耗散结构与生态系统

耗散结构理论从广义热力学的概念出发,论证了开放系统与外界环境进行物质和能量交换产生负熵流的数学形式,解释了非平衡系统通过自组织过程产生新的有序结构的条件。本文介绍并应用这一理论简单讨论了生态系统的某些问题:生态系统与热力学系统类比,生态系统的涨落与自组织,生态系统的有序过程,生态平衡,以及生态系统熵与信息。     

用耗散结构理论分析福建稻田土壤生态系统

应用耗散结构理论探讨福建稻田土壤生态系统平衡的实质及热力学依据,提出从环境系统引入足够的负熵是生态系统稳定有序的必要条件.通过计算福建省不同土壤类型的系统原始熵(S_0),熵变(S_1)及最佳熵变值(S′_1),分析各类稻田土壤茅统的结构特征及其转化效率,为正确评价稻田生态系统提供依据.     

生态系统熵量化的研究

熵是判断系统演化方向的重要依据,因此有必要对生态系统熵进行量化。在明确生态系统概念,总结热力学熵、统计熵与信息熵本质的基础上,对生态系统信息熵进行归一化,并引入分系统概念,从而推导出生态系统熵量化公式。     

熵视角下的延边城市生态系统可持续发展能力分析

通过对城市生态系统和对城市生态系统耗散系统的熵演变分析,借鉴热力学第二定律中的熵变方程原理,运用信息熵构建了延边城市生态系统可持续发展能力评价模型,分析了2009-2015年间变化对延边城市生态系统可持续发展能力的影响,最终提出延边城市生态可持续发展针对性措施。结果表明:在2009-2015年,延边社会经济系统对自然生态系统需求逐渐增大,环境污染问题得到治理,城市生态系统内部不断朝着有序、健康的方向发展;由于积极推进城市生态建设促使城市代谢功能增强,延边自然生态系统对社会经济系统的支持力增强,城市生态系统可持续发展能力呈波动上升趋势,城市的协调性和活力有所增强。     

基于能值分析方法的城市代谢过程研究——理论与方法

作为一个以人类活动为中心的社会-经济-自然复合生态系统,城市所遵循的高投入、低产出、高污染的粗放型发展模式导致了严重的结构性隐患与环境问题。基于生物物理的视角考虑,城市生态环境问题的出现,与城市代谢不良密切相关。当前对城市代谢的研究视角多基于污染物排放和资源消费,需要一种热力学的全新视角从整体角度来重新诠释可持续发展。开发了一种基于能值分析方法的城市代谢过程研究框架,首先对城市的可持续发展进行热力学解析,其次针对现有能值方法的局限,结合自然系统对污染物的自净化及污染对经济系统和生态系统的损害程度测度方法,从水体污染、大气污染和固体废物研究城市代谢对人群健康和自然生态系统的影响。研究有利于解决城市代谢不良的影响因子识别问题和代谢系统综合评价问题,使政策制定者建立以生态为本的城市观,推动社会系统的生态化转型实践,力求突破当前城市发展的瓶颈,促进城市的可持续发展。     

土壤生态学的新体系(续)

五、土壤系统的稳定性和振荡性在天然生态系统内,由于复杂的食物网的存在,把生物与生物,生物与它周围环境成分联结成一个网络式的结构,网络上的每一环节彼此牵连,相互制约,维持生态系统相对稳定的“平衡状态”,即“生态平衡”,或者是非平衡热力学上的所谓非平衡的稳态(Steadystate)。生态系统之所以能维持动态平衡,是因为如果网络上的任何一个环节发生机能障     

土壤生态系统耗散结构变异规律研究的理论与方法探讨

根据贝塔朗菲系统自生长的微分方程 ,可建立表征土壤生态系统动态变化的动力学方程 :dx/dt =(f-s)x-bx2 ,t为时间 ,x为土壤微生物数量 ,f为其繁殖系数 ,s为死亡系数 ,b为饱和系数 .其解 (1)x=x0 e(f-s)t,(2 )x =(f -s) /b.方程 (1)表明 ,如s>f,则当t→∞时 ,x→ 0 ,表明土壤生态系统处于热力学分支 ,将向退化的方向发展 ;方程 (2 )表明 ,如f>s ,其临界点x =(f -s) /b ,如x>x ,则表明土壤生态系统处于耗散结构分支 ,将向进化的方向演替     

浙江省舟山林业生态系统的安全建设

林业生态系统的结构在生态系统中对生物系统、大气系统、水系统、土壤系统的平衡起着基础和关键性的作用。本文从建立林业生态系统的长效管理机制,改变生态安全意识,加大政府投入和进行林业生态系统安全科研等方面论述了舟山林业生态系统的安全建设。     

基于动态因子的农田生态系统稳定性评价

在分析自然生态系统与农田生态系统稳定性内涵差异的基础上,结合国内外已有的研究成果,给出了农田生态系统稳定性的概念,指出维持较高的系统产出是系统稳定性的基本特征,动态波动性是系统动态稳定性的典型特性;分析了农田生态系统模式,并在此基础上构建起区域农田生态系统稳定性评价的指标体系,分为区域生态环境质量、自然和人工投入、产量形成过程和经济社会过程4类共19项指标;利用本文提出的评价模型,以东莞市农田生态系统为例,从时间尺度上对其稳定性进行了评价,结果表明,东莞农田生态系统处于基本稳定状态,反映了评价模型的正确性.     

木材的热力学函数

从木材的微观结构出发，并把木材视为一个热力学系统。应用晶态固体理论和热力学关系，在木材比热容理论表达式的基础上，导出了木材的状态方程，内能，熵等热力学函数。     

农业生态系统的耗散结构特征探析

基于农业生态系统是一种耗散结构的认识,本文系统地分析了农业生态系统的开放性、非平衡性、非线性关系、自组织特征以及非线性动力学过程,以期为农业生态系统的调节和控制提供理论依据.分析表明,农业生态系统必须与其边界以外的自然生态系统和社会经济系统保持物质、能量、信息、资金的交换以获得自由能--负熵,来降低系统内部的熵值,并以此来维持农业生态系统的开放性、非平衡性、非线性以及自组织性.     

生物质能源作物——能源甜菜的开发利用

随着全世界能源物质的不断扩展,可再生的生物质能源将是21世纪主要的能源物质。能源甜菜是新兴的可再生能源作物,它具有生物学产量高,乙醇转化率高,含糖量适中等特点,是取之不尽、用之不竭的环保能源,对环境几乎没有污染;同时又是糖饲兼收的作物。利用能源甜菜通过酒精发酵创造乙醇燃料新能源,可以减轻或消除与粮食争地的矛盾,是保证粮食安全和能源安全的双赢举措。     

油蒿灌木荒漠光能利用效率季节动态研究

目的光能利用效率（LUE）是表征植被通过光合作用将所吸收的能量转化为有机干物质效率的指标，也是估算生态系统生产力的重要参数，为了提高油蒿灌木荒漠生产力的估算和预测精度，本文研究了油蒿灌木荒漠LUE的季节动态以及环境因子对其的调节机制。方法本研究于2014年5—10月通过涡度协方差法观测了宁夏盐池典型油蒿灌木荒漠生态系统的净碳交换、光合有效辐射、温度和水分等因子，分析油蒿灌木荒漠生态系统LUE的昼夜和季节变化及与其主要环境因子的关系。结果在日尺度上，LUE在14:00时达到最低值（0.000 8 ~ 0.002 4 μmol/μmol）。LUE的日变化主要受到冠层导度（g_s）和光合有效辐射的影响。在季节尺度上，LUE从5月份开始迅速升高，9月份达到最大值（0.002 5 g/MJ），而后逐渐降低。LUE月平均值介于0.000 9 ~ 0.002 5 g/MJ之间。LUE的季节变化主要受土壤氮含量（N_soil）、冠层导度（g_s）和光合有效辐射（PAR）的影响。结论通过以上研究，发现在季节尺度上，通过增加土壤中的氮含量可以促进生态系统总生产力（GEP），从而增大油蒿灌木荒漠的光能利用效率。研究结果可以为提高半干旱区油蒿灌木荒漠生态系统生产力提供一定的理论指导，也为区域植被恢复重建提供重要参考。      

土壤-植被-大气传输模型的组成及其耦合方法研究

基于土壤-植被-大气系统水分和能量交换物理过程和生物物理过程的土壤-植被-大气传输模型(SVAT),描述了冠层辐射传输、径流交换和土壤垂直方向的水分和能量迁移过程,揭示陆面/大气物质和能量交换、土壤水热迁移的动态特征,以及该系统各组成要素间的相互作用机制。简述了SVAT模型的主要组成部分、水热过程参数化方案及其耦合模式,总结了SVAT模型的研究进展及应用,并提出了亟待进一步改进和完善的问题。     

梯形振荡水翼水动力学特性的三维数值模拟研究

振荡水翼式潮流能采集系统一般通过二维水翼水动力学模型建立其关于俯仰与升沉方向两自由度的运动方程。但水翼三维模型与二维模型在诱导阻力计算上有着一定的差别,而诱导阻力又直接影响到系统的能量转化效率,因此有必要对振荡水翼三维的水动力学特性进行研究。本文根据叶素理论,以梯形翼作为三维水翼模型的代表,建立了梯形振荡翼的水动力学模型和运动方程。对该模型采用三维非结构网格和动网格技术进行数值模拟,着重探讨梯形比对其运动状态和能量转化效率的影响。结果表明:采用动网格模拟三维梯形振荡水翼的水动力学特性,得到的水翼运动状态与二维的相同;振荡水翼的诱导阻力会改变其稳定振荡频率和升沉运动幅值,直接影响了系统的能量采集效率;随着梯形比的降低,系统的能量转化效率先上升后降低,在梯形比为0.5时最大。本文的研究成果将有助于完善振荡水翼的结构设计方法。     

河西走廊井泉灌区农户生态系统能流、物流特征及其效应的研究

运用生态学的系统分析方法,以河西走廊井泉灌区养殖业集约化程度较高的农户生态系统为对象,对系统的能量流动和物质循环特征以及初次级生产的生态效率进行分析,并对畜牧业在系统中的地位和作用进行客观评价。结果表明,系统开放程度高,投入、产出高;结构不合理,潜伏着一定的不稳定性和生态脆弱性。系统可食畜产品和可食农产品的商品率分别为93.93％和30.76％。初级生产光能利用率为0.49％,辅助能、氮和磷的产投比分別为3.11,0.79和0.49。次级生产饲料能、氮和磷的转化率分别为11.02％,19.19％和15.62％,由初级产品干物质转化为动物蛋白质的效率为2.58％。畜牧业已成为系统中不可缺少的组成部分。     

工业生态系统稳定性研究综述

对工业生态系统稳定性的定义来源于生态系统基于初始状态的水平和非平衡范式的稳定,"抵抗力"和"恢复力"成为表征工业生态系统稳定性的重要内容.工业生态系统的稳定性是一种开放的、动态的、相对的、整体的稳定.通过对大量国内外文献研究筛选出影响工业生态系统运行的结构型、技术型、外部条件等三大类17项可能影响因素,这些因素的识别对于维持工业生态系统良好运转并获得成功至关重要.基于生态种群增长规律的logistic模型和基于合作博弈的利益分配模型为定量研究工业生态系统稳定性条件提供了技术支持.关于工业生态系统稳定性的评价体系研究少有涉足,这也为后续研究提供了广阔空间.     

北京市食物发展战略的系统分析

运用大规模系统理论、耗散结构学说和经济地理学等理论剖析北京食物大系统。北京市是一个具有耗散结构的开放系统,所以,它能通过与外界环境的物质和能量(包括各种食物)的交换维持其动态平衡。食物是限制城市发展的制约因素之一。对北京市郊区生态系统分析的结果表明,北京郊区土地最大承载力为12559050人。     

以H2O/LiBr为工质的制冷蓄能系统特性分析

以H2O／LiBr为工质的制冷潜能储存系统为研究对象，通过对其工作原理、工作过程和特性的系统分析，建立了系统的热力计算模型，并进行了热力计算，同时与其他现有的蓄能系统进行了比较。结果显示：该新型蓄能系统起到平衡电网峰谷负荷即移峰填谷的作用；具有其他蓄能系统所无法比拟的优点：如蓄能密度大，它可以利用太阳能、地热能及工业废热等各种能源作为系统的驱动热源．系统简单，工作介质对环境友好，污染小，技术成熟，经济性好。