物质流、能量流和信息流分析应用于养殖种植一体化系统的探讨

从物质流、能量流和信息流分析的角度对种养一体化系统进行了探讨,为定量化研究种养一体化系统的生产及对指导能量、物质投入,调整系统产业结构,合理利用废弃物资源,提高系统生产力提供参考。     

黑龙港地区水土资源经济系统耦合协调评价研究

区域水土资源经济系统是一个具有复杂结构和功能的耗散系统,各子系统间存在着能量流、物质流和信息流的密切交换,各要素因子间相互依存,彼此影响,协同演化.从系统耦合与协同的角度,建立了区域水资源、土地资源和农业经济系统耦合协调模型,并利用熵值赋权法和ArcGIS 10平台,对黑龙港地区水土资源经济系统开展了耦合协调分析.结果显示,黑龙港全区水土资源经济系统耦合协调状况较差,主要属于初级协调 中级协调发展类型,部分地区属于勉强协调发展类型和濒临失调衰退类型.分析结果与黑龙港地区水土资源条件和农业经济发展状态相吻合,能够为区域资源开发和经济发展提供支持和借鉴.     

地下水系的出流与贮存

地下水是世界上重要的淡水资源 ,对维持溪流、湖泊、湿地和水生群落起着非常重要的作用。地下水系除了集中以泉水排出或向凹穴补给外 ,其动态性质并不明显。由于人类与气候的压力 ,地下水的出流与贮存是不断变化的。水流和溶质运移的计算机模型是评价地下水资源的必要工具 ,应用于区域污染和大陆规模流体迁徙的大矿体源污染领域。示踪技术用于估计壤中水的滞留时间、排水和补给水的数量及时间调配。地下水补给量是评价地下水资源的重要因素 ,其补给量的确定非常困难 ,测量方法也多种多样。气候变化对地下水补给量的影响也是难以评定的。地表水体与地下水的相互作用由地下水流系统的位置、河床和入渗物质的特征、气候环境决定。人们长期大量使用地下水资源而导致的地下水与地表水在时空上的显著变化是未来所面临的挑战。     

撒施肥料一维畦灌地表水流与溶质运移模型构建与验证

模拟撒施肥料下的一维畦灌地表水流与溶质运移过程可为采用先进的畦灌液体施肥方式提供对比依据。该文基于湍流理论垂向流速线性与对数分布规律及不可压缩流体力学连续方程,构造沿畦长及任意垂向断面的非均布流速场和溶质浓度场,建立起撒施肥料下的一维畦灌地表水流与溶质运移模型,并利用典型畦灌施肥试验结果,检验该模型的模拟效果。结果表明,建立的模型不仅具有在撒施肥料状况下较好模拟地表水流运动和溶质浓度时间变化过程的能力,还具备较佳的水量和溶质质量守恒性,从而为评价撒施肥料下的畦灌施肥系统性能及与其它施肥方式下的畦灌施肥系统性能对比,提供了实用的数值模拟工具。     

基于信息熵的区域人海复合生态系统可持续发展分析

从"人-海"复合生态系统整体视角,分析了海洋生态系统的耗散结构特征;依据耗散结构及信息熵理论和方法,从熵流和熵产生两方面构建了"海洋生态系统演化指标体系",以海洋大省山东省为例,对海洋生态系统的演化趋势进行了熵变分析;采用可持续发展评估模型,以综合协调的观点探索海洋生态系统的可持续发展能力。研究结果显示:（1） 2006-2013年,山东省海洋生态系统的内部负反馈机制始终占优势,系统向有序方向发展,且2009年之后系统的内部活力上升,健康、稳定性趋强;（2） 山东省海洋生态系统的资源承载能力、价值产出能力及综合环境管理能力都不断增强,综合可持续发展能力呈上升趋势;（3） 山东省海洋生态系统的综合发展水平不断提升,2013年已进入较高级发展状态;海洋社会经济与自然生态系统之间的总体协调发展能力处于波动上升时期。     

基于物质流和能量流分析的循环农业园产业链优化

通过物质流和能量流分析产业链运行状况和存在问题,优化资源配置方案,促进农业园区生态保护和资源环境的永续利用。该文通过物质流和能量流分析方法,以天水国家农业科技园区为例,基于适当的指标体系评价园区循环发展状况,提出园区产业链的调整思路。结果表明:1)园区资源产出率为0.54万元/t,能源产出率为2.60万元/t,资源综合利用效率偏低,资源配置不合理,产业耦合程度较低,经济发展与生态保护难以兼顾。2)引进食品加工业,推进光伏发电、生物天然气工程和生物质成型燃料加工工程,使园区的资源产出率提高为0.67万元/t,能源产出率提高为3.35万元/t,促进了园区循环经济的发展。3)从供给侧调整,用市场需求决定经济导向,加强园区科技创新力度,做好示范和推广。这一方法对国内其他产业园区循环经济的发展、规划和评价有一定的借鉴意义。     

城市能源消费结构变动的环境效应探析——以兰州市为例

城市生态经济系统是一个由“环境-资源-生产-消费-环境”组成的物质循环系统，在这一物质循环系统中消费通过前后向关联．从生产到资源利用和直接向环境排放废弃物两个方向影响着城市环境。以河谷型大城市兰州市为例，利用灰色关联度模型，通过分析1990-2002年间能源消费与环境变量之间的关联度，来探讨城市能源消费结构变动的环境效应及其作用机理。     

基于耗散结构理论的黄土丘陵区耕地利用变化分析

耕地利用和保护是关系我国国民经济和社会可持续发展的全局性战略问题。针对黄土高原耕地利用和保护面临的问题,根据耗散结构理论,以黄土丘陵区耕地资源为研究对象,通过分析黄土丘陵区耕地资源利用的特点,构建了耕地系统的熵流模型,耕地利用效益、光合转化效益及生态效益是影响该区域耕地系统有序性的关键。以上黄试区为例,分析了该试区不同时期耕地系统熵流变化的规律。结果表明,从"六五"时期至"十五"时期,通过对该试区耕地系统进行综合治理,耕地系统的熵值逐步减少,其不同时期的熵变值分别为-0.6524、-0.1988、-0.3421、-0.2664和-0.2900,表明耕地系统的有序性、稳定性逐步提高。     

以沼气为纽带的生态村循环系统能值分析

为综合评价以自然村为依托建立的以沼气为纽带的生态村循环系统,该文以北京市顺义区北郎中村沼气为纽带的生态村循环系统（biogas-linked eco-village circulating system, BECS）为研究对象,基于能值流图和指标体系,对该系统从资源利用、环境安全与可持续性、经济生产效益以及自组织能力4个方面进行定量解析和综合评估,并与种养结合循环农业系统和"四位一体"系统2个典型不同规模的以沼气为纽带的生态系统进行比较。结果表明,以沼气为纽带的生态村循环系统更有利于资源和产业的合理规划配置,具有可更新资源投入比例高、系统内部物质循环利用率高、内部反馈能值大、对环境压力小、可持续性强、稳定性强等优势,其研究区单位面积产出经济价值为23.43元/a,有显著的经济效益,是一种具有良好综合效益的可持续发展的生态农业系统。该文为以沼气为纽带的生态村循环系统的推广提供了一定的科学参考。     

农业资源高效利用模式优化与技术体系集成辅助专家系统的初步设计

基于对不同类型区农业资源高效利用模式优化与技术体系集成及专家系统的内涵和特点的认识,针对我国农业资源高效利用与规划管理的实质,探讨了农业资源高效利用模式优化与技术体系集成辅助专家系统（ＡＲＡＥＳ）的设计。在剖析了ＡＲＡＥＳ的总体目标和具体任务的基础上,从人员组成、硬件／软件系统、数据库、知识库、方法库、模型库等方面,阐述了系统的组成;从系统基本功能和应用功能方面,论述了ＡＲＡＥＳ的系统功能设计。从目前系统设计中存在的问题与困难等方面,分析了ＡＲＡＥＳ系统实现的可行性、艰巨性及其途径。     

阶段性缺水对冬小麦耗水特性和叶面积指数的影响

为了缓解华北平原淡水资源的不足,合理调配水资源,在中国科学院南皮生态农业试验站进行了淡水阶段性缺水灌溉试验研究,结果表明,当某生育阶段灌水被取消时,不但使作物在本生育阶段受水分胁迫,而且在后续生育阶段也受到一定程度的水分胁迫。相比阶段性缺水来说,旱作对叶面积指数和产量的影响程度最大。与充分灌溉的叶面积指数相比,缺水阶段的减小并不是最大的,缺水阶段之后的叶面积指数减少更大,从节水和对作物生长的影响2个方面综合考虑,缺灌浆水对叶面积指数和产量的影响程度最小。在淡水资源缺乏的区域采用阶段性缺水灌溉是节约水资源的重要途径。     

基于耦合协调度模型量化耕地自然质量与立地条件协同关系

耕地自然质量条件与立地系统共同决定了耕地可持续的生产能力,测算二者之间的协同比例关系可为耕地资源的保护分区提供理论和方法借鉴。该文以辽宁省不同地貌区为例,通过构建不同地貌区耕地自然质量评价系统与耕地立地条件评价系统,运用耦合协调度模型量化分析二者之间的协同关系,最后依据二者之间协同关系特征建立耕地资源保护分区。研究结果表明:在辽宁省西部的丘陵地貌区、中部的平原地貌区以及东部的山地地貌区,耕地资源保护优势条件特征存在区域差异,3个地貌区耕地自然质量条件与立地条件协同关系比值分别为4:6、6:4和5:5,应遵循耕地资源条件的地域差异特征实行协同保护。在此基础上,依据耕地资源优势条件特征将辽宁省耕地区域划分为核心保护区、优势整治区以及重点调控区,并提出不同区域耕地资源差异化的利用和保护措施。该研究结果体现了不同地貌区耕地资源优势保护条件特征的差异性与规律性,可为省域尺度耕地资源的永续利用提供参考借鉴。     

中国粮食安全评价指标体系构建及实证分析

运用食物系统的观点,结合中国实际,从粮食生产资源、粮食可供量与稳定性、粮食获取能力和粮食利用水平等4个层面出发,构建了中国粮食安全评价指标体系,并对中国1990-2011年来的粮食安全状况进行了定量评价。结果表明:中国粮食安全系统的发展呈现出稳步上升、快速下降和快速上升3个发展阶段,粮食安全系统的4个子系统也呈现出显著的阶段性变化特征,其中粮食生产资源和粮食可供量与稳定性2个子系统对粮食安全系统的影响占主要地位。粮食安全系统的障碍因素诊断分析表明,在1990-2000年,财政支农支出、粮食总产量和道路密集度3个指标是粮食安全系统的最大障碍因素,但在2000-2010年,三者对粮食安全系统的障碍度不断下降,但人均耕地面积的障碍度不断增加。2010年,人均耕地面积已成为粮食安全系统最大的障碍因素,其次分别为粮食净进口量和粮食价格水平。最后,从3个方面出发,就如何提高中国粮食安全水平进行了讨论。     

半干旱区农业水资源平衡及生态农业规划初探 —以吉林省西部为例

根据可利用水量及各农业要素需水量变化 ,以改善农业水资源平衡、提高系统生态效益为核心 ,用线性规划调整农业生态结构的研究结果表明 ,适当压缩耕地面积 ,扩大人工林、草地和水域面积 ,可稳定粮食产量和农业经济效益 ,明显缓解水供求矛盾 ,改善农业生态环境 ,提高系统生态效益。     

玛纳斯河流域冰川变化及水资源研究进展

玛纳斯河流域地处西北内陆干旱区,由于水资源制约社会经济发展和生态环境建设,近年来也取得了很多高水平的研究成果。按流域上游产流区和中下游消耗区对以往研究进行总结,以期对流域冰川变化及水资源方面有更清晰的认知,主要从冰雪覆盖变化、河川径流变化特征及其对气候变化的响应、径流变化的模拟预测、地下水、同位素、水资源的开发利用等方面综合概述了研究区水资源的研究进展。近半个世纪以来,玛河流域上游区开展了一些冰川野外考察工作,对流域冰川的形成、作用有了初步的认识,但缺少冰川变化方面的实测数据。在全球变暖的影响下,研究区冰川面积出现了不同程度的缩减,并导致冰川生态系统服务功能价值下降;近60年来研究区气温和降水都呈递增趋势,流域年径流变化受水文年降水量、夏季温度、永久性冰川雪地面积变化等综合影响,其中径流量波动上升与气温和降水呈正相关,流域主要依赖冰雪消融和地下水补给;流域水资源承载力呈现良性发展的态势,能够维持生态系统的正常功能。但研究区由于资源性缺水和生产生活用水不断加剧,水资源日益成为区域经济社会发展的制约因素,众多学者从不同层面提出了水资源开发利用和管理方面的对策和建议。但目前的研究中仍存在一些问题和不足,重点可以在流域冰川水资源的系统研究、建立冰川变化的定位观测体系和开展详细的流域冰川模拟预测研究,要在中下游区加强社会经济用水和生态用水的科学调配等方面展开进一步研究。     

微观尺度分析挠力河流域耕地利用水土资源匹配时空动态

该文基于供给与需求视角,构建了微观尺度下的水土资源匹配指数测算模型,在综合考虑区域气候和水资源变化、耕地利用结构调整、作物各生育期需水量差异等因素基础上,研究2000—2015年挠力河流域作物全生育期和各生育期耕地利用水土资源匹配的时空动态。结果表明:除作物生育前期需水量围绕2.92×10~9 m~3上下波动和作物生育后期耕地利用水资源有效供给量波动降低外,作物全生育期和各生育期需水量和水资源有效供给量均呈增长态势。作物全生育期耕地利用水土资源匹配程度总体较低,其指数主要分布在0.45以下,但呈现出升高趋势且差异化增强。作物各生育期耕地利用水土资源匹配指数变化复杂,以2010年为界,表现出明显的阶段性特征;作物需水量、水资源有效供给量和水土资源匹配指数均呈现出其高值区由流域中游东部向流域中游西部和流域下游转移并扩张的空间动态特征。研究可为挠力河流域耕地利用水土资源高效利用提供参考。     

基于熵值赋权的黑龙港地区水土资源综合质量评价

区域水土资源综合质量评价是开展区域农业种植结构调整、资源优化配置和合理开发利用的基础。为促进黑龙港地区水土资源与区域经济协调发展,基于熵值赋权法,利用ArcGIS 10平台,将区域水资源与土地资源作为统一的系统,开展了单位像元尺度的水土资源综合质量评价。评价结果显示,黑龙港地区水土资源综合质量较低,多数地区综合质量值处于0.4～0.6之间,0.6以上相对优良区面积仅占总面积的2.5%,黑龙港地区总体趋势呈现中间及南部区域水土资源综合质量值较高,而东西两侧的边缘区域质量较低。研究结果还表明,在土壤资源质量相对差的区域,如果水资源质量较好,则土壤资源将被改良,区域水土资源综合质量也得以提升。     

基于耦合模型的赣江水源保护区城市发展与水资源环境关系研究

识别和评价流域水源保护区城市发展与水资源环境耦合状态,可为促进区域生态环境建设提供参考。本研究以赣江上游水源保护区为例,通过构建耦合度模型对2001—2011年赣江上游流域城市发展与水资源环境耦合状态进行评价,并提出了相应优化路径。结果表明:（1）研究期内赣江水源保护区城市经济发展指数与水资源环境指数呈同步上升趋势,基本处于协调状态;（2）城市经济发展与水资源环境系统呈现出交互耦合状态,具有波动向前发展趋势,整体上经历了拮抗阶段和磨合阶段2个阶段;（3）研究期内耦合度变化明显,由低度协调共生阶段向协调发展阶段转变,具有明显后发优势。在此基础上,为实现城市发展与水资源环境耦合由低水平协调共生阶段向高水平耦合阶段演化,提出了基于稳定性理念的保障路径以及可持续性发展的激励路径,以期为实现流域水源保护区社会经济的可持续发展提供借鉴。     

茬口和灌水对小麦产量及水分利用效率的影响

为高效利用水分资源以及不同茬口冬小麦栽培提供合理的灌水制度,在山西临汾采用小区试验设计方法研究了茬口和灌水对小麦产量及水分利用效率的影响.结果表明:各茬口3个灌水处理的小麦平均产量以玉米茬口＞油葵茬口＞休闲茬口＞大豆茬口,水分利用效率则为油葵茬口＞玉米茬口＞大豆茬口＞休闲茬口;各茬口均随灌水量的增加产量和水分利用效率提高,大豆茬口的灌浆水、其他3个茬口的拔节水分别较拔节水、灌浆水更有利于提高小麦产量和水分利用效率.同时明确了不同灌水处理条件下,各茬口在不同生育时段贮水和耗水的动态特征.     

黑龙江省耕地资源安全综合评价研究

黑龙江省是我国重要的商品粮基地,耕地总面积、人均占有耕地面积、粮食商品率均居全国首位,黑龙江省耕地资源安全与否直接影响国家耕地与粮食安全。以全国最大的商品粮基地——黑龙江省为研究区域,从耕地自身安全、经济安全、社会安全以及生态安全角度出发,结合黑龙江省耕地资源的实际,构建耕地资源安全评价指标体系,运用层次分析法,对黑龙江省1998-2007年间耕地资源安全状态进行定量分析与综合评价。结果表明:不同时期黑龙江省的耕地安全状态并不一致,1998-2001年耕地资源安全处于持续恶化阶段,2002-2007年耕地资源安全处于波动变化阶段,整体处于相对安全状态。全部评价值仅在2001年进入稍不安全行列,其余均处于相对安全值区间,耕地资源社会功能与生态功能评价结果基本与综合评价值整体态势相一致。