重建海洋生态系统论文教材.doc

重构被人类影响过的海洋生态系统
一队莫冬腊田思濛刘子生
摘要
本文研究了虱目鱼养殖区的水质的水质特征,即珊瑚礁的生长条件,提出来一种科学的混养方法,以改善水质条件以使珊瑚重新繁殖成为可能。
步骤一,针对实际情况和要求,提出了在不改变现有某些条件的基础上的养鱼方案:保留目前虱目鱼的箱养方式和规模;在箱子的外部水域添加多种生物物种构成一个简单的食物链和生态系统,添加有高经济效益的海带(藻类)、海参(棘皮类动物)、贻贝(软体类动物)、对虾(甲壳类动物)、梭鱼(草食性动物),虱目鱼。这样就形成了箱养和混养的两种模式共同进行,箱养保证了渔民的收益不会减少,外部混养则可以改善水质和提供额外收入。
利用食物链中的供养关系,在每个物种的所捕获能量与所耗散能量和被捕食能量的平衡关系下构件物种数量稳定生态系统,得出食物链中各种物种同化量之间的约束关系。
步骤二,用先线性拟合的方法得出水质特征与海水富营养度的关系,即得出水中叶绿素浓度和微生物浓度与水中溶解氮的约束式,在基于混养物种的影响改造约束式;分析了海水中溶解氮浓度的相关因素,得出溶解氮浓度的表达式。
步骤三,要提出一种混养模式,兼顾水质和收益,这是多目标的线性规划。目标是水质达到珊瑚繁衍所需的水平(即溶解的总氮和叶绿素浓度达到取样点A和B的水质特征)和收益最大,约束是食物链能量传递规律以及渔民对混养系统物种的捕捞收获。
合理的混养计划是虱目鱼,梭鱼,对虾,贻贝,海参,在收获期间收取虱目鱼,梭鱼,海参,对虾,使最大化收益的目标达到,/(每月每公顷)。
1 问题重述
建立一个混养系统来代替现有的虱目鱼单养系统。
理想情况下的混养方案是多种生物混养在一起,一些生物的排泄物恰好是另一些生物的食物,这不仅会减少鱼养殖中向周围水体排放的富营养物质,同时也通过养鱼产生的大量副产品来增加渔民的收入。
就建模的目的而言,生物多样性环境中的主要动物生物可细分为肉食性鱼类、草食性鱼类、软体动物、甲壳类动物、棘皮动物和藻类。根据供养种类,又初级生产者、滤食性动物、沉积性动物、食草动物、捕食性动物。在海洋中的食肉动物除了吃草食动物或小一些的肉食动物外,它们也吃滤食性动物和沉积动物。大多数动物的生长效率只有10-20%,所以它们摄入的80-90%的食物最终以不同的形式释放出来,有些作为热量散发出来,有些是排泄物。
一个海域支持珊瑚生存的能力最重要的是水质。虱目鱼养殖所生产的过剩营养使得海藻快速增长,因而阻止了珊瑚的生长。同时由于虱目鱼养殖所产生的颗粒流入,降低了珊瑚的生长。因此在珊瑚幼虫能够生长之前,必须保持适当的水质。
问题的任务是设计一个可行的混养系统,以取代目前单一的虱目鱼养殖,从而根本改善水质,让珊瑚幼虫得以在该地区生长和繁衍。你的混养方案无论在短期还是长期,都应该是有利于生态环境并具有好的经济效益。建议分为以下几个步骤来完成任务:
1:建立一个完整的珊瑚礁食物链模型。其中包括作为唯一捕食性鱼类的虱目鱼,一种草食性鱼类,一个软体动物物种,一个甲壳类物种,一个棘皮动物物种,和一个藻类物种。确定每个物种你认为合理的数量。阐述你的模型,说明每个物种如何与其他物种相互作用。
2:取得满意水质水平。调整每一个物种的数量,直到取得令人满意的水质水平,要清楚说明对哪个物种的数量进行了调整,以及为什么这种调整是合理的。
3:最大化价值。保持一种在可以最大程度上接受的水质和获得最大化价值之间的平衡关系。改变你的模型来获得每种物质的固定产量。你能获得的总价值以及相对应的水质是多少?请尝试采用不同的收获策略及不同的虱目鱼养殖水平,同时画出反映收获价值与水质之间函数关系的曲线。给出结论:什么是最优收获?
2 模型假设
1. 水质不受季节和年份变化的影响
2. 无来自其他海域和陆地的食物来源
3. 每种生物在海里空间上均匀分布
4. 所有生物的鲜重和干重不因季节的变化而变化
5. 市场上的平均收购价格不因淡季,旺季的变化而变化
6. 每次捕捞都能精确地完成要求的数量
7. 所有生物每个月份同化量的不因为其年龄大小而不同
8. 海水平均深50米,且海床较平缓
9. 海水中浮游植物的浓度(叶绿素浓度)的增量与海水的富营养度(溶解氮浓度)的增量成正比
10. 虱目鱼的食物50%来自动物,50%来自海带;对虾的食物50%来自海带,50%来自浮游植物和微生物
11. 虱目鱼的捕捞量是虱目鱼同化量的10%
3 符号说明
一公顷一个月海带的同化量
人类每月对每公顷海域中海带的捕捞量
一公顷一个月对虾的同化量
人类每月对每公顷海域中对虾的捕捞量
一公顷一个月贻贝的同化量
人类每月对每公顷海域中贻贝的捕捞量
一公顷