WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

Шуркина Ксения Алексеевна АНАЛИЗ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АГРОЭКОСИСТЕМ С ПОЗИЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПОДХОДА (на примере крестьянского хозяйства «СоМер-2») 25.00.36. – «Геоэкология»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Томск 2009

Работа выполнена в лаборатории самоорганизации геосистем Института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН (г. Томск)

Научный консультант: доктор географических наук, профессор Поздняков Александр Васильевич

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Плеханов Геннадий Федорович кандидат географических наук, Баженова Ольга Иннокентьевна

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет»

Защита состоится « 27 » мая 2009 года в 14.30 часов на заседании диссертационного совета Д 212.267.19 при ГОУ ВПО «Томский государственный университет» по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36, главный корпус ТГУ, ауд. 119.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке ГОУ ВПО «Томский государственный университет» по адресу: г. Томск, пр. Ленина, 34 а.

Автореферат разослан « » апреля 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат геолого-минералогических наук Н.И. Савина 2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Проблема эффективности функционирования хозяйственной деятельности во все времена развития цивилизации имела большое значение. Но научно-теоретическое ее осмысление стало особенно актуальным с переходом цивилизации на промышленный, а затем и индустриальный путь развития. В этот период степень удаленности от равновесия социально-экономических систем практически достигла предельной величины. Затраты энергии на поддержание этого состояния колоссальны 4,5*1020 Дж/год [Акимова, Хаскин, 2006, с. 204]. Иллюзии, что человеку подвластно решение энергетической проблемы, стали разрушаться. В научной среде была осознана необходимость изучения энергетической эффективности функционирования природных, естественным образом развивающихся систем, сравнения их с социально-экономическими, с тем чтобы, с одной стороны, найти пути неистощительного природопользования, а с другой – определить возможности энергетического самообеспечения производства, в частности - аграрного. Среди ученых и практиков, занимающихся этой задачей, нет разногласий в том, что проблема относится к числу фундаментальных. Наибольший вклад в ее решение сделали ученые США, и прежде всего Г. Одум [1971, 1978, 1996 и др.], заложивший теоретические основы и на конкретных примерах показавший способы ее практической реализации. Затем исследование энергетической эффективности функционирования сельскохозяйственных предприятий – агроэкосистем (АГЭС) - вошло в число актуальных научных проблем и в России [Фельдман, Логофет, Денисенко, 1998; Миндрин, 1998, 2003 и др.].

Предлагаемая нами методология оценки эффективности функционирования агроэкосистемы на основе анализа обмена энергией в потоках между составляющими ее элементами базируется на положениях системного анализа и теории самоорганизации; она позволяет рассматривать агроэкосистемы как операционально замкнутые структуры, выходные потоки вещества, энергии и информации которых направлены на достижение оптимального уровня их затрат на производство продукции и на возобновление и восстановление природной среды.

Рассматриваемые в диссертационном исследовании подходы к энергетической оценке функционирования АГЭС и экологических систем (не измененных человеческой деятельностью) позволяют сравнивать реальную их продуктивность и количественно оценивать потенциальные производственные возможности.

Измерение затрат и результатов сельскохозяйственного производства в энергетических эквивалентах имеет исключительную значимость, поскольку оно объективно отображает действительную их стоимость и предполагает возможность достижения оптимального режима эксплуатации природных ресурсов.

Постановка задачи предполагала привлечение знаний различных наук, и прежде всего - геоэкологии, ландшафтоведения, научных направлений, связанных с сельскохозяйственным производством. В частности, нами проводился аналитический и сравнительный анализ экономических и экологических показателей функционирования агроэкосистемы, по сути представляющей сложную природно-техническую структуру.

Цель работы - рассмотреть функционирование геосистем с позиции теории операционально замкнутых систем и на этой теоретической основе провести оценку энергетической эффективности функционирования конкретной агроэкосистемы. В соответствии с целью исследования решались следующие основные задачи:

провести теоретическое обобщение существующих подходов, методов и результатов энергетической оценки функционирования природноантропогенных систем;

разработать принципиальную модель функционирования агроэкосистемы как целостного самоорганизующегося организма, а также методику оценки (в энергетических единицах) потоков вещества, энергии и информации в ней;

разработать и описать алгоритм применения предложенной методики на примере конкретного объекта исследования - крестьянского хозяйства «СоМер-2» (Карагандинская обл., Казахстан);

разработать практические предложения по повышению эффективности функционирования агроэкосистемы.

Объект исследования. В качестве объекта исследования выступает агроэкосистема с точки зрения ее геоэкологической, экономической и энергетической эффективности функционирования (на примере конкретного объекта).

Методы исследования. В качестве основных методов исследования использовались аналитический, сравнительный, картографический, математический, статистический. Статистический и фактический материал обработан с применением компьютерных программ (Microsoft Excel), на основе полученных результатов построены графики, диаграммы, схемы.

Основные источники информации. В основу диссертационной работы положены результаты исследований, проводившихся по плановой тематике Института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН:

Проект № 24.1.7 «Закономерности и особенности самоорганизации геосистем и социально-экономических систем в процессе их взаимодействия»; по программе фундаментальных исследований СО РАН, проект 7.10.1.3 «Исследование современных экосистемных изменений в Сибири и связанных с ними рисков природопользования» (2007–2009 гг.).

Использованы справочные и картографические материалы, литературные источники, научные данные опубликованных исследований, диссертационных работ в области экологии и экономики. Основной объем фактического и статистического материала получен автором в процессе изучения объекта исследования, анализа бухгалтерских и текущих документов: отчетов, сводок, статистических отчетов.

Научная новизна работы состоит в следующем:

• впервые агроэкосистема рассматривается как самоорганизующаяся операционально замкнутая система с обратными положительными и отрицательными связями;

• на основе теоретического обобщения собственных и полученных другими исследователями данных разработан алгоритм проведения энергетической оценки эффективности функционирования агроэкосистемы;

• разработана перспективная модель функционирования агроэкосистемы, рекомендуемая для практического применения.

Теоретическая и практическая значимость работы. Работа представляется значимой как в теоретическом, так и практическом планах. Теоретическая значимость ее состоит в разработке методологической основы энергетической оценки, позволяющей выявлять и изучать механизмы взаимодействия природных и антропогенных геосистем.

Результаты исследования могут быть использованы в качестве методологической базы в дальнейшем изучении геосистем и проведения энергетического анализа, а также в образовательном процессе в вузах, специализирующихся в подготовке кадров по специальностям геоэкология, экология, агроэкология и др.

Разработаны практические рекомендации по повышению эффективности функционирования природно-технических систем.

Апробация и публикация результатов исследования. Основные положения и полученные результаты диссертационной работы доложены на следующих научных конференциях: «Студент и научно-технический про гресс» (Новосибирск, 2007, 2008), «Научная сессия ТУСУР-2007» (Томск, 2007), «Седьмое сибирское совещание по климато-экологическому мониторингу» (Томск, 2007), «Научное совещание географов Сибири и Дальнего Востока» (Иркутск, 2007), «Изучение, моделирование и осознание (познание) дальнейшего развития планеты Земля» («Studying, Modeling and Sense Making of Planet Earth») (г. Митилини, Греция, 2008)) и др.

Результаты исследования изложены в 11 статьях, одна из которых опубликована в рецензируемом издании, а другие - в материалах российских и международных конференций.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 147 источников и 5 приложений. Общий объем работы составляет 142 страницы, включая 28 таблиц и 13 рисунков.

В первой главе «Состояние изученности проблемы функционирования геосистем» освещаются общие аспекты проблемы энергетической оценки функционирования геосистем и состояние ее изученности.

Во второй главе «Агроэкосистемы как самоорганизующиеся операционально замкнутые геоэкологические системы» описывается новый методологический подход к энергетической оценке самоорганизующихся геосистем с позиции теории операциональной замкнутости; даются основные понятия, определения, используемые в работе; приведена структура функциональных отношений в агроэкосистеме и принципы ее функционирования.

Третья глава «Энергетическая оценка функционирования агроэкосистемы СоМер-2» посвящена энергетической оценке агроэкосистемы в конкретных природных условиях.

В четвертой главе «Перспективная модель функционирования агроэкосистемы» описана разработанная нами модель и проведен анализ рентабельности внедрения дополнительных источников энергии для повышения эффективности функционирования системы.

В заключении в краткой форме изложены основные выводы и подведены итоги диссертационного исследования.

Работа выполнена в лаборатории самоорганизации геосистем Института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН под руководством доктора географических наук, профессора А.В. Позднякова, в соответствии с плановой тематикой лаборатории: Проект № 24.1.7 «Закономерности и особенности самоорганизации геосистем и социально-экономических систем в процессе их взаимодействия» и Проект № 7.10.1.3 «Исследование экосистемных изменений в Сибири и связанных с ними рисков природополь зования» (Блок №2 «Энергетическая характеристика экосистем, установление возможных изменений их продуктивности, обусловленных потеплением климата») в рамках Программы фундаментальных исследований ИМКЭС СО РАН № 7.10.1 «Интегрированные исследования природно-климатических изменений и связанных с ними рисков природопользования в Сибири».

Автор выражает глубокую признательность за помощь и ценные замечания научному руководителю А.В. Позднякову, профессорам – Г.Ф. Плеханову, В.В. Севастьянову, А.В. Мананкову. Искренне благодарна всему коллективу лаборатории самоорганизации геосистем за рекомендации, обсуждение работы и моральную поддержку.

Основные положения, выносимые на защиту Первое защищаемое положение - Агроэкосистемы следует рассматривать как открытые самоорганизующиеся операционально замкнутые системы, и их развитие должно осуществляться при контролируемом человеком обмене энергией, веществом и информацией.

Геосистема – особый тип природных самоорганизующихся и саморегулирующихся биокосных и социально-экономических систем, систем косной среды (различного типа геолого-геоморфологические структуры); разнообразных систем типа «человек-машина» (от часов до сложных роботизированных комплексов).

Геосистема состоит из определенного набора компонентов и элементов, количество и номенклатура которых устанавливается в процессе ее самоорганизации. Минимально необходимая совокупность элементов, образующих структуру геосистемы, определяющих ее «лицо» как целостное системное образование со своими характерными свойствами, называется инвариантом структуры функциональных отношений геосистемы (ИСФО) [Поздняков, 1998]. Это объективно существующая в природе структура. Инвариант структуры функциональных отношений включает социум, его инфраструктуру и элементы природной среды конкретной территории, характеризующейся определенной площадью (Spr) и ее экологической емкостью (V). Самоорганизующиеся системы без ИСФО существовать не могут [Поздняков, 1998 и др.;

Поздняков, Шуркина, 2008]. При отсутствии хотя бы одного из составляющих ИСФО элементов система теряет устойчивость, способность к самовосстановлению, самовоспроизведению и разрушается.

Любую геосистему, включая и агроэкосистему, можно рассматривать на основе балансовых отношений в системе «вход-выход» («ресурспотребитель», «затраты-прибыль», «жертва-хищник»).

Выход Вход Система Рисунок 1 Традиционная схема функционирования систем Входными параметрами являются воздействия на систему из внешней среды. Выходными же служат воздействия системы на среду. Тогда сама система определяется как преобразователь входных воздействий в выходные (рис. 1).

Самоорганизующиеся системы, обменивающиеся веществом, энергией и информацией (MEI) со средой и другими системами, преобразующие входной поток MEI в иную форму, в которых посредством обратных связей образуется замкнутый контур, являются операционально замкнутыми структурами (рис. 2).

Агроэкосистемы входят в окружающую природную среду как часть в целое. Непрерывный обмен энергией со средой позволяет всем типам геосистем поддерживать постоянство своих параметров и энтропии, которая на начальных этапах их формирования и функционирования не только не растет, но и уменьшается.

Обратная отрицательная связь П оток M EI из с реды Выходные Самоорганизующаяся потоки Поток MEI из техносферы система MEI Обратная положительная связь Рисунок 2 Операционально замкнутая самоорганизующаяся система Особенностью таких структур является замкнутость обратными связями, представляющими собой потоки вещества, энергии и информации;

роль обратной связи (положительной или отрицательной) играют и метрические характеристики систем (объем, площадь, продуктивность и пр.).

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»