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养种规模发展反馈仿真应用研究

作　者: 刘静华
导　师: 贾仁安
学　校: 南昌大学
专　业: 管理科学与工程
关键词: 家庭联产承包责任制新家庭农场优势与成长制约上限顶点赋权图分析法生态能源区猪粪尿氮磷钾资源规模养种循环系统动力学
分类号: F326.3
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

中国在家庭联产承包责任制下农民专业合作社、新家庭农场不断产生。养殖业中家庭养殖场、中小规模养殖专业户成为生猪养殖的主体,但是规模养殖产生废弃物污染对农业生态系统造成的危害已不容忽视,影响低碳与生态产业发展。政府沼气工程投入有效的抑制了猪粪尿等养殖废弃物污染。但沼液、沼气的二次污染产生且日益严重。2002年开始,南昌大学系统工程研究所、南昌大学管理科学与工程博士点在江西省萍乡地区泰华规模养殖区域挂牌建立了“南昌大学生态能源系统工程科研教学基地”,创建了沼液分流、延迟过滤、氧化储存、五大养种生物链综合利用高效低碳生态经济农业生物质能产业系统,成果《丘陵地区规模养种生态能源系统工程研究与应用》,获2008年萍乡市科技进步一等奖、江西省社科一等奖、江西省科技进步二等奖,江西省政府由科技厅设课题《规模化猪场畜牧污染控制及循环利用集成与实施》(时间2008-2011,项目资金100万)推广,在国家鄱阳湖生态经济区,从江西北至南建立三个规模养种低碳生态能源经济建设推广示范基地。其中包括<江西省德邦牧业有限公司规模养种低碳生态能源经济区>推广示范基地。江西省德邦牧业有限公司规模种猪2万头。南昌大学管理科学与工程博士点将基地建设和博士研究生学位论文研究紧密结合,本文在已有研究的基础上,以江西德邦养种生态能源区域发展为重点,研究中国家庭联产承包责任制下养种规模发展理论应用问题,研究实现养殖区域环境优美与经济发展和沼气能源开发为三重目标,将农民增收、养殖场猪尿和猪粪的生物质资源的充分利用、以户用沼气的持续发展和周边苗木及水稻为代表的种植业健康发展等问题融入德邦种猪生态能源区管理,运用系统动力学反馈动态复杂性分析理论和农业生态工程技术,针对农村普遍存在的养猪规模养殖沼液累积污染和沼气供气不稳定的问题,研究提出并且设计应用于农村种猪规模养殖生态系统管理和建设的对策及实施工程。本文主要研究工作和成果如下：1.将反馈基模分析及经济学比较优势理论与案例分析结合,进行了中国农村家庭联产承包责任制现状和发展趋势分析,有利地说明了新家庭农场是未来家庭联产承包责任制发展的一条途径。以1978-2007年萍乡农业发展的数据,分析家庭联产承包责任制的4个优点,指出了其在发展过程中的4个成长制约上限,给出了其发展趋势的7个观点,以江西省萍乡市芦溪县竹园农民专业合作社陈茂盛2008年种植500亩水稻为案例,以详实的数据,用经济学的比较优势理论,对比了现代化规模经营的家庭农场和传统的联产承包责任制的经营模式,有力地说明了新家庭农场是未来的发展趋势。2.进行深入实地分析构建五个顶点赋权图,用五个顶点赋权图的多个顶点的顶点值的动态变化规律,证明消除顶点赋权图中一个负反馈环制约和促二个正反馈环增长的三项管理对策的正确性,实现在家庭联产承包责任制下,发展规模养殖生态产业,实施养种和场户结合,同时开发养殖场和农户沼气能源工程。德邦规模养殖生态能源区是国家战略《鄱阳湖生态经济区规划》产业区,是要求实现规模养殖和种植循环经济的开发区,是要求实现开发沼气能源减少污染物排放(节能减排)的低碳与生态产业区,是由大学、公司、农户、地方政府等共同参加的创新基地,此规模养种循环与节能减排系统是一个复杂系统。对此,创建系统动力学三步顶点赋权图分析法进行研究。首先,对实地发展进行了深入分析,确定系统发展中的核心变量的因果链集合,产生三个正因果链构成的规模养殖猪利润增长正反馈环,四个正因果链构成的猪粪资源开发利用增长正反馈环,揭示现行系统发展的优势；产生三个正因果链和一个负因果链构成的猪尿污染制约负反馈环揭示系统发展存在的问题。接着,分类对2005年至2009年1-12月份17种猪的猪粪和猪尿及其中的氮磷钾资源进行了实际测量和计算,并给出了苗猪、种猪和肉猪的每头利润计算等公式,建立了两个增长正反馈环和一个制约负反馈环构成的2005-2009年规模养殖生态能源区增长制约顶点赋权图,定量揭示现行系统发展的优势和存在的问题。最后,围绕两个增长正反馈环和一个制约负反馈环的内涵再提出系统可持续发展实现规模养种循环与节能减排的管理对策,且通过五个顶点赋权图顶点值的变化规律,证明发展中,必须实施既开发生物质能源又保护环境的沼气工程,必须实行养种和场户双结合开发生物质资源,必须加大投入实施规模经营改变生产方式3条管理对策的正确性,且促进了此三管理对策在养殖区实施。此三步顶点赋权图分析法及研究结果有重要理论和实际意义,且为后续定量仿真方程的建立提供了积累。3.基于五个顶点赋权图顶点值建立仿真方程,建立流率基本入树模型,定量仿真联产责任制下农业产业规模发展三项管理对策实施后未来十年的变化趋势,论证对策的正确性。在顶点赋权图的顶点变量和顶点值及模型的分析基础上,根据研究目的,构建了分别以猪出栏年变化量、猪月均存年变化量、规模养殖利润年变化量、猪尿量年变化量、场猪尿产沼气年变化量、猪粪量年变化量、户猪粪年产沼气变化量七个流率变量为根的德邦规模养殖生态系统流率基本入树仿真模型。基于三步顶点赋权法的顶点值建立的仿真模型各变量方程,分别对德邦牧业规模养殖生态系统在2005-2020年时段系统实施沼气综合利用、规模养殖和猪粪综合利用三项对策工程前后系统状况进行情景仿真,定量论证了第五章所制定的管理对策的科学性及实施的必要性。模拟结果揭示猪粪猪尿的沼气综合利用工程形成循环经济产生经济效益对规模养殖形成正向的促进作用,为其可持续发展提供了环境保障。4.对策实施研究。研究阐述南昌大学系统工程研究所与江西德邦牧业有限公司合作进行对策实施的三沼综合利用工程建设示范工程,场校结合的沼气能源开发和沼液综合利用的污染治理工程的工艺流程和运行效果。此工程将小流域内的猪场、农田、鱼饲料、板栗、苗木作为一个完整的生态经济系统,设计包括沼液三次沉淀过滤池、“猪-沼-稻”分流排灌系统、冬闲田开发,旱地“猪-沼-菜、猪-沼-红薯、猪-沼-鱼饲料、猪-沼-苗木”五个子工程的二次污染治理工程。这一系统工程的实施,确保了小流域内农民增收,粮食安全,冬闲田开发,节省污染治理成本,冬季供气稳定,种养循环经济发展。

全文目录

摘要  3-6
ABSTRACT  6-16
第1章绪论  16-35
  1.1 研究问题的背景  16-17
  1.2 研究问题的提出、研究目的和意义相关概念界定  17-18
  1.3 研究现状  18-31
  1.4 研究思路、内容方法与创新点  31-33
    1.4.1 研究思路  31
    1.4.2 研究的内容和主要方法  31-32
    1.4.3 论文的主要创新点  32-33
  1.5 论文框架  33-35
第2章相关理论简述  35-48
  2.1 产业经济学理论  35-38
    2.1.1 交易费用理论  35-37
    2.1.2 农业产业化创新理论  37-38
    2.1.3 农业产业化分工协作理论  38
  2.2 利益引力、产业组织、制度变迁理论  38-42
    2.2.1 利益引力理论  38-39
    2.2.2 规模经济理论  39-40
    2.2.3 比较效益理论  40
    2.2.4 产业组织理论  40-42
  2.3 系统建模理论  42-44
  2.4 系统动力学理论  44-47
    2.4.1 内涵与研究对象  44-45
    2.4.2 系统动力学的学科基础  45-46
    2.4.3 系统动力学的特点  46
    2.4.4 系统动力学研究与应用  46-47
  2.5 本章小结  47-48
第3章家庭联产承包责任制现状和发展趋势分析  48-66
  3.1 家庭联产承包责任制优点和成长制约上限  48-57
    3.1.1 家庭联产承包责任制优点  48-51
    3.1.2 家庭联产承包责任制成长制约上限  51-57
  3.2 消除联产承包责任制增长上限的对策研究  57-59
    3.2.1 七种观点分析  57-58
    3.2.2 新家庭农场论  58-59
  3.3 新家庭农场的应用实例  59-64
  3.4 本章小结  64-66
第4章鄱阳湖德邦规模养殖生态能源区三步顶点赋权图分析法  66-83
  4.1 系统发展三步顶点赋权图分析法  66-68
  4.2 实地深入分析,确定德邦规模养殖生态能源区增长和制约子结构基模  68-70
    4.2.1 实地深入分析,确定德邦规模养殖利润及猪粪开发利用的增长子结构基模  68-69
    4.2.2 实地系统分析,建立猪尿污染制约负反馈环及制约子结构基模  69-70
  4.3 实地系统分析,建立2009年的增长制约子结构基模的顶点赋权图  70-82
    4.3.1 确定德邦规模养殖生态能源区2009年的增长子结构基模的顶点赋权图  70-77
    4.3.2 建立德邦规模养殖生态能源区2009年的制约子结构基模的顶点赋权图  77-82
    4.3.3 德邦规模养殖生态能源区2009年的增长制约基模的顶点赋权图  82
  4.4 本章小结  82-83
第5章德邦规模养殖生态能源区顶点赋权图管理对策证明法  83-121
  5.1 德邦规模养殖生态能源区2005年的增长制约基模的顶点赋权图G(2005)  83-87
  5.2 德邦规模养殖生态能源区2006年的增长制约基模的顶点赋权图G(2006)  87-94
  5.3 德邦规模养殖生态能源区2007年的增长制约顶点赋权图G(2007)  94-102
  5.4 德邦规模养殖生态能源区2008年的增长制约顶点赋权图G(2008)  102-114
  5.5 德邦规模养殖生态能源区2005至2009年的增长制约顶点赋权图  114-116
  5.6 提出并应用顶点赋权图证明管理对策的正确性  116-120
    5.6.1 基于反馈环集合与反馈环特性提出系统发展管理对策  116-117
    5.6.2 应用顶点赋权图证明管理对策的正确性  117-120
  5.7 本章小结  120-121
第6章基于顶点赋权图的管理对策实施效应仿真研究  121-140
  6.1 德邦牧业规模养殖生态系统管理对策的SD仿真模型  121-130
    6.1.1 基于顶点赋权图顶点变量及管理对策变量建立流位流率系  121-122
    6.1.2 系统结构的流率基本入树模型的建立  122-124
    6.1.3 系统线段性复杂关系分析与仿真方程的建立  124-130
  6.2 德邦规模养殖生态系统的反馈仿真分析  130-138
    6.2.1 德邦规模养殖生态系统结构流图  130-131
    6.2.2 系统对策实施的定量仿真分析  131-138
  6.3 本章小结  138-140
第7章德邦牧业种猪规模养殖生态能源区管理对策实施工程设计与效益  140-168
  7.1 管理对策实施工程的总体思路与工艺流程设计  141-157
    7.1.1 管理对策实施工程的总体思路  141-142
    7.1.2 管理对策实施工程工艺流程  142-144
    7.1.3 粪污前处理系统  144-146
    7.1.4 珍珠岩棉除臭法  146-149
    7.1.5 粪尿污水厌氧发酵工艺流程说明  149-150
    7.1.6 沼液、沼渣综合利用系统  150-154
    7.1.7 沼气净化利用系统  154-155
    7.1.8 粪沼渣处理系统  155
    7.1.9 工艺技术主要特点  155-157
  7.2 管理对策实施工程基本建设投资预算  157-159
  7.3 沼气能源综合利用工程设计  159-161
    7.3.1 采用一种新型材料——红泥塑料装置的净化利用系统  159-160
    7.3.2 创建充分稳定多村联户供气的沼气能源开发新技术  160-161
  7.4 沼液的后处理和综合利用工程设计  161-163
  7.5 对策实施沼气工程的效益分析  163-167
    7.5.1 对策实施工程的经济效益  163
    7.5.2 猪-沼液-水稻工程效益  163-164
    7.5.3 猪-沼液-冬闲田蔬菜工程效益  164
    7.5.4 猪-沼液-旱地红薯-生物质饲料工程效益  164
    7.5.5 猪-沼液-鱼饲料种植工程效益  164-165
    7.5.6 猪-沼液-果工程效益  165
    7.5.7 成本效益分析  165-166
    7.5.8 社会效益  166
    7.5.9 生态效益  166-167
  7.6 本章小结  167-168
第8章结论、创新点与研究展望  168-174
  8.1 主要研究工作和结论  168-171
  8.2 论文的主要创新点  171-172
  8.3 研究展望  172-174
致谢  174-175
参考文献  175-180
攻读学位期间研究成果  180-181

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