生态数学模型

2024-06-22

生态数学模型（精选十篇）

生态数学模型篇1

自然世界中很多现象是以二维一阶微分方程组作为模型的, 即

其中方程组 (1) 的右端不显示时间变量t, 称方程组 (1) 为自治微分方程组, 也称为自治微分系统。若x=x (t) , y=y (t) 是自治微分方程组 (1.1) 过点 (x0, y0) 的任意一个解, 称此解为三维空间 (t, x, y) 中的积分曲线。此三维积分曲线在 (x, y) 面上的投影曲线称为相轨线, (x, y) 平面也称为相位平面。

若点 (x0, y0) 满足条件U (x0, y0) =0, V (x0, y0) =0, 称 (x0, y0) 是自治微分方程组 (1) 的一个临界点, 临界点对应的常值函数x (t) =x0, y (t) =y0称为自治微分方程组 (1) 的平衡解, 此平衡解对应的相轨线为相平面上的一个单点。

若自治系统 (1) 的初值点 (x*, y*) 与临界点 (x0, y0) 充分接近的时候, 对应初值解 (x (t) , y (t) ) 与平衡解 (x0, y0) 的距离可以任意小, 称临界点 (x0, y0) 是稳定的, 否则称为不稳定的。设, 则∀ε>0, , ∀X*:|X*-X0|<δ, |X (t) -X0|<ε若临界点 (x0, y0) 是稳定的, 且当初值点 (x*, y (*) 充分接近临界点x0, y0) 时, 初值解 (x (t) , y (t) ) 无限趋近平衡解 (x0, y0) , 称临界点 (x0, y0) 是渐进稳定的。即

微分方程的稳定性理论由俄国数学家李雅普诺夫创立, 通过构造李雅普诺夫函数, 然后判断李雅普诺夫函数V (x) 及d V/dt的符号就可以判断出临界点的稳定性。同时法国数学家庞加莱创建了微分方程的定性理论, 通过构建微分方程的相平面、相轨线、平衡解来分析在平衡点附近的微分方程的相轨线的变化趋势, 这些理论构成了微分方程的定性与稳定性理论, 是微分方程的主要发展方向。

2 基于MATLAB的OBE软件与Simulink仿真系统概述

微分自治系统 (1.1) 的方向场及相轨线可以由OBE软件画出, 本文使用的是John Polking建立的基于MATLAB的pplane程序, 这个程序可以免费使用 (math.rice.edu/~dfield) , pplane程序界面如图1所示。

通过pplane软件将微分自治系统输入到The differential equations, 然后在The display window输入x, y的取值范围, 点击proceed按钮得到相应微分系统的向量场, 并且可以在向量场中选定初值点得到对应的相轨线, 而且pplane软件可以求解出微分自治系统的平衡点, 程序运行结果如图2所示。

自治微分系统 (1) 可以通过Simulink系统和仿真环境得到相应的积分曲线, Simulink是目前仿真领域首选的计算机环境。Simulink系统具有丰富的模块库:连续模块、非连续模块、离散模块、逻辑模块、数学模块信号路线模块等, 通过这些模块库可以容易的建立所要研究的系统框图, 通过执行系统框图就可以得到相应系统的仿真结果。Simulink系统仿真结构框图如图3所示, 仿真结果如图4所示。

3野生生物保护区生态数学模型的建模与仿真

某大型野生生物保护区, 现有x0只山羊和y0只老虎, t个月后, 山羊的数量x (t) 和老虎的数量y (t) 满足自治微分系统:

利用MATLAB OBE软件pplane可以画出生态系统 (图5) 的向量场和相轨线以及临界点, 如图5、图6所示, 画出了三条相轨线, 分别过初值点 (1000, 4000) , (800, 3000) , (600, 1500) , 且给出了临界点 (300, 500) , 临界点附近的相轨线均为闭轨线, 从而可以分析出老虎与山羊的数量将会周期变化, 并且临界点 (300, 500) 是稳定的平衡解, 但不是渐进稳定的。

利用Simulink仿真系统可以给出生态系统 (图5) 的结构框图及建模仿真结果图, 如图7、图8所示, 给出了经过初值点 (1000, 4000) 的仿真结果图, 从仿真结果曲线可以看出老虎与山羊的数量变化周期是200 (月) , 山羊数量的最大值是1800只, 第一次出现时间是170 (月) , 老虎数量的最大值是5000只, 第一次出现的时间是180 (月) 。

4 结论

本文利用MATLAB OBE软件pplane及Simulink仿真系统讨论了一类生态系统模型, 给出了此类生态系统的向量场、典型的相轨线、临界点, 同时也给出了此类生态系统的Simulink结构框图和系统仿真图, 并且分析得到了此类生态系统的循环周期、最大值等结论, 实例表明MATLAB的pplane软件与Simu⁃link仿真系统在生态系统建模仿真问题上有着重要的应用价值。

参考文献

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生态疗法与生态疗法系统模型篇2

关键词生态疗法；森林疗法；园林疗法；荒野疗法；生态疗法系统模型

分类号 B849

DOI： 10.16842/j.cnki.issn2095-5588.2016.06.008

1 引言

1.1 西方心理学方法论的发展：从科学心理学方法论到生态心理学方法论

继笛卡尔时代之后的西方心理学，无论从世界观到方法论都深受自然科学的影响，以赫尔姆霍兹（Helmholtz）、韦伯（Weber）、费希纳（Fechner）和冯特（Wundt）为起点的科学心理学，使西方心理学脱离哲学主体成为独立学科。以经验主义和实证主义为模板的科学心理学，在物理隐喻思想的指导下认为任何可以被证伪的知识和经验才具备科学意义，致使主流心理学将研究对象局限于“生物性”个体，以“物”的方式进行探索研究，在这样的时代背景下，导致心理学方法论局限于个体主义和机械主义的还原论。如元素还原论，即把意识或行为还原为意识元素或分子行为，以意识和行为的元素解释意识和元素的整体；生物还原论，以动物行为的研究取代人的社会行为的研究，以生物学的特性解释意识和行为；生理还原论，把心理现象归结为生理现象，以神经生理的研究取代意识和心理现象的研究；机械主义则是另一种形式的还原论，将个体比作机器，认为个体受刺激和反应规律的支配（叶浩生，1998）。

当还原论大行其道的时候，越来越多的心理学家发现将人拆解进行碎片式的研究，已经不能代表系统的人的复杂性，人文取向的心理学开始越来越关注整体，以格式塔心理学、精神分析和人本主义心理学的整体论为代表。格式塔在思维和知觉领域提出人的整体性大于部分之和，整体先于部分，整体决定部分之说（彭运石，2009）；弗洛伊德开创的精神分析在心理治疗领域，将神经症视为在生物性的（biological）、遗传性的（phylogenetic）、个人心理的（pure psychological）的综合因素作用下产生的，并且提出了人格结构的整体性（自我-本我-超我）。人本主义心理学家马斯洛提出以“整体动力论”来弥补“还原论”之不足，他认为人作为一个有机整体，具有多种动机和需要，包括生理需要、安全需要、归属和爱的需要、自尊需要和自我实现需要，主张以整体分析法作为心理学研究的基本方法（Maslow， Frager & Cox，1970）。这样的整体论的出现是批判科学心理学范围太过狭小，延展了其疆界，无疑将人的维度扩展至更广阔的范围。但人文取向的心理学在操作层面仍难以结合科学心理学的方法，所以在学界仍处非主流地位，尤其是在学院派中。

生态主义心理学在这样一个方法论的背景下发展出来，提出生态整体论，弥补了格式塔等代表的整体论局限于个体整体的缺陷，将人与物纳入同一框架中，认为动物与环境是有机的交互整体，其中任一部分的改变，都将引起另一部分的转变。在生态世界观中，世界成为人與现实环境相互联系与相互依赖的场所。生态心理学家不仅看重人的有机整体的统一，同时也将自然系统包括物理系统、生态系统和社会文化系统纳入人的心理整体性中（Heft，2015）。同时代越来越多的心理学家开始采用整体的、相对的、互动的、多元的和层次性的观念和视角，例如后现代主义心理学，心理学的发展从机械的、还原的自然科学论逐步向生态主义的多元、整体转变。

1.2 西方心理学“自我”研究的发展：从“生物的我”到“生态自我”的发展

科学的发展史即为方法论的发展史，心理学这门学科同样如此。心理学方法论的核心议题，都是围绕“我”这个带着神秘维度的主体。方法论的演化，导致心理学家对这个不变的研究对象有了不同的认识。对主体“我”的研究，研究方法从量化式的物理解构，到后现代主义解构了连续性（continuity）、自我感（self）、意向性（intention）、认同

（selfidentity）、中心性（centrality）、性别及个体性（individuality），并且建立了一套传记式的连续体（biographical）完整性的记忆体制，虽然到现在仍然受到挑战（Hillman，1995）。对“我”的理解，也从最早的实验室中的生物性的“我”，过渡到现代精神分析提出“投射性认同”（projective identification）的运作机制，也将外部客体依附在“我”的心中，“我”与世界的互动随即变成了，“我”与客体在我心中产生的“印象”的互动，这不得不说是对“自我”这一概念的扩展，但终未逃离“我”这一主体范围。“我”与“非我”之间的切割，成为各个心理学流派的特点，并且推动了对“自我”的研究。

从20世纪末开始，尤其是后现代主义的心理学家开始用更为开阔的视角探索心理世界的规律性，同时也提出更具开阔性的“自我”概念。这些领域包括积极心理学（Seligman & Csikszentmihalyi，2014）、叙事心理学（Sarbin，1990；McAdams，1993）、超个人主义心理学（Wilber，2000）、进化心理学（Buss & Barnes，1986；Pinker，1998）、自体心理学（Gross，1971；Stolorow，Brandchaft & Atwood，1987）等。它们倾向于以系统的（systematic）、整合的（holistic）、多元的（multiple）、有机的（organic）和主体间的（intersubjective）视角去理解心理现象。我国学者訾非（2014）也提出用“生态主义的心理学”（ecologistic psychology）的大框架去理解各个流派。超个人主义心理学者肯·威尔伯（Wilber，1993）在其著作《意识光谱》中，做了更为大胆的假设，其认为各个流派的心理学观点就像是物理学的光谱一样处于不同光谱位置，相互并不冲突，以一个更为庞大的整合思路，将所有心理学体系纳入一个框架之中。

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生态系统框架的搭建，是建立在“自我观”逐渐发展下的——从最早的生物性个体的主体研究，到社会的“我”（Mathews，1991）（社会与文化），再到世界的“我”（生态系统）。弗洛伊德将心理学对“自我”的认识发展至冰山之下，荣格更是把潜意识领域的“自我”扩充到原始人类，肯·威尔伯是把意识的发展扩展到心灵层（the level of mind），在这个层的意识自我的特点是“非二元”的，主客体同为一体，是以世界、甚至是神为中心的（杨韶刚，2006）。

阿伦·奈斯（Naess）提出“生态自我”（ecological self）这一术语，被应用在“深层生态学”的研究领域。这一概念的提出，迅速成为了一些持生态世界观的学者的核心主旨，以及正在兴起的生态心理学的研究对象。奈斯（1995）认为，自我的成熟需要经历三个阶段，从自我（ego）到社会自我（social self），再到形而上学的自我（metaphysical self）。其用“生态自我”来表示这种形而上学的自我。这样的自我的概念，已经不仅仅着眼于社会与人际关系中的自我，而是扩展到了人与物质、其他生物之间的关系。

罗斯扎卡（2001）在探索生态心理学的《倾听地球的声音》（The Voice of the Earth）一书中，延展了荣格的集体潜意识与弗洛伊德的本我（id）的概念，他认为这些术语所指就是“世界”，提出了“生态潜意识”。他认为要使深层自我适应于集体潜意识和本我，就等于是适应于有机的和无机的自然世界。进一步说，一个人要与“自己深层的自我”调和，需要的不仅是一趟探索内在的旅程，也需要和外在世界的环境和谐共存。他提出的“生态自我”概念，包含“生态潜意识”，认为解决生态危机的办法就是“解除对生态潜意识的抑制，建立生态自我”。詹姆斯·希尔曼（Hillman，1995）呼吁心理专家，用不切割的方式来探索内在世界。他认为任何地方都可以是内在世界，任何我们以心理的眼耳去看听的地方皆可，整个世界是我们的咨询室和培养器皿。心理学可追随博物学家、植物学家、海洋学家、地质学家、都市计划学家等，探索各个地域中所潜藏的主体性、潜藏的意向性、被旧典范视为客观物性，且超越意识和内在性的领域。除了带着心理学的眼光进入世界之外，也允许世界进入心理学疆土，并承认在心理学所面临的问题中，空气、水和地域等因素，扮演着和情绪、关系与记忆同样重要的角色。

2 生态疗法

毫无疑问的是，“自我”这一体系，已经变得不再是实验室中单纯的生物性个体，而是更丰富的“世界”。而在生态心理学的推动下，心理疗法也不仅仅局限于城市中的咨询室里，而是发展到了自然环境中。生态心理学将自然的环境因素纳入到心理健康的标准之中，也为以自然环境为背景的心理治疗提供了新的思路。生态疗法从本质上是将生态心理学的原则与心理治疗相结合，其中疗法包括了森林疗法（Forestry Therapy）、荒野疗法（Wilderness Therapy）、园艺疗法（Horticultural Therapy）等多种自然形态疗法（朱建军，2009）。

森林疗法，又称森林疗养，人体吸收森林释放自身生存的生化物质、经触发或置换而产生的负氧离子，从而调节人体健康。这一定义是建立在森林系统中自然具有的特殊生化功效的基础之上的。近几年来，对森林不同树木释放的化学物質“精气”的研究表明，森林系统对躯体健康有很明显的效用。例如，日本医科大学的李卿博士、千叶大学的宫崎良文博士、森林综合研究所的香川隆英博士等研究者，以东京工作繁忙的白领和高血压、抑郁症、糖尿病等患者为研究对象，通过让他们在森林中散步、休息，发现他们血液中的免疫细胞活性明显增加，这表明森林环境对高血压、忧郁症、糖尿病等症状具有显著的预防和减缓作用，而城市环境对这些症状减缓作用不明显。森林环境对交感及副交感神经活动的影响实验表明，森林环境可降低交感神经活性，增加副交感神经活性，调节自律神经的平衡，因此森林环境可降低血压。森林疗法中的生态特点是半人工半自然的生态环境，需要经过有关部门进行森林基地的验证，其中森林基地的设施要保证其生物与自然的功用（

南海龙，王小平，陈峻崎，朱建刚，杨晓晖，温志勇，2013）

园艺疗法，也称园艺治疗，指以园林中的人与自然物的亲密关系为推动力，让病患在主动参与务实中，投入精力、希望、期待、收获与享受的全过程，从而起到对病患进行干预与治疗的效果。该疗法主要通过园林景观以及植物系统，刺激人们的感官，通过人与自然植物的互动获得疗愈效果。目前的研究报告显示，该疗法对身心障碍者，常见如唐氏综合症（Downs syndrome）、智能不足（Mental Retardation）、脑性麻痹、自闭症（Autistic Disorder）、抑郁症等患者有显著疗效，并且在人们的精神方面、社会关系方面、身体方面都有明显的改善功效。园艺疗法的生态特点是半人工半自然的环境，主要提倡人们在与环境交互中的主动性（李燕，2014）。

荒野疗法，也称荒原治疗。它可以帮助心理障碍患者，甚至帮助迷途者找到目标，重拾力量。罗素（Russell，2001）认为荒野治疗是指发生于自然或者荒野环境中的体验，在熟练的荒野领导者与合格的心理治疗师的监督下，用冒险活动和原始的生活技巧来教授新的技能和挑战消极的行为和思考方式。简单地说，荒野治疗，是建立在荒野自然体系中，在纯自然的环境中进行干预治疗。而研究结果说明，荒野治疗对“自我概念”有明显的改善功能。例如，科罗拉多外展学校曾经对600名参加过该学校荒野治疗的当事人进行调查，发现参与者的自我概念有显著变化，现实自我与想象自我之间的差距也有所减少，并且焦虑感有所下降。之后众多研究也都证明荒野治疗在提升自我概念、自尊等方面有明显的效果（马燕，2010）。

3 生态疗法的系统模型

笔者在研究生态疗法的过程中发现，各个疗法借助不同系统的特性进行治疗，即将注意力着眼于不同客观自然属性的特点，而各个疗法之间并没有形成系统的连接。为此，笔者整理并分析出各个疗法之间的关联，提出生态疗法的系统模型。系统模型的提出，是建构在心理学各流派理论基础之上的，并非提出新的治疗思想，而是将各流派疗法整合到生态疗法系统中。

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生态疗法的系统模型是指在心理治疗中，使来访者经历所有生态系统从而恢复心理健康的治疗方法模型。生态疗法的系统模型方向包括从城市为主的人文社会系统，到半自然半人工的森林或园林系统，再到纯自然的荒野系统，最后再回到城市系统。如图1所示。

纵观传统的城市咨询系统，各个流派虽有异同，但个体的心理治疗范围局限于家庭关系的交互作用、人际关系的交互作用、社会文化的交互作用。且不同的流派在不同的位置展开治疗，如个体内部（精神分析）和个体外部（认知行为疗法）。然而，越来越多的心理学家开始相信，人与生态自然的关系也同样导致了精神系统的病理症状的出现。例如汤姆斯·贝瑞等（Swimme & Berry，1994）认为，现今人类在与自然世界的关系上，已变得“自闭”。并且她将这种自闭回溯到笛卡尔所演绎出的机械世界观，他说“笛卡尔……等于是杀死了地球和其上的所有生命”，对他而言，自然世界是机械化的，不可能进入到一种沟通融合的关系状态。西方人类与周遭世界的关系，变成自闭状态。如同自闭症儿童似乎听不到、看不见或感觉不出母亲的存在一般，我们也一样盲目地无法感觉到这个活生生地球的心灵存在。这个症状只能藉由“人类与自然世界间新的共处模式”改善。

抑郁症、强迫症、自闭症、成瘾等等这些精神病理症状，既可以在社会家庭系统中找到症状的原因，也可以在人类的集体层面找到症状的原因。这些病因总体来说是源自人类文明的发展，致使人类悖离自然而导致的，而集体的症状同样也与每个人类密切相关。从唯物历史观的角度看待人类进化的过程，人类发展是逐步城市化的过程：从原始人所处的荒原系统，到半自然半人工的农耕系统，再到城市系统这一过程。从外在的物质角度讲，是逐步脱离原始自然的过程，而这样的城市化过程伴随着去荒野的内在心灵的变化。如果以分析心理学的取向解释，人类本由自然之物孕育和滋养，在完成城市化之后，隔离了原始自然，渐渐地把原始的元素压抑到集体潜意识层之中，所以我们对原始自然的态度是矛盾的，既害怕又渴望。害怕表现为那些对不安全因素的恐怖心理，如害怕原始猛禽，蛇，狼等等，所以荣格在谈论原型层面的阴影时，蛇和野兽的原始意象，多象征人类心灵中的阴影。以象征的角度谈人类心灵，原始自然象征着集体潜意识中的印记，城市社会家庭系统对个体造成的创伤以情结的方式存储于个体潜意识中。荣格（1926）认为：情结就像挥之不去的乌云一样，挡在“自我”与原型之间，使人类不断地重复着情结模式的循环。

如果按照Winnicott（1960）所解释的心理治疗的疗效来说，精神分析的疗效取决于治疗师带着来访者主动退行到原生状态，帮助个体来访者似乎“重新生活了一遍”，从而“重置”来访者的生活策略与防御机制，以起到治疗作用（郗浩丽，2007）。这个治疗观点，毫无疑问在城市系统中是已经被公认的经典观点，就像治疗取向的心理学家几乎公认精神分析是心理治疗的基石。而荣格和罗斯扎克所做的事情恰恰是在生态层面的“主动退行”，退回到人类集体早期的“子宫中”（原始自然），从而与更深刻的系统接应。了解了这一观点，就可以理解为什么“荒野治疗”具有修正自我概念的功效了。例如，人类从荒野到森林到农耕再到城市这一过程，逐渐分化出以城市化功能为主的机能，例如思维；而相对原始的功能，比如感觉、情感等会较少被使用。这里要说明的是并不是每个人都是优势功能是思维，劣势功能是情感，而应该从人类这一物种的进化特点的角度来理解回到原始环境中能够激活劣势功能这一观点。

荣格（1926）在《心理类型》中明确指出，劣势功能与集体无意识相连。原始的自然环境可以提供一个集体无意识的氛围，这样的“退行”可以为来访者提供一个重新认识世界的可能。现今，越来越多的心理治疗流派认为，人们的心灵拥有自我整合的动力，而这样自我整合的动力，会使人们变得更为完整，也使“自我”在与世界交互作用过程中所使用的功能更为完整。

可是回到最初的原始系统中，不免会对来访者造成很深的恐惧感，就像精神分析中的治疗一样，回到越早期的经验中，会唤出来访者更大更强的防御。所以森林和园林这一半人工半原始的系统，就很好地起到了过渡作用。这一过渡系统，是在森林基地（周彩贤，张峰，冯达，马红，邹大林，南海龙，2015）的基础上建立而成，確保了自然属性的森林系统对人的外在影响，在半自然半人工的疗养环境中可以展开更具有适应性的内在心理探索。

我们不得不肯定的是，各个系统中包含着不同的治疗功能，各个系统之间也不能互相取代。如果我们从布朗分布伦纳（Bronfenbrenner）提出的生态系统模型理论角度来分析，其理论涵盖的只是城乡系统与人文社会文化的交互作用（刘杰 & 孟会敏，2009）。如果引入深层心理学中的内部心理活动，那么弗洛伊德提出的“个人潜意识”，仅仅是在比较小的系统空间内活动。随即而来的荣格的分析心理学，提出一种涵盖更宽广、为人类所共享的心灵可能，即“集体潜意识”。“集体潜意识”由所有心智的普遍运作形态，或称为原型（archetypes）所构成，可在人类历史中各种不同文化里的神话、传说、寓言、童话故事中找到，这个系统包含了全人类的集体文化。紧随其后的是，罗斯扎卡提出的“生态潜意识”以及史蒂芬·艾森史塔特提出的“世界潜意识”（Aizenstat，1995），将内部心理扩展到有机物与无机物之间，对应外部系统，即生态环境系统。引入新的生态治疗系统，其治疗范围包括了人与人的交互作用，人与社会的交互作用，同时还包括人与自然的交互作用，在意识行为层面和潜意识层面都丰富了原有的咨询体系。笔者认为这不仅不会影响在城市治疗中所探讨的成果，反而会加强这一部分，这也是笔者提出生态疗法模型中回到城市的原因，换句话说，所有的疗法都指向来访者如何能在社会活动中具有更好的功能这一命题。系统的扩大，为“自我”成长空间的扩大提供了可能。归根结底，人类是社会性种族，长期生活在城市中，所有的治疗都回归于城市系统，如何将生态系统的影响带回城市中，不仅是治疗师的重任，也是未来生态系统模型所讨论的重点即城市系统引起的创伤模式与自然系统的对应关系。

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4 讨论

笔者只是抛砖引玉式地提出一种治疗框架，其中具体操作性的部分仍然需要更多的研究者来探索与研究。例如，生态疗法治疗因子的实证研究；不同症状的来访者更适合什么样的生态环境进行治疗；如何在自然环境中发展不同来访者的劣势功能；如何将生态疗法的疗效应用在城市系统中等等。

另外，当我们讨论森林、园林、荒野等概念的时候，借用的是西方文化，因为这些概念是在西方的思维逻辑下发展出来的。当西方开始整合这些不同层面的疗法时，借鉴的是东方文化，这一过程早在心理学家荣格和肯·威尔伯（彭运石，2002）身上就有所体现。就像西方传统的建筑布局一样，是严格按照城市-园林-森林-荒野结构建造的，而传统的中国建筑布局则体现了“天人合一”的思想，城市与自然和谐而不分家。生态疗法系统模型的实施和应用应当从中国传统文化出发，因为中国的传统文化正是讲究“道法自然”的，在城市系统中生活的人同时拥有与自然的连接，中国古人很早就这样做了。但同时也不能忽略西方量化的研究方式，如同森林疗养中大自然的药用作用，对不同躯体疾病的实实在在的帮助。

笔者长期活动于不同生态疗法的领域中，也身体力行地体验过每个疗法间的差别和联系。就目前国内发展情况来看，森林疗养刚从日本、德国、韩国等国家引进，由北京园林绿化国际合作项目发起，还处于起步发展阶段（

周彩贤，张峰，冯达，马红，邹大林，南海龙，2015）。荒野治疗目前国内实施者更是寥寥无几，主要由行者荒原学校等民间力量在推动。笔者之所以提出这样的系统模式，也是想将民间的和官方的力量结合起来，而不是各行其是，共同推动生态疗法。各个领域的专家，如城市咨询、森林、园林、荒野，能够站在系统的生态心理学框架下，才能更好地整合和包容其他不同疗法。同时也希望各界的力量加入进来，了解生态系统对人类的重要性，并且把这样的生态实践运用到儿童、青少年教育中，在儿童成长的过程中为其提供一个更具建设性的“自我”空间。同时医疗界的进入也同等重要，将医保等国家补助项目纳入生态疗养中，也是造福于人民的民族大计。

参考文献

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生态数学模型篇3

1 2006年包头市生态足迹及生态承载力计算

1.1 区域概况

包头市地处祖国北疆, 位于内蒙古自治区中西部, 北与蒙古国交界, 南临黄河, 东西接沃野千里的土默川平原与河套平原, 银山山脉横于中部, 地理位置介于109°15′—111°25′E、40°15′—42°45′N;地貌由山地、丘陵、高平原、平原等组成, 地势中间高、南北低, 大青山主峰最高海拔2338m。包头市气候属于典型的温带大陆性气候, 年降水量少且主要集中在每年的6—8月份, 蒸发量大, 气候干燥, 光照充足, 表现为干旱草原生物气候特征;区内生物种类及矿产资源种类繁多, 是发展农副业、畜牧业的理想地域, 全市土地面积276.46万hm2, 人均土地面积1.4088hm2。

2.2 生态足迹模型

生态足迹模型是由Ree和Wackernagel等于1996年提出的。这种模型是一种定量分析研究的新方法, 也是一种度量可持续发展程度的指标。一个国家或地区的生态足迹是指能够提供这个地区或国家的人口所消耗的所有资源和吸纳这些人口所产生的所有废弃物所需要的生物生产总面积 (包括陆地和水域) , 因此生态足迹的计算是基于两个基本假设的:一是人类可以确定自身消费的绝大多数资源及其所产生的废弃物数量;二是这些资源和废弃物流能转换成相应的生物生产面积[6]。

生态足迹计算的一般公式可表示为:EF=N·efundefined。式中, i为消费项目类型, ci为第i种消费项目的人均年消费量, Pi为生态生产性土地生产第i项消费项目的年平均生产力, aai为人均第i种消费项目折算的生物生产面积, N为人口数, ef为人均生态足迹, EF为总的生态足迹。由于不同的国家或地区其资源禀赋不同, 不但单位面积不同生物生产用地的生态生产能力不同, 而且单位面积同类生物生产用地的生态生产力差异也很大, 致使不同国家或地区同类生物生产面积类型的实际面积是不能进行直接比较的, 需要对不同类型的面积进行标准化, 即用不同类型的生物生产面积乘以本类型生物生产面积的均衡因子, 使计算结果统一成具有相同生态生产力的面积。

生态承载力 (即生态足迹供给) 是地球生态系统所能提供的、满足人们生态生产活动需要的土地面积[7]。生态承载力如果大于生态足迹, 表明人类对自然的压力小于自然的承载能力, 反之则出现生态赤字 (Ecological Remainder) 。即消耗大于地球提供的承载力, 这有悖于可持续发展。生态承载力的计算公式为:ECundefined。式中, j为生物生产性土地类型;aj为人均生物生产性土地面积;rj为均衡因子;yj为产量因子。均衡因子是利用全球该类生态生产性土地的平均生态生产力除以全球所有各类生态生产性土地的平均生态生产力;产量因子是利用某国或地区某类土地平均生产力除以世界同类平均生产力。在进行生态承载力的计算时, 按照《我们共同的未来》中的建议, 扣除12%的生物多样性保护面积[8]。

1.3 生态足迹和生态承载力计算

包头市2006年生态足迹的计算由两部分组成:一是生物资源消费, 主要包括农产品、动物产品、水产品和木材等 (表1) ;二是能源资源消费, 主要包括煤、天然气、化石燃料、热力、电力等 (表2) 。在计算过程中, 生物生产性土地采用Wackernagle 划分的6种土地类型:①耕地。主要用于生产各种粮食、蔬菜及经济作物的用地。②林地。包括人工林和天然林, 生产水果、菌类、茶叶及木材的用地。③草地。主要用于发展畜牧业, 生产各种禽、畜、肉、蛋的用地。④建筑用地。人类用于修建住宅、道路、公共设施等用地。⑤化石燃料用地。用于消纳化石燃料燃烧产生废物的用地。⑥水域。主要用于生产各类水产品的用地。在生物资源消费转换为提供这些消费需要的生物生产面积时, 我们采用联合国粮农组织 (FAO) 1993年计算的有关生物资源世界平均产量资料[9]。其计算公式为:EFi= (Pi+Ii+Ei) /Yaverage。式中, Pi为i种资源的总生产量, Ii为其进口量, Ei为出口量;Yaverage为世界上i种生物资源的平均产量 (表1) , EFi为i种生物资源消费的生物生产面积。计算能源消费足迹时, 以世界单位化石燃料生产土地面积平均发热量为标准[10]。通过折算系数将能源消费所消耗的能量折算成一定的化石燃料生产土地面积。计算公式为:undefined。式中, Ai为化石燃料生产土地面积 (hm2) ;Ci为第i种能源消费量 (t) ;Hi为第i种能源燃烧释放热量折算系数 (GJ/t) ;EPi为全球森林对i种能源燃烧排放温室气体的平均吸收能力 (GJ/hm2) , 见表2。

注:*单位为m3;**单位为m3/hm2。

注:*单位为万m3;**单位为100万kJ;***单位为万kW·s;①计算时将能源转换为t标准煤, 折标煤系数[11]采用我国能源统计过程中的参考系数。

通过对2007年《包头市统计年鉴》以及包头市土地利用变更调查数据的分析, 得出2006年包头市的生物生产性土地面积情况, 见表3。本文采用的产量因子以中国平均值为准并考虑内蒙古的自然地理特征, 结合自然地理特征分析区域内的平均生产力, 分别为:耕地和建筑用地为1.49、林地0.80、草地2.19 (区域内的平均生产力主要以计算肉类与奶类为主, 表明包头市草地的生物产出率是世界平均水平的2.19倍) 、海洋1、化石燃料用地为0。

2 2006年包头市生态足迹供需结构分析

从各种生物资源消费项目分析, 人均奶类消费生态占用面积最大, 其次是羊肉、木材、牛肉、粮食、水产品, 六项占到人均总消费生态面积的67.38%。可见, 在包头的日常消费结构中, 奶类、羊肉、牛肉、粮食、水产品和木材占用较多的土地面积。在能源资源消费项目中, 化石燃料用地以焦炭、煤和天然气的消耗为主, 这三项大约占到人均总消费生态面积的20.56%。这与包头市能源消费结构特征相一致, 但也体现了包头作为一个工业城市, 依然以消耗基础能源为主的消费状况。

基于生态足迹和生态承载力的研究 (表4) , 从包头市2006年人均生态足迹供需情况可看出, 2006年包头市总生态足迹为5812803.56hm2, 是包头市土地总面积的2.1倍。人均生态足迹需求为2.736596hm2/人, 而实际人均生态承载力为1.543831hm2/人, 人均生态赤字1.192765hm2。这表明包头市人类活动对自然生态系统的影响已远远超出了生态承载力的范围, 并对生态系统造成了巨大压力。生态压力指数已经达到1.77, 与1999年全国人均生态足迹1.326hm2相比翻了一番多, 人均生态承载力与1999年内蒙古人均生态承载力[12]2.353hm2相比下降了0.809hm2。人均生态赤字的存在, 表明包头的经济发展正在以消耗大量的资源为前提。

从土地类型分析 (图1) , 包头市耕地的生态盈余为0.07957hm2、草地生态盈余为0.027014hm2、林地生态赤字为0.337168 hm2、水域的生态赤字为0.021hm2、建筑用地的生态赤字为0.015335 hm2、化石燃料用地生态赤字为0.715323 hm2。从中可以看出, 化石燃料用地的生态赤字最多, 其次是林地和建筑用地。林地存在生态赤字的主要原因是包头市林地资源较少而且实际利用率低, 因此应该加紧退耕还林的工作, 提高林业用地的生产力;建筑用地存在生态赤字, 表明包头市的城市化建设速度很快, 人们对房产、休闲娱乐以及服务业的要求越来越高, 造成建设用地增长迅速, 短期内失去其平衡。

从各类足迹比例来看, 包头市草地生态足迹占人均生态足迹的37.87%, 说明人们的消费正以肉、蛋、奶等为主。尽管目前草地仍然处于生态盈余, 但现实是天然草地日渐退化, 必须尽快实施改良措施, 防止草地继续退化, 禁止过度放牧和人为破坏, 保证草地的高效利用。从资源利用的角度来看, 包头市能源用地占整个生态足迹的27%。生态足迹分析中的能源用地代表了在可持续方式下支持当前的能源消费所需要的土地面积, 反映在包头市的经济结构中工业生产已经占据较高的比例。因此, 高的能源消费通常意味着高的生态赤字, 这也是包头市高生态赤字的原因之一[12]。

3 结语

生态数学模型篇4

关键词：产品设计质量模型设计方法工业设计

引言

设计学领域对产品的研究集中在用户和市场，经济学领域对产品的研究集中在市场和成本，生态学领域对产品的研究集中在产品的全生命周期及其对环境的影响，工程学对产品的研究集中在制造。人们对产品质量的认识不全面、不科学、不统一，所以有必要建立科学的产品质量模型以帮助人们全面理解和把握产品质量。

设计学、心理学和质量管理领域的专家通过对成功产品的研究提出了许多产品质量模型，其中狩野纪昭（Kano Noritaki）的产品质量模型、唐纳德？诺曼（Donald A. Norman）的产品质量模型和Jonathan Cagan & Craig M. Vogel的产品质量模型影响较大。

日本质量专家狩野纪昭在《魅力质量与应达质量》一文中根据用户感受把产品质量分成三种：必要质量、期望质量和魅力质量[1]。必要质量是指产品的基本特征。期望质量是指用户期望的产品特征。魅力质量是指令用户意想不到的产品特征。狩野纪昭认为成功的产品必须具有必要质量和期望质量，魅力质量永远都是吸引用户的亮点，但随着时间的推移，魅力质量会向期望质量和必要质量转变。唐纳德？诺曼教授在《Emotional Design》根据人的生理本能和文化基因，指出人类对产品的反应有三个维度：本能感知（visceral level）、行为过程（behavior level）和反思[2]（refective level）。产品应当在本能感知方面表现出美观与和谐，在行为过程方面表现出易懂与好用，在反思水平方面表现出象征意义。只有“美观、和谐、易懂、好用而又具有某种隐喻意义”的产品才能给用户留下美好的体验和印象。Jonathan Cagan & Craig M. Vogel在《Creating Breakthrough Product》一书中指出要创造突破性产品就必须要识别出产品机遇缺口，深刻理解用户需求，并把它们转化成产品属性。产品要想获得成功就必须具有“好造型、高技术、高价值”，只有这样才能迅速得到用户认可[3]。好造型使人愉悦，高技术使人信赖，高价值使人爱慕。狩野纪昭、唐纳德？诺曼和Jonathan Cagan & Craig M. Vogel的产品质量模型只强调产品对用户的价值，简化了产品与外部环境的关系，这三个产品质量模型对产品质量的概括不全面、不科学。

经济学领域的专家认为成功的产品应当具有以下特点：填补市场空白、市场规模大、成本低、利润高。

生态学领域的专家认为成功的产品在全生命周期中（包括制造、流通、使用和报废回收）要对环境的影响较小。

“模型”的本义是用来铸造器物的模子，是器物的反形，在现代汉语中指用来理解和把握复杂对象的理论和方法体系。产品的质量模型就是指用于理解和把握产品质量的理论和方法体系。建立“模型”是研究复杂对象的手段和前提，所建立的“模型”要真实完整和简明实用[4]。产品质量是指产品在其生命周期中对外部环境的价值。为产品质量建立模型的过程：首先理清与产品相关的外部环境；接着挖掘产品对外部环境的价值；最后提出评价和设定产品质量的方法。

1 与产品相关的外部环境

任何一件产品在其生命周期中都经历了制造（制品）、流通（商品）、使用（用品）和报废（废品）四个阶段，制品和商品是生产和经营对象，要为企业和商家带来利润，用品要满足用户的生活需求、劳动需求和精神需求，废品要减轻对环境的伤害[5]。纵观产品的生命周期，可以发现与产品相关的外部环境分别是经济活动、用户和自然环境。

2 产品对外部环境的价值

与产品相关的外部环境分别是经济活动、用户和自然环境，产品对经济活动的价值是产品的经济质量，产品对用户的价值是产品的人文质量，产品对自然环境的价值是产品的生态质量[6]。产品的人文质量是产品诞生的根本因素，产品的生态质量是人类永续发展的关键因素，产品的经济质量是企业和商家赢得市场并健康发展的必要手段。产品的人文质量主要体现在有用、好用和有吸引力，产品的生态质量主要体现在节料、节能、耐用和易回收，产品的经济质量主要体现在成本低、价格合理和利润高。产品质量是人文、生态和经济三者的结合，是三重质量。产品的三重质量模型是指把握产品人文、生态和经济三重质量的理论和方法体系。产品的人文、生态和经济质量之间相互影响、相互制约、相互促进，关系复杂，视具体产品而定，在产品设计和研发的过程中不但要兼顾而且要平衡三重质量[7]。

从研发与设计新产品的整个过程看，评价、设定、设计和实现产品三重质量是相连续的四个阶段。下文将重点探讨评价和设定产品三重质量的方法。

3 评价和设定产品三重质量的方法

本节将回答以下两个问题：如何评价现有产品在人文、生态和经济方面的表现？如何设定新产品在人文、生态和经济方面的表现？

在构建产品三重质量展开表（如表1）的过程中，由用户、技术人员、市场人员、财务人员、环保人员、设计师和管理者等相关人员协作完成评价和设定产品三重质量的任务。构建产品三重质量展开表的过程如下：

（1）用户评价及其期望

以表1中产品的三重质量为主题，采用访谈法、焦点小组法、观察法和收集产品售后服务信息的方法，系统收集用户和技术人员针对具体质量项目的评价和期望。

nlc202309020108

访谈法法是指通过与调查对象的当面交流获得用户需求信息的一种方法。焦点小组法是指通过指导客户群体（8～12人）讨论获得用户需求信息的方法。观察法是指调查人员在现场对调查对象的情况直接进行观察和体验，获取所需信息资料的一种调查方法。收集产品售后服务信息是指收集和整理用户（用户、经销商、公司员工、导购）的投诉、抱怨等各种反馈信息。

通过调查从顾客那里获取的原始数据是顾客的原声，具有意见、投诉、评价、希望等各种各样的形式，每次调查结束后调查人员应及时对原始数据进行翻译、变换、整理，最后用书面形式表达用户评价和用户期望[8]。

（2）竞争性评估

竞争性评估数据是通过市场调查、用户研究和技术研究得到的。用户和技术人员针对具体质量项目对本公司产品和竞争者产品实施竞争性评估，竞争性评估反映了市场上现有产品的优势和弱点以及产品需要改进的地方。竞争性评估主要有两部分内容：对本公司产品评价，即用户和技术人员对本公司当前产品的满意程度；对竞争对手产品评价，即用户和技术人员对竞争对手产品的满意程度。

一般用数字1～5来表示客户对产品具体质量项目的满意程度，其中5表示非常满意，4表示满意，3表示基本满意，2表示不满意，1表示非常不满意。如表1所示，通过竞争性评估可知本产品和竞争对手在人文、生态和经济方面的表现：

本产品在人文方面的总分=分数1+分数2+分数3；

本产品在生态方面的总分=分数4+分数5+分数6+分数7。

本产品在经济方面的总分=分数8+分数9+分数10。

竞争对手A和B在人文、环境与经济方面的表现可以依照此法进行评判和计算。

（3）目标质量

目标质量是指围绕三重质量为新产品设定的目标，是使本公司产品改进后欲达到的顾客满意程度。根据生产技术条件和市场竞争性评估结果设定目标质量。目标质量设定时的注意事项如下：对于本公司现状水平比他公司低的质量项目，至少设定成与他公司同等水平；对于本公司现状水平比他公司高的质量项目，维持现状并作为营销重点；对于技术系统难度大，本公司达成水平低而他公司达成水平也低的质量项目，将目标质量设定为比他公司高，使该项目成为营销重点。另外，还需要注意的是不必把所有项目都瞄准高水平，而应统筹考虑，突出重点。

至此，就可以方便的评估出一个已有产品在人文、生态和经济方面的表现，为新产品设定出具有竞争优势的目标质量，进而确定新产品的研发和设计方向。

4 新型TCL开关的设计

本产品是TCL开关（图1），假定竞争对手A是西门子开关（图2），竞争对手B是松下开关（图3）。TCL的用户、设计师、工程师、管理者、市场人员、环保人员和财务人员协作构建TCL开关三重质量展开表（如表2），完成评价老开关三重质量和设定新开关三重质量的任务。鉴于论文篇幅有限，对构建TCL开关三重质量展开表的过程不作详细阐述，着重讨论TCL开关三重质量展开表对研发与设计新型TCL开关的指导意义。

从TCL开关三重质量展开表（如表2）可知TCL开关的人文质量（12分）低于西门子开关（13分）和松下开关（14分），生态和经济质量优于西门子开关和松下开关。新的TCL开关要保持其在生态和经济质量方面的优势，克服其在人文质量方面的不足。在好用性方面，TCL、西门子和松下开关都无法指明通断电状态，表现较差，新TCL开关要能够指明通断电状态，并使新TCL开关的这一特点成为营销重点。

新TCL开关（图4、图5）把荧光条和按钮板作为表意符号，在荧光条和按钮板的双重指示下使开关明确表达了通电和断电的状态，该设计方案没有增加制造成本，减少了用户烦恼，节省了大量电能。因为生态和经济质量依赖于人文质量，并且复杂，也受作者的知识结构和论文篇幅限制，所以在设计新TCL开关方案时没有详细考虑生态和经济质量。

5 小结

产品三重质量模型全面定义了产品质量，指明了产品的进化方向。体现在如下两个方面：

（1）产品三重质量模型指出产品质量包含人文、生态和经济三个方面，人文质量主要体现在有用、好用和有吸引力，生态质量主要体现在节料、节能、耐用和易回收，经济质量主要体现在成本低、价格合理和利润高，它全面定义了产品质量，有助于人们理解和把握产品质量；

（2）产品三重质量模型提供了评价和设定产品三重质量的方法，在构建产品三重质量展开表的过程中，评价出已有产品在人文、生态和经济方面的表现，同时为新产品设定出具有竞争优势的目标质量，进而确定新产品的设计方向。

后续研究内容建议：

（1）建立并完善评估本公司产品和竞争者产品各个质量项目达成水平的方法。

（2）研究产品三重质量模型与QFD（质量机能展开）相结合的方法，在定位阶段利用产品三重质量模型确定设计方向，在展开阶段利用QFD转换产品的人文、生态和经济质量为技术特征。

中图分类号：TB472；F273.2；N94

项目来源：中国煤炭工业协会管理科学与软科学计划（MTKJ-2010-394）

参考文献

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[3] Jonathan Cagan，Craig M. Vogel. Creating breakthrough products [M]. FT Press， 2002：41-80.

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生态数学模型篇5

一、生态产业链的内涵与本质

目前对于生态产业链 (Eco-industrial Chain, EIC) 的内涵与本质还没有一个统一的认识。尹琦与肖正扬 (2002) 认为“EIC一般是指, 依据生态学的原理, 以恢复和扩大自然资源存量为宗旨, 为提高资源基本生产率和根据社会需要为主体, 对两种以上产业的链接所进行的设计 (或改造) 并开创为一种新型的产业系统的系统创新活动。”这一定义的着力点在于系统创新。

王兆华 (2002) 则从资源循环的角度对EIC进行了界定, 他认为“EIC是指某一区域范围内的企业模仿自然生态系统中的生产者、消费者和分解者, 以资源 (原料、副产品、信息、资金、人才) 为纽带形成的具有产业衔接关系的企业联盟, 实现资源在区域范围内的循环流动。”

其实, 我们认为无论从哪个角度来定义EIC, 关键要体现EIC的基本内涵, 首先, “链”的思想。EIC不是由单一企业而是由关联企业构成的“链”, 由上下游“链”上不同的生产者、消费者和分解者等分工不同的企业构成的一个“食物链”, 它们发挥着协同效应;其次是“循环”机制。EIC与传统产业链不同之处在于它是依据生态学原理建立的, 传统产业链是“资源—产品—废物”单向线性运行方式, 而EIC变成了“资源—产品—再循环”, 增加了“循环”反馈机制, 目的是提高资源的利用效率, 以及减少废弃物排放从而提高生态效率。因而EIC虽然是一个闭环型循环系统, 但它并不是一个封闭的系统, 而是一个不断与外界进行着物质、能量与信息交换的开放的耗散系统。

综上所述, 我们认为EIC是指在EIP的关联企业, 依据生态共生原理, 以实现经济与生态双赢为目的, 以工业代谢的副产物为纽带, 从而使生产者-消费者-消解者构成具有积聚效应的产业网络组织。EIC是社会生产市场化、规模化、可持续化发展的必然产物, 也是工业经济与生态环境协调作用的结果。EIC使各自为战的分散社会生产聚集成结构合理、搭配适当、组织协调、发展平衡的产业共同体, 对经济的快速发展具有重要作用。

与传统的线型经济相比较, EIC具有非常明显的自身优势。EIC建立的目的是为了实现经济与生态的双赢。随着人类经济的发展, 人们越来越意识到, 不能只单纯的追求经济增长。单纯追求经济增长的后果是环境恶化、资源匮乏, 这样反过来又会影响经济的发展。建立多级交叉, 能源与资源可以梯级利用的网状EIC, 可以有效解决经济发展与生态恶化的矛盾, 实现人类的长期可持续发展。EIC是一种产业组织的创新, 这种创新的实质是创造一种新的更有效的资源整合范式。这种范式既可以达到企业目标和责任的全程式管理, 也可以对新的具体资源进行有效整合, 并对目标制定等方面进行细节管理。通过构建EIC来组织生产, 是一种更为有效的资源利用方式。它使得资源得到了有效的配置和高效的利用, 进一步优化了资源的配置, 促进了产业园区的协调、稳定、可持续发展。

二、EIC促进EIP发展的机理模型分析

EIC能否有效地建立并发挥作用, 关键在于是否建立了有效的内在运行机制。我们可以从EIC上下游企业合作积聚的角度来分析它对促进EIP区发展的机理模型。产业集聚使企业更有利于取用资源而节约成本, 共享的基础设施和辅助性服务, 还能使企业更容易分享到技术溢出效应所带来的好处。正是由于产业积聚的这些特征, 使得EIC对EIP的成长起到了促进作用, 我们从三个方面来分析EIC对EIP区发展的推动作用。

1. EIC所带来的成本降低对EIP成长的促进作用

EIC上的企业是通过互相利用副产物而关联在一起的。EIC上的每个单元连接起来的纽带就是副产物。各企业单元通过吸收上游企业废弃物为自己的生产原料, 再把生产过程中产生的废弃物供应给下游的企业为原料链接在一起的。它的核心就是要仿照自然生态系统那样来规划生产活动, 通过企业之间的耦合来达到物质与能量的梯级循环利用。

EIC的下游企业以上游企业的副产物作为自己的原材料, 这种EIC带来的产业集聚使其原料获得的空间距离是非常短的, 大大缩减了原材料的运输费用, 并且这种近距离的运输, 让原材料在运输途中的损耗降到最低, 并且免去了运输途中担心原材料发生意外而产生的保险费费用和增加对环境破坏的可能。而且这种运输成本的降低, 不单单只体现在运输费用等方面, 它更体现在大大所缩短了企业获得原材料的时间, 缩短了企业的生产周期和交货时间, 为企业在市场竞争中赢得了时间和成本的优势。

2. 分享EIC带来的技术溢出

EIC与技术创新是相互结合发展, 互相促进的。EIC有助于技术创新, 而技术创新的溢出效应又会进一步促进产业园区的发展。在EIC这个特殊的产业园区中, 技术溢出效应所带来的利益, 驱动着新的厂商加入到EIC中。下面以图示的形式来对此进行阐述。

假设园区开始只有一个厂商 (如图1) A, 根据市场供需关系, 确定其产量为Q, 此时的成本-产量曲线为P0, 单位生产成本为C0, 并且企业的生产对外部环境产生的是负的外部性。随着生态问题的日益突出, 政府开始立法, 强迫企业将其外在的不经济内部化。企业此时在生产的时候就多了一项生态成本。如果企业还想维持原来的产量Q, 则需要增加资本的投入, 这样成本-产量曲线就变成了P1, 单位生产成本就会提高到C1, 企业利润减少, 由此给企业带来的利益损失是矩形C1ABC0的面积这么多。

为了研究分析的方便, 我们仅以EIC上的企业AB来进行分析。假设园区开始只有一个厂商 (如图1) A, 根据市场供需关系, 确定其产量为Q, 此时的成本-产量曲线为P0, 单位生产成本为C0, 并且企业的生产对外部环境产生的是负的外部性。随着生态问题的日益突出, 政府开始立法, 强迫企业将其外在的不经济内部化。企业此时在生产的时候就多了一项生态成本。如果企业还想维持原来的产量Q, 则需要增加资本的投入, 这样成本-产量曲线就变成了P1, 单位生产成本就会提高到C1, 企业利润减少, 由此给企业带来的利益损失是矩形C1ABC0的面积这么多。

假设这时有另一个企业B进入了该生态园区, AB两个企业组成了EIC。B企业通过一项技术, 将A企业的废弃物转化为自己的生产原料 (如图2) 。P0代表B企业不加入到该EIC中从外界直接购买原材料的成本-产量曲线, P1代表B企业加入到该EIC中, 以技术变A企业的废弃物为自己的原材料时的成本-产量曲线。则矩形C0ABC1就是技术溢出效应给B企业带来的利益。

引入了B企业后, A企业也分享了技术溢出效益所带来的利益, 如图3所示:

图3是在图1的基础上多增加了一条成本-产量曲线P2。P2就是引入B企业后A企业变动后的成本—产量曲线 (这里我们假设副产物是以很低的价格出售给B企业的, 但如果企业是以补贴给B企业, 让B企业利用A企业的废弃物的话, 则平均成本高于C但是一定会低于C1) 。由图可知, 引入B企业后, A企业也分享了技术溢出效益所带来的利益, 即矩形C1ACC2的面积。

综上所述, 我们可以看到, EIC构建对生态园区所带来的技术溢出效益, 无论对上游企业还是下游企业, 都会带来利益。A、B两个企业通过分享技术溢出所带来的收益, 使A、B两个企业的成本降低, 利润提高。别的企业看到了这个好处, 也会积极的要求加入到该EIC中, EIC上的企业逐渐增加, 技术溢出效益所带来的收益的涵盖面积进一步扩大, 就又促进了企业不断的集聚到EIC。如此循环下去, 直至形成该EIC的最佳规模为止。

3. 降低合同的履约成本

EIC是一种特殊的生产组织方式。EIC上的任何一个环节发生了问题, 都会导致整条EIC无法运行下去。因此, 合作伙伴之间的彼此忠诚履约率对于EIC的健康成长具有重要的意义。形成产业园区后, 由于EIC上的企业都处于同一个园区中, 彼此之间的接触较多, 时间长了, 就比较熟悉。这样就为更好地履行合约, 提供了很好的“软环境”。彼此都是比较熟悉的人, 任何人的违约都会很快的传遍整个园区, 这就降低了人们为了短期收益而做出有损他人利益的事情的几率, 而且即使发生了问题也比较好沟通。发展比较好的丹麦的卡伦堡EIP就是一个很好的例子。卡伦堡是丹麦一个人口仅有2万人的工业小镇。大家在这个镇上居住的时间都比较长了, 彼此之间都非常的了解, 而且小镇还会定期举行聚会, 这样更促进了大家的交流。园区EIC上的很多事务都是通过这种非正式的方式达成的, 并且其履约率远远高于一般公司以合同的方式建立合作方式的履约率。这完全是由于“产业积聚锁定效应”, 它增强了对任何欺诈行为的惩罚力度, 限制了人们为了短期利益的投机主义行为。因此, 这种“产业积聚锁定效应”促进了EIC的健康、稳定发展。

三、结论

经过多年的发展, 我国一些传统的产业园区已经日益的显示出了它的弊端。传统产业园区的高经济增长伴随着高资源消耗和高污染排放, 随着全球资源价格的上涨和国家对污染排放标准的提高, 以往的竞争优势已经被高原材料采购成本和高污染治理费用所抵消。EIC这种新的生产组织方式可以很好地解决资源价格上涨和企业生产所带来的环境外部性等问题。如果能够将EIC与传统的产业园区结合起来, 利用传统产业园区良好的文化氛围、基础设施等, 构建新型生态产业园区, 既可以解决了传统产业园区所面临的困境, 又能发挥生态产业园区的优势, 终将实现经济与生态的双赢。

参考文献

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[6]蔡小军李双杰刘启浩:生态工业园共生产业链的形成机理及其稳定性研究[J].软科学, 2006, (3)

中国生态赤字和排污经济模型分析篇6

水资源匮乏而水污染严重。由于笔者是在河湖密布的江苏长大, 感受到的却是河湖一天天的恶化和污染, 水不再清澈, 除了藻类和水面的水生植物, 里面的水生物早已灭绝。很多河流由于已经无法治理因而直接被掩埋掉, 比如周围的河湖有些已经被掩埋最后成为公用绿化地, 而有些可以利用的河湖渠道变成了小型水坝。所谓的江南水乡除了一些被特意保护起来的内流河以外, 其他都已经被严重污染或者已经消失了。

大气污染程度恶化, 很多城市的大气指标均不合格。我国的发电厂以热力发电为主, 燃烧的废气虽然经过处理, 但冒出的仍然是滚滚黑烟, 这只要去发电厂附近看一看就可以了解到了。当很多专家质疑这些发电量是否满足当地的环境承载能力时, 不妨实地去发电厂看看当地的环境。在走访了多家发电站后, 发现工厂的排放很多都没有引进排污许可证的检测方法, 除了监测和治理成本较高外, 排放的标准和测定技术也难以跟上, 很多工厂几乎是在没有大气监测的环境下进行生产的。在这两方面的影响下, 中国产生了巨额的生态赤字。中国人均生态足迹为1.6公顷, 低于世界平均水平2.23公顷, 但由干人口数量巨大, 人均生态容量仅为0.8公顷, 生态赤字为0.8公顷, 高于全球平均水平近一倍。有的专家测算, “十五”期间, 我国年均生态赤字约达1万亿元, 总额为5万亿元以上 (数据来源:世界自然基金会《2008年地球生态报告》) 。

资源消耗量大, 人均占有量不足, 日益加剧的环境污染, 已经成为中国所面临的迫切的问题了。不可否认的是中国是一个人口大国, 资源总量虽然很大, 但人均占有量单单和世界平均值相比就相去甚远。这导致了每年资源消耗量绝对值过大, 很多地方的资源消耗呈现枯竭的趋势, 如果真的按这样的资源消耗量发展下去, 很有可能的是再过几辈, 后代将无资源可用。但人口问题这不是解释这一现象的主要原因, 主要原因在于中国长期的传统型发展模式没有得到有效合理地转变。粗放型生产和没有节制地对自然资源进行掠夺式的生产导致了中国现在生态赤字的现实。按中科院可持续发展战略研究报告表明中国资源消耗强度与发达国家存在很大差距, 在五十九个对比国家中, 中国排在第五十六位、位于资源绩效最差的国家之列。与此同时, 2003年中国按汇率计算的GDP约占世界3.9%, 但重要资源消耗却占世界很高比重, 其中, 一次性能源中的煤炭消费量、钢材消费量、水泥消费量、常用有色金属总消费量、年淡水使用量、化肥消费量、有机水污染物排放量、海洋捕捞生产量等, 均居世界第一位。可以说中国是一个拿自己资源来换取经济发展的国家, 这个和临近的日本对比一下就可以找到很大的区别。然而中国不能一味地向大自然掠夺资源, 以胡锦涛同志为总书记的党中央明确提出要树立和落实以人为本、全面协调可持续的科学发展观, 强调“人与自然和谐、友好, 两者协调发展、实现双赢, 建设节约型社会”。

最近几年, 上海等城市在治理河道, 排污清理等进行了大力投入, 有效地控制了污染, 但是这些举措需要大量的资金和人力进行, 虽然做出了一定的模范效应, 但是在一些小城市很难实施。在对生态经济学的认真研究和对中国的生态环境进行反思和分析后, 认为有必要建立关于生态经济的模型, 通过公式的分析和研究, 对排污和经济效益进行比较和思考, 从而更好地权衡和控制生态和经济两者的关系, 走可持续发展的道理。

排污经济模型:通过排污的损失和收益两大方面进行分析, 分别从定量和定性的角度对这两大方面进行多维度考量, 同时抽取排污成本和经济效益两个定量部分进行分析和换算, 得到对我们有用的基础分析。

在总损失的公式中, 排污成本是对已经排放的污染进行整治所需的成本, 这一成本将在做进一步的分析和考量。而治理成本则是用于预防性的控制污染的成本, 比如预防性的管理监督和监测的成本, 这一成本是可以直接在政府机构中获取的。在总收益的公式中, 经济效益是指直接排污, 没有治理费用, 所带来的给予经济发展的收益, 自然环境效益是没被污染的自然环境所有的禀赋性利益。整个分析框架中总有些是被污染了, 有些还没被污染, 两者都有收益 (如果污染环境没有收益就没人会污染环境了, 哪怕收益是隐性的) (注:治理成本正相关于排污控制率 (污染总量/环境被污染可能性总量) 即预防性治理成本越高, 排污控制得越好, 相关参数与环境检测水平和技术有关) 。自然环境效益正比于 (环境被污染可能性总量———污染总量) , 也可简化认为和污染总量负相关。治理成本由于已经量化, 而对自然环境效益进行定性考量。独立对另外两个量:排污成本和经济效益进行着重分析并引入到经济环境中进行分析。

排污成本指数是指为了使一吨水 (以水资源污染为例) 得到净化所付的费用, 单位为元/吨。由于不可能彻底完成对一吨水的治理, 因此污染治愈率为可以对此进行的最大化治理的百分比。如75%的治愈率。污染的经济效益指数是在不加治理的状况下, 每污染一吨水所带来的收益, 单位为元/吨。举例来讲, 为了简化说明, 比如每一个治水站需要共耗资5亿 (十年折旧) , 一年处理50万吨水, 治愈率为70%, 大自然自净能力为30%, 当一年污染总量为500万吨水。每年带来的经济效益大约为1.5元/吨。经过计算可以得到排污成本为5亿, 经济效益为0.075亿, 尽管两者存在很大差异, 但这是可以理解的, 因为总量本身是无法进行比较的, 原因是本身自然界拥有一定的禀赋可以为经济发展所用。并且污水容易净水难, 净水消耗的资源必定远大于污水的暂时收益。还有一点就是大自然的自净能力由水的规模而定, 大江大河的自净能力要高很多, 以上数据均为估算数据, 不作真实参照。由此, 也可以看出绝对值的比较会在实践上有很大的出入, 而因此对公式 (3) 、 (4) 进行进一步的分析和推导, 得出我们需要的结论和一些分析。对排污成本和经济效益公式进一步分析, 通过这两项的公式推导和换算, 对经济环境进行分析。对公式 (3) 、 (4) 进行联立, 可得:

经济效益/排污成本= (污染经济效益指数*污染治愈率) / (排污成本指数*大自然自净能力百分比)

这是前面公式的主要结论, 通过这一比例来考查排污经济的效应。由于大自然自净能力可以认为是既定的, 该比例显示除了改进污染净化技术, 降低排污成本外, 主要表现出的是污染经济效益指数, 而该指数是污染每单位资源所带来的经济效益, 因此直接关系到中国发展经济的模式问题, 越是粗放型经济就越会表现出污染每单位的资源产出很低, 这样以消耗大量的资源作为代价来换取少量的经济效益。这是现在生态赤字的最主要的表现。而从排污控制率上讲, 中国存在着很大的欠缺, 粗放型生产没有得到有效的控制。上面提到的热力发电厂的建设就是一个很好的例子, 尽管中国已经出台了对热力发电产生污染的制度和政策, 但是缺乏监管力度和规范性的惩罚机制导致热力发电厂无需考虑当地的大气承受能力。从监管力度上讲, 没有很好的检测仪器来测量废气排放的数量, 没有有效地控制废气排放的技术, 如果派人每天去测量每个工厂的排放量, 那成本就太高了并且也是不现实的。从惩罚机制上说, 即使知道了排放量, 对工厂如何处理呢, 通常是警告或者罚款, 而罚款两千到五千元一般是不起作用的, 由于排污处理的设备和精力成本过高, 很多工厂宁愿罚款来进行生产。再从治理成本上看, 落后的环境监测和治理技术以及落后的机制也是中国生态和环境的结症所在。没有先进的技术支持, 治理环境是相当困难的。即便有, 从国外引进设备也需要很高的成本, 从当期利益来看这样显然是不经济的。环境监测困难是众所周知的, 落后的机制上导致很多工厂生产有空子可钻, 怎么样制定合理有效的环境监督治理机制是一个当前中国环境问题的思考内容, 不但要协同工厂污染和环境局的监督, 还要考虑成本问题, 这样就有一个很大的权衡性, 即到底环境污染的经济价值是多大, 应该花多大的成本去监控和治理。每个地方的权数都不同因而机制的制定也相对有区别。

中国很多地方在治理环境中都没有引进排污权制度或排污许可证制度, 而庇古税的政策就更加少见了。即便有, 处理成本也太高了。在要求大力发展经济的中国城镇, 甚至很多为了短期利益放弃了环境的因素考虑, 只求经济发展, 不求环境治理在很多地方不是可能而是现实。可持续的和谐发展, 克服原有的粗放型生产是正确认识和处理人与自然、经济发展与人口、资源、环境关系的关键。摒弃以往的粗放型生产模式, 高消耗、高排放、高污染的传统粗放的经济增长模式, 不计环境成本, 粗暴地掠夺资源, 造成环境污染、生态赤字。这种没有环境观念以为追求经济效益的生产方式应当进行改革。高输入低输出尽管从会计账面上看没有环境治理成本是极大的盈利, 但环境和资源的高输出代价实在是太高了, 从社会价值上看这是低效率和浪费行为。必须从观念和制度上把它遏制掉。从观念上看要计量克服只为经济发展的错误思想, 从体系上看要完善测量和治理机制, 将经济和环境作对比和权衡, 两个都不能忽视, 比如在排污权下放的同时要考虑到治理成本, 将治理所需费用和排污权收益放在一起考虑。要提倡低输入高输出的增长模式, 尽管现在受到经济和技术的限制, 但是努力调整产业结构、优化区域布局、发展循环经济和清洁生产、推进技术改革与创新、淘汰落后设备工艺和推行节能降耗减排, 总之做很多可以进行的优化和安排是必要的, 这是排污经济模型得到的最基本的结论, 也是可持续发展和天人和谐的要求和方向。

参考文献

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[4]樊万选、戴其林、朱桂香:生态经济与可持续性[M].中国环境科学出版社, 2004.

刍议生态球模型的制作及失败原因篇7

一、生态球模型的制作及意义

从“做中学”是杜威提出的教学理论, 主张学校里知识的获得与生活过程相联系。我国《基础教育课程改革纲要 (试行) 》指出:要改变过于强调接受学习、死记硬背、机械训练的现状, 倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手, 培养学生搜集处理信息、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力。生态球模型的制作既符合新课标的精神, 又能很好地诠释“做中学”的真谛。教师应布置学生小组集体制作生态球、生态瓶或生态箱, 让学生小组合作完成这个作业, 并评出最佳作品。完成这个模型, 首先需要找到合适的料, 比如箱子、瓶子、水、植物、动物等。如果这个小型生态系统要保持更长的时间, 必须关注生态瓶中各种生物的种类、数量、比例以及合适的条件, 学生可能花很多的功夫琢磨自己的作品, 在此过程中, 小组合作能力、探究能力、创新能力等得以培养。

例如, 关于光合作用和呼吸作用的关系, 新课标的要求是“理解”, 这个知识点既是重点又是难点, 因为这个知识点抽象、难以把握。教学中, 通过教师的讲解, 或书本知识的学习, 学生可能会记住, 但很难真正去理解。在制作生态球模型时, 学生为了让其存在时间更长, 必须注意动植物的比例, 氧气、二氧化碳的平衡, 阳光、空气的作用等。也有很多学生在制作的过程中经历过失败, 比如植物少、动物多, 很快动物就会出现缺氧现象, 或者生态瓶没有放在光下, 里面的生物也会出现缺氧甚至死亡现象, 学生当然会分析失败的原因, 并努力成功, 在此过程中, 能够理解生态瓶中动植物的作用, 理解光合作用和呼吸作用的关系, 理解阳光在生态系统中的作用。这种通过实践获得的经验是任何书本知识都不能代替的, 是一种真正意义上的深刻理解。

二、生态球模型制作失败的原因

一个生态球实际上就是一个小型生态系统, 而且是一个密封的生态系统, 除了阳光外, 其余外界的任何物质都不能进入这个模型, 凭借生态瓶内各种成分的合理配置, 达到一个动态的平衡, 也就是暂时的生态平衡。当然, 能够做到这一点是很不容易的, 需要考虑生态球内各种成分的种类、数量、比例等, 考虑食物链的条数、光合作用和呼吸作用的关系等, 任何一个疏忽都可能造成前功尽弃, 实验失败。常见的失败原因如下:

第一, 缺乏阳光照射, 呼吸作用大于光合作用, 瓶内二氧化碳含量高, 动物死亡, 一段时间后, 植物死亡, 生态平衡破坏。

第二, 生产者、消费者的比例关系不恰当。最常见的是植物少、动物多, 呼吸作用大于光合作用, 瓶内二氧化碳含量高, 动物死亡, 更长一段时间后, 植物死亡, 生态平衡破坏。

第三, 分解者不可缺少。个别学生将生态瓶消毒, 造成分解者缺乏, 动物的粪便不能及时分解, 环境污染、恶化, 生态平衡破坏。

第四, 不理解生态系统的实质, 生态瓶没有密封, 外界的空气可以进入生态瓶, 不能成为真正意义上的生态系统, 更谈不上生态平衡了。

第五, 食物链太简单, 不能体现生态系统的复杂性。

由于有这么多的失败可能, 真正成功制作一个生态瓶并不是一件容易的事, 因此, 学生对保护环境, 维持生态平衡的意义能够体会更深刻, 认识更到位, 保护环境的行为才能更自觉、更坚决。

常见的考题:一位同学将鱼、田螺和一些水生植物一起放在盛有水的密封的广口瓶里 (参见下图) , 在广口瓶的近旁放一盏电灯。过了几天, 他发现这只瓶子中的水会慢慢地变绿。绿颜色说明有水藻在生长。分析回答:

(1) 在广口瓶生态系统中, 生物因素和非生物因素各有哪些?

(2) 非生物因素是否能进入这个密封的瓶子?如果能, 主要是什么?

(3) 鱼、田螺和水生植物能分开在密封的瓶子里单独生存吗?为什么?

(4) 请写出其中一条食物链。

(5) 小明担心瓶内的生物缺氧, 将瓶盖去掉, 请问这还是一个生态系统吗?

(6) 如果没有光照射, 这个生态系统会有怎样的变化?

(7) 小玲在做生态瓶之前, 将瓶子进行了彻底的消毒, 这样做合适吗?

(8) 无论如何保护, 人工生态系统最终不能长久存在 (如生物圈2号) , 对此, 你是如何理解的。

网络课程的生态系统结构及模型篇8

关键词：网络课程,生态系统结构,模型

0引言

生态学是20世纪初发展起来的一门学科,主要研究生物有机体与其无机环境之间的关系。随着教育信息化的不断推进,以网络为基础的虚拟学习或在线学习方式正挑战着人类传统的学习方式。目前,生态学原理已经被应用到各个学科领域。而网络课程作为虚拟学习或在线学习的实践载体,用生态学的原理和规律去研究,为维持网络课程的和谐、可持续发展提供了一个新的视角。

网络课程的生态系统是指在一定时间和空间内,系统内的生态主体与生态环境组成的一个整体,整体中的各组成要素借助能量流动、信息传递以及物质循环,形成具有自我调节功能的复合体。网络虽然不向外直接输出物质和能量,但信息本身可以创造财富。其中的生态主体是指网络课程生态系统中的学生、教师和助学者,生态环境则是指网络课程生态系统中的所有环境因素,如学习资源、学习活动等。

1网络课程的生态系统

1.1生态因素

对于生态系统结构的研究,首先需要对生态系统的种、种群及群落进行界定,其次需要对生态系统中反映种与种之间、种群与种群之间以及群落与环境之间的相互关系进行界定,同时还需要对生态系统的输入输出进行分析。只有通过这些分析,生态系统的结构分析才相对完整,基于生态系统构成与结构所建立的生态系统模型也才相对完整[1]。

网络课程生态系统由生态主体和生态环境构成[2]。个体,指生活在一定环境中的生物个体。在网络课程的生态系统中个体主要是教师及学生个体。学生个体是学习者,网络课程的使用者,在学习过程中会遇到很多问题;教师则是指提供教育者、课程搭建者,并解决学生在平台上遇到的各种问题。种群,是指生活在特定环境中的同种个体组成的群体。对于一门网络课程来说,其生态系统中的两大种群就是由教师组成的群体及由学生组成的群体。

网络课程的生态环境主要以学习者为主体,教师和助学者为辅。由物理环境、社会环境和规范环境三大子环境相互作用、相互影响、相互协调而构成的综合系统[3]。

(1)物理因子。

物理因子指的是物理环境,包括物化的硬件、软件和信息等,是构成网络课程生态坏境的基础要素,支撑着学习的发生,承担着信息存储、能量传递等职责。

(2)社会因子。

社会因子又称社会环境,这里主要包括教与学过程中的师生关系、生生关系,是影响学习者学习的关键要素,承担着建立环境内主体间各要素相互关系的职责。

(3)规范因子。

规范因子又称规范环境,主要指学习者在相互作用和联系过程中形成的观念、道德、行为准则、法律法规等,在生态环境中主要表现为学习氛围、学习方法、学习模式等,直接影响着学习效果,承担着维护环境氛围与秩序的职责。

在整个网络课程的生态系统中,生态主体与生态主体之间、生态主体与生态环境之间相互作用、相互联系组成了一个有机整体。如图1所示。

1.2生态系统输入和输出

网络课程作为一个独立的生态系统,要维持其生命力,就需要与外界不断地进行物质、能量和信息的交换。系统外的信息输入到系统中,同时系统中的信息、能量也不断输出到系统外,及时更新系统中的信息,以维持系统的平衡。输入系统主要包括人力资源输入、经费输入及物质设备输入等;输出系统主要包括学习资源输出等。在网络课程的输入输出生态系统中,按其对信息的处理可以分为三类角色:信息生产者、信息消费者和信息分解者,这三类角色比例关系协调是保证网络课程学习环境平衡的关键[4]。

如图2所示,一般情况下,在网络课程的学习环境中,“信息生产者”(教师、助学者)所输入的信息正是“信息消费者”(学生)所需要的信息,当信息的输入满足信息输出的要求时,网络课程中的信息环境保持平衡状态。如果生产者输入的信息大于消费者所需要的“信息输出”,就难以保持原来的平衡状态,就会产生“冗余信息”,这些多余的信息,将会干扰学习者的学习,造成学习负担,从而影响学习效率。要使该环境重新回到平衡状态,就需要生态系统中另一个重要角色——“信息消费者”来“分解”这些冗余信息,保持网络课程的环境清洁。如果生产者输入的信息小于消费者所需要的信息,同样也会造成网络课程生态系统的不平衡,“信息消费者”就会认为该网络课程满足不了他们的需求,从而影响学习者的积极性。系统中的每一个学习者都可能成为信息的生产者和消费者,都有义务成为信息的分解者[5]。但在网络课程特定的环境中,学习者往往是信息的主要消费者,教师主要承担信息生产者的职责,课程管理员或助学者扮演着信息分解者的角色。

2网络课程的生态系统模型

生态主体与生态环境的三大因子在相互联系、相互影响、相互作用之下构成一个完整的生态系统,即网络课程的生态系统。网络课程环境中的人和物总是处于不断的变化与发展之中。由于环境中生态主体的需要总是处于不断的变化中,因此为了保证与主体变化相适应,其直接的生态环境(学习资源、学习活动等)也必须与主体的需要保持同步。另外,环境对主体也存在反作用,主体的变化应该与环境的变化相呼应。“学习可以被看成是对一些环境变化的适应过程[6]。”例如,不同的人对学习活动的形式和学习方法的要求不同,而学习平台上不可能提供适合每一位学习者的学习活动形式和学习方法,因此就有一部分学习者必须要去适应平台上提供的活动形式,改变原有的学习方式和方法。总的来说,网络课程生态系统中的主体与环境是一个相互适应、彼此促进的过程,并最终达到协调统一的状态。网络课程生态系统的整体模型如图3所示。

如图3所示,信息、能量的流动不仅存在于网络课程生态系统的内部,而且也存在于系统之间。系统中学习活动的进行维持着网络课程机体的新陈代谢。为完成同一个学习任务,不同的学习者有不同的完成途径,这就促成学习方式的多样性。既然学习途径存在多样性,为满足不同学习者的要求,网络课程平台的资源应当根据学习者的需要流动,平台的知识结构以及学习情境的创设也应当根据学习者的学习风格和差异性,自适应性地调整。自适应性机制可以对系统中的数据源进行分析,掌握学习者的入门情况和学习风格,根据学习者情况提供与之相符的课程信息、课程资源、辅助资源、讨论答疑等内容,这就促成了相互关联的学习资源自主流动,组成因学习者需求的不同结构和情境的学习单元[7]。因此,作为一个生态系统,网络课程机体总是处于不停的同化和异化、资源组合和资源分解过程中,而Web2.0的可读写促进了网络课程的社会参与,如wiki,就为“创作共享”提供平台,促进网络课程机体的新陈代谢[8]。每个学习者在创造资源的同时也在消费和分解资源,保持着资源的流动状态。因此信息、能量在系统内外交换时,助学者的监控是十分必要的,这样才能保证系统环境的生态平衡。

3网络课程生态系统的特点

3.1系统性

系统性强调构成系统的各要素之间的相互关系、相互作用以及功能上的统一。网络课程的生态环境是由教师、学生以及助学者和各种支持学习的条件相互作用所形成的功能实体,是众多要素的统合。系统的总体功能依赖具有良好系统性的学习环境。例如,网络课程中学习资源的安排应当符合学习活动的设计,学习活动的设计要尽量根据现有的学习资源;学习策略的选择也应当与学习内容、活动的设计相呼应,只有这样,学习者在学习网络课程时才不会觉得空洞、学无所依。

3.2平衡性

生态平衡是生态学的核心理念。一个系统整体的稳定性是保证系统有序发展的重要保障,其各部分的稳定发展被认为是一种平衡。生态学中的生态平衡是指生态系统通过发展和协调所达到的一种稳定状态;而网络课程的生态平衡是指在一定时间内学习者与虚拟学习环境之间在各个方面都相互适应、相互协调的状态。一个优秀的网络课程学习环境,应具有良好的系统平衡性,实现网络课程中的资源优势最大化。

3.3开放性

网络课程生态系统是生态化虚拟学习环境的一个子系统,与生物界的生态系统一样,它不是一个封闭的系统,需要与外界不断地进行物质、能量和信息的交换,才能维持生命。具体表现在两个层面:第一,资源的开放性,通过信息、资源的流动实现自身知识的更新,来满足不同学习者的需求;第二,系统的开放性,学习者通过与外界的交流,从而获得更为广阔的空间和资源。因此为避免网络课程犹如一滩死水的问题,增强网络课程学习环境的开放性才是关键。例如在网络学习平台中可以引入“外来物种”来调节角色的失衡[9],“外来物种”带来的新鲜血液就会给网络课程注入新的生命力量。

3.4自适应性

系统的自适应指的是系统本身所具有的自我调节、自我完善和自我发展的能力。在网络课程的生态系统中,自适应能力的实现通过核心监控调节机制的设计来实现。例如,当系统发现某位学习者需要帮助时,就可以根据诊断系统来判断产生该问题的原因,是因为学习活动设计不恰当,还是教学策略的选择不正确,又或是学习资源的不合理;教师或者助学者进一步根据诊断结果采取相应的措施适应学习者的学习,最终解决问题并完善虚拟学习环境。

4结语

生态学不仅为网络课程的建设提供了新的视角,同时也为学习者学习网络课程提供了新的理论依据。在今后的网络课程设计和开发中,网络课程的学习资源如何为学习者自主选择学习资源提供便捷?如何提高学习者在网络课程生态系统中的主体地位?如何提高教师在网络课程生态系统中的地位?如何实现系统的自适应功能等,成为设计和开发优良网络课程资源的关键所在。

参考文献

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生态数学模型篇9

关键词：土地评价；功能分区；熵权模型；新乡市

中图分类号： F301 24 文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2015）08-0322-05

近年来，随着改革开放的逐步推进，我国正处于经济快速发展和城镇化快速推进的时期 [1]，人类社会与土地生态系统的交互不断加深 [2]。在生产力发展水平和粗放的土地利用方式双重胁迫下，产生了一系列土地生态问题，严重制约着人类的可持续发展。为确保土地资源的可持续利用和人类的可持续发展，合理保护和利用土地资源成为当务之急。土地生态质量评价和土地利用功能分区对土地资源的集约利用具有指导意义。土地生态质量评价是指对一定时间、空间范围内环境的总体或部分环境要素的组合体对人类的生存及社会经济持续发展的适宜程度进行评价 [3]；土地利用功能分区是根据区域内土地用途管制的要求，在分析区域内不同地区功能定位、发展趋势、发展现状和潜力、资源环境承载能力的基础上，将一定区域划分为若干个功能区片 [4-5]。

土地利用功能分区是土地利用总体规划的核心内容 [6]，当前在土地生态评价、土地利用功能分区方面，许多学者已做了大量的研究。王瑷玲等对土地生态质量进行了研究 [7-9]；吴泽斌等对城市土地生态利用水平进行了测度及障碍因子诊断 [10]；卓凤莉等对土地生态安全进行了研究 [11-17]。当前，针对土地生态质量评价的研究较多，但对土地利用功能分区的研究还处于起步阶段。本研究通过熵权模型、综合法对河南省新乡市的土地生态质量进行评价，然后以评价为基础对研究区进行功能分区，最后将评价分区结果与河南省新乡市土地利用规划大纲中的分区进行比较，以验证评价分区的可行性。

1 材料与方法

1 1 研究区概况

河南省新乡市地处34°53′～35°50′N、113°23′～115°1′E，总面积8 269 km2，与焦作市、郑州市、开封市、安阳市、鹤壁市接壤，是中原经济区的重要城市。新乡市属于暖温带大陆性季风气候，年均气温14 ℃，年均降水量656 3 mm，水热条件好，又因位于黄河流域，土壤条件也较好，成为我国粮棉主产区和优质小麦生产基地。新乡市的地势为北高南低，北部山地丘陵区海拔较高，林地广泛分布，中部市区以建设用地为主，南部各县地形平坦，土地利用以农用地、村庄为主。南太行山蜿蜒于新乡市北部上千公里，宏伟壮丽，成为新乡市重要的旅游资源，为新乡市奠定了中国优秀旅游城市的地位。

1 2 数据来源

数据来源于2011年重点区域土地生态状况调查，包括2 5～5 0 m遥感影像数据、行政区划数据、第2次全国土地资源调查数据、多目标地球化学调查数据、地籍调查数据、气象部门资料及统计年鉴。数据处理软件包括ArcGIS、Erdas、Excel，主要用于数据的提取与统计。数据格式主要包括矢量数据、栅格数据2种，栅格单元大小为100 m×100 m，矢量数据比例尺为1 ∶ 100 000。

1 3 试验方法

1 3 1 构建评价指标体系在遵循科学性、代表性、系统性、可获取性、全面性原则的基础上，结合新乡市的土地生态特点，构建基于自然地理因素、生产建设因素、生态多样性因素、生态保护因素4个要素共29个指标的市级土地利用生态质量评价指标体系（表1），从而全面体现市级土地利用水平。

1 3 2 权重集确定在生态质量评价中，不同指标的性质、计量单位、值域存在差异，不适宜直接比较。为了方便比较，本研究选择极差标准化方法对各项指标进行标准化处理，把指标转化为无量纲的相对数。正、负向指标的标准化公式[JP+1]分别为式（1）、式（2）。鉴于层次分析模型（AHP）主观性较强，采用客观的熵权模型来确定权重，模型涉及式（3）至式（6）。

1 3 3 综合值计算在新乡市的土地生态评价中，共选取29个评价指标。为了计算方便，本研究采用综合法对土地生态质量进行评价[式（7）]。运用自然断点法对评估综合值进行分级，共分为差、一般、中等、良、优5个等级。

2 结果与分析

2 1 自然地理因素评价分析

自然地理因素即自然基础条件，反映土地承载力水平，是土地生产力、资源潜力的最初来源。新乡市自然地理因素指数整体上介于0 08～0 86之间，自北向南趋于增加，与高程的变化具有一致性，表明自然基础条件受地形的影响显著。研究区绝大部分土地自然基础较好，占总面积的81 41%，评估结果介于中等和优之间；潞王坟乡、耿黄乡等地区自然基础差，占1 64%，评估值范围为0 08～0 38；其余土地自然地理基础处于一般水平，评估值介于0 39～0 51之间（表2）。各等级的地理分布情况见图1，自然地理因素评估值分级及各等级涵盖区域范围详见表2。

nlc202309011510

2 2 生产建设因素评价分析

生产建设因素反映的是在生产力水平限制、城镇化进程加速、人口压力递增共同胁迫下土地利用的适宜性程度。从图2、表3可以看出，区域绝大部分土地如获嘉县、延津县等生产建设条件较好，介于良、优之间，评估值范围为0 44～070；城郊乡、顿坊店乡等地区生产建设条件介于差、一般之间，占区域总面积的9 79%，评估值范围为0 06～0 31；其余土地生产建设条件为中等水平，整体分布范围见表3。

2 3 生态多样性因素评价

生态系统类型在土地利用中表现为土地利用类型，因此生态多样性因素反映了人为干扰下土地生态系统中廊道、斑块、基质的破碎化程度。由图3、表4可以看出，新乡市绝大部分土地的生态多样性介于一般、良之间，占区域总面积的83 80%，评估值范围介于0 40～0 77之间；新乡市区、黄河滩涂等地区的评估结果为差，占区域总面积的13 79%，评估值范围为009～0 39；国营辉县市林场、城郊乡等地区生态多样性处于优等水平，占区域总面积的2 34%，评估值介于0 78～1 00之间。

2 4 生态保护因素评价

在资源分布区域差异性变大及生态环境逐渐恶化的背景下，建立自然保护区是保护生态环境、生物多样性、自然资源最为经济有效的措施。由图4、表5可知，凤泉区、牧野区、新乡县等地区的生态保护因素较差，其余地区生态保护条件较好[CM（25]；获嘉县、延津县等地区生态保护因素评估分级为优，占总面积的32 76%，评价指数介于0 78～0 88之间；长垣县、卫辉市等地区的生态保护因素评估分级介于一般、中等之间，占区域的41 72%，评估值范围为0 43～0 64。

2 5 生态质量综合评价

由图5可知，整体来看，获嘉县、延津县、原阳县等县的土地生态质量较好，介于良、优之间；新乡市区土地生态质量总体较差，处于差、中等之间，但红旗区市辖区以外土地除外，介于良、优之间；新乡县、辉县市西南、卫辉市南部的土地生态质量处于中间偏上水平，介于中等、良之间；辉县市、卫辉市北部山区土地生态质量处于中间偏下水平，介于一般、中等之间。新乡市土地生态综合评估值总体介于0 22～0 74之间；研究区大部分地区土地生态质量较好，占区域的69 90%，介于良、优之间，综合评估值下限为0 57；区域中仅很小一部分土地生态质量为差，占总面积的2 34%，综合评估值上限为038；其余27 80%的土地生态质量介于一般、中等之间，综合评估值基于0 39～0 56之间，区域分布范围见表6。

从研究区土地生态质量形成机制来看，自然地理基础、城镇化水平、资源需求是主要作用因素。自然基础是反映区域地形、气候、土壤、植被等方面状况的综合指标，对土地利用和区域发展具有基本限制性。从自然基础来看，2个市北部山地丘陵区属于太行山石灰岩区，较为干旱，海拔又较高，可垦性、建设性均较差，土地利用类型以林地、未利用地为主，土地生态质量介于一般、中等之间。

在城市化进程加速和工业化过快增长的双重胁迫下，城镇建设用地总量失控，结构失衡，可以通过城镇建设用地比例、非渗透地表比例等指标反映。新乡市区和各县城人地矛盾突出，在机械压实、践踏及人为干扰下，土壤理化性质恶化；土壤板结、污染严重，生物多样性锐减，综合评估结果介于差、中等之间。然而，各县以农用地、村庄为主，土地开发利用程度较小，生物多样性较好，土地生态质量介于良、优之间。

资源需求也是土地生态质量的作用因素，众所周知，矿产资源属于非可再生自然资源，但其具有地域分布不均衡的特征。矿产资源需求日益膨胀驱使着区域性土地破坏行为发生，受开采技术的限制，采矿过程中产生的废水、废气、废渣，对矿区的土地产生严重污染。黄河滩涂因分布有众多采矿用地，破碎度高，生态多样性受到破坏，土地生态质量综合评价为良，稍差于其北部地区。辉县市东南、凤泉区、卫辉市西部交界处同样因为分布有大量采矿用地的缘故，土地生态质量评估介于差、中等之间。

2 6 土地利用功能分区

依据土地生态综合评估值，并结合新乡市自然地理基础、社会经济发展状况进行评价分区，将新乡市划分为山地丘陵生态保护区、城市发展核心区、生态农业区（图6）。将评价分区与新乡市土地利用规划大纲中的分区相对比表明，仅有获嘉县与原阳县及原阳县的原武、桥北等地区存在差异（表7）。

这说明基于29个评价指标（表1）的土地生态质量评价分区具有可行性，能够很好地反映研究区的自然、社会、经济状况，分区含义如下。山地丘陵生态保护区：以涵养水源、生物多样性保护为主要目标，主要发展林果业及观光旅游业；对策为在发展旅游业的同时兼顾环境污染问题，确保生态环境的保护到位。城市发展核心区：人口密度大，经济增长领先，具有集聚效应；对策为调整产业结构、控制人口规模、维护生态平衡、疏通与周边地区经济发展瓶颈。生态农业区：以取得最大的生态经济效益为目标，在田、水、路、林配套基础上实现生态环境良性循环；对策为高品质、集约化、节能减排、低碳环保、循环利用。

3 结论

本研究在2011年河南省新乡市土地生态状况调查的基础上，首先采用熵权模型、综合法对研究区进行土地生态质量评价，然后以评价结果为依据将研究区分为3大功能区，并与新乡市土地利用规划分区进行比较，得出如下结论。（1）土地生态质量受自然地理基础的限制。辉县市及卫辉市山区属于太行山石灰岩半干旱区，土壤干旱贫瘠、土层薄、植被覆盖度低、水土流失严重，土地生态质量介于一般、中等之间；辉县市西南、卫辉市东南属于平原，土壤为砂姜土，有机质含量并不高，但保肥能力强，土地生态质量为良。（2）土地生态质量与城市化水平有关。新乡市区城市化水平高，人地矛盾突出，土地利用强度大，在机械压实、践踏及人为扰动下，土壤理化性质恶化，容重变大，孔隙度降低，表现为土壤板结与污染严重，生态质量介于差、一般之间；其他各县以村庄和农用地为主，土地干扰度和破碎度较小，生态质量介于良、优之间。（3）土地生态质量受资源需求影响。在人口压力和经济发展的共同胁迫下，矿产资源处于供不应求的状况，由此引发一系列土地生态问题。黄河滩涂、辉县市东南分布有大量采矿用地，土地破碎度较高，生物多样性遭到严重破坏，土地生态存在区域失衡现象。（4）评价分区可行性较强。评价分区与规划分区具有较好的一致性，从分区范围来看，仅有获嘉县与原阳县及原阳县的原武、桥北地区存在差异。（5）不足。指标体系仍需要完善：受技术和方法的限制，有些指标难获得或拘泥于定量化方法，土地生态质量评价的指标体系还需要完善；权重确定方法需要改进：由熵权模型确定的权重较为客观，但对较大或较小指标有失衡现象存在，为了弥补这一不足，将熵权模型与层次分析模型相结合将成为下一步研究的目标。（6）展望。基于土地利用生态质量评价的土地利用功能分区尚处于起步阶段，分区范围保持了行政区界线的完整性，且本研究对区域社会经济因素考虑不全面，有待进一步拓展。

nlc202309011510

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生态数学模型篇10

生态脆弱民族地区由于其原生态的自然生态环境赋存和独有的民风民俗文化对外界构成了吸引, 成为外界向往的旅游目的地。

综上, 我们说生态脆弱民族地区依托自身优势与旅游相结合, 发展旅游产业, 是其实现产业发展, 经济提升, 最终达到惠民目标的最优选择。

1 问题的提出

生态脆弱民族地区的旅游惠民应该是长期性的、持续性的, 而不应该是短期性的以破坏生态环境为代价的。因此, 这里产生一个矛盾, 生态脆弱民族地区旅游开发与生态环境保护之间的矛盾, 如何解决这个矛盾?如何在二者之间达到一种平衡, 实现真正意义上的“旅游惠民”?在生态脆弱民族地区旅游开发与真正意义的旅游惠民、旅游可持续发展之间本文提出了基于“碳足迹”计算的低碳循环模式。

2 相关研究综述

“碳足迹” (“Carbon Footprint”) , 是特定活动、特定产业或特定地区的二氧化碳和其他温室气体的总排放量。赵宏宇等 (2010年) 从一级碳足迹和二级碳足迹入手来探讨其与城市规划的结合点, 并提出企业和个人碳足迹的计算方式, 但仅仅限于对二氧化碳排放进行说明, 没有考虑到其他温室气体。

民族地区旅游惠民相关问题研究。主要集中于民族地区旅游扶贫的研究。所谓扶贫旅游 (PPT, pro-poor tourism) 就是有利于贫困人口的旅游, 是通过开发旅游资源丰富的贫困地区, 使旅游业成为区域支柱产业。陈国生 (1998) 提出黔江地区以旅游资源开发和扶贫为重点的战略措施。

3 问题的分析

3.1 生命周期评价的目的和范围

如上, 在这里生命周期评价的目的是进行一个旅游区的环境承载力的评价, 进而构建一预警模型;一个闭合的旅游区系统是生命周期评价的范围。实际上, 从最终目的看, 旅游区环境承载力的评价是旅游区可持续发展的问题。

3.2 清单分析

因为旅游产品生产的同时进行消费的特征, 不像工业产品那样, 消费使产品消亡或磨损, 旅游产品是一个循环的投入产出的过程, 它的绝对产出在本文当中是二氧化碳。因此, 各个阶段碳足迹的产生从长远来看可以在旅游区环境承载力当中考虑。

3.3 影响评价

依据生态脆弱民族地区旅游资源和旅游产品特性, 分别从生态环境承载力、旅游区空间承载力、居民心理承载力、经济承载力 (旅游基础设施和配套服务设施接待能力) 四方面评价。

3.3.1 旅游区环境承载力分析

生态环境承载力 (ZEBC) 。生态环境承载力是指生态环境不被破坏条件下所允许的游客数量。其函数式:

ZEBC=min (WECC, AECC, SWCC)

主要有三个分量:WECC为水环境承载力。取WECC污水日处理能力/人均污水产生量;AECC为大气环境承载力。取区域大气环境容量/人均废气产生量;SWCC为对产生固体废弃物的承载力。取固体废弃物日处理能力/平均每人每天产生固体废弃物量;

(1) 资源空间承载力。 (RECC) 。其定义为:

(2) 居民心理承载力 (PECC) 。是指旅游目的地居民从心理感知上所能接受的旅游者数量 (人/天) 。其表征最主要的是游居指数。

(3) 经济承载力 (DECC) 。其函数式为:

DECC=min (DECC1, DECC2, …, DECCi) , 式中:DECC为经济承载力 (人/日) ;

其中, DECCi为第i种基本要素供给量形成的经济承载分量, Si为第i种要素的日供给量 (量/天) ;Di为第i种要素的人均日需求量 (量/人·天) 。

根据木桶原理短板效应, 旅游区环境综合承载力的大小取决于四个分项的最小值, 因此, TECC=min (ZEBC, RECC, PECC, DECC)

3.3.2 旅游区环境承载力影响评价

(1) 环境承载力各指标权重的确定

运用德尔菲法和专家意见法构造判断矩阵。以1, 3, 5, 7表示前者与后者相比对环境承载力贡献一样重要、重要、比较重要、很重要。

用matlab7.0软件计算W (k-1) = (W (k-1) 1, W (k-2) 2, …, W (k-1) n (k-1) ) T表示第k-1层上n (k-1) 个元素相对于总目标的排序权重向量;矩阵最大特征根λmax=4.6173;

RI为平均随机一致性指标, 四阶矩阵为0.8931;CR=CI/RI;得CR=0.09<0.1, 满足一致性要求, 权重计算采取和法, (i=1, 2, …, n) , aij表示元素ui与uj相对于准则的重要性的比例标度。得出:各指标分别为0.20, 0.35, 0.15和0.3, 分别对应ZEBC, RECC, PECC, DECC, 即资源承载力指数和经济承载力指数要相对大于其他两个环境承载力指标。

构造判断矩阵, 进行一致性检验的基础上, 运用matlab7.0软件得出:

ZEBC中WECC表征指数为0.3;AECC为0.3;SWCC为0.3;R ECC中旅游空间指数为0.6;旅游时间集中指数为0.2;旅游停留指数为0.2;PECC中的游居比基于本文碳足迹研究, 暂不考虑;DECC中旅游经济指数为0.15;住宿承载指数为0.35;供水承载指数为0.25;交通承载指数为0.25;

(2) 与旅游区生命周期相结合的环境影响评价

如上, 旅游区环境承载力函数为:

其中:K1、2、3表示WECC、AECC、SWCC在生态环境承载力当中的权重指标;t表示时间;

居民感知指标在这里可以忽略不计。目前旅游区环境承载力主要是以旅游地游客量来计算的, 在这里以一个人在旅游区的吃、住、行、游、购、娱为功能单位。

其中:CFP为碳足迹, Ci为第i种旅游功能的碳足迹排放。

因此, 对于环境的影响极值为在某一时点 (t) 上, 第i种旅游功能的环境承载力, 如在某一时点上, 旅游区以面积算最大能容纳的客流量值。所以, 在t时点上, 旅游区的碳足迹排放函数拟为:

Cit为i旅游功能在t时点上的碳足迹;为个人在i旅游功能时的平均碳足迹;

整个旅游区某一时段的碳足迹排放即环境承载力指数为:

3.3.3 结果阐释

在上述环境承载力评价指标及其权重的确立基础上, 本文拟采用功效系数法对预警指标进行综合评价。

4 问题的解决

按以下规则确定单项功效系数;指标数值 (实际值) 越大越好的, 可定义为极大型变量, 如RECC中的旅游空间指数;指标数值越小越好的, 可定义为极小型变量, 如DECC中的旅游经济指数;指标数值在某一点最好的, 可定义为稳定型变量;若在某一区间内最好, 则可定义为区间型变量。对上述4类变量分别设计单项功效系数, 其中满意值取标准值;不允许值取平均值.

极大型变量单项功效系数f1

稳定型变量单项功效系数f2

极小型变量单项功效系数f3

区间型变量单项功效系数f4

综合功效系数 (环境承载力预警指数)

基于以上的分析, 这里的环境承载力预警指数只是标度在旅游活动过程中碳足迹排放对环境的影响, 没有考虑其他影响。

根据综合功效系数的数值大小, 可将警情划分为相应的警限区间, 通过观测综合功效系数所在的区间监测警度, 预报警情。

≤60巨警;>60-70重警;>70-80中警;

>80-90轻警;>90无警

5 结语

在碳足迹评价、预警模型构建的过程中有些地方需要改进:运用德尔菲法和专家预测法, 构造判断矩阵的过程;碳足迹评价中其他环境影响因子与二氧化碳的转化;碳足迹生命周期评价中旅游地生命周期说明。

如上, 这些问题需要在后续的研究中加以改进完善, 碳足迹生命周期评价在旅游产品中如何构建, 如果不用旅游地环境承载力来转化, 那么其闭合生命周期系统如何构建, 如何列出生命周期评价清单等问题是我们需要考虑的。