农业生态系统的结构模型.doc

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1、农业生态系统的结构模型农业生态系统是属于复杂巨系统。在系统中单元众多，相互影响的关系复杂。在研究生态系统时首先要解决的问题是分清各单元的层次，以及每个层次各单元之间的关系，为农业工程设计提供有力的依据。现举例说明结构模型的方法。一、某村农业生态系统江南某村生态工程实验场是由以下八个单元组成：1、鸡场每年产肉鸡约10万只；2、猪场饲养400头猪；3、沼气两个50立方米沼气池；4、渔塘约100亩；5、蘑菇房333.3平方米；6、葡萄园约10亩；7、蚯蚓；8、草菇。其基本能量循环如下图所示。5蘑菇7蚯蚓1鸡2猪4鱼

2、3沼气6葡萄8草菇图：某村生态实验场能量循环基本模型二、建立结构模型的方法61、建立邻接距阵对于有n个单元的系统（），定义邻接距阵如下：式中1，当线段从向着（即对有影响）0，当i=j或对没有影响这样，上图所示的邻接距阵A如下：邻接距阵有下列特性：（1）全零的行所对应的点为系统的输出单元；（2）全零的列所对应的点为系统的输入单元；（3）对应于每点的行中的1的数目就是离开该点的线段数；（4）对应于每点的列中的1的数目就是进入该点的线段数。邻接距阵表示了系统的各单元的直接关系。若该距阵中第i行、第j列的元素为1，则

3、表明从到有一长度为1的路。也可以说，从可以到达。邻接距阵描述了各点间通过长度为1的路的可达情况。2、求可达距阵在讨论可达距阵之前，我们先介绍布尔距阵与布尔距阵运算。如果一个距阵的所有元素均为0或1，则这种距阵称为布尔距阵。邻接距阵也是布尔距阵。对于布尔距阵来说，若距阵运算中元素的相加与相乘均规定为布尔加与布尔乘，即0+0=0，0+1=1+0=1+1=1；1╳1=1，1╳0=0╳1=0╳0=0，则这种距阵运算称为是布尔距阵运算。在布尔距阵运算下，我们用表示距阵A的i次幂。下面列出求可达距阵的步骤，所做的加法和乘

4、法均为布尔运算：（1）在上述邻接距阵A上加单位距阵I，得6它描述了各点间经长度为0和1（不大于1）的路的可达情况。为了简洁，我们令C=A+I再进行下一步布尔距阵运算。（2）计算距阵，此处r<=n-1。如前所述，其物理含义是描述了各点间经长度不大于2的路的可达情况。依次类推，距阵表明了各点经长度不大于n-1的路的可达情况。r为未知数，它可由下一步求出。（3）在逐次计算距阵C的每次幂时，将结果与前次结果相比较，如不相等则继续求大一次的幂，直至相等为止。其过程如下式所示：（r<=n-1）为方便起见，令，则。这里，距

5、阵R称为可达距阵。可达距阵有两个重要特征：III转移特性即若可达（有一条路至），可达（有一条路至），则必可达（有一条路至）。代入本例已知数据，计算结果如下：令求得可达距阵。63、求结构模型（1）建立可达集可达集是由可达距阵中对应于的行中所有元素为1的列所对应的单元组成。按本例可达距阵的数据，得可达集如下：单元可达集11，2，321，2，331，2，341，2，3，4，5，6，7，851，2，3，561，2，3，5，6，7，871，2，3，5，6，7，881，2，3，8（2）建立前因集前因集是在可达距阵中对应于

6、的行中所有元素为1的行所对应的单元组成。类似，得到本例的前因集：单元前因集11，2，3，4，5，6，7，821，2，3，4，5，6，7，831，2，3，4，5，6，7，84454，5，6，764，6，774，6，784，6，7，8（3）找出系统的最高级单元因为若在最高级中，则和的交集就和相同，即6利用此关系找出最高级单元后，可将他们去掉，再求剩下的子图的最高级单元。依次类推，可找出各级中所包含的单元。例如，由上述建立的可达集和前因集，得他们的交集。根据上述公式，找出第一层次的单元为、和。然后把它们去掉，再按上

7、述步骤求、和见下表。由下表可知，满足上式的单元是和。即5、8为二级单元。类似地，由后续表可得出第三、四级单元分别为、和。单元11，2，321，2，331，2，3445566，776，788单元44，5，6，7，844554，5，6，7565，6，7，84，6，76，775，6，7，84，6，76，7884，6，7，88单元44，6，74466，74，6，76，776，74，6，76，7单元4444（4）绘制结构模型图由上述求得结果，可画出可达距阵对应的结构模型如图所示。6由下图的结构模型可以清楚地看出，在某村

8、生态工程实验场的生态系统中，可以分成四个层次：第一个层次（即最高级层次）中包含有鸡、猪、沼气三个单元，而且是一个强烈的循环单元，是生态实验场的核心，也是工作的重点。第二个层次是食用菌类即蘑菇和草菇。这是两个并列的独立单元。第三个层次也包含了两个单元，即蚯蚓和葡萄，两者构成一个小循环。第四层次只有一个单元，即鱼。它是本系统的最低层次。32185764结构模型图6--------------------