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重构被人类影响的海洋生态系统丁超 常允刚 杨杰翔摘　要研究如何构建可持续发展的海洋生态系统对于实现生态环境保护和资源最优化利用有着重要意义。本文构建了6种生物组成的混养系统，建立物种发展预测模型，给出了水质评价方法，建立了最优化捕捞策略模型，取得了较满意的结果。针对问题一：建立了有遮目鱼、梭鱼、海参、牡蛎、虾、绿藻构成的食物链，基于竞争捕食模型，建立了各物种的动力学微分方程（4）。查阅《2011-2015年中国海洋生物行业深度调研与投资战略咨询报告》有关数据可以得到相参数，得到方程（5）。利用MATLAB求解所得结果如表4.1-2。6个物种的数量分别为495、265、199、800、621、1242。针对问题二：如何在问题一的物种投放量情况下评价水质，选取影响水质因素的四个主要指标C含量、N含量、叶绿素含量和微生物含量作为评价指标，借用层次分析法模型给出四个指标的权重比。得出综合评价水质公式。在（一）的投放情况下计算得出D区水质综合得分为2.532，超出标准值，调整原始投放数据如表4.2-3所示，代如评价公式得到D区水质综合得分0.906.符合的较合理。针对问题三：如何在保证生态系统问题的前提下最大化经济收益。基于可持续捕捞模型，建立有人参与情况下的物种数量变化方程（15）。查阅《2011-2015年中国海洋生物行业深度调研与投资战略咨询报告》有关数据可以得到方程相关数据，建立最大收益目标函数，约束条件（19），代如数据得到总价值与水质得分之间的关系表：项目策略1234567总价值S（元）15660175611740018111208811744415441水质评分y0.50.870.951.053.13.814.51用Matlab对总价值和水质评分进行最小二乘拟合得到最佳捕捞结果如表4.3-2所示。关键字Lotka-Volterra模型水质评价Scheafer模型最优规划一、问题重述与分析1.1 问题背景位于陆地A和陆地B之间的区域过去长满了珊瑚礁并且支撑了一个巨大的生物种群。由于商业化遮目鱼养殖的引入，这一区域的生物多样性戏剧性地减少。曾经这里生活着大量的珊瑚现在都被淤泥所覆盖。自从珊瑚被埋葬以后, 由于过度的捕捞和缺少野生鱼的栖息地，现在已经很少有野生鱼出没了。然而鱼是当地居民的重要食物来源, 寻找新的方法来使得自然生态系统继续繁荣是关系到人民生活的重要事情，也就需要建立一个混养系统来代替现有的遮目鱼单养系统。理想情况下的混养方案是多种生物混养在一起，一些生物的排泄物恰好是另外一些生物的食物，这不仅会减少鱼养殖中向周围水体排放的富营养物质，同时也通过利用养鱼产生的大量副产品（贻贝，海带等）来增加农民的收入。就建模的目的而言，生物多样性环境中的主要动物生物体可细分为肉食性鱼类、草食性鱼类、软体动物、甲壳类动物、棘皮动物和藻类。根据供养种类，有初级生产者（光合作用生产者）、滤食性动物（株浮游生物，有机颗粒，部分水中微生物）、沉积性动物（吃泥土和消化其中的有机分子和养分）、食草动物（吃初级生产者）和捕食性动物（如食肉动物）。大多数动物的生长效率只有10-20％，所以他们摄入的80-90％的食物最终会以不同的形式释放出来，有些作为热量散发出来，有些是排泄物。在这一生物多样性的环境中，珊瑚的作用主要是划分空间，并通过让大量生物各自在一个狭小空间内获得适宜生存的环境，来使物种能够集中共存。珊瑚还可以进行一定的滤食，这有助于水的净化。一个海域支持珊瑚生存的能力，取决于许多因素，其中最重要的是水质。例如在该区域，当每毫升海水中含有50万至100万微生物，以及每升海水中含有0.25ug叶绿素时，珊瑚就能够生存繁殖。目前养殖区的水平是每毫升一千万微生物和每升15ug 叶绿素。遮目鱼养殖所产生的过剩营养使得海藻快速增长，因而阻止了珊瑚的生长。同时，由于遮目鱼养殖所产生的颗粒流入，降低了珊瑚进行光合作用的能力。因此，在珊瑚幼虫能够生长之前，必须保持适当的水质。1.2 问题提出问题一：建立一个完整的珊瑚礁食物链模型，其中包括作为唯一捕食性鱼类的遮目鱼，一种草食性鱼类（由你选择），一个软体动物物种，一个甲壳类物种，一个棘皮动物物种，和一个藻类物种。确定每个物种你认为合理的数量。阐述你的模型，说明每个物种如何与其他物种相互作用.问题二:说明你的模型如何预测水质的稳定状态，该水质能够保证珊瑚的持续健康生长。如果你的模型不能得出足够高的水质，你可以调整每一个物种的数量，直到你取得令人满意的水质水平，要清楚说明对哪个物种的数量进行了调整，以及为什么这种调整是合理的。问题三：最大化总价值。我们希望保持一种在可以最大程度上接受的水质和获得最大化价值（包括可以食用和可出售的水产品的总价值）之间的平衡关系。在模型中这些可供人类食用生物质来源于一切物种。改变你的模