水性强，故粘壤土的贮水量增量的幅度更大。在整个模拟过程中，对于沙壤土， Table 1 The change of the moisture storage for different dispose soil after the rai 土壤 类型 处理 降雨前贮水量 /mm 模拟降雨量/mm 4 8 12 16 20 贮水量/mm 增量/mm 贮水量/mm 增量/mm 贮水量/mm 增量/mm 贮水量/mm 增量/mm 贮水量/mm 增量/mm 沙壤土 LQ 81.2 83.2 2.0 85.7 4.5 86.8 5.6 88.4 7.2 89.1 7.9 LB 82.9 1.7 84.6 3.4 86.0 4.8 87.1 5.9 88.0 6.8 CK 82.3 1.1 83.5 2.3 84.4 3.2 85.0 3.8 87.0 5.8 粘壤土 LQ 73.3 76.9 3.6 80.0 6.5 85.0 11.7 87.2 13.9 87.4 14.1 LB 76.6 3.3 78.2 4.9 82.1 8.8 84.5 11.2 85.4 12.1 CK 75.2 1.9 77.0 3.7 79.5 6.2 80.4 7.1 81.2 7.9 表1. 降雨后不同处理土壤贮水量变化 垄作全覆膜贮水量增量为2.0 mm~7.9 mm，比对照处理的贮水量提高1.09%~4%；垄作半覆膜贮水量增量为1.7 mm~6.8 mm，比对照处理的贮水量提高0.73%~2.47%。对于粘壤土，垄作全覆膜贮水量增量为3.6 mm~14.1 mm，比对照处理的贮水量提高2.26%~8.46%；垄作半覆膜贮水量增量为1.9 mm~7.9 mm，比对照处理的贮水量提高1.86%~5.10%。 从图1，图2可知，当模拟降雨量达到20 mm时，对于沙壤土和粘壤土来说，垄作全覆膜和垄作半覆膜土壤贮水量增量的变化幅度都是最小的，这说明在降雨强度为20 mm∙h −1 前提下，垄沟覆膜处理在雨量达到20 mm后，集雨效果下降明显，原因在于此时由于垄膜富集雨水的作用，使得沟内雨量过剩，从而产生径流。 3.2. 不同覆膜方式下降雨产流效率分析 在模拟降雨过程中，对不同覆膜方式的降雨产流效率进行了测定。由表2可知，降雨过程使沙壤土垄作全覆膜较传统平作贮水量增量增加0.9~3.4 mm，产流效率为10.5%~27.5%；蓄墒增加率为36.21%~95.65%；垄作半覆膜较传统平作贮水量增量增加0.6~2.1 mm，产流效率为5%~15%，蓄墒增加率为17.24%~55.26%。粘壤土垄作全覆膜较传统平作贮水量增量增加1.7~6.8 mm，产流效率为31%~45.83%，蓄墒增加率为75.68%~95.77%；垄作半覆膜较传统平作贮水量增量增加1.4~4.2 mm，产流效率为15%~35%，蓄墒增加率为75.68%~95.77%。可见垄上覆膜确能起到明显的集雨蓄水的作用，且垄作全覆膜优于垄作半覆膜。 3.3. 垄作全膜土壤水分动态分析 由于全膜垄作集雨效果最好，现以垄作全膜16 mm的模拟降雨量为例，进行土壤水分动态分析。由图3~6可知，对于沙壤土来说，降雨后，随着天数的增加，0~30 cm土壤含水量有规律的减少，但在30~50 cm土层，开始出现含水量增加的趋势。对于粘壤土来说，在0~20 cm土壤含水量有规律的减少，在20~30 cm土层，出现含水量增加的趋势，在30~50 cm土壤含水量有规律的增加。可见沙壤土以30~40 cm层为临界面，随时间变化土壤水分分别向上和向下运移。而粘壤土以20~30 cm为临界面，随时间变化土壤水分分别向上和向下运移。对比垄作全膜和传统平作土壤水分动态可以发现，由于全膜的阻隔作用，使得每天的水分散失量保持在一个较小的范围，且有较为清晰的临界面。 Table 2 The runoff efficiency of simulated rainfall under different modes of plastic mulch(0~50 cm 覆膜方式 模拟降雨量/mm 沙壤土 粘壤土 产流效率/% 蓄墒增加率/% 产流效率/% 蓄墒增加率/% 垄作全覆膜 4 22.50 81.82 42.50 89.47 8 27.50 95.65 35.00 75.68 12 20.00 75.00 45.83 88.71 16 21.25 89.47 42.50 95.77 20 10.50 36.21 31.00 78.48 垄作半覆膜 4 15.00 54.55 35.00 73.68 8 13.75 47.83 15.00 32.43 12 13.33 50.00 21.67 41.94 16 13.13 55.26 25.63 57.75 20 5.00 17.24 21.00 53.16 表2. 不同覆膜方式下模拟降雨产流效率(0~50 cm) 图1. 粘壤土贮水量增量变化幅度 图2. 沙壤土贮水量增量变化幅度 图3. 沙壤土垄作全膜土壤水分动态 图4. 粘壤土垄作全膜土壤水分动态 图5. 沙壤土传统平作土壤水分动态 图6. 粘壤土传统平作土壤水分动态
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user: 4. 讨论 本试验表明，垄作覆膜构建的垄沟系统，在农田内部实现作物对水分在时空上的有效调控利用，大幅度提高降水产流效率，增强了作物抗御自然干旱的能力[ 7 ] 。田间起垄及垄上覆膜能使两个集雨面上的降水集中到一个面上，沟中的水分产生叠加，因此在整个模拟过程中，膜垄处理在不同降水之后0~ 50 cm 土壤贮水增量均明显高于平作。旱作马铃薯研究中也表明覆膜具有明显的集雨效果，且双垄全膜覆盖能有效增加表层0~10 cm土壤含水量[ 8 ] 。在起垄条件下，降雨集中到了垄沟内，是根层土壤含水量较大的主要原因之一，加之覆膜能够减少土壤水分的无效蒸发，降低深层水分、提升上层水分[ 9 ] 。在垄作全膜种植方式下，粘壤土和沙壤土对降雨的集蓄效应不同，主要取决于他们对土壤水分的保持能力，有研究表明沙壤土保水能力叫粘土弱，导致了粘壤土的蓄水效应较沙壤土高[ 10 ] 。
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user: 5. 结论 1) 从集雨效果来看，垄作全覆膜(LQ) > 垄作半覆膜(LB) > 传统平作(CK)，且对于沙壤土，垄作全覆膜比对照处理的贮水量提高1.09%~4%；垄作半覆膜贮水量比对照处理的贮水量提高0.73%~2.47%。对于粘壤土，垄作全覆膜贮水量比对照处理的贮水量提高2.26%~8.46%；垄作半覆膜贮水量比对照处理的贮水量提高1.86%~5.10%。 2) 在降雨强度为20 mm∙h −1 前提下，垄沟覆膜处理在雨量达到20 mm后，集雨效果下降明显。 3) 农田垄膜沟种微集雨结合覆盖有效利用了垄膜的集雨，抑蒸和沟覆盖的保墒功能，使有限降雨集中在沟内种植区，起到蓄墒保墒的作用。通过垄作全膜技术的推广应用，可有效农田含水量，缓解内蒙古阴山北麓地区干旱缺水，从而促进该地区旱作农业健康可持续发展。
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user: 摘 要 后现代主义和古典主义虽然立场迥异，但都从不同角度对启蒙思想进行了严厉的批判。在后现代主义哲学看来，启蒙思想所诉诸的理性、自由、民主等价值，并不是永恒的理念，而只是历史的产物。而在列奥·斯特劳斯(Leo Strauss)等人为代表的古典主义看来，启蒙思想的错误源于对于“自然”概念的误读。两种思想主张对启蒙思想的批判，最终可以归结为对于“自然”概念的不同理解。 关键词 :后现代主义，古典主义，自然，理性
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user: 1. 引言 在当代汉语学界的理论视野之中，以德里达、福柯等人为代表的后现代主义激进哲学和以列奥·斯特劳斯等人为代表的古典主义，毫无疑问是两种富有理论张力和解释效力的理论框架。虽然二者有着完全对立甚至针锋相对的理论立场，但是我们不难发现，二者却有着一个共同的敌人，这就是以启蒙思想为代表的“现代性”。笔者试图借助置身于当代哲学较有代表性的两种视角，来重新考察启蒙运动及其精神。首先，我们遭遇的是后现代思想的视角，我们将以福柯为例来加以讨论。其次，我们试图讨论列奥•斯特劳斯的自然正当主义的观点。最后我们将指出，这两种思潮都从不同的视角对启蒙思想作出了严格的批判，但归根究根，都源自于对于自然的不同解释。
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user: 3. 自然vs理性 如果说后现代思想家，把启蒙思想家所认为的理性、人权等人的“自然”解构为“历史”，那么，20世纪的另外一些思想家，将用古代的“自然”来反对启蒙思想家通过理性来建构的“自然”。在列奥•斯特劳斯看来，要解决现代性所带来的各种弊端，必须诉诸于某种超越于现代性之上的视角，也就是古代哲学的视角。 根据斯特劳斯，政治哲学应该定义为一种关于“最好制度”(meilleur régime)的研究，关于一种“正当并且善的政治秩序”(ordre politique juste et bon et bon)。因此，政治哲学有必要区分城邦的实是(l’être)和城邦的应是(devoir-être)。然而，伴随着现代性的三次浪潮，古典政治哲学的智慧受到了严重的冲击。现代哲学抛弃了古典哲学关于自然正当的看法，导致了政治价值领域的历史主义和实证主义。根据历史主义，只有在历史中承认的、实现的，才是正当的，正如黑格尔所说“存在的是合理的，合理的是存在的”；根据实证主义，只有在科学领域才有真理，而在价值领域，不可能存在唯一的真理，从而只能产生主观的、任意的判断或者决定。 在斯特劳斯看来，从古希腊到卢梭，政治哲学所讨论的核心问题都在于：谁是合法的统治者(qui est le souverain légitime)？围绕着这一问题，政治哲学的讨论都在同一个领域内展开，即自然正当(droit naturel)的领域。在柏拉图和亚里斯多德那里，正当的理念，可以在自然之中找到，阶层化的宇宙，对应于阶层化的城邦。例如，在柏拉图的《理想国》，正义的前提在于统治者、武士、生产者三个阶层之间的和谐共处。而统治者应该是哲学家，掌握智慧，从而能够认识正义的理念，并且使正义的理念在城邦中实现。而城邦的正义，正是对正义的理念的分有。而在现代人这里，正当不再是一个内在于自然之中的理念，而是人的本性的要求。笛卡尔哲学革命的意义，不仅仅是我思原则的确立，而在于通过我思原则的确立，使得古代哲学的阶层式宇宙模式(如普罗提诺的“太一”——理智——世界灵魂的阶层结构)无法再继续，从而代之以上帝——思想——广延的新宇宙模式。在古代的宇宙论模式中，世界万物都不同程度地分有着上帝的理念，从而政治秩序，也不过是通过对上帝的理念的分有，使之在政治空间中实现。而在现代人的宇宙论模式中，一方面是无限的实体上帝，另一方面是有限的实体思想和广延。这样，物质界和思想界的联系被割断了。人的自然不再是phusis，而是要通过理性、自由意志、平等这样一些新的术语来界定。这样，政治的技艺就不再是将自然中既有的善、正义、好等理念运用于城邦，而是无数个自由意志或者有理性的存在者互相之间通过战争、协商、契约等形式来形成一个共同体并且决定谁来统治谁将服从的问题。但是，现代哲学中的各种自然权利论，仍然是将政治的基础奠基在某种“自然”(nature)之上，只是这种自然完全不同于古代哲学的自然。对于这一点，法国学者雷诺写道：“对于人之所是、具有理性和意志的存在，其本性的一部分在于能够不断地完善自身，为此目的，人能够在其原初的本性之外，建立一些规则和法律，从而他既是其主体(作者)，又是其客体(应用对象)”[ 11 ] 。我们接下来考察一下，古典的“自然”和现代的“自然”其区别何在。 在斯特劳斯和其他的古典派看来，古典思想是人们可以用来对抗或者超越现代性的一个选项。古典思想的重要发现在于，在“自然”概念中发现了某种“标准”，即好、善、正当的标准。这样，nomos、正当、善就不再是一种社会习俗或者历史、习惯的产物，也不是实际的法律、习俗的总和，而是一种超越于社会之“实是”的某种“应当”，而这种“应当”却是基于自然。在古代人这里，与现代人不同的是，这种具有规范性的“自然”，并不是某种基于主体的理性，而是一种实体因素，即宇宙的秩序本身，从而这样一种“自然”有着一种客观的、超越个体、超越历史的维度。对此，雷诺认为：“与现代人的‘主观正当’不同，政治哲学的古典版本因此提供的是一种‘客观正当’的本体——宇宙论模式，这种‘客观正当’并不是从人的理性的要求中得出来的，而是可以在自然之中得到观察和发现”[ 12 ] 。 古代人和现代人的自然观的差异，我们可以对比一下亚里斯多德和伽利略关于自由落体运动的看法。在亚里斯多德看来，一个物体从高处落下，是从“高”处到“低”处的运动，是物体在不同场所(lieu)的运动，而物体最终落在地上，是因为大地是其本来应该所在的位置(lieu propre)，是其归宿或者目的(telos)，而物体被扬至高处时，物体是处于其异己位置(lieu étranger)。这样，落体运动，就是回到物体本来的位置，这是一种回归其目的(telos)的运动。而在伽利略看来，落体运动不过是物体在重力的作用下的下坠运动，物体所经过的每一点不再具有特殊性，这种运动可以借助一个理想化的平面空间、通过重力、速度、加速度等进行描述。在古代人看来，宇宙中的一切，都有其目的，宇宙的所有运动，一定程度上都是回归其目的(telos)的运动，而如果每一物体都回归其应有的位置，宇宙必然处于一种完美的和谐之中，而就是正当。所以，古典哲学关于正义的经典定义，就是柏拉图在《理想国》第一卷中所提到的“正义就是给每个人以恰如其分的报答”[ 13 ] 。对此，法国杰出的法学家维勒伊(M. Villey)通过对罗马法的研究，发现在罗马法中，罗马人继承了发扬了古希腊的上述定义，从而将正义定义为“各归其所有”(suumcuiquetribuere， attribueràchacunce qui luirevient)。 雷诺教授接着指出，上述这种关于城邦正义的定义，首先能够避免现代思想中容易出现的关于正当和道德的混淆(confusion du droit et de la morale)。在古典思想中，正当关涉到的城邦的正义，而无涉于个人的道德。也就是说，正义并不必然意味着城邦中的每个人是道德的，因为正义只是要求赋予每人以这个人应得的份额，而不必关心这个人是不是理性的存在，是不是自由的个体，是不是有德性的公民。这样，政治正当关涉的是个体的行为，而道德关涉的是个人的动机等。政治和道德虽然仍然是两个互相关联的维度，但却得到了明确的区分。其次，古典的政治思想的优点还在于，不象现代人那样把正义视作普遍的、不变的，而是将其看作和自然一样随时变动的，这样，随着情境的变化和实践的需要，重新定义“好的体制”。 然而，在雷诺看来，尽管古典思想有着若干优点，但总的说来，现代的自然权利论，相对于古代人的自然正当学说，是一个进步。因为古代人的观点是以某种本体——宇宙论为前提的，因此这种宇宙论一方面预设了一个阶层化的宇宙，同时也预设了一个阶层化的宇宙，正因此如此亚里斯多德为古希腊的奴隶制作辩护，而这正是当代人所难以接受的。另一方面自然作为一种规范，与现实是否过于接近，以至于无法拉开距离，形成一个批判的维度？因为，作为规范的自然正当，其实不过是在现实自然之中通过观察得到的理念，那么这个理念的隐德来希最终也是在此现实自然之中，从而实现了理念的自然和未实现理念的自然二者之间无法拉开真正的差距。这样一种理念的庸俗版本，也就变成了“现实的就是合理的”这句黑格尔名言的庸俗理解。也就是说，古典自然正当学说，没有办法真正的区分实是和应是，区分事实和价值，区分实在和理想。
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user: 4. 结论 在前面两部分，我们看到，当代有两种哲学尝试，分别从不同的角度，对启蒙价值进行批判，这使得我们有必要以一种更清醒的眼光来重新考察启蒙价值。 对于后现代主义者来说，不存在一个永恒的不变的自然，而只存在历史中的自然、文本中的自然、话语论述中的自然、或者处在知识、真理、权力等元素的复杂互动关系之中的自然。而对于斯特劳斯等古典主义者来说，启蒙思想家甚至现代人所理解的自然，都不是真正的自然，而是一种理性的、虚构的自然，是人类理性的产物。在笔者看来，两种批判实际上都指向同一个靶心，即何谓自然？ 实际上，通过福柯等人的批判，当代哲学家不再简单地相信所谓的普世价值，不再简单地相信大写的、普遍的人性、理性等概念。另一方面，斯特劳斯及其学派，基于古典思想对于启蒙和现代性的批判，也是入木三分，发人深省，这意味着，我们必须对现代性重新进行价值重估。不过，无论古代世界如何美好，古希腊罗马世界如何辉煌，人类都不可能返回到古代，因为人类一旦陷入现代化的浪潮之中，就不再能够轻易脱身。而且，古代思想本身也存在问题，即无法在事实和价值之间拉开差距，从而对现实展开批判和修正，并且最终容易导致为历史辩护、为现实辩护。但所有这些批判，都促使我们重新思考启蒙，思考现代性。启蒙和现代性，已经不只是西方人的问题，也是中国人，全球所有民族所不得不共同面对的问题，为此，我们有必要一再地阅读、思考、研究现代性和启蒙运动的经典作家的作品。
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user: 摘 要 75%~85%的术后患者将会经历不同程度的疼痛，胸外科手术所引起的疼痛被认为是最强烈疼痛之一。对于很多术后患者来说，术后疼痛可能是他们一生中所经历的最为严重的疼痛。但是对于术后的镇痛方法，医学界至今并未达成相应共识，即使有共识，程度上也存在这巨大差异。临床上术后镇痛主要以西医治疗为主，但存在明显的不足，中医通过辨证论治结合针灸治疗在减轻术后疼痛方面有较好的疗效。因此，我们需要中西医结合，发掘更为安全有效的术后多模式镇痛方法，为减轻病人术后疼痛及疼痛造成的多种并发症提供科学的治疗方案。中西医结合的多模式镇痛方法在术后创口疼痛的治疗方面有相当广阔的前景，具有效果明显，安全无副作用等优点，值得进一步深入的研究。 关键词 :胸外科，术后，疼痛，中西医
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user: 1. 引言 国际疼痛协会(IASP)对于急性疼痛的定义为持续时间较短的，近期产生的，病因明确的疼痛。术后疼痛是指在手术结束以后所产生的急性损伤性疼痛，时间一般小于七天，这种疼痛是临床上最常见的并且需要妥善处理的急性疼痛[ 1 ] 。外科手术后所产生的疼痛多为比较剧烈的急性疼痛，这种疼痛是机体对疾病本身以及手术引起的创伤所产生的一种复杂生理反应。虽然这种疼痛持续的时间较短，但往往比较剧烈，特别是创伤比较大的手术，容易给患者造成精神上的打击，而且对全身各系统的功能还有影响，有时甚至会引起严重意外并危及患者生命[ 2 ] 。胸外科手术所引起的疼痛被认为是最强烈疼痛之一[ 3 ] 。这种疼痛给患者带来了极大的痛苦，并且还会导致很多很严重的并发症[ 4 ] 。因此，我们急需一种快速有效的控制疼痛，最大限度缓解病人痛苦的方法，这也是医务工作者最迫切解决的一个重要问题。但目前术后的镇痛方法有很多，而且病人病情千差万别，在保证病人安全的前提下，怎样选择合适的镇痛方法从而取得最佳的镇痛效果是临床医生所面临的难题。现就胸外科术后疼痛的中西医研究进展综述如下：
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user: 2. 胸外科术后疼痛的产生机制及对机体影响 当肋间神经暴露于肋骨的下端时，外科手术很容易引起肋间神经压迫，在进行肋骨切除或者用开口器牵拉肋骨时也会损伤到肋间神经，此外较低概率的肋骨骨折也会损伤肋间神经，若肋间神经陷入了愈合的伤口疤痕中，就会出现神经源性痛。通过肋间神经生理学评估我们发现，对于有完全神经障碍的患者，肋间神经的损伤往往是发生在扩开肋骨时[ 5 ] 。另一项研究通过对24例开胸术后的患者连续观察1个月，最终发现肋间神经损伤风险比较高的患者发生开胸术后疼痛的比例也会更高[ 6 ] 。肋间神经间接或直接损伤是导致胸外科术后疼痛的主要机制已成为共识[ 7 ] 。其次当外周神经损伤时，其对应的感觉神经元细胞就会产生大量自发性放电，这种放电被称为“异位放电”。这种异位放电通过对脊髓长期作用最终引起脊髓敏感化，这时候较轻的神经病理性痛所产生的神经损伤引起的刺激就可以导致脊髓的持续兴奋，使其对疼痛刺激的反应强度增加[ 8 ] 。因此，除了手术对神经的机械性损伤引起的疼痛外，中枢神经系统敏感性的改变是引起术后疼痛的又一主要原因[ 9 ] [ 10 ] 。但需要注意的是肿瘤复发也会引起比较剧烈的疼痛，特别是当肿瘤侵犯胸膜后，可以导致胸壁疼痛，这种疼痛容易与切口疼痛相混淆[ 11 ] 。 术后疼痛和一般的生理性疼痛不同，术后疼痛会使机体各系统出现相应的改变。术后疼痛会引发一连串的内脏反应，这也是其影响机体生理功能最主要的方面[ 12 ] 。疼痛还会使血液中儿茶酚胺含量升高以及自主神经活动异常，使机体出现呼吸浅快、恶心、呕吐、心动过速、心率失常、血压升高甚至心跳骤停等[ 13 ] 。同时机体会异常释放大量致痛、炎性介质，进一步加重了原发病的缺氧、缺血及水肿和引起体内激素和酶系统的代谢异常，最终使蛋白质分解加速，合成变缓慢，从而影响伤口的愈合。术后疼痛通过对中枢神经系统产生兴奋或抑制，从而引起精神抑郁[ 14 ] 。引起的肌张力增加使肺的通气功能下降，患者术后可能出现肺不张、缺氧和二氧化碳储留。术后疼痛尚可使患者手术部位的肌张力增加，从而限制了患者早期下床活动，进而影响机体恢复过程[ 15 ] 。同时术后疼痛会引起患者出现失眠、焦虑，这种心理因素以及上述疼痛产生的不利影响，无疑对患者术后的康复产生很大影响。有些患者甚至会出现较为严重的术后并发症[ 16 ] 。
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user: 3. 胸外科术后疼痛的分类与术后疼痛影响因素 术后疼痛主要包括躯体疼痛和内脏疼痛，躯体疼痛主要出现在手术直接波及到的部位，如皮肤、肌肉、骨骼及神经等组织，其疼痛位置主要在较表浅的伤口处，定位相对准确，其疼痛程度与损伤程度有关；内脏疼痛的位置一般比较深，疼痛性质主要为钝痛，其疼痛强度和内脏的敏感性有关[ 17 ] 。术后疼痛的持续时间及程度因患者的性别、年龄、道德修养、文化背景、教育程度的不同而略有所异。患者的性格、经历、情绪、对疼痛的认识及医务人员在患者心目中的地位也对疼痛起着十分重要的作用。此外手术因素和麻醉因素对术后疼痛也有不同程度的影响，主要表现在手术切口长度，切断肋骨情况，麻醉方法，用药种类及剂量等方面[ 18 ] 。
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user: 4. 胸外科术后疼痛的西医治疗 常用的术后镇痛药主要有阿片类镇痛药、局部麻醉药、非甾体类抗炎药、NMDA受体拮抗剂、α2受体激动药等。阿片类镇痛药可分为外周和中枢两种途径来达到镇痛目的。临床上常用药物代表有吗啡、哌替啶和芬太尼；局部麻醉药通过椎管内用药、区域神经丛或外周神经干的阻滞三种途径与阿片类药物联合应用。临床上常用药物代表有布比卡因、左旋布比卡因和罗哌卡因；非甾体类抗炎药通过抑制环化酶来阻断花生四烯酸生成前列腺素，联合使用可减少阿片类药物的用量。临床上常用药物代表有阿司匹林、布洛芬等；NMDA受体拮抗剂通过阻断NMDA受体相关的离子通道来抑制刺激在中枢的累积发挥镇痛作用。但其副作用较大，常与吗啡类或局部麻醉药联合应用，在增强镇痛效果的同时也可减少其他药物的副作用；α2受体激动药能抑制脊髓后角水平的伤害性刺激的传导，主要用于辅助其他局部麻醉药或阿片类镇痛药在椎管内用药用于术后镇痛的作用，其缺点是可引起低血压及嗜睡[ 19 ] 。常用的镇痛方法有肋间神经阻滞、胸段PCEA、胸膜内镇痛、胸椎旁间隙神经阻滞、静脉镇痛、鞘内注射吗啡、抗炎用药和辅助用药、肋间神经冷冻镇痛法等[ 20 ] 。硬脊膜外腔镇痛(PCEA)由于不良反应较少，镇痛效果最佳，目前广泛应用于临床，其他镇痛方式还有胸膜间和蛛网膜下腔给药、椎旁或者肋间神经阻滞、冷冻镇[ 21 ] [ 22 ] 。也有研究[ 23 ] 结果表明，即通过在术前使用区域阻滞等超前镇痛，从而减轻刺激向中枢神经系统的有效传导，最终阻碍中枢敏感性改变，可达到术后止痛或减轻疼痛的目的。但有学者[ 24 ] 认为，术前PCEA虽然能减轻患者术后急性疼痛强度，但不能降低慢性疼痛的发生率。
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user: 5. 胸外科术后疼痛的中医治疗 中医认为疼痛的产生机制主要为“不通则痛”和“不荣则痛”，不通多为实性疼痛，由邪滞经络脏腑导致气血阻滞引起。不荣主要由于气血阴阳不足，脏腑功能亏虚，致使经络脏腑及相应部位失于荣养充濡而引起。治疗方法主要有中药疗法、按摩疗法、针刺疗法。中药疗法根据疼痛的性质分为活血化瘀消肿止痛法和益气养血温经止痛法；按摩疗法具体又可分为手法按摩、器械按摩、自我按摩。在中医整体观念和辩证施治的基础上，以经络理论为指导原则，选取对应的穴位对然后施用不同的手法，最终达到止痛的目的；针灸疗法以中医经络理论为指导辨证取穴。根据“盛则泄之，虚则补之，热则疾之，寒则留之，陷下则灸之，不盛不虚，以经取之。”的原则，选取相对应的穴位后用针对穴位加以刺激已达到调和阴阳、扶正祛邪和疏通经络等作用，最终达到止痛的目的。目前，针灸疗法已广泛运用于各类手术围手术期[ 25 ] 。美国一项最新研究认为，针灸疗法可以促使机体释放一种天然的止痛物质，从而起到止痛效果[ 26 ] 。针灸疗法还具有调气与治神的功能，调节了疼痛产生的主要环节，因此具有较好的镇痛作用[ 27 ] 。
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user: 6. 总结 胸外科术后疼痛是一种常见的现象。然而，目前对于术后疼痛的预防以及治疗方法仍没有相对统一的标准。在临床上我们可以对即将接受手术的患者进行综合评估，从患者是否手术被决定的那一刻起，就应该制定好详细的术前术后麻醉方案，合理选择麻醉方法并可能的减轻手术给患者带来的疼痛。单纯的西医镇痛方法往往会引起一系列如恶心、头晕、呕吐等不良反应[ 28 ] 。严重时甚至危及患者生命。而单纯的中医镇痛方法在手术止痛中的应用也有相当大的局限性与不足，无法成为主流的治疗方法。若将两种止痛方法相结合既可以减轻西药的不良反应又可以弥补中医镇痛的不足。可以大幅减少了西医麻醉药的用量，增加了整体手术的安全性。但两种方式的具体结合形式还需要相关的临床论证以进一步完善。应用中西医结合的方法来减轻术后疼痛，减少止痛药物的用量及不良反应必将成为新的研究热点，期待着相应的研究成果能尽快产生以应用于临床。
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user: 摘 要 本文介绍了基于遗传算法解决最速降线问题的方法。我们使用算法精确地解出了无阻力、无初速度的最速降线。在此基础上推广，算出了考虑粘滞阻力或摩擦阻力的最速降线。并将计算结果与文献中的结果进行了比较，对唯一不一致的计算结果进行了详细的分析，证明了我们计算结果的正确性。结果显示，随着阻力的增大，最速降线将持续变直。 关键词 :遗传算法，最速降线，贝塞尔曲线，粘滞阻力，摩擦阻力
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user: 1. 引言 最速降线问题最初由伽利略于1630年提出。该问题考虑一个物体仅受重力作用，在竖直平面内从高处的起点无初速度不计阻力下滑到终点，求解一条线使物体下滑所花的时间最短。后来，牛顿，雅可比，莱布尼兹，伯努利兄弟等数学家、物理学家分别用不同的方法解得。而欧拉于1744年将该问题推广至一般解法，并由此催生出变分学这一支新的数学分支。 原始的最速降线是在无初速度和无阻力的条件下求解，然而，工程应用中往往需要考虑到实际情况，要将初速度和阻力等因素的影响考虑进去，而这些补充的条件往往使问题变得复杂，令求解困难。对于考虑粘滞阻力的情况下的最速降线， B. Vratanar and M. Saje [ 1 ] 和周嘉炜等人[ 2 ] 都分别给出了该问题的变分法求解；对于考虑摩擦阻力的情况下的最速降线，Jeffrey C. Hayen [ 3 ] 给出了该问题的变分法求解，而尤明庆的研究[ 4 ] 有未考虑向心力的疏漏。另一方面，随着计算机运算能力的迅猛发展，计算机智能算法在该问题上也有贡献，其中，周先东等人[ 5 ] 提出了运用粒子群优化算法求解原始最速降线问题，C. M. Wensrich [ 6 ] 则运用进化算法解决考虑摩擦阻力的最速降线问题。 不过鉴于目前尚无一个统一的方法讨论在各种条件下的最速降线，因此，本文尝试用同一种方式求解在各种附加条件下的最速降线问题。遗传算法是模仿自然界生物进化机制发展起来的一种搜索启发式算法，它非常适用于计算求最优解问题。本文利用遗传算法来对最速降线问题进行求解，在能精确地得到无初速度、无阻力的最速降线的基础上，进一步求解出在考虑粘滞阻力或摩擦阻力的情况下的最速降线，并与现有文献的数据进行比较，计算结果与大多数已有的成果相吻合。
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user: 2. 遗传算法计算原理 2.1. 利用贝塞尔曲线编码 遗传算法解最速降线问题首先要设计出曲线的编码规则，即用一种编码方式描述特定曲线的形貌细节。某一特定的编码在遗传算法中称为染色体。最直接的编码思路是记录平面上若干个点的坐标，各坐标点之间用直线连接，用这样的折线来近似地描述一条曲线。当坐标点取得越多，曲线也就越光滑。但这样的直接对坐标点进行编码会让染色体的复杂度随着曲线的光滑度增加而增加，进而导致种群在进化过程中不易收敛至最优解。为了简化编码，我们采用贝塞尔曲线插值方式仅记录少数几个控制点便可计算得出一条足够光滑的曲线。详细算法如下。 对于n阶贝塞尔曲线，则有 个控制点来确定曲线，其中 点和 点为曲线的两个端点，确定曲线起始和结束的位置，点 决定了曲线的走向。根据de Casteljau算法，对 阶贝塞尔曲线，有如下递推公式： 其中 为第 个控制点的 或 坐标， 为伯恩斯坦基底多项式， 是取值从0到 的整数， 是取值在0到1范围内的实数。 例如，取 时，我们有三阶贝塞尔曲线如下： 于是，我们将 个控制点的坐标作为曲线染色体，即： 将染色体(一组控制点的坐标)代入上述贝塞尔曲线的递推公式便可生成曲线上的各个点。至此，我们得到的一条贝塞尔曲线便是种群中的一个个体，该个体对最速降线问题的适应度由接下来介绍的适应度函数解得。由于程序计算过程中， 取值是离散的，所以得到的贝塞尔曲线仍是若干个点连成的折线。我们分别计算物体通过折线中的每段直线线段的时间。而物体通过所有直线段的时间累加起来就可以得到物体通过整条曲线的时间。 2.2. 适应度函数 适应度函数是遗传算法模仿自然选择中衡量生物个体在生存环境中的竞争力的参考指标。适应度函数的目的是评判某个体是否适合解决特定问题，适应度越高的个体将越有机会进入下一轮算法的筛选。对第 条特定的曲线，下滑时间为 ，由于最速降线问题中下滑时间越小越好，所以我们设置计算中采用的适应度函数为： 在3.1中说到我们分别计算物体通过直线段的时间。但对特定的条件都有统一的计算模式。给定的条件可以分为：无阻力，有粘滞阻力，有摩擦阻力，三种情况。 2.2.1. 物体无阻力下滑的计算 由于阻力为零，物体在直线上的运动状态为匀变速直线运动，设物体在直线上下滑的初速度为 ，直线的倾斜角为 ，竖直方向位移为 ，水平方向位移为 ，长度为 ，则 ，重力加速度为 ，对于物体下滑的加速度，有： (1) 对(1)积分得： (2) 最终解得： (3) 即物体在该线段下落所花费的时间。将解得的 回代入(2)式得该线段物体的末速度，也即是下一线段的初速度 。通过累加 得到物体通过第 条曲线的时间 。 (4) 2.2.2. 物体有粘滞阻力下滑的计算 在物体下滑的过程中考虑粘滞阻力得影响，则 ， 为粘滞系数。 其余条件如1.2.1所设。则对物体下滑的加速度有以下微分方程： (5) 解微分方程(5)得： (6) 的表达式由Mathematica TM 解得： (7) 其中 为朗伯W函数，该函数不能用初等函数表示。 由于 的表达式过于复杂，在编程中不易实现，所以在实际编程中采用微元法进行计算。具体方法是将该直线段分成 小段，每一小段中将 的 看成不变，恒为 ，从而令(5)式中的 为一常数，而在这一小段中，物体做匀变速直线运动，于是仿照物体无阻力下滑的计算，得出该小段中物体下滑所花费的时间 ： (8) 然后我们将直线上每一小段的时间加起来，得到物体通过该直线段 的时间；进而累加得到物体通过第 条曲线的时间 。 (9) 2.2.3. 物体有摩擦阻力下滑的计算 设摩擦力 ， 为摩擦系数。则与上述计算相类似地，我们可以得到物体沿直线有摩擦阻力下滑时的微分方程： (10) 对(10)积分得： (11) 我们最终可以算出物体通过该直线段所花的时间为： (12) 然而，考虑物体沿有摩擦阻力曲线下滑的过程并不是能单纯地等同于通过若干段直线段的过程。还需额外考虑法向向心力在重力的基础上增大摩擦力的影响。 已知 三点的坐标，可以求出过该三点的圆的圆心 和半径 [ 7 ] ，进而计算法向向心力的影响。 (13) (14) (15) 则物体在该段的瞬时向心加速度为 ，利用这个可以对(10)进行修改，得： (16) 同1.2.2的处理相类似，采用微元法，则物体通过一段微小直线的时间 为： (17) 进行累加得： (18) 2.3. 选择 与自然选择类似，适应生存环境的个体能获得更多繁殖下一代的机会。遗传算法中对下一代的父辈的选取原则是，个体的适应度值越高，被选择的几率就越大，常用的有“适应度比例法”，即个体被选中的概率与其适应度函数值成正比。若某个体 ，其适应度为 ，则其被选中的概率表示为： 2.4. 交叉 在遗传算法中，将父代的染色体交叉组合产生子代的染色体，从而可能使得双方的优势互补产生更优良的下一代。典型的交叉操作有：单点交叉，均匀交叉： 单点交叉：在染色体上随机找出一个点，该点前的遗传信息为父个体A的，该点后的遗传信息为父个体B的，组合产生子个体。 父个体A： 父个体B： ↓交叉 子个体： 均匀交叉：两个父个体染色体上的各点传递到下一代的几率都是一致的，子个体染色体上的各点，均匀且随机地来自两个父个体。 父个体A： 父个体B： ↓交叉 子个体： 2.5. 变异 遗传算法有与自然界的生物相类似的基因变异的操作，那就是在生成子代的时候，染色体上的某个位点有一定几率会发生一点随机的变动，从而产生上一代没有的新的遗传信息，而新的遗传信息可能会带来更好的适应度。 变异前的子个体： ↓变异 变异后的子个体： 2.6. 种群进化 以上就是本程序运用遗传算法解决最速降线问题的各种操作。在程序的开始，先随机生成一个种群，该种群拥有一批各种各样的染色体，但各个染色体表现出来的适应度并不一样，适应度高的个体将有更大的几率保留下来并在此基础上产生下一代，而适应度低的个体更有可能被淘汰掉而无法再进入下一轮进化。在种群繁衍下一代的过程中，父代通过染色体交叉的方式将遗传信息传递给子代，子代生成的过程中又有一定几率发生基因的突变。生成的子代将再次进入由适应度函数的筛选而繁衍出新一代子代。如此反复循环的种群进化，最终种群中的最优个体将逐渐收敛到问题的最优解上去。这就是我们要求的问题答案。