農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合模擬與應(yīng)用

前言

　　長期以來，我以農(nóng)業(yè)問題為軸心，致力于土壤學(xué)與地理學(xué)的交叉研究。從1991年開始，我以農(nóng)業(yè)資源開發(fā)利用為主要研究方向，結(jié)合研究課題培養(yǎng)博士生。先從研究挖掘土地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力人手，隨后研究農(nóng)業(yè)資源優(yōu)化配置及農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合，研究工作逐步深入與提高，至今已17年，已有20位學(xué)生獲得博士學(xué)位，還有5位在學(xué)。鑒于農(nóng)業(yè)資源優(yōu)化配置研究滯后是農(nóng)業(yè)資源可持續(xù)利用的瓶頸問題之一，1994年經(jīng)福建省農(nóng)業(yè)辦公室立項(xiàng)，我們在福建省漳浦縣大南坂農(nóng)場設(shè)立試驗(yàn)區(qū)研究農(nóng)業(yè)資源優(yōu)化配置，1999年研究成果通過驗(yàn)收，效益顯著。2000年福建省漳浦縣馬坪鎮(zhèn)政府邀請我們?yōu)槠渥錾a(chǎn)規(guī)劃，主動要求應(yīng)用該成果。借此機(jī)會，我們在該鎮(zhèn)建立博士生實(shí)踐基地，實(shí)施產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合。根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際條件，我們在已有研究成果的基礎(chǔ)上，把物理學(xué)上的“耦合”原理應(yīng)用于農(nóng)業(yè)資源優(yōu)化配置上。將分散、單一的農(nóng)業(yè)資源要素進(jìn)行耦合開發(fā)利用，并引進(jìn)新要素，使其優(yōu)勢互補(bǔ)，發(fā)揮農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合的優(yōu)勢，從而進(jìn)一步挖掘農(nóng)業(yè)資源的生產(chǎn)潛力，提高農(nóng)業(yè)的綜合生產(chǎn)效益。同時，學(xué)習(xí)任繼周院士在北方草原地區(qū)和干旱半干旱地區(qū)研究農(nóng)業(yè)系統(tǒng)耦合的系列成果，充分分析了我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精華所在地——南方地區(qū)農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合的結(jié)構(gòu)、功能和特點(diǎn)。認(rèn)為南方地區(qū)農(nóng)業(yè)生物多樣性豐富，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、管理水平也較高，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)可以實(shí)行農(nóng)、林、牧、漁、農(nóng)產(chǎn)品加工及涉農(nóng)服務(wù)業(yè)的全面耦合。馬坪鎮(zhèn)地處廈門市（我國東南港口城市）的周邊，是近郊農(nóng)村的典型，屬南亞熱帶氣候，生物多樣性豐富，擁有南亞熱帶作物生長的獨(dú)特條件和我國南方地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的許多優(yōu)勢。選擇其作為試驗(yàn)區(qū)開展以突出特色農(nóng)業(yè)為特點(diǎn)的農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合研究，預(yù)期會取得比北方草原地區(qū)更為明顯的耦合效益。福建省科學(xué)技術(shù)廳把這一研究列入重點(diǎn)項(xiàng)目，實(shí)施結(jié)果取得了明顯的經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)效益。隨后，福建省發(fā)展和改革委員會又把本研究成果列入可轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)的項(xiàng)目推介，并給予資助在生產(chǎn)上推廣。在此過程中，我們在農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合技術(shù)、機(jī)制、理論與定量化評價等方面又做了進(jìn)一步探討，以期對農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合的理論與實(shí)踐有所推動。何紹福、姚成勝兩位博士生先后參加了這個研究過程。何紹福博士的研究工作時間是2001～2005年，針對馬坪鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)資源的實(shí)際情況，研究農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合模式。運(yùn)用GIS與系統(tǒng)動力學(xué)相結(jié)合的方法，建立了馬坪鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)資源耦合系統(tǒng)的動力學(xué)模型，為馬坪鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供方案，并建立了馬坪鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)資源管理信息系統(tǒng)。姚成勝博士的研究工作時間是2005～2008年，定量評價了農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合的生產(chǎn)力，又采用能值理論分析方法定量分析了農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合的生產(chǎn)效益，并研究了福建省農(nóng)牧系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度的時空變化。兩位博士生查閱大量文獻(xiàn)，認(rèn)真實(shí)踐，順利地完成了他們的學(xué)位論文。本書是在他們的博士學(xué)位論文的基礎(chǔ)上，經(jīng)過整合、提煉、充實(shí)、提高而成的。這項(xiàng)研究持續(xù)7年，如果包括前期的農(nóng)業(yè)資源優(yōu)化配置研究項(xiàng)目，則達(dá)13年之久。

內(nèi)容概要

　　《農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合模擬與應(yīng)用》全面論述了農(nóng)業(yè)系統(tǒng)耦合的結(jié)構(gòu)、功能和特點(diǎn)，提出了農(nóng)業(yè)系統(tǒng)耦合的基本理論體系。以我國南方地區(qū)近郊農(nóng)村典型的馬坪鎮(zhèn)為案例，研究該區(qū)域農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合的模式，從農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合的資源背景、結(jié)構(gòu)合理化和系統(tǒng)耦合度三個方面，綜合分析與評價了農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合模式，并定量評價了農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。運(yùn)用GIS與系統(tǒng)動力學(xué)相結(jié)合的方法，對馬坪鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合進(jìn)行了動態(tài)模擬，為其農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整提供了優(yōu)化方案，并建立了馬坪鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)資源管理信息系統(tǒng)。從時空兩方面定量分析了福建省農(nóng)牧系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度的變化。書中展示了農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合研究的薄弱點(diǎn)、難點(diǎn)和生長點(diǎn)。根據(jù)研究成果，提出了推動農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合利用的策略?！　　掇r(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合模擬與應(yīng)用》可供農(nóng)業(yè)科學(xué)、資源科學(xué)、地理學(xué)、環(huán)境科學(xué)和生態(tài)學(xué)等領(lǐng)域的科技與教育工作者參考。

書籍目錄

自序前言第1章　農(nóng)業(yè)系統(tǒng)耦合及其研究進(jìn)展1.1　農(nóng)業(yè)系統(tǒng)耦合理論的相關(guān)概念1.1.1　農(nóng)業(yè)系統(tǒng)耦合和耦合系統(tǒng)的基本內(nèi)涵1.1.2 農(nóng)業(yè)系統(tǒng)相悖的含義1.2　農(nóng)業(yè)系統(tǒng)耦合的必要性及其研究意義1.2.1　農(nóng)業(yè)系統(tǒng)耦合的必要性1.2.2　農(nóng)業(yè)系統(tǒng)耦合的研究意義1.3　農(nóng)業(yè)系統(tǒng)耦合理論的研究進(jìn)展1.3.1　生態(tài)地理區(qū)域農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的耦合（橫向耦合）1.3.2　前位生產(chǎn)層與后位生產(chǎn)層耦合（縱向耦合）1.3.3　農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的生態(tài)耦合（種間耦合）1.3.4　農(nóng)業(yè)系統(tǒng)耦合的時空特性1.3.5　農(nóng)業(yè)系統(tǒng)耦合的界面理論1.4　農(nóng)業(yè)系統(tǒng)耦合理論研究展望第2章　農(nóng)業(yè)系統(tǒng)耦合的理論基礎(chǔ)2.1　農(nóng)業(yè)系統(tǒng)科學(xué)理論2.1.1　農(nóng)業(yè)系統(tǒng)耗散結(jié)構(gòu)理論2.1.2　農(nóng)業(yè)系統(tǒng)動力反饋理論2.1.3　農(nóng)產(chǎn)循環(huán)系統(tǒng)技術(shù)理論2.2　生態(tài)學(xué)理論2.2.1　種群生態(tài)學(xué)理論2.2.2　生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)理論2.2.3　景觀生態(tài)學(xué)理論2.2.4　生態(tài)位理論2.3　經(jīng)濟(jì)學(xué)理論2.3.1　產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)理論2.3.2　資源優(yōu)化配置理論2.3.3　循環(huán)經(jīng)濟(jì)理論第3章　農(nóng)業(yè)系統(tǒng)耦合的結(jié)構(gòu)、功能與特性3.1　農(nóng)業(yè)系統(tǒng)耦合的基本原則3.1.1　整體效應(yīng)原則3.1.2　綜合效益原則3.1.3　“三個協(xié)調(diào)”原則3.1.4　因地制宜原則3.1.5　市場導(dǎo)向原則3.2　農(nóng)業(yè)系統(tǒng)耦合的驅(qū)動力分析3.2.1　自然驅(qū)動力3.2.2　人為驅(qū)動力3.3　農(nóng)業(yè)系統(tǒng)耦合的特征3.3.1　農(nóng)業(yè)系統(tǒng)耦合的耦合鍵與耦合類型3.3.2　農(nóng)業(yè)系統(tǒng)耦合的耦合度3.4　農(nóng)業(yè)系統(tǒng)耦合的結(jié)構(gòu)3.4.1　農(nóng)業(yè)系統(tǒng)耦合的空間結(jié)構(gòu)3.4.2　農(nóng)業(yè)系統(tǒng)耦合的時間結(jié)構(gòu)3.4.3　農(nóng)業(yè)系統(tǒng)耦合的生態(tài)位結(jié)構(gòu)3.4.4　農(nóng)業(yè)系統(tǒng)耦合的生產(chǎn)層結(jié)構(gòu)3.5　農(nóng)業(yè)系統(tǒng)耦合的功能3.5.1　較高的農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)力水平3.5.2　較高的輸入輸出水平和資源轉(zhuǎn)化率3.5.3　較高的農(nóng)產(chǎn)品加工率3.5.4　較強(qiáng)可持續(xù)發(fā)展能力3.5.5　較高的組織程度3.6　農(nóng)業(yè)系統(tǒng)耦合的特性3.6.1　結(jié)構(gòu)性3.6.2　整體性3.6.3　層次性3.6.4　集約性3.6.5　多樣性3.6.6　開放性3.6.7　系統(tǒng)動力學(xué)特性第4章　農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合模擬與分析——以馬坪鎮(zhèn)為例4.1　馬坪鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)資源和社會經(jīng)濟(jì)條件分析4.1.1　馬坪鎮(zhèn)簡介4.1.2　馬坪鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)自然資源分析4.1.3　馬坪鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)發(fā)展的社會經(jīng)濟(jì)條件分析4.1.4　馬坪鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)資源管理信息系統(tǒng)4.2　馬坪鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合及其效益分析4.2.1　馬坪鎮(zhèn)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的特點(diǎn)分析4.2.2　馬坪鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合的指導(dǎo)思想4.2.3　馬坪鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合特色主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的選擇4.2.4　馬坪鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合的模式4.2.5　馬坪鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合的效益分析4.2.6　馬坪鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合綜合分析與評價4.3　馬坪鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)資源耦合系統(tǒng)的系統(tǒng)動力學(xué)建模4.3.1　系統(tǒng)動力學(xué)及其開發(fā)語言簡介4.3.2　馬坪鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)資源耦合系統(tǒng)SD模型的構(gòu)建4.3.3　系統(tǒng)發(fā)展方案設(shè)計及系統(tǒng)仿真模擬第5章　馬坪鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合定量化探析5.1　農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合的能值分析5.1.1　能值理論與方法的研究進(jìn)展5.1.2　馬坪鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合的能值分析5.2　農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合生產(chǎn)力分析5.2.1　農(nóng)業(yè)系統(tǒng)生產(chǎn)力研究進(jìn)展5.2.2　農(nóng)業(yè)系統(tǒng)耦合生產(chǎn)力研究概況5.2.3　馬坪鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合生產(chǎn)力的定量研究第6章　農(nóng)牧系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度時空變化研究——以福建省為例6.1　福建省農(nóng)牧系統(tǒng)生產(chǎn)情況簡介6.2　福建省農(nóng)牧系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度研究的理論基礎(chǔ)及方法6.2.1　福建省農(nóng)牧系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度研究的理論基礎(chǔ)6.2.2　福建省農(nóng)牧系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度的計算方法6.2.3　數(shù)據(jù)來源及處理6.3　福建省農(nóng)牧系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度的時序變化分析6.4　福建省農(nóng)牧系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度的空間變化分析6.5　福建省發(fā)展節(jié)糧型畜牧業(yè)的優(yōu)越條件及其發(fā)展模式6.5.1　節(jié)糧型畜牧業(yè)發(fā)展條件辨識6.5.2　農(nóng)牧系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展模式第7章　農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合利用的策略7.1　建立農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合利用必要性的理念7.2　加強(qiáng)農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合關(guān)鍵技術(shù)的研究7.2.1　系統(tǒng)耦合整體效應(yīng)的研究7.2.2　系統(tǒng)縱向耦合利用的研究7.2.3　系統(tǒng)橫向耦合利用的研究7.2.4　系統(tǒng)生態(tài)耦合利用的研究7.2.5　農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合定量化研究7.3　因地制宜，推行不同模式的農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合7.3.1　山區(qū)農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合利用模式7.3.2 平原區(qū)農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合利用模式7.3.3　沿海特色農(nóng)業(yè)區(qū)農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合利用模式7.4　加大政策引導(dǎo)力度，推動農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合應(yīng)用7.4.1　構(gòu)建循環(huán)型大農(nóng)業(yè)，為發(fā)揮耦合整體效應(yīng)創(chuàng)造條件7.4.2　加強(qiáng)統(tǒng)一規(guī)劃，實(shí)施耦合開發(fā)7.4.3　把握好系統(tǒng)耦合的發(fā)展趨勢，改變系統(tǒng)相悖局面7.4.4　從制度上保證農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合利用的推行7.4.5　實(shí)施農(nóng)業(yè)的產(chǎn)業(yè)化戰(zhàn)略，帶動農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合建設(shè)主要參考文獻(xiàn)彩圖

章節(jié)摘錄

　　第2章　農(nóng)業(yè)系統(tǒng)耦合的理論基礎(chǔ)　　農(nóng)業(yè)系統(tǒng)耦合是一種多學(xué)科交叉、廣泛聯(lián)系農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際、運(yùn)用當(dāng)代高新科學(xué)技術(shù)、拓展農(nóng)業(yè)開發(fā)空間的理論與方法，是一種集農(nóng)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益為一體的資源綜合高效利用的新型農(nóng)業(yè)開發(fā)模式。因此，農(nóng)業(yè)系統(tǒng)耦合的理論是構(gòu)建在農(nóng)業(yè)系統(tǒng)科學(xué)理論、生態(tài)學(xué)理論和資源經(jīng)濟(jì)學(xué)理論的基礎(chǔ)之上的。與其他學(xué)科一樣，農(nóng)業(yè)系統(tǒng)耦合的理論來源于實(shí)踐，并反過來指導(dǎo)實(shí)踐。農(nóng)業(yè)系統(tǒng)耦合的實(shí)踐受其理論指導(dǎo)，并在實(shí)踐中豐富和發(fā)展其理論?！　?.1　農(nóng)業(yè)系統(tǒng)科學(xué)理論　　2.1.1　農(nóng)業(yè)系統(tǒng)耗散結(jié)構(gòu)理論　　在對熱力學(xué)第二定律研究的基礎(chǔ)上，比利時科學(xué)家普利高津（Prigogine）于1969年提出耗散結(jié)構(gòu)理論。耗散結(jié)構(gòu)理論揭示，當(dāng)一個系統(tǒng)處于開放狀態(tài)，在該系統(tǒng)從平衡態(tài)到遠(yuǎn)離平衡態(tài)的演化過程中，一旦系統(tǒng)的某個參量的變化達(dá)到一定的閾值，通過漲落，該系統(tǒng)就可能發(fā)生突變，由原來的無序混亂狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N時間、空間或功能有序的新狀態(tài)。這種有序結(jié)構(gòu)的形成與維持，需要不斷與外界交換物質(zhì)、能量和信息（沈小峰，1987）。農(nóng)業(yè)系統(tǒng)是一個耗散結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，即農(nóng)業(yè)系統(tǒng)是一個非平衡的開放系統(tǒng)，具有非線性特征，系統(tǒng)通過與環(huán)境進(jìn)行不斷的物質(zhì)、能量和信息交換而產(chǎn)生一種遠(yuǎn)離平衡態(tài)的動態(tài)平衡，從而使系統(tǒng)保持一種時間、空間及功能上的有序結(jié)構(gòu)（吳文良，1994）。這種新的、穩(wěn)定的、宏觀有序的結(jié)構(gòu)能保持一定的穩(wěn)定性，不受外界微小擾動的影響。農(nóng)業(yè)系統(tǒng)耦合的建設(shè)就是要在新的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件下，調(diào)整和控制系統(tǒng)的輸入和輸出狀態(tài)，使農(nóng)業(yè)系統(tǒng)達(dá)到新的、遠(yuǎn)離平衡態(tài)的、穩(wěn)定的有序結(jié)構(gòu)。此時，農(nóng)業(yè)耦合系統(tǒng)內(nèi)部子系統(tǒng)之間、系統(tǒng)要素之間存在著相互作用、相互促進(jìn)、相互協(xié)同發(fā)展的密切關(guān)系。

編輯推薦

　　《農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)耦合模擬與應(yīng)用》是在他們的博士學(xué)位論文的基礎(chǔ)上，經(jīng)過整合、提煉、充實(shí)、提高而成的。這項(xiàng)研究持續(xù)7年，如果包括前期的農(nóng)業(yè)資源優(yōu)化配置研究項(xiàng)目，則達(dá)13年之久。

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