基于能值改进的开放系统生态足迹模型及其应用——以深圳市为例

对生态经济复合系统综合评价是实现区域可持续发展首先要面对的科学问题.针对传统生态足迹模型的系统封闭性和空间互斥性等不合理假设,利用从系统论出发并具有基于流量算法优点的能值分析理论,对传统生态足迹模型加以改进,同时将人类劳务纳入系统评价.改进后的模型仍然从供给与需求角度分析区域消费足迹与承载力,强调区域资源进出口,分析开放系统条件下区域发展状况,并将人类的作用纳入可持续发展评价范畴.以深圳市2006年发展状况为例对改进模型进行实证分析.计算结果显示:研究区域具有48.08ghm2的人均潜在生态承载力;在生物生产账户上存在3.60ghm2的人均生态赤字,需进口来弥补,而在工业产品账户上3.14ghm2的人均盈余,可供出口;具有约4.87ghm2的人均净承载力出口,为其他区域的发展做出了贡献;人力资源是深圳市可持续发展的重要保障,至少提供相当5.20ghm2的人均生态承载力;发展高新技术产业、低能耗的清洁工业,产出高能值转换率的产品,实现区域本地产品在能量系统等级的提升,是提升本地承载力的现实途径.结果表明,改进后模型突破了传统生态足迹模型偏生态的弱可持续性评价局限,成为综合反映区域生态经济发展状况的可持续性评价模型.     

“生态系统能量流动”的教学分析与设计

生态系统的存在与发展主要取决于能量持续不断的流动和物质周而复始的循环。生态系统作为一个动态开放系统,具有能量流动、生物生产、物质循环、信息传递等基本功能。其中,物质作为能量的载体,使能量沿着食物链（网）流动;能量作为动力,使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往返。     

开放系统中农作物对空气CO2浓度增加的响应

FACE试验(free-air CO₂ enrichment)开展的10多年中,供试农作物主要有:C₃禾本科作物小麦(Triticum aestivum L.)、多年生黑麦草(Lolium perenne)和水稻(Oryza sativa L.),C₄禾本科类高粱(Sorghum bicolor(L.)Mench),C₃豆科植物白三叶草(Trifolium repens),C₃非禾本科块茎状作物马铃薯(Solanum tuberosum L.),以及多年生C₃类木本作物棉花(Gossypium hirsutumL.)和葡萄(Vitis viniferaL.).本文系统整理和分析了以下各项参数的结果:光合作用、气孔导度、冠层温度、水分利用、水势、叶面积指数、根茎生物量累积、作物产量、辐射利用率、比叶面积、N含量、N收益、碳水化合物含量、物候变化、土壤微生物、土壤呼吸、痕量气体交换以及土壤碳固定.CO₂浓度升高对农作物的影响作用主要表现在以下方面:(1)促进了植物光合作用、增加了其生物量累积;(2)显著提高C₃作物产量,但对C₄作物产量的影响很小;(3)降低了C₃和C₄作物气孔导度,非常显著地提高了所有作物的水分利用率;(4)对植物生长的促进作用在水分不足与水分充足时二者相当或前者大于后者;(5)对非豆科植物生长的促进作用要受到土壤低N水平限制,而对豆科植物则不受氮肥水平限制;(6)对根系生长的促进作用要大于地上部分;(7)对多年     

生命现象与熵

自然界的演变不外乎包括了从有序到无序和无序到有序两种演变方式。从有序到无序的演化,正是热力学第二定律所概括的本质,即在封闭系统及与其相对应的环境所组成的孤立系统中,任何自发过程总是朝着使体系越来越混乱、越来越无序的方向演化,也就是熵只增不减,但对生命物质来说,其演化过程恰好与上述情况相反。以这一矛盾现象为起点,根据耗散结构理论,阐述用熵的概念来解释生命现象,是研究生命的一条重要途径。     

基于消费—产出账户分类的开放系统生态足迹研究及应用

针对现有生态足迹模型缺乏系统的区域生态可持续程度分级标准和区域生态产出状态判别标准的问题, 文章基于“消费—产出”账户分类的方法, 建立并整合生态可持续程度分级指标与生态产出状态判别标准, 构建适用于开放系统的生态足迹模型, 并以临湘市2005—2013发展状况为例开展实证分析。结果表明: (1)改进后的生态足迹模型较传统生态足迹模型和区域生态可持续判别准则在区域生态可持续性评价中的结果更具可比性和完整性。(2)临湘市总体生态承载潜力得到充分释放, 产出效率较高, 可出口生态生产性土地, 但后期部分乡镇由于土地利用强度过大, 土地质量下降, 抑制了生态产出效率的提升。(3)北部江湖平原区各乡镇的可持续利用程度相对最高, 而处于中心城区的乡镇消费足迹增长过快, 出现不可持续状态。(4)临湘市耕地、牧草地和水域处于可持续利用状态, 但后期由于盲目增加产出, 出现地力下降、生态失衡等问题。     

开放系统中农作物对空气CO2浓度增加的响应

FACE试验（free-air CO2 enrichment)开展的10多年中,供试农作物主要有：C3禾本科作物小麦（Triticum aestivum L.）、多年生黑麦草（Lolium perenne)和水稻（Oryza sativaL.),C4禾本科类高梁（Sorghum bicolor(L.)Moench),C3豆科植物白三叶草（Trifolium repens ),C3非禾本科块茎状作物马铃薯（Solanum tuberosum L.）,以及多年生C3类木作物棉花（Gossypium hirsutum L.)和葡萄（Vitisvinifera l.)。本文系统整理和分析了以下各项参数的结果;光合作用、气孔导度、冠层温度、水分利用、水势、叶面积指数、根茎生物量累积、作物产量、辐射利用率,比叶面积、N含量、N收益、碳水化合物含量、物候变化、土壤微生物、土壤呼吸、痕量气体交换以及土壤碳固定,CO2浓度升高对农作物的影响作用主要表现在以下方面：（1）促进了植物光合作用,增加了其生物量累积;（2）显著提高C3作物产量,但对C4作物产量的影响很小;（3）降低了C3和C4作物气孔导度,非常显著地提高了所有作物的水分利用率;（4）对植物生长的促进作用在水分不足与水分充中时二者相当或前者大于后者;（6）对根系生长的促进作用要大于地上部分;（7）对多年生植物气孔导度的影响较小,但对其生长的促进作用仍很高;（8）降低了植物体内N含量,但作物体内碳水化合物及某些其他含碳化合物含量增加,且叶部含量要明显高于植物其他器官;（9）对大多数作物的物候略有加速;（10）对某些土壤微生物具显著影响,而对有些则无,但都增加了微生物活性;（11）综合多年、多地点的试验结果表明土壤对大气CO2的固定增加,但单独一个试验无法观测到SOC的显著性变化,对FACE和前期的熏气室试验结果都进行了尽可能的对比研究,除了二例以外,发现在大多数情况下二者的结果基本一致,其中,FACE使气孔导度降低的1.5倍,明显高于前期熏气室试验的结果;其二,相对于熏气室,FACE条件下CO2倍增对根的相对促进作用要高于地上部分,因此,我们对基于这二者的结论的准确性和可靠性是充满信心的,不过,更接近自然环境和具更大小区面积的FACE试验仍是必需的,它可以为我们提供在CO2升高条件下更具代表性的田间试验条件,从而为我们提供更多、更有益的多学科交叉的试验数据和研究结果。