WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Таким образом, производимая системой продукция и энергия, ее морфометрические характеристики, оказывают обратное (положительное или отрицательное) воздействие на процесс ее функционирования. Роль обратной отрицательной связи играет экологическая емкость: по мере ее заполнения и исчерпания ресурсов прирост продуктивности геосистемы уменьшается. Роль положительной обратной связи играет производимая системой энергия, избыток которой используется для удаления системы от равновесия.

Взаимодействие же положительных и отрицательных обратных связей приводят систему в состояние динамического равновесия.

Операциональная замкнутость самоорганизующихся систем с отрицательными обратными связями предполагает целенаправленное развитие к некоему спонтанно формирующемуся заданному состоянию.

Заданное состояние геосистемы – это уровень, который она по истечении некоторого установленного промежутка времени должна достичь по своим выходным характеристикам: количеству и качеству выпускаемой продукции, по структуре функциональных отношений, формам и количеству потребляемых MEI. Заданное состояние антропогенно культивируемых систем, функционирующих автономно, прежде всего, определяется условиями природной среды (емкостью, количеством поступающей природной энергии – солнечной радиации, плодородием почвенного слоя, собственным размером).

Направленное развитие геосистем к заданному состоянию определяется потоками энергии, вещества и информации, которые представлены двумя видами: потоки, формирующие агроэкосистемы (Fпотоки), и потоки, вызывающие их деградацию, разрушение (D-потоки).

Уравнение динамики операционально замкнутой системы представляется в следующем виде [Поздняков, 1989, 2003, 2007; Поздняков, Шуркина, 2008]:

dM/dt = F(M,V,t) - D(M,t), (1) где M – выходные характеристики системы (по объему, массе, численности и пр.); F - расход MEI, идущий на формирование агроэкосистемы; V - емкость среды (экологическая емкость); D – расход MEI, потребляемый системой сателлитом Y; t- время.

Слагаемое F(M,V,t) характеризует аккумуляцию MEI в системе X, сокращающееся по мере заполнения емкости V. Слагаемое D(M,t) характеризует убыль МЕI в системе Х, обусловливаемую жизнедеятельностью сателлитов Y. Таким образом, сателлит Y тормозит развитие системы X и выступает в качестве обратной отрицательной связи. В левой части уравнения представлена продуктивность геосистемы, или эффективность ее функционирования в энергетических единицах, а правая описывает количество энергии, необходимой для формирования системы, за вычетом энергии, отданной системе сателлиту.

Следовательно, рассмотрение геосистемы как самоорганизующейся системы с обратными положительными и отрицательными связями позволяет разрабатывать эффективные и рациональные способы управления потоками вещества, энергии и информации.

Второе защищаемое положение - Прогрессивное развитие агроэкосистем определяется эффективностью обмена энергией с экосистемами и между элементами в сельскохозяйственном производственном цикле.

Данное защищаемое положение рассматривалось на примере характеристики производственной деятельности крестьянского хозяйства «СоМер2». Хозяйство, как и абсолютное большинство подобных в других регионах и странах, функционирует на традиционных, давно установившихся принципах социально-экономических отношений. Экономическая эффективность такого хозяйства оценивается рыночными отношениями на основе «спроспредложение-цена», в конечном счете - денежной прибылью. Чем больше хозяйство выручает прибыли, тем, считается, эффективнее оно работает. Затраты энергии на производство единицы продукции в оценке эффективности производственной деятельности хозяйства учитываются лишь косвенно. Возрастание производства продукции за счет экстенсивности производства, расширения площади используемой земли, иначе – за счет увеличения экологической емкости, при таком подходе, может характеризовать хозяйство как эффективно работающее.

Краткая характеристика природных условий территории объекта исследования. Хозяйство «СоМер-2» расположено в сухих степях Центрального Казахстана, в нескольких километрах от г. Караганды. Географическое положение объекта исследования - 49,4. с. ш. и 72,58 в. д.

Климатические условия территории довольно суровые, отмечаются резкие колебания температур как межсезонные, так и в течение суток. Среднегодовая температура воздуха +3,4°C. В холодное время года температура воздуха опускается до -30-35°C. Средняя температура января -14,0°C. Летом температура может достигать +30-+40°C. Средняя температура июля +20,5°C.

По количеству выпадающих осадков междуречье относится к зоне недостаточного увлажнения. В среднем за год выпадает 320-350 мм осадков.

Преобладают ветры юго-западного направления. Годовая средняя скорость ветра составляет 5,5 м/с. Почвы представлены темно-каштановыми и каштановыми типами, с содержанием гумуса 4,5-3,0%; они пригодны для бесполивного земледелия и пастбищного животноводства. Тем не менее, их сельскохозяйственное использование, по сравнению с аналогичными районами более теплых и увлажненных зон (например, причерноморские степи, районы Кубани), требует привлечения в несколько раз больших затрат энергии.

Главным природным бедствием сухих степей, уменьшающим плодородие почвы, является ветровая эрозия, так как большая территория Центрального Казахстана равнинная и открытая, с распространением рыхлых структурных почв или почв с легким механическим (песчаным, супесчаным) составом.

Экологическое состояние рассматриваемой территории обусловлено спецификой промышленного производства Карагандинского территориальнохозяйственного комплекса, его специализацией, связанной в основном с добычей угольных залежей и переработкой полезных ископаемых. Карагандинская область является уникальной железо-марганцевой, баритполиметаллической, меднорудной, редкометальной и угленосной провинцией Казахстана. Кроме того, на ее территории имеются многочисленные месторождения практически всех видов строительных материалов. Значительная техногенная нагрузка на окружающую среду Караганда-Темиртауского территориально-промышленного комплекса привела к высокой степени загрязненности поверхностных вод, атмосферы и почвенно-растительного слоя, что негативно сказывается на функционировании предприятий сельскохозяйственного назначения.

Специализация агроэкосистемы. Хозяйство «СоМер-2» специализируется на воспроизводстве и выращивании племенных животных. Сопутствующим направлением его деятельности является производство мясо-молочной продукции.

Занимаемая хозяйством площадь составляет 2000 га земельных угодий, и около 8 га занято инфраструктурой и административно-хозяйственными постройками.

В настоящее время управление предприятием осуществляется с ориентацией на удовлетворение потребностей рынка без учета возможностей самовосстановления производительности природной среды. Иными словами, удовлетворяются потребности лишь нынешнего поколения, потребности будущих поколений, к сожалению, не учитываются.

Принципы саморегуляции агроэкосистем. Требуемая для развития социально-экономических систем энергия (Е) складывается из затрат энергии, искусственно создаваемой человеком (Еm), и энергии (Еп), производимой природой (экологическая емкость):

Е=Еm+Еп. (2) Роль главного регулирующего фактора в развитии агроэкосистем (АГЭС) играет экологическая емкость - способность природной среды переносить антропогенные нагрузки, сохраняя свою устойчивость. При энергетической оценке экологической емкости необходимо учитывать роль каждого компонента природной среды: литосферы (геодинамические процессы), атмосферы, гидросферы, педосферы, солнечной энергии и др.

Применительно к рассматриваемому объекту проведен анализ потоков природной, антропогенной и природно-антропогенной энергии в отдельности.

Энергетическая характеристика экологической емкости (En). Основными оцениваемыми параметрами природной среды для данной агроэкосистемы являются: солнечная энергия, поступающая на изучаемую территорию; энергетический потенциал почвенного плодородия в виде затрат энергии на поддержание плодородия почв; потенциальная энергия выпадающих осадков и площадь территории агроэкосистемы.

Возникновение многих видов энергии и все природные процессы на Земле так или иначе происходят под влиянием солнечной энергии путем ее трансформации в другие виды. В данной работе все виды энергии оцениваются в системе СИ, единица измерения – Джоуль.

Солнечная энергия (ES). На изучаемую территорию площадью 2000 га ежегодно поступает ES=10,46*1016 Дж/год суммарной солнечной энергии. Она трансформируется в энергию, накапливаемую растительностью, почвой, создающую ветровые потоки и облака и др. Количество поступаемой солнечной энергии на Землю незначительно колеблется во времени и изменить его человеку неподвластно. Поток солнечной лучистой энергии, поступающий на поверхность Земли, количественно превышает потоки искусственной и природной трансформированной энергии на три и более порядков.

Энергия почвенного плодородия (Esoil). Накапливаемая экосистемой биомасса характеризует производительность, продуктивность, иными словами эффективность преобразования солнечной энергии.

Для того чтобы определить энергетический потенциал почвенных ресурсов следует рассчитать, сколько потребовалось бы затратить энергетических ресурсов для его восстановления. Основным органическим удобрением в натуральном хозяйстве служит перегной - перепревшие отходы жизнедеятельности животных и растений. А.С. Миндрин рассчитал, что использование навоза в 4 раза эффективнее, чем применение минеральных удобрений, с учетом энергозатрат на их производство, перевозку и внесение в почву.

По предложенной А.С. Миндриным [2003, с. 225] формуле, нами определен энергетический вклад питательных веществ почвы в процесс производства растительной продукции, необходимый на восстановление энергетического баланса в почве.

Учитывая, что внесение 20 т/га органических удобрений [Миндрин, 2003] является наиболее реальной величиной на ближайшую перспективу для восстановления плодородия почвы, а отходы жизнедеятельности животных в среднем содержат в 1 тонне: азота 2 кг, фосфора 1 кг, калия 2 кг - в первой год после внесения усвояемость питательных веществ в процентном отношении соответственно составляет 71:83:67, потенциальная энергия почвы изучаемой агроэкосистемы равна Esoil = 3,7*109 Дж/га (7,3*1012 Дж/год на всю площадь агроэкосистемы). Полученный результат, помимо энергетического содержания вносимых удобрений, включает затраты на их транспортировку и внесение в почву.

Энергия выпадающих осадков (Epr) в виде дождя и снега вычислена по формуле Г. Одума [Odum, 1996], с учетом, что площадь изучаемой агроэкосистемы - 2000 га, количество осадков в 2005 г. составила 332 мм/год, а свободная химическая энергия Гиббса рассчитана Г. Одумом [Odum, 1996] для выпадающих осадков и принята равной 4,94 Дж/г. Из выше приведенных данных следует, что потенциальная энергия Еpr выпадающих осадков составляет: Еpr = 16,4*109 Дж/га/год (на всю территорию - 32,8*1012 Дж/год).

Экологическая емкость агроэкосистемы в целом, в энергетических единицах составляет:

Еп = ES + Esoil + Еpr = 10,47*1016 Дж/год. (3) Это количество энергии представляет, по существу, природную ренту, дающую экономию энергии в хозяйственной деятельности.

Экологическая емкость выступает сдерживающим фактором развития АГЭС «СоМер-2», играющим роль обратной отрицательной связи. Суть ее заключается в том, что экологическая емкость накладывает ограничение на расширение производства. Если количество используемой природной ренты больше ее прироста Еп(t), то неизбежен спад производства, и на поддержание производительности хозяйства (недопущение спада продуктивности) по требуется увеличение затрат энергии. Расширение же площади территории при растущих ценах на землю финансово нерентабельно и нецелесообразно.

Энергетический вклад антропогенной и природно-антропогенной энергии (Еm). Под природно-антропогенной энергией понимается совокупность природной и антропогенной энергии, полученная путем сложения энергосодержания природных ресурсов и затрат человеческого труда на их добычу, переработку и эксплуатацию.

Для оценки энергозатрат трудовой деятельности человека учитывались: расход энергии на выполнение вида труда, длительность рабочей смены (8 часов в смену) и количество рабочих дней в году (250 дней). В процессе деятельности предприятия затраты энергии интеллектуального труда составили EI=0,022*1012 Дж/год, а затраты физического труда - в 8 раз больше:

Eph=0,175*1012 Дж/год. Общие затраты труда, таким образом, составляют Ew =0,198*1012 Дж/год.

Нами рассчитаны расходы природно-антропогенной энергии в процессе функционирования агроэкосистемы на основе их энергетической ценности и использованием энергетического эквивалента, вычисленного А.С. Миндриным [2003]. Полученные результаты представлены на рис. 3.

Fr = 5390 тыс. рублей Орган управления Условные обозначения:

Ei - Энергия интеллектуального труда Cpr = 17750 тыс. рублей Eph - Энергия физического Eph = 175,8 ГДж/год Ei = 22ГДж/год труда Ek - Энергия кормов Eo - Энергия получаемой Ek = 40818 ГДж/год органики Кормопроизводство Ef - Энергетические Животноводство затраты на содержание оборудования и помещений Eo = 2961,2 ГДж/год Э - Электроэнергия Eoil - Энергия жидкого топлива Ef = 5163 ГДж/год Ecoal - Энергия твердого Э = 696,16 ГДж/год топлива КП ММП Eoil = 8100 ГДж/год Ed - Энергия дополнительных материалов Ecoal = 6000 ГДж/год - Энергия в произведенной Ep Ed = 3372,8 ГДж/год ПлМ продукции ПлМ - Племенной молодняк ММП - Мясо-молочная Переработка продукция КП - Кормовая продукция Cpr - Затраты на производство Ep = 5665 ГДж/год B - Полученный доход Fr - Финансовый результат Рынок B = 23140 тыс. рублей Рисунок 3 Структура потоков MEI в функционировании агроэкосистемы «СоМер-2» Расчеты показывают, что в производственном процессе используется 59,185*1012 Дж/год. На содержание оборудования и помещений ежегодно тратится не менее 5,163*1012 Дж/год (в среднем 30% от затрат на создание основных фондов). Вместе с затратами на содержание, суммарные энергозатраты за год составили Em=64,348*1012 Дж/год.

В воспроизводстве животных и получении сельскохозяйственной продукции главенствующую роль играет потребление кормовых ресурсов. На остальные статьи затрат приходится 36,6 % от общих энергетических вложений. Затраты же труда человека составляют 0,3%, что очень мало по сравнению с другими вложениями природно-антропогенной энергии.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






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