生态工程学2-2014.3PPT.ppt

(3) 建模实例 农牧业生态系统参数确定 土壤库存量x1 ：根据江苏苏锡常三市1 9 8 0年、1 9 8 5年土壤 普查确定的土壤类型和土壤内三元素含量（全氮、全磷、全 钾分别为 0. 143%、0. 090% 和1. 700% ）， 按每公顷土壤重 2250t(耕 作 层 2 0 c m ) ,得土壤库存中氮、碳、钾量 。 作物库存量:一年内的吸收量。稻麦棉油多年平均单产和整株作 物体氮碳钟含星求得。为 196. 20、39. 52和 166.40kg/ha。 牲畜库存星量X3：一年中输入的全部饲料和上年末牲畜存栏数, 牲畜以牛、羊、猪、禽为主,与文献中折算系数相乘后得 ,氮、 磷、钾 分 别 为 106. 52 、18. 89 和 30. 66kg。 外界对土壤的输入：包括化肥、降水和灌溉输入。 土壤库输出：包括淋洗、渗漏和氮素挥发。 作物库输出：作物吸收量减去返回土壤和提供饲料的数量。 4 生态工程设计 技术组合：生态工程的创新性不在于组成的各单项技术，而在于因地、因类制宜的优化组合。通过组合，促进多系统内空间、时间的耦合，多层次利用，变废为宝，促进与加速物质循环与流动，恢复受污染或破坏的生态系统。 组合的方法：加环或减环,增加或改变接合点，改善或加强链网联接及各环节的协调比量，疏通物流、能流通路，联结原本平行、独立的、无或少联系的一些子系统,如鱼池、养殖场、农田等，使之成为互利共生的网络系统； 所用设备，大部分是自然界所有的，如各种动植物、微生物。也可包括一些人为设备、如沼气发酵罐、养鱼池、畜禽舍等、 ,或回收、转化、利用、加工一些产品、副产品、废物的工艺设备。 (1) 生态工程设计原则 因地因类制宜原则 自然条件（如气候、地形、地貌、可供生态工程的土地及水体的类型、面积和体积 ,植被的状况等）, 空间异质性，布局。多样性选择。 经济条件（可能的投资、物力、产品的市场及其潜力等）,社会状况(如体制、文化、有关的方针政策、社会习惯等) 技术水平。 如沼气池。山地公园的水体景观选址、设计。 生态学原则 适当输入辅助能。 再生循环原则 生物多样性原则，景观生态原理与群落学原理。 环境的时间节律与生物的机能节律原则 物种选择的多功能性与适应性 种间协调与资源利用最大化—优化物种组成与结构 人工加快演替周期 专题二 生态工程学模型与生态工程设计 生态工程模型的概念 生态工程以复杂系统为对象，系统工程。 模型是对复杂系统的简化描述，可抽象、概括问题的轮廓和主要特征。 依据：等级组织原理或整合层次原理（ Integrative level principle), 黑箱原理(Black box principle)。 描述和预测系统的行为，并非要完全知道系统以下层次的构成。在复杂的生态系统研究中，重要特征的定性解释和预言，比非重要特征的精确阐明更有价值。 细胞 器官 个体 种群 群落 生态系统 景观 生物区 生物圈 复杂性 等级 行为过程放慢 分辨率下降 2 生态工程模型常用类型 模型类型： 概念模型（文字模型）、物理模型和数学模型。 概念模型。 通常将生态系统中的各个分室或每个生态过程进行划分和确定，并以符合生态生物学习惯的文字加以叙述。 通常采用流程图或框图的方式表示，是建立数学模型的起点。 数学模型 模拟和预测系统的动态变化过程，或有时用其来检验概念模型的缺陷。 真实性即模型的数学描述翻译成概念时，是否符合所描述的生物生态学概念和原理。 精确性即模型模拟、预测系统数值改变和反映系统实际数值的能力。 普遍（普适）性即模型的适用范围，与模型的分辨能力和完整性有关。 常用的数学模型类型：分室模型，黑箱模型。 物理模型 系统动力学模型： 机制，深入分析，借鉴参考。 生态系统能量模型 果/蔬 子系统 x2 畜禽 子系统 x3 土壤子系统 x1 f20 f02 f30 f01 f03 f10 f32 f13 f12 f21 基于农户、自然村的N循环模型—数学模型结构 （2）数学模型① 数学模型的结构 分室模型状态方程的一般通式为 △x=Ax+u 其中， △x为库存量的变值；A 为分室之间流通率；u 为外部输入，或强制函数。 △x1 △x2 △x3 系统变量,即状态变量，x分室的库存量； 传递函数 Transfer functions ,即函数关系， 系统各个组成之间的流和相互关系。 包含参数与常数。参数—函数关系中的一些定数。 常数—模型中的恒定不变量。如作物从土壤中吸收的有效氮的比率，60%。 强