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纺织产业生态系统的构建与优化

作　者: 王艳丽
导　师: 周美华
学　校: 东华大学
专　业: 环境工程
关键词: 生态纺织产业生态系统纺织产业生态园系统论复杂生态系统产业生态系统生态位能值
分类号: F426.81;F224
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

衣食住行是人们生活的基本需要,从衣食住行的变化可以清晰地看到社会的发展。我国是一个纺织大国,纺织品出口在我们的贸易出口中占很大的比重,但近年来由于绿色壁垒的限制对我国的纺织品出口有了很大的冲击。同时,人们对环境保护和人体健康也越来越重视。人们对生态纺织提出了更高的要求。但我国的生态纺织还停留在使用无毒原材料,生物方法的加工处理等方面,还局限于清洁生产和纺织产业集群的范畴。如何建立以纺织行业为核心企业的集经济一环境一社会协同发展的纺织产业生态园还鲜见报道,故本课题将利用产业生态系统的生态链和生态位等理论和方法对纺织产业生态园进行构建、分析和优化。本文主要从以下方面进行理论研究和实践研究：(1)产业生态系统和自然评价系统的类比研究运用生态链理论和生态位理论研究产业生态系统,并通过卡伦堡产业生态园对该理论进行验证。建立新模型——产业生态系统生态位扩展模型,通过产业生态系统生态元间关联度大小来衡量产业生态系统的稳定性。(2)建立产业生态系统的复杂适应系统模型。利用库茨尼曲线确定产业生态系统的阈值,建立纺织产业生态系统刚性和柔性的概念模型；通过系统内主体(节点)的自适应反馈机制,研究各主体间的产品共生与协作关系,主体与外部环境的相互作用等对系统的影响,确定适于资源在生态产业系统中流动的外部环境和最优的系统结构。(3)纺织生态链的评估与绿色设计利用能值定量分析方法对纺织生态链进行评价并进行生态设计。(4)利用产业生态系统生态链、生态位理论建立纺织产业生态园,结合分叉理论,利用库茨尼曲线确定纺织产业生态系统的阈值。结合分叉理论,对产业生态系统的演化模型进行定性分析,阐释纺织产业生态系统的结构、功能及优化调控机理。主要研究结果及研究意义如下：(1)采用类比方法,对产业生态系统生态链,从生态链长度理论和生态链结构理论两方面入手进行了研究,并以卡伦堡生态产业园为例进行了检验,结果表明卡伦堡生态产业园基本符合生态链长度和结构理论；建立了产业生态系统生态位宽度模型、产业生态系统生态位重叠和分离模型及产业生态系统生态位扩展模型。在产业生态系统生态位扩展模型研究中,增加了一种新的进化模型—c模型,该模型的生态位扩充不仅未依赖于资源扩充,甚至在整个资源压缩的情况下使整个产业生态系统生态位得到了扩充,是在我国现有资源紧缺条件下最值的推行的模式。以上产业生态系统相关生态理论丰富和拓宽了自然生态系统理论。(2)以产业生态系统理论为基础,在对纺织产业与其它产业进行耦合分析和汉川市纺织产业园等现有研究方法和技术的基础上建立了纺织产业生态园。该园区整个纺织生态链纵向闭合,横向耦合,使整个纺织产业链是绿色循环产业链,每个生态元从产品取材、生产、使用、废弃即整个生命周期都是绿色的的。在纺织产业生态园的设计中,涵盖了农场、养鱼场、废旧纤维再生公司等各个产业,突破了以往研究中仅限于工业的限制。该纺织产业生态园是一个开放的复合生态系统,既受自然生态系统规律的制约,又受市场经济规律的制约。针对该园区,利用产业生态系统生态链长度和结构理论及产业生态系统关联度概念对设计的纺织产业生态园和汉川市纺织产业园进行了对比分析,结果表明纺织产业生态园在生态链结构和生态元关联度等方面更优于汉川市纺织产业园。(3)针对纺织产业生态系统的稳定性——生态阈值的确定,作者尝试利用库茨尼曲线,即倒U型曲线来确定生态产业系统的阈值,并据此建立了纺织产业生态系统进化模型,在纺织产业系统生态阈值范围内,系统都是相对稳定的,库兹尼曲线可以对纺织产业生态系统的进化发展趋势给予很好的解释。论文还建立了纺织产业生态系统刚性和柔性模型,对纺织产业生态系统来讲,必须注重整个系统的刚性和柔性关系,使系统的刚性和柔性相互协调,相互促进,使系统的稳定性和跳跃性发展相统一。纺织产业生态系统符合复杂适应系统理论,同时又受人为因素的影响。纺织产业系统的演化,通过自组织进化作用和人工优化作用,沿螺旋式方向发展,当纺织产业系统发展到分叉点时,通过进化和优化的共同作用使整个系统发生突变,向更高的层次发展,并通过建立纺织产业生态系统演化模型对纺织产业生态系统的演化过程进行了很好的诠释。论文的研究突破了以往仅仅局限于系统稳定发展的范畴,将突变融进了纺织产业生态系统演化模型中,阐释了纺织产业生态系统的结构、功能及优化调控机理。(4)通过能值分析方法对中国三大主要棉区—长江流域棉区、黄河流域棉区和西北内陆棉区棉花生态经济系统进行了能值计算和分析,结果表明新疆棉区的能值自给率,能值投资率,净能值产出率,环境负载率,能值可持续指标,能值/环境可持续指标等均具有明显优势,尤其是新疆棉花生态经济系统的能值/环境可持续指标是湖北棉花生态经济系统的能值/环境可持续指标的几百倍,如2007年最高能值/环境可持续指标达到了844.12,而湖北棉花生态经济系统的能值/环境可持续指标最高仅仅为1.91。以上数据说明新疆棉花生态经济系统在能值效益、对环境的压力和系统自组织能力和可持续发展能力的综合优势远远高于湖北省和山东省棉花生态经济系统。以上分析可以为中国制定相关改革措施或引入新的生产技术提供数据参考和指导,进而减少能耗,提高土地利用效率和相关种植产业的经济效益。同时,也介绍了纺织产业生态园的能值分析评价方法,可以为纺织产业生态系统的定量研究提供一定的参考。

全文目录

摘要  5-9
ABSTRACT  9-12
目录  12-15
第一章绪论  15-35
  1.1 问题的提出  15
  1.2 生态纺织的国内外发展现状和应用前景  15-18
    1.2.1 生态纺织科学的任务和条件  15
    1.2.2 生态纺织的国内外最新进展、发展趋势、应用前景  15-18
  1.3 生态产业的概念、方法、内容和国内外研究现状  18-27
    1.3.1 生态产业的起源和概念的提出  19-20
    1.3.2 产业生态理论的研究方法  20
    1.3.3 产业生态理论的研究内容  20-21
    1.3.4 产业生态学评价方法  21-25
    1.3.5 产业生态园在国内外的研究情况  25-27
  1.4 生态位理论及其研究综述  27-29
    1.4.1 生态位的概念  28
    1.4.2 生态位测度  28-29
    1.4.3 生态位理论的发展及应用现状  29
  1.5 复杂系统理论的国内外研究现状  29-32
    1.5.1 复杂系统理论的发展过程  30
    1.5.2 复杂系统的特征及研究方法  30-31
    1.5.3 复杂适应理论的相关概念、意义及研究综述  31-32
  1.6 课题研究意义和研究内容  32-33
    1.6.1 研究意义  32-33
    1.6.2 课题研究内容  33
  1.7 课题研究方法和技术路线  33-35
    1.7.1 研究方法  33-34
    1.7.2 内容框架及技术路线  34-35
第二章产业生态系统与自然生态系统的类比研究  35-49
  2.1 产业生态系统的组成  35-36
  2.2 产业生态系统与自然生态系统的比较研究  36-39
    2.2.1 产业生态系统与自然生态系统的相似性  36-38
    2.2.2 产业生态系统与自然生态系统的区别  38-39
  2.3 产业生态系统的生态链理论  39-41
    2.3.1 产业生态链长度理论  39
    2.3.2 产业生态链结构理论  39-41
  2.4 产业生态系统生态位理论  41-45
    2.4.1 产业生态系统生态位概念  41
    2.4.2 产业生态系统的生态位结构模型  41-45
  2.5 产业生态系统生态元间关联度计算  45-47
    2.5.1 生态群落间关联度的计算  45-46
    2.5.2 产业生态系统生态元间关联度的计算  46-47
  2.6 本章小结  47-49
第三章基于产业生态理论的纺织产业链的构建与分析  49-66
  3.1 纺织产业链的绿色设计  49-51
    3.1.1 纺织链的生态进化  50
    3.1.2 纺织链的生态运行  50
    3.1.3 纺织链的绿色设计  50-51
  3.2 基于产业生态系统理论的产业生态园的设计原则  51-52
  3.3 纺织产业生态园的构建  52-61
    3.3.1 建立纺织产业生态园的条件和优势分析  52-53
    3.3.2 纺织产业与不同行业耦合分析  53-54
    3.3.3 我国现有纺织产业生态园研究——以汉川市纺织产业园为例  54-58
    3.3.4 纺织产业生态园的规划设计  58-61
  3.4 纺织产业生态园和汉川市纺织产业园的对比分析  61-63
    3.4.1 生态链长度和结构对比分析  61-62
    3.4.2 生态元关联度对比分析  62-63
  3.5 纺织产业生态系统生态位扩展研究  63-65
    3.5.1 纺织产业生态园的特征  63
    3.5.2 纺织产业生态园的建立扩展了生态元生态位  63-64
    3.5.3 纺织产业生态系统生态位扩展研究  64-65
  3.6 本章小结  65-66
第四章纺织产业生态系统的定性评价与优化  66-79
  4.1 纺织产业生态系统的稳定性——生态阈值的确定  66-69
    4.1.1 纺织产业生态系统的进化模型  67
    4.1.2 纺织产业生态系统分叉模型——进化或衰退  67-68
    4.1.3 纺织产业生态系统健康——系统稳定发展的基础  68-69
  4.2 纺织产业生态系统的刚性和柔性  69-72
    4.2.1 纺织产业生态系统刚性和柔性概念  70
    4.2.2 纺织产业生态系统刚性和柔性模型  70-72
  4.3 纺织产业生态系统的演化模型  72-75
    4.3.1 纺织产业生态系统刺激→反应执行系统模型  72-73
    4.3.2 纺织产业生态系统信用分派和新染色体的产生  73-74
    4.3.3 纺织产业生态系统演化模型的定性分析  74-75
  4.4 纺织产业生态系统的优化  75-77
  4.5 本章小结  77-79
第五章基于能值分析的纺织产业链和纺织产业生态园的定量评价与分析  79-115
  5.1 纺织产业链的能值分析  79-112
    5.1.1 研究区基本情况  79-81
    5.1.2 研究方法  81
    5.1.3 能值指标计算及分析讨论  81-103
    5.1.4 计算机模拟  103-112
  5.2 纺织产业生态园的能值分析  112-113
    5.2.1 纺织产业生态园建立前和建立后的能值对比分析  112-113
    5.2.2 纺织产业生态园改进前和改进后的能值对比分析  113
  5.3 本章小结  113-115
第六章结论及展望  115-118
  6.1 结论  115-116
  6.2 本文研究的创新点  116-117
  6.3 课题研究的局限性和未来展望  117-118
    6.3.1 课题研究的局限性  117
    6.3.2 未来展望  117-118
参考文献  118-123
附录Ⅰ 三大棉区能值计算的基本公式  123-128
攻读学位期间发表的学术论文  128-129
致谢  129

纺织产业生态系统的构建与优化

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