1、基于系统动力学的水产养殖水质富营养化的研究欧阳可乐 09094226 摘要：本文通过运用系统动力学的基模分析的方法，对水产养殖产生的水质富营养化问题进行了分析。发现饲料的投放量、鱼的数量、氮氨含量、换水次数对水质富营养化有着不同层次的影响。本文将提出相应的对策，降低水质富营养化。关键字：系统动力学、水产养殖、水质富营养化1 引言中国水产养殖历史悠久，技术先进，对世界渔业发展和人民生活水平提高作出了贡献。水产养殖自身污染严重，养殖所产生的废物主要有鱼类未食用的饵料、排放粪便及其他排泄物。而在这些食物中最终将对环境产生影响的主要是其所含的营养物质氮、磷和有机物。由于养殖过程中饵料投喂方式不当、投喂
2、过量、饵料投喂后被冲走和溶解以及鱼类本身的摄食习惯等原因，养殖无论投喂何种饵料，总存在一部分不能为养殖鱼类所食用的饵料，其比例多少与养殖方式、养殖种类、饵料类型及养殖管理方式有关。被鱼体摄取的饵料中未被消化的部分将作为粪便被排出，消化部分通过鱼体吸收和代谢，所吸收的营养物质中有一部分作为氨和尿素被排出体外。从而使得水中氮氨含量变大，促使水质富营养化。2 建立流率基本入树模型2.1 建立流位流率系（1）流位：水中氮氨含量 L1（t)，流率：水中氮氨含量变化量 R1（t)。（2）流位：水中氧气含量 L2（t)，流率：水中氧气含量变化量 R2（t)。（3）流位：饲料量 L3（t)，流率：饲料量变化量
3、 R3（t)。（4）流位：鱼的密度 L4（t)，流率：鱼的密度变化量 R4（t)。（5）流位：换水次数 L5（t)，流率：换水次数变化量 R5（t)。则可得到主导结构流位流率系为：（L1，R1） ， （L2，R2） ， （L3，R3） ， （L4，R4） （L5，R5)2.2 确定流位控制流率的定性分析二部分图R1(t) R2(t) R3(t) R4(t) R5(t)L1(t) L2(t) L4(t) L5(t)L3(t)图 21 5 个流位控制 5 个流率的定性分析二部图(1)由于鱼的密度 L4(t)的增加，使得饲料 L3（t)也增加，而饲料 L3（t)的增加会使得水中氮氨的含量增加，由于换
4、水 L5（t)增加，会是鱼塘的水变得更好，所以流位 L3（t） 、L4（t） 、L5（t）控制水中氮氨含量变化量 R1(t)流率的变化。(2)由于氮氨含量 L1（t）多，使得水中藻类增多。由于鱼的密度 L4（t）变大，需要的氧气也会增多。由于换水 L5（t)增加，使得水中的氧气也会增加。所以 L1（t） 、L4（t） 、L5（t）控制水中氧气变化量 R2（t)流率的变化。(3)由于鱼的密度 L4(t)的变大，使得饲料 L3(t)增加。因此流位 L4(t)控制饲料变化量 R3（t)流率的变化。(4)由于水中氮氨含量 L1(t)增加，使得水质变差，容易使鱼死亡。由于氧气含量 L2(t)减少，使的鱼
5、的数量也会减少。所以流位 L1(t)、L2(t) 控制鱼的数量变化量 R4(t)流率的变化。(5)由于水中氮氨含量 L1(t)增加，使得水质变差，容易使鱼死亡，需要换水。由于氧气含量L2(t)减少，需要换水增加水中氧气含量。所以位 L1(t)、L2(t)控制换水次数变化量 R5(t)流率的变化。2.3 逐一建立各入树在上述制约关系中，5 个流率变量通过辅助变量受 5 个流位变量制约，通过系统的进一步分析，设计多个辅助变量，建立下述 5 棵流率基本入树。中中中中中中中中中中L1中t)中中中中中中中中中中L4中t) 中中中中L5中t)+ +中中中中中中L2中t)中中中中中中中中中R2中t)- +-
6、中中中中中中中中中中L3中t)中中中中中中中L4中t) 中中中中L5中t)+ +中中中中中中L1中t)中中中中中中中中中R1中t)+ + -图 22 水中氮氨流率基本入树 T1（t) 图 23 水中氧气流率基本入树 T2（t)中中中中中中中中中中L4中t)+中中中L3中t)中中中中中中R3中t)+图 24 饲料流率基本入树 T3（t)中中中中中中中中中中中中L1中t)中中中中中中中中中L2中t)+ -中中中中L5中t)中中中中中中中R5中t)+ +中中中中中中中中中中中中L1中t)中中中中中中中中中中中L2中t)+-+中中中中L4中t)中中中中中中中R4中t)-图 25 鱼量流率基本入树 T4
7、（t) 图 26 鱼量流率基本入树 T5（t)3 基模分析及管理对策根据上面的流率基本入树，可知本研究中不存在一阶极小基模，则考虑二阶极小基模。3.1 从 T1 的树尾出发确定产生二极小基模的入树组合因为 T1 尾中只含有 L3，L4，L5 这三个流位，而只 T4 和 T5 的尾中含有 L1 流位。所以可用 T1 分别与 T4 和 T5 作嵌运算，可生二阶极小基模。可令 G14 为 T1 与 T4 作嵌运算生成的二阶极小基模；G15 为 T1 与 T5 作嵌运算生成的二阶极小基模。G14 与 G15 的流图结构如下：中中中中中中L1R1中中中L4+L3中中中中中中中L5-+L2R4+中中中1
8、+中中中2-+图 31 G14 水中氮氨含量受鱼的密度制约的二阶极小基模3.1.1 基模分析及管理对策二阶极小基模 G14 说明鱼的密度变大，会使得死鱼的数量增加，从而导致水中氮氨含量变大，促使水质富营养化的发生，这是正反馈。所以我们应该控制鱼的密度。中中中中中L5L1R5R1中中中中中中中中中中L3 L2L4+-+中中中1-+图 32 G15 水中氮氨含量受换水次数制约的二阶极小基模3.1.2 基模分析及管理对策二阶极小基模 G15 说明换水的次数增加会使水质富营养化降低，是负反馈。所以我们要勤换鱼塘水。3.2 从 T2 的树尾出发确定产生二阶极小基模的入树组合由于 T2 尾中只有流位 L1
9、、L4 和 L5，而 T4 和 T5 尾中都含有流位 L2。所以，可用树T2 分别与树 T4、T5 作嵌运算，可生成二阶极小基模。其中，G24 是树 T2 与树 T4 作嵌运算生成的二阶极小基模；G25 是树 T2 与树 T5 作嵌运算生成的二阶极小基模。G24 和 G25 的流图结构如下：中中中L2L4R2 R4中中中中中中L1中中中中中L5中中中中中中 中中中1-+-+-+ +图 33 G24 水中氧气含量受鱼的密度制约的二阶极小基模3.2.1 基模分析及管理对策 二阶极小基模 G24 说明鱼的密度变大后，使得水中的氧气含量减少，是个负反馈，所以我们可以降低鱼的密度，来增加水中氧气含量。
10、中中中L2L5R2 R5中中中中中中中中中中中中中中中中L1L4+-+-+图 34 G25 水中氧气含量受换水次数制约的二阶极小基模3.2.2 基模分析及管理对策二阶极小基模 G25 说明换水的次数的增加可以增加水中氧气的含量，所以我们可以增加换水次数来增加水中氧气含量。4 结束语通过本文的研究可知，要降低水质富营养化，我们可以降低鱼塘鱼的密度，增加鱼塘换水的次数，也可以减少水中饲料的剩余量来达到该目的。我们通过降低水质富营养，可以为鱼塘达到增产增收的目的，从而增加渔农的收入。参考文献1贾仁安，丁荣华.系统动力学反馈动态性复杂分析.北京：高等教育出版社，20022 贾晓平、林钦、李纯厚，南海渔业生态环境与生物资源的污染效应研究M，海洋出版社，20043 刘长发、晏再生、张俊新等，养殖水处理技术的研究进展J，大连水产学院学报，2005，20（2）：142-1484 刘鹰，欧洲循环水养殖技术综述J ，渔业现代化，2006 ，6：47495 吴振斌、李谷、付贵萍等，基于人工湿地的循环水产养殖系统工艺设计及净化效能J ，2006，22（1）：129-133
