生态工程设计

1、苏南地区农村工业对农业生态系统作用的 系统动力学模型1 背景调查长江中下游平原是中国三大平原之一。位于湖北宜昌以东的长江中下游沿岸，系由两湖平 原（湖北江汉平原、湖南洞庭湖平原总称） 、鄱阳湖平原、苏皖沿江平原、里下河平原（皖中平 原）和长江三角洲平原组成，面积约 20 万平方公里。（1）两湖平原包括湖南的北部和湖北的南部。远古时代这里曾是个烟波浩渺的云梦泽，后 来被长江及其支流冲刷下来的泥沙所填平。它的面积有 5 万平方公里，分为江汉平原和洞庭湖 平原两部分。平原上水网密布，向称“鱼米之乡” 。（2）鄱阳湖平原位于江西北部至安徽西南边缘，面积达2 万平方公里。地势低平，海拔在50 米以下。（

2、3）皖中平原位于安徽中部的长江沿岸，以及巢湖附近，面积较小。（4）长江三角洲位于镇江以东，运河以南，杭州湾以北，面积达5 万平方公里，由长江和钱塘江冲积而成，这里的海拔只有 10 米左右。三角洲上，河网纵横交错，湖泊星罗棋布，素称 “水乡泽国” 。这里盛产稻米、鱼虾，粮食产量在全国占有重要的地位，历史上曾有“苏湖熟， 天下足”的说法。国内外发展农村工业的实践表明,发展农村工业对提高农村经济水平尤其是发展中国家的农村经济水平有着积极的作用 ,但农村工业的发展对农业生产、资源环境也产生一些不利影响 . 为进一步弄清农村工业对农业生态系统的作用方面,探讨减少或避免农村工业给农业生产、资源环境带来不良

3、影响的途径,以供农村工业发达地区农村工业与农业生态系统 （农业生产、 资源环境 ） 的协调发展参考 ,本文以江苏南部农村工业发达地区的吴 江市为研究范例 ,采用系统动力学模型模拟分析方法,分析农村工业的发展对农业生态系统的影响.2概述以江苏南部农村工业发达地区的吴江市为研究范例,采用系统动力学模型模拟分析方法,分析农村工业发展对农业生态系统的影响 . 结果表明 ,农村工业的发展对农业生态系统有正负两方 面的影响 , 正影响表现为提高农民收入、增加农业投入、转移农村劳力等;负影响表现为导致耕地减少和环境污染等 . 农村工业实力增强后 ,若其产值利润以一定的比例用于发展农业和治理环 境,将能减弱或

4、避免农村工业给农业生态系统带来的负影响,达到农村工业与农业的协调发展.3研究方法3.1模型建立苏南地区的吴江市位于江苏太湖平原的最南端 , 全市人口 77. 48 万人 , 其中农业人口 60. 78 万人,耕地59. 74 X 103hm2（1994年吴江统计资料）近20多年来,农村工业迅速发展,成为农 村经济的主导力量 . 根据研究系统的特点和研究目的 , 在建立模型时 , 将吴江市农业生态系统划 分为耕地生产、牧业生产、渔业生产、农村工业、废水排放、耕地等6 个子模块 . 在对各模块进行因果关系分析及确定各变量类型和参数的基础上建立了系统仿真流图（ 图1） , 并用 DYNAMO仿真语言

5、编写仿真方程 . 仿真模型共有 253 个方程和语句 , 包括6 个状态变量、 10个速率变量、 41个辅助变量和16个参数变量参数值主要根据吴江市统计年鉴（19801994年）、江苏省环境质量报告书、吴江市社会经济发展规划等资料的数据获得, 仿真步长为 1 年, 仿真时间为1994 2009 年3.2模型试验方案由于模型建立的主要目的是分析农村工业发展对农业生态系统影响, 因而以农村工业产值年增长率 （ IVR） 和农村工业利润用于农业的比率 （ IVA） 和用于环境治理的比率 （ IVP） 为调控 参数, 进行以下两方面的模拟分析 1） 农村工业发展速度对农业生态系统的影响 : 根据对吴江

6、 市不同乡镇农村工业发展现状的分析 ，19901994年吴江市农村工业产值年增长率 (IVR)大致 在 15 25 %勺范围.据此设 5. 0 % 7. 5 % 10. 0 % 12. 5 % 15. 0 % 17. 5 % 20. 0 %22. 5 %25. 0 % 为农村工业产值的年增长率 ( IVR) ， 比较这几种发展速度下农业生态系统主要因子的变化情况 . 2) 农村工业产值利润用于农业和环境治理的比率对农业生态系统的影 响:1990 1994 年吴江市不同乡镇的农村工业产值利润用于农业的比率 ( IVA) 在7. 14 16. 65 %的范围 ， 用于环境治理的比率 ( IVP)

7、在3 . 2 13 . 80 % 的范围 . 据此，在农村工业发展速度不变 (产值年增长率为 17. 5 % ，19901994 年的统计值 ) 的情况下 ， 农村工业产值利润用于农业比率 ( IVA) 和用于环境治理的比率 ( IVP) 方案设计为 : IVA =5. 0 % ， IVP = 4. 0 %; IVA = 10 % ， IVP =8. 0 %; IVA = 15 % ， IVP= 12 %; IVA = 20 % ， IVP= 16 %.3.3 体现的原则 1因地因类制宜原则，因地制宜原则是根据交通线路经过的平原、丘陵、山地、荒漠等不同地 域条件乃至具体到地形、地貌、地质结构与

8、气候特征，分别进行设计。例如，平原地区交通建 设的生态目标可以确定为主要是美化交通与降低污染的目的，设置一定宽度的绿化带；对于雨 量比较丰富、光照充足的丘陵、山地，则可扩大工程范围，在交通线路经过区域设计相适应的 经济园林以及其它可以实现水土保护的工程方案；对于西北干旱地区的交通生态建设目标，主 要考虑保护路基、防止风沙，以及依托交通线路逐步改造生态环境。按生态演替规律设计建设2再生循环及商品生产原则，同步取得生态环境，经济和社会 3方面效益，故通过再生循环， 不仅要求迁移，转化，去除一些内源和外源的污染，而且要依靠再生和循环尽量高产，低耗， 优质，高效地生产适销对路的商品或可利用的原料，化废

9、为利，收到经济效益。3种群匹配原则，种群过分简单，是农田，人工林等人工生态系统稳定性差的关键原因。可以 根据物种共生互生，生态位原理，选择匹配次要种群，建立起复合群体。形成互惠互利的群落， 这是生态工程效益高低，结构是否稳定的关键。4人工压缩演替周期原则。5经济效益原则， 中国生态工程的价值是实利， 在净化和保护的同时， 往往还要产出一些商品， 如农，牧，水产，林，副业及工业等商品，有直接的利润和经济效益。6. 生物多样性原则 ，多样性原则是指交通生态系统的生物种群避免单一或简单化状况，如单一的 草地或乔木绿化带。为此，设计时应充分考虑并实现生物多样性原则，以求充分利用各类生态 位，分层分级利

10、用物质和能量。生物多样性还可以增强交通生态系统的稳定性，提高抗灾能力。4.流程图11.耕地面积2.农民建房用地3.道路等建设占地4.废水累积量5.废水年排放量6农村工业产 值7.农村工业产值增长速度8.农村工业治理废水资金9.废水自净量10. 3级延迟11.投入耕地的劳动力12.劳力年递增率13.非农产值14.非农业劳力15.农村工业劳动力16.牧渔业劳 力17.农村工业产值利润18.农村工业用于农业的资金19.农业再生产资金 20.农业再生产资金中用于农业机械的资金21.用于农业基本建设的资金22.用于购买化肥的资金 23.用于牧渔生产的资金24.牧渔生产产值25.作物总播种面积 26.种植

11、业产值27.复种指函数28.牧渔生 产规模9.耕地化肥用量30.耕地有效灌溉率 31.农机械总动力32.农机折旧率33.表函数（灌 溉率与单产的关系）34.表函数（化肥用量与单产的关系）35.科技进步因子36.粮食单产37.表 函数（有机肥与粮食单产的关系）38.有机肥投入39.粮食需求总量40.人口 41.人粪尿42.秸秆还田量43.畜禽粪便44.表函数（有机肥投入转为土壤有机质的关系）45.粮食作物面积 46.土壤有机质含量47. 土壤有机质矿化量48. NOISE函数49. 土壤有机质减少率50.耕地产值51. 农村工业治理环境资金系数52.农村工业支农系数53.种植产值用于再生产的系数

12、54.牧渔业产值再生产的系数55.农业再生产资金用于农机建设的系数56.表函数57.农业再生产资金用于农田建设的比率 58.农业再生产资金用于化肥的比率59.农业再生产资金用于牧渔业生产的比率60.畜禽产粪率61.谷草比62.秸秆还田率63.人粪便还田率64.人均年需求粮食 65.人 均年排粪率66.畜禽粪还田率67.耕地减少率68.废水增加率69.废水减少率70.耕地劳力减 少率71.耕地劳力增加率 72.农机增加率73.农机减少率74.粮食作物面积减少率75.粮食作物面积增加率76.有机质增加量5 总结农村工业的发展对农业生态系统有促进和抑制作用,促进作用表现在提高农民收入、 增加农业投入、转移农村劳力等 ;抑制作用表现为减少耕地、污染环境等. 农村工业对农业生态系统的促进和抑制作用的程度取决于农村工业发展的速度、农村工业支持农业的强度和