CN108090842A - 一种基于系统耦合的区域生态安全时空模拟模型 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于系统耦合的区域生态安全时空模拟模型，包括生态资源系统耦合、自然与社会系统耦合、农业生态系统耦合、景观安全格局耦合和生态地理区域耦合。本发明的基于系统耦合的区域生态安全时空模拟模型，通过5个层面的藕合叠加构建一个完整、优化和高效区域生态安全格局；藕合后的系统组分复杂、结构合理，有望在较短的时间内控制自然环境恶化，提高生产水平，使系统做为一个整体在多变的自然环境中具有更高的活性和缓冲能力。
Description
技术领域
本发明涉及地质技术领域，具体是一种基于系统耦合的区域生态安全时空模拟模型。
背景技术
生态系统耦合问题于20世纪80年代末被提出来，最早开始与农业生态系统耦合的研究。20世纪90年代中期，任继周等全面阐述子系统藕合理论，指出系统耦合是由两个或两个以上的具有同质耦合键(性质相似)的系统，在一定的条件下，通过能流、物流和信息流的超循环，形成新的、高一级的结构一功能体。系统耦合的一般功能是完善生态系统结构、释放生产潜力和放大系统的生态和经济效益。目前已经有的实例研究主要针对西部内陆干旱地区的山地一绿洲一荒漠(Mountain-Oasis-Desert)系统耦合。
生态安全问题的提出，最早源于20世纪80年代，前苏联切尔诺贝利核电站事故导致的人为灾难。生态安全的概念有广义和狭义两种，前者以国际应用系统分析研究所((IASA)提出的定义为代表：生态安全是指在人的生活、健康、安乐、基本权利、生活保障来源、必要资源、社会次序和人类适应环境变化的能力等方面不受威胁的状态，包括自然生态安全、经济生态安全和社会生态安全，组成一个复合人工生态安全系统。狭义的生态安全是指自然和半自然生态系统的安全，即生态系统完整性和健康的整体水平反应。长期以来传统的生态学缺乏把空间格局、生态学过程和尺度结合起来进行研究的思路和内容，而这一点正为景观生态学所擅长。
区域生态安全格局概念的提出是对景观安全格局研究的发展。景观安全格局侧重于景观结构与功能关系的机制研究，其特点在于规划设计一些关键性的点、线、局部(面)或其它空间组合，恢复一个景观中某种潜在的空间格局。与此类似，区域生态安全格局研究也基于格局与过程相互作用的原理寻求解决区域生态环境问题的对策，但是，强调区域生态环境问题的尺度性和层次性，即不同尺度上格局与过程的干扰效应，集中解决生物保护、生态系统恢复、及景观稳定等一系列问题。傅伯杰，马克明等提出了区域生态安全格局(theregional pattern for ecological security)的概念，将其定义为针对区域生态环境问题，在干扰排除的基础上，能够保护和恢复生物多样性、维持生态系统结构和过程的完整性、实现对区域生态环境问题有效控制和持续改善的区域性空间格局。
目前，由于区域生态安全格局的研究开展的时间短，尚缺乏统一的理论和方法体系，不同的学者从不同的学科背景在人类活动与环境可持续发展“安全观”的基础之上进行研究。本发明以酒泉市肃州区为研究区域，综合运用生态学的原理和方法研究肃州区的生态安全问题，探讨其形成的机制并通过系统耦合的方法构建区域生态安全格局。以期对研究区制定生态环境保护和区域可持续发展决策提供有益的参考和依据。
肃州区是酒泉市人民政府所在地，也就酒泉市经济、文化中心，位于甘肃省西部、河西走廊中西部，东经98º20'-99º18'，北纬39º10'-39º59'之间。该区域属典型大陆性温带干旱气候，日照长，积温高，气候干燥，干旱少雨，四季分明，样夜温差大。年平均气温7.3℃；年平均降水量85.3mm，年平均蒸发量2148.8mm；年平均日照时数为3033.4h；无霜期105151天，平均为130天。境内有茅庵河、北大河、洪水河、讨赖河等大小河流17条，年平均径流量12.28亿m3，地下水补给量8.52亿m3。该区域地处祁连山北麓的缓坡地带，总体地势西南部高东北部低，海拔高度1340-2200m,属走廊平原“扇顶一扇裙一扇缘”三阶地带。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于系统耦合的区域生态安全时空模拟模型，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于系统耦合的区域生态安全时空模拟模型，包括生态资源系统耦合、自然与社会系统耦合、农业生态系统耦合、景观安全格局耦合和生态地理区域耦合。
作为本发明进一步的方案：生态资源的耦合，是指在一个或多个系统中，不同的生态资源随着能量物质的相互作用，导致不同生态资源的生态功能放大；
通过有效的人为干扰，提高生态系统的生态生产力并最终达到自然资源与人类活动的系统藕合；
农业生态系统由多个农业的子系统构成，包括资源层、动物层、植物层和加工层4个生产层；在一定空间范围内4个生产层中的两个或两个以上进行耦合；
通过土地生态适宜性分析得出肃州区景观安全格局的分布状况；在已有廊道分布的基础上增加廊道长度和密度，增加这些景观安全格局之间的物质循环和能量交换；
绿洲和山地利用特殊的资源优势，通过农牧结合发展农业和畜牧业；利用沙漠对绿洲的增温效应发展特色优势农产品，从不同角度实现不同生态地理区域的耦合。
作为本发明进一步的方案：在肃州区山地-荒漠-绿洲复合生态系统中，绿洲种植业为山地和荒漠放牧系统提供饲草料；将山地和商品放牧系统的商品畜牧转移到绿洲农区；由绿洲农区为山地或荒漠放牧系统提供优良的幼畜，通过放牧系统中优良的牧草和农区经行耦合，进而建立以实现生产效益和生态效益共赢的农业生态系统耦合。
作为本发明进一步的方案：不同的生态资源包括光、水、热和土。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的基于系统耦合的区域生态安全时空模拟模型，通过5个层面的藕合叠加构建一个完整、优化和高效区域生态安全格局；藕合后的系统组分复杂、结构合理，有望在较短的时间内控制自然环境恶化，提高生产水平，使系统做为一个整体在多变的自然环境中具有更高的活性和缓冲能力。
附图说明
图1为基于系统耦合的区域生态安全时空模拟模型的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
请参阅图1，一种基于系统耦合的区域生态安全时空模拟模型，包括生态资源系统耦合、自然与社会系统耦合、农业生态系统耦合、景观安全格局耦合和生态地理区域耦合；
生态资源的耦合是指在一个或多个系统中，光、水、热、土等不同的生态资源随着能量物质的相互作用，导致不同生态资源的生态功能放大，肃州区位于礼连山北麓，祁连山从多个方面深刻的影响着改区域农业的生态资源，产水区与用水区分离以及沙漠的增温作用，使光温水的耦合效应进一步增强，造就出当地绿洲农业特色的生态资源以及相应的特色农业；
自然耦合普遍存在，但并不一定是优化了的耦合，形成的耦合系统生产力水平低下且不稳定。可以通过有效的人为干扰达到相对优化的程度，最大限度的提高生态系统的生态生产力并最终达到自然资源与人类活动的系统藕合；
农业生态系统由多个农业的子系统构成，一般包括资源层、动物层、植物层和加工层4个生产层。传统农业以植物层和动物层为核心，单一性强。在一定空间范围内4个生产层中的两个或两个以上都可以进行耦合，并加以内部优化，以达到持久、稳定生产和丰富多产的目的。这个耦合具有时间特性和空间特性的特点。在肃州区山地-荒漠-绿洲复合生态系统中，绿洲种植业为山地和荒漠放牧系统提供饲草料，在增加农区种植业效益的基础上，减轻了山地的放牧压力；将山地和商品放牧系统的商品畜牧转移到绿洲农区，通过家畜转移，减轻了天然草地的压力；由绿洲农区为山地或荒漠放牧系统提供优良的幼畜，通过放牧系统中优良的牧草和农区经行耦合，进而建立以实现生产效益和生态效益共赢的农业生态系统耦合；
通过土地生态适宜性分析得出肃州区景观安全格局的分布状况，这些以上地区不仅是肃州区天然生态系统的分布区域，也是实现肃州区未来可持续发展的主要生态依赖和屏障。在已有廊道分布的基础上增加廊道长度和密度增加这些景观安全格局之间的物质循环和能量交换，可以实现主动优势、高效优势和空间联系优势，高效优势是景观安全格局的整体优势；
肃州区是一个河西走廊地区典型的山地-荒漠-绿洲复合生态系统，绿洲景观居于该复合生态系统的中心，同时也是该复合生态系统中能量集中和物质交换的中心。绿洲和山地利用特殊的资源优势，通过农牧结合发展农业和畜牧业；利用沙漠对绿洲的增温效应发展特色优势农产品，从不同角度实现不同生态地理区域的耦合。
肃州区区域生态安全格局包括多个不同的生态系统，不同生态系统通过系统耦合形成耦合景观生态系统的过程可以被看座尺度逐渐变大的过程中景观组分的融合和性质转变的过程。通过系统耦合，不仅使生产水平大增，还可以导致系统与外界环境在物质、能量、价值和信息方面的良性循环，同时使系统更加趋于稳定，从而强化系统的整体功能，放大系统的整体效应。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (4)
1.一种基于系统耦合的区域生态安全时空模拟模型，其特征在于，包括生态资源系统耦合、自然与社会系统耦合、农业生态系统耦合、景观安全格局耦合和生态地理区域耦合。
2.根据权利要求1所述的基于系统耦合的区域生态安全时空模拟模型，其特征在于，
生态资源的耦合，是指在一个或多个系统中，不同的生态资源随着能量物质的相互作用，导致不同生态资源的生态功能放大；
通过有效的人为干扰，提高生态系统的生态生产力并最终达到自然资源与人类活动的系统藕合；
农业生态系统由多个农业的子系统构成，包括资源层、动物层、植物层和加工层4个生产层；在一定空间范围内4个生产层中的两个或两个以上进行耦合；
通过土地生态适宜性分析得出肃州区景观安全格局的分布状况；在已有廊道分布的基础上增加廊道长度和密度，增加这些景观安全格局之间的物质循环和能量交换；
绿洲和山地利用特殊的资源优势，通过农牧结合发展农业和畜牧业；利用沙漠对绿洲的增温效应发展特色优势农产品，从不同角度实现不同生态地理区域的耦合。
3.根据权利要求1所述的基于系统耦合的区域生态安全时空模拟模型，其特征在于，在肃州区山地-荒漠-绿洲复合生态系统中，绿洲种植业为山地和荒漠放牧系统提供饲草料；将山地和商品放牧系统的商品畜牧转移到绿洲农区；由绿洲农区为山地或荒漠放牧系统提供优良的幼畜，通过放牧系统中优良的牧草和农区经行耦合，进而建立以实现生产效益和生态效益共赢的农业生态系统耦合。
4.根据权利要求1所述的基于系统耦合的区域生态安全时空模拟模型，其特征在于，不同的生态资源包括光、水、热和土。
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