農(nóng)村生豬養(yǎng)殖區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)管理的反饋仿真及應(yīng)用研究——以江西萍鄉(xiāng)泰華生豬養(yǎng)殖區(qū)域?yàn)槔?pdf

1、2002年后，中國的生豬養(yǎng)殖由大城市近郊逐漸向氣候適宜的中西部農(nóng)區(qū)轉(zhuǎn)移，至2005年，以長江中下游為中心向南北兩翼擴(kuò)散的生豬生產(chǎn)帶形成。生豬養(yǎng)殖的規(guī)模效益、南方農(nóng)區(qū)優(yōu)越的養(yǎng)殖條件和政府的政策導(dǎo)向等因素，促使生豬養(yǎng)殖專業(yè)戶在這一帶農(nóng)區(qū)不斷發(fā)展壯大，家庭養(yǎng)殖場、中小規(guī)模養(yǎng)殖專業(yè)戶成為中國農(nóng)村當(dāng)前和今后較長時期內(nèi)生豬養(yǎng)殖的主體。 快速發(fā)展的農(nóng)區(qū)生豬養(yǎng)殖，為農(nóng)民帶來了比種植業(yè)更多和更快的比較利益，但伴隨而來的養(yǎng)殖廢棄物污染對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)

2、造成的危害已不容忽視。為此，政府部門投入大量資金用于農(nóng)村沼氣池建設(shè)，政策引導(dǎo)農(nóng)戶以沼氣厭氧發(fā)酵技術(shù)處理養(yǎng)殖廢棄物，這在一定程度上解決了生豬規(guī)模養(yǎng)殖糞尿污染問題。 但厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼液和沼氣引起的二次污染卻隨之出現(xiàn)且日益嚴(yán)重。多數(shù)已經(jīng)興建了沼氣池的養(yǎng)殖區(qū)域，尤其是偏遠(yuǎn)農(nóng)區(qū)，富含有機(jī)質(zhì)的沼液直接排入溝渠，以CH4，CO2等溫室氣體為主要成分的沼氣直接釋放入大氣。常常是一戶規(guī)模養(yǎng)豬，整個小流域被污染：農(nóng)田營養(yǎng)過剩水稻青苗減產(chǎn)，溝渠、小

3、河、水塘因富營養(yǎng)而成為臭水溝、死水塘，糞水、沼液雨天甚至漫入水井，污染飲用水等等，資源變成了污染源，危害嚴(yán)重。 本文以生態(tài)系統(tǒng)管理的思想，以地處長江中下游水稻主產(chǎn)區(qū)的江西省為研究背景，選擇江西省萍鄉(xiāng)地區(qū)排上鎮(zhèn)生豬養(yǎng)殖大戶彭玉權(quán)的家庭生豬養(yǎng)殖場(泰華豬場)為具體案例，以實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖區(qū)域環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展為雙重目標(biāo)，將農(nóng)民增收、養(yǎng)殖廢棄物生物質(zhì)資源的再生利用、以水稻為代表的種植業(yè)健康發(fā)展等問題融入生豬養(yǎng)殖區(qū)域環(huán)境管理，運(yùn)用系統(tǒng)動力學(xué)(S

4、ystern Dynamics，簡稱SD)反饋動態(tài)復(fù)雜性分析理論和農(nóng)業(yè)生態(tài)工程技術(shù)，針對農(nóng)村普遍存在的生豬規(guī)模養(yǎng)殖沼液沼氣二次污染的問題，研究提出并且設(shè)計(jì)應(yīng)用了農(nóng)村生豬規(guī)模養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)管理對策及其實(shí)施工程，最后還構(gòu)建了基于農(nóng)民專業(yè)合作經(jīng)濟(jì)組織的管理對策推廣體系。 本文主要研究工作和成果如下： 1.將養(yǎng)殖場層面的環(huán)境影響評價指標(biāo)和方法推廣到區(qū)域?qū)用?，分別采用成分法、試驗(yàn)測定法、排污系數(shù)法全面而詳盡地計(jì)算了江西省生豬養(yǎng)殖業(yè)生

5、態(tài)足跡、單位面積耕地豬糞尿氮、磷的實(shí)際承載量、溫室氣體排放的全球暖化潛值四個指標(biāo)，對江西省生豬養(yǎng)殖業(yè)的環(huán)境影響進(jìn)行總體評價。結(jié)果表明：從總體而言，江西省現(xiàn)有的生豬養(yǎng)殖規(guī)模未超出其耕地的生物承載力，其農(nóng)村生豬養(yǎng)殖污染是由于豬場廢棄物因綜合利用不利而在養(yǎng)殖區(qū)域內(nèi)長期大量累積產(chǎn)生。 2.本文綜合運(yùn)用圖論理論和SD因果關(guān)系圖理論，新提出了復(fù)雜系統(tǒng)關(guān)鍵變量頂點(diǎn)賦權(quán)因果關(guān)系圖分析法，并應(yīng)用于實(shí)踐。 復(fù)雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流圖中，眾多變量相互之

6、間錯綜復(fù)雜的因果關(guān)系有時難以用數(shù)學(xué)方程式表達(dá)，系統(tǒng)仿真方程的建立是一個十分困難的問題，而且方程的可靠性也無法檢驗(yàn)，成為制約系統(tǒng)動力學(xué)定量分析應(yīng)用發(fā)展的瓶頸。基于此，本文構(gòu)建了介于SD因果關(guān)系圖模型和流圖模型之間的中間模型--關(guān)鍵變量頂點(diǎn)賦權(quán)因果關(guān)系圖(簡稱頂點(diǎn)賦權(quán)圖)模型，提出定性與定量相結(jié)合的復(fù)雜系統(tǒng)頂點(diǎn)賦權(quán)因果關(guān)系圖分析法。該方法從系統(tǒng)因果關(guān)系圖關(guān)鍵變量的頂點(diǎn)值開始，由頂點(diǎn)因果鏈的關(guān)聯(lián)關(guān)系、試驗(yàn)測試數(shù)據(jù)、頂點(diǎn)的實(shí)際意義等，計(jì)算出某一

7、時點(diǎn)上所有頂點(diǎn)的值，代入因果關(guān)系圖，得到該時點(diǎn)的頂點(diǎn)賦權(quán)圖；之后通過比較各時點(diǎn)頂點(diǎn)值的變化，可動態(tài)分析各正反饋環(huán)與各制約負(fù)反饋環(huán)的反饋?zhàn)饔昧Χ茸兓?guī)律，從而尋找減弱甚至去除上限子系統(tǒng)各負(fù)反饋環(huán)對系統(tǒng)增長制約作用的杠桿解。 本文將該方法應(yīng)用于研究案例泰華生豬規(guī)模養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展主要制約問題的反饋動態(tài)復(fù)雜性分析，并據(jù)此提出了保障生豬規(guī)模養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的沼氣、沼液綜合利用的生態(tài)系統(tǒng)管理對策。 3.構(gòu)建了泰華生豬規(guī)模養(yǎng)殖

8、生態(tài)系統(tǒng)的SD模型；新提出并運(yùn)用了主導(dǎo)基模仿真分析法。 (1)在頂點(diǎn)賦權(quán)圖反饋分析的基礎(chǔ)上，針對泰華生豬規(guī)模養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)管理對策，根據(jù)流率基本入樹建模法，構(gòu)建了由生豬數(shù)、總純收入、生豬收入、稻谷收入、蔬菜收入、沼氣收入、水稻產(chǎn)量、蔬菜地面積、沼液污染量與沼液綜合利用量、沼氣量十棵流率基本入樹構(gòu)成的泰華生豬規(guī)模養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)的SD流率基本入樹模型，建立了系統(tǒng)各變量的仿真方程。 (2)采用基于系統(tǒng)強(qiáng)簡化流率基本入樹模型的枝向量

9、行列式反饋環(huán)算法，計(jì)算出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流圖的所有反饋環(huán)，分析利用這些反饋環(huán)，分別構(gòu)建刻畫系統(tǒng)三大制約問題的三個主導(dǎo)反饋基模。新提出并應(yīng)用主導(dǎo)反饋基模仿真分析法，有針對性地模擬仿真相應(yīng)的管理對策實(shí)施效果，檢測其科學(xué)性和局限性，提出對策改進(jìn)方向，為對策實(shí)施提供有效的理論指導(dǎo)。 4.在泰華養(yǎng)殖區(qū)域內(nèi)設(shè)計(jì)并實(shí)施了管理對策工程，環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益顯著。 根據(jù)泰華生豬養(yǎng)殖區(qū)域的地理、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等的具體實(shí)際，設(shè)計(jì)的沼液、灌溉用水分流三級沉淀凈化

10、工程，于2005年11月～2006年4月在區(qū)域內(nèi)建成，投入運(yùn)行后的2006、2007連續(xù)兩年稻谷產(chǎn)量得到提高；旨在解決沼液季節(jié)性污染設(shè)計(jì)的冬閑田沼液有機(jī)蔬菜種植工程自2005年冬啟動，種植面積在逐年擴(kuò)大，所種植的蔬菜2006年經(jīng)江西省農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測中心檢測，達(dá)到蔬菜類綠色食品標(biāo)準(zhǔn)；旨在解決沼氣污染而設(shè)計(jì)的沼氣能源利用工程正在建設(shè)之中。泰華養(yǎng)殖區(qū)域通過管理對策的綜合實(shí)施，已取得了良好的環(huán)境經(jīng)濟(jì)綜合效益． 5.通過系統(tǒng)分析廣大中

11、小生豬養(yǎng)殖戶發(fā)展的上限制約，及農(nóng)戶專業(yè)合作經(jīng)濟(jì)組織對消除養(yǎng)殖戶發(fā)展制約作用，研究構(gòu)建并應(yīng)用了依托農(nóng)戶生豬養(yǎng)殖專業(yè)合作經(jīng)濟(jì)組織的管理對策在輻射區(qū)域內(nèi)的推廣體系，獲顯著效益。 本文通過管理對策的綜合實(shí)施，種養(yǎng)結(jié)合，綜合開發(fā)利用養(yǎng)殖廢棄物資源，實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的雙重目標(biāo)，推動了區(qū)域內(nèi)生豬養(yǎng)殖健康發(fā)展、養(yǎng)殖廢棄物資源化利用生產(chǎn)綠色無公害食品、農(nóng)民增收、污染治理模式的良性循環(huán)。這充分揭示了：用系統(tǒng)動力學(xué)反饋動態(tài)復(fù)雜性反饋仿真理論和多