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Two-dimensional Noncommutative atom Gas with Anandan interaction
Landau like quantization of the Anandan system in a special electromagnetic
field is studied. Unlike the cases of the AC system and the HMW system, the
torques of the system on the magnetic dipole and the electric dipole don't
vanish. By constructing Heisenberg algebra, the Landau analog levels and
eigenstates on commutative space, NC space and NC phase space are obtained
respectively. By using the coherent state method, some statistical properties
of such free atom gas are studied and the expressions of some thermodynamic
quantities related to revolution direction are obtained. Two particular cases
of temperature are discussed and the more simple expressions of the free energy
on the three spaces are obtained. We give the relation between the value of
and revolution direction clearly, and find Landau like levels of the
Anandan system are invariant and the levels between the AC system and the HMW
system are interchanged each other under Maxwell dual transformations on the
three spaces. The two sets of eigenstates labelled by can be related
by a supersymmetry transformation on commutative space, but the phenomenon
don't occur on NC situation. We emphasize that some results relevant to Anandan
interaction are suitable for the cases of AC interaction and HMW interaction
under special conditions.Comment: Latex, 10 page
Towards sustainable chemical fertilizer management in China : from theory to farm household
Over the past few decades, Chinas grain production has expanded drastically. On the one hand, this has eliminated food shortages and allowed China to feed its huge and still growing population. On the other hand, the rapid growth in grain productivity has come at a heavy cost. Excessive fertilizer use has led to a variety of negative consequences that threaten national food security and environmental sustainability. Since the 2010s, the Chinese government and academia have made considerable efforts to reduce the consumption of chemical fertilizers and improve nutrient management. These include a wide range of regulations to control or guide chemical fertilizer use, policies to eliminate subsidies for the fertilizer industry, and nationwide promotion of scientific fertilizer application methods. In response to these efforts, Chinas overall fertilizer application rate has been declining since 2016. However, China still applies far more fertilizers than its crops need, and the current crop Nitrogen Use Efficiency (NUE) and Phosphorus Use Efficiency (PUE) in China are both below the global average. Therefore, reducing dependence on chemical fertilizers for crop production and sustainably feeding a large population remains a key challenge for China.
This dissertation aims to contribute to sustainable nutrient management in China by providing a comprehensive and in-depth understanding of fertilizer use and management at the national, regional, farm and household levels. In the first study (Chapter 2), a systematic review of the historical development and current status of chemical fertilizer use and management in China at the national level is presented. In addition, fertilizer nutrient surpluses are estimated for 30 provinces in China and the regional and temporal variations are visualized. In the second study (Chapter 3), the relationship between fertilizer nutrient surpluses and the regional economy at the provincial level is examined within the framework of the Environmental Kuznets curve (EKC) hypothesis. A panel cointegration approach is employed, using time-series data from 1988 to 2019. In the third study (Chapter 4), the research focus is further narrowed to the farm household resolution. Using cross-sectional survey data from 774 maize-growing farms in northern China in 2019, the study investigates the role of farm characteristics, farmers knowledge, perceptions, and socioeconomic context in farmers fertilizer use strategies.
The studies confirm that by 2021, China has reached zero growth in fertilizer use and fertilizer nutrient surpluses at the national and regional level. However, regions with a high proportion of cash crops, such as the southeast coast and northwest, still suffer from high nutrient surpluses. Furthermore, in circa 2012, China has reached its EKC turning point between fertilizer nutrient surpluses and GDP per capita. With further economic growth, the fertilizer surpluses in most Chinese provinces will decrease, indicating a moderating of the tension between economic development and the environment. Looking at the farm and household level, the study shows that in northern China, small farms are more likely to overuse fertilizers in maize cultivation without further yield improvement. Current extension programs have had a positive impact on farmers fertilizer use strategies and environmental awareness; nevertheless, the coverage and effectiveness of trainings should be improved.
In summary, the dissertation identifies the following key factors that impede sustainable chemical fertilizer management in China: small farm size; regional economic dependence on cash crops; the large discrepancy between farmers practices and scientific production guidelines; and the shrinking and aging of Chinas rural labor force. To address these aspects, the dissertation proposes recommendations at the national strategic level, policy level and implementation level, respectively. The findings and recommendations of this dissertation can serve as a robust decision support and scientific basis for policy makers, stakeholders and researchers in the field of sustainable nutrient management in China.In den letzten Jahrzehnten ist die Getreideproduktion in China drastisch gestiegen. Einerseits hat dies die Nahrungsmittelknappheit beseitigt und China in die Lage versetzt, seine riesige und wachsende Bevölkerung zu ernähren. Andererseits wurde der rasche Anstieg der Getreideproduktivität mit einem hohen Preis bezahlt. Der übermäßige Einsatz von Düngemitteln führte zu einer Reihe negativer Konsequenzen, die die nationale Ernährungssicherheit und die ökologische Nachhaltigkeit bedrohen. Seit den 2010er Jahren haben die chinesische Regierung und die Wissenschaft erhebliche Anstrengungen unternommen, um den Einsatz von chemischen Düngemitteln zu reduzieren und das Nährstoffmanagement zu verbessern. Dazu gehören eine Vielzahl von Vorschriften zur Kontrolle und Steuerung des Einsatzes von chemischen Düngemitteln, Maßnahmen zur Abschaffung von Subventionen für die Düngemittelindustrie und die landesweite Förderung wissenschaftlicher Methoden zur Verwendung von Düngemitteln. In Folge dieser Bemühungen ist die Gesamtmenge des verwendeten Düngers in China seit 2016 rückläufig. Allerdings wird in China immer noch weit mehr Düngemittel ausgebracht als nötig und die derzeitige Stickstoffnutzungseffizienz (NUE) und Phosphornutzungseffizienz (PUE) in China liegen beide unter dem weltweiten Durchschnitt. Daher bleibt die Verringerung der Abhängigkeit von chemischen Düngemitteln für die Pflanzenproduktion und die nachhaltige Ernährung einer großen Bevölkerung eine zentrale Herausforderung für China.
Diese Dissertation soll einen Beitrag zum nachhaltigen Nährstoffmanagement in China leisten, indem sie einen umfassenden und tiefgehenden Einblick über den Düngemitteleinsatz und -management auf nationaler, regionaler, betrieblicher und Haushaltsebene gewährt. Die erste Studie (Kapitel 2) gibt einen systematischen Überblick über die historische Entwicklung und den derzeitigen Stand der Nutzung von chemischen Düngemitteln in China auf nationaler Ebene. Darüber hinaus werden die Düngeüberschüsse für 30 Provinzen in China berechnet und die regionalen und zeitlichen Schwankungen dargestellt. In der zweiten Studie (Kapitel 3) wird die Beziehung zwischen Düngemittelüberschüssen und der regionalen Wirtschaft auf Provinzebene im Rahmen der Umwelt-Kuznets-Kurve (EKC) Hypothese untersucht. Es wird ein Panel-Kointegrationsansatz mit Zeitreihendaten von 1988 bis 2019 verwendet. In der dritten Studie (Kapitel 4) wird der Forschungsschwerpunkt weiter auf die Ebene der landwirtschaftlichen Haushalte eingegrenzt. Unter Verwendung von Querschnittserhebungsdaten von 774 Maisbetrieben in Nordchina aus dem Jahr 2019 untersucht die Studie den Einfluss verschiedener Faktoren auf die Einsatzstrategie von Düngemitteln wie betriebliche Merkmale, Wissen und Auffassungen der Landwirte und sozioökonomischer Kontext.
Die Studien bestätigen, dass China seit 2021 auf regionaler und nationaler Ebene ein Nullwachstum beim Düngemitteleinsatz und bei Düngemittelüberschüssen erreicht hat. Jedoch leiden Regionen deren Produktion einen hohen Anteil an Cash Crops aufweist, wie die Südostküste und der Nordwesten, immer noch unter hohen Düngemittelüberschüssen. Darüber hinaus hat China um das Jahr 2012 den EKC-Wendepunkt zwischen Düngemittelüberschüssen und BIP pro Kopf erreicht. Mit weiterem Wirtschaftswachstum werden die Düngemittelüberschüsse in den meisten chinesischen Provinzen abnehmen, was auf einen Nachlass des Spannungsverhältnisses zwischen wirtschaftlicher Entwicklung und Umwelt hindeutet. Beim Betrachten einzelner Betriebe und Haushalte zeigt die Studie, dass in Nordchina kleine Betriebe zum übermäßigen Verbrauch von Düngemittel, welcher sich nicht in Ertragssteigerungen widerspiegelt, neigen. Die derzeitigen Beratungsprogramme haben sich positiv auf die Strategien und das Umweltbewusstsein der Landwirte beim Düngemitteleinsatz ausgewirkt. Die Reichweite und Wirksamkeit von Schulungen sollte jedoch verbessert werden.
Zusammenfassend werden in der Dissertation die folgenden Schlüsselfaktoren identifiziert, die ein nachhaltiges Management chemischer Düngemittel in China behindern: geringe Betriebsgröße, regionale wirtschaftliche Abhängigkeit von Cash Crops, starke Diskrepanz zwischen den Praktiken der Landwirte und der wissenschaftlichen Produktionsrichtlinien sowie Chinas schrumpfende und alternde ländliche Arbeitskräfte. Um die oben genannten Probleme anzugehen, werden in dieser Dissertation Vorschläge für eine nationale Strategie, für die Politik und für deren Realisierung vorgetragen. Die Ergebnisse und Vorschläge dieser Dissertation können politischen Entscheidungsträgern, Interessengruppen und Forschern im Bereich des nachhaltigen Nährstoffmanagements in China als fundierte Entscheidungsgrundlage und wissenschaftliche Basis dienen
Proteomic and transcriptomic analysis of near-isogenic soybean lines differing in seed protein content
This thesis provides insights to molecular mechanisms and regulatory networks as related to changes in seed protein content in near-isogenic soybean lines. The insights of metabolic regulations from this study will help to point out the factors that may change overall seed composition during seed development, and guide enhancement of protein and oil accumulation in soybean. Ultimately, the understanding of metabolic regulations from this study will guide the expansion of marketability and the increase in economic value of soybean. This thesis focuses on identifying genes and proteins that are important in controlling soybean seed composition by a combination of proteomic and transcriptomic analyses of near-isogenic soybean lines differing in seed protein content
Private Model Compression via Knowledge Distillation
The soaring demand for intelligent mobile applications calls for deploying
powerful deep neural networks (DNNs) on mobile devices. However, the
outstanding performance of DNNs notoriously relies on increasingly complex
models, which in turn is associated with an increase in computational expense
far surpassing mobile devices' capacity. What is worse, app service providers
need to collect and utilize a large volume of users' data, which contain
sensitive information, to build the sophisticated DNN models. Directly
deploying these models on public mobile devices presents prohibitive privacy
risk. To benefit from the on-device deep learning without the capacity and
privacy concerns, we design a private model compression framework RONA.
Following the knowledge distillation paradigm, we jointly use hint learning,
distillation learning, and self learning to train a compact and fast neural
network. The knowledge distilled from the cumbersome model is adaptively
bounded and carefully perturbed to enforce differential privacy. We further
propose an elegant query sample selection method to reduce the number of
queries and control the privacy loss. A series of empirical evaluations as well
as the implementation on an Android mobile device show that RONA can not only
compress cumbersome models efficiently but also provide a strong privacy
guarantee. For example, on SVHN, when a meaningful
-differential privacy is guaranteed, the compact model trained
by RONA can obtain 20 compression ratio and 19 speed-up with
merely 0.97% accuracy loss.Comment: Conference version accepted by AAAI'1
Features and current status of Pu'er food culture : Challenges toward cultural environment preservation
Time-periodic solution to nonhomogeneous isentropic compressible Euler equations with time-periodic boundary conditions
In this paper, we study one-dimensional nonhomogeneous isentropic
compressible Euler equations with time-periodic boundary conditions. With the
aid of the energy methods, we prove the existence and uniqueness of the
time-periodic supersonic solutions after some certain time
Global existence and stability of subsonic time-periodic solution to the damped compressible Euler equations in a bounded domain
In this paper, we consider the one-dimensional isentropic compressible Euler
equations with source term in a bounded domain,
which can be used to describe gas transmission in a nozzle.~The model is
imposed a subsonic time-periodic boundary condition.~Our main results reveal
that the time-periodic boundary can trigger an unique subsonic time-periodic
smooth solution and this unique periodic solution is stable under small
perturbations on initial and boundary data.~To get the existence of subsonic
time-periodic solution, we use the linear iterative skill and transfer the
boundary value problem into two initial value ones by using the hyperbolic
property of the system. Then the corresponding linearized system can be
decoupled.~The uniqueness is a direct by-product of the stability. There is no
small assumptions on the damping coefficient
- …