可再生自然资源非线性收获动力模型的同伦解法_严静
“林木、主食竹和大熊猫”非线性动力学模型的周期解
t h e c o n s i d e r a t i o n o f t h e i n lu f e n c e o f d e f o r e s t a t i o n a n d ba mb o o f lo we r i n g . Us i n g M a wh i n c o i nc i d e n c e d e g r e e t h e o r e m ,t h e e x i s t e nc e o f a p e r i o d i c s o l u t i o n o f mo de l i s p r o v e d i n s o me c o n d i t i o ns ,a n d a t h r e s h o l d v a l ue i s t h us o b t a i n e d f o r a g i a n t p a nd a p o p u l a t i o n p e r s i s t e n c e . Ke y wor ds :g i a n t pa n d a; d y n a mi c mo d e l ;p e r i o d i c s o l u t i o n;t h r e s h o l d
Vo l _ 2 9 No. 2
J un.201 3
文 章 编 号 :1 0 0 4—6 0 1 1 ( 2 0 1 3 ) 0 2— 0 0 6 0—0 3
“ 林木 、 主食竹和大熊猫 " 非 线性 动 力 学 模 型 的周 期 解
宋 国华 , 桂 占吉 , 程 艳 霞 , 刘 阳阳
Abs t r a c t :I n t h i s p a p e r , a “f o r e s t - b a mb o o — g i a n t pa nd a ’ ’n o n l i n e a r d y n a mi c mo d e l i s e s t a bl i s h e d un d e r
环境法典中绿色发展理念的融入与表达——以《循环经济促进法》修订为视角
2022年9月第24卷第5期㊀东南大学学报(哲学社会科学版)JournalofSoutheastUniversity(PhilosophyandSocialScience)㊀Sep.2022Vol 24No 5环境法典中绿色发展理念的融入与表达以‘循环经济促进法“修订为视角张忠民1,2㊀侯志强1(中南财经政法大学1 法学院;2 生态文明研究院,湖北武汉430070)㊀㊀[摘㊀要]环境法典编纂研究尚未在规范意义上推开式解构与体系化建构绿色发展理念,有待找寻切入点和突破口㊂作为环境法的子系统,‘循环经济促进法“集中承载了绿色发展理念,同时构成了环境法典经济可持续发展的基本面向,以其审视绿色发展理念在环境法典中的定位是调校经济利益与环境利益的最佳观测点㊂确立‘循环经济促进法“的生态化限度应当坚持以生态保护优先为原则㊁总量控制下的经济优先的基本立场㊂由‘循环经济促进法“走向环境法典,绿色发展理念的制度设计应当明确以企业为义务主体的行为法规范为核心范畴,建构以 控制+防范 的二元系统构造为运行机制,实现以 双碳 政策话语的法制化为创新表达㊂[关键词]环境法典㊀绿色发展理念㊀可持续发展㊀循环经济㊀循环经济促进法[作者简介]张忠民(1979 ),男,河南方城人,法学博士,中南财经政法大学法学院㊁生态文明研究院教授,博士生导师,研究方向:能源法㊁环境司法㊂①㊀‘中共中央关于制定国民经济和社会发展第十三个五年规划的建议“,北京:人民出版社,2015年,第8页㊂②㊀陈金龙:‘五大发展理念的多维审视“,‘思想理论教育“2016年第1期㊂③㊀庄友刚:‘准确把握绿色发展理念的科学规定性“,‘中国特色社会主义研究“2016年第1期㊂④㊀谭晨:‘新发展理念的经济法释义:关联㊁定位及内涵“,‘西安交通大学学报(社会科学版)“2019年第6期㊂⑤㊀徐祥民㊁姜渊:‘绿色发展理念下的绿色发展法“,‘法学“2017年第6期㊂一㊁问题的提出中国共产党第十八届五中全会通过了‘中共中央关于制定国民经济和社会发展第十三个五年规划的建议“,提出了 创新㊁协调㊁绿色㊁开放㊁共享 的新发展理念①㊂新发展理念是中国共产党对发展规律的深刻总结和表达,深刻反映了社会系统性变革,构成了我国经济社会发展的基本价值指引㊂其中,绿色发展是永续发展的必要前提②,是全面推进生态文明建设的必然选择和生态动力③,成为我国各项事业建设的基本指针㊂ 经过多年的理解,绿色发展理念逐渐确立为国际和各国发展的重要理念,并在国际条约和各国环境立法中得到充分体现 ㊂④绿色发展理念已融入我国法治建设之中,并在宪法㊁环境保护法等法律规范中得到具体落实,绿色发展理念的法学意蕴渐浓,规范意涵日渐明晰,也成为有些部门法的发展导向,如行政法生态化等㊂然在正值我国法典化浪潮㊁环境法律规范构造由单一化走向体系化的过程中,如何进一步实现绿色发展理念的在环境法律规范中的深度落实尚需探讨㊂ 把绿色发展理念转化为法律,倡行绿色发展法,用以纠正传统发展法之偏,推动绿色发展,已成为环境危机时代我国最重要的法制建设任务㊂ ⑤于此背景下,实现绿色发展理念在规范意义上的推开式解构与体系化建构就成为必须深入回答的重大问题,而且‘循环经济促进法“迎来了大修订,这一承载绿色发展理念的代表性法律规范又该何去何从亦需做出探讨㊂本文尝试以‘循环经济促进法“为突破口,从规范意义上解构绿色发展理念,探寻绿色发展理念融入环境法典的基本理路,建构体系性的绿色发展理念制度,强化环境法典编纂研究,以期为环境法典编纂提供理论支撑㊂二㊁‘循环经济促进法“修订对绿色发展理念的意义自2009年实施以来,‘循环经济促进法“对提高资源利用和推动经济绿色发展的作用明显,实施效果良好,其作为 经济可持续发展促进法 的地位日渐清晰㊂然进入经济发展新阶段与生态文明建设新时期,面临人与自然资源关系日趋紧张的新矛盾,肩负人与自然和谐共生的现代化新使命,‘循环经济促进法“须做出新的制度回应,以适应现实需求㊂而且在气候变化应对法尚未制定,而环境法典又提上日程的情况下,‘循环经济促进法“在法律体系中的性质定位不甚明了,这极大影响着其功能的发挥㊂再加上‘循环经济促进法“规范本身所具有的倡导性㊁宏观性㊁原则性所带来法律效果不足的缺陷,‘循环经济促进法“的修订已被提上日程㊂其中,绿色发展理念的提出极大地挑战了传统循环经济发展模式, 我国应依据绿色发展理念系统修订‘循环经济促进法“ ①,促进循环经济法律制度的与时俱进㊂作为绿色发展理念的理论支撑点和实践场域,‘循环经济促进法“极大程度地承载着绿色发展理念,成为推动绿色发展理念落实的 急先锋 ,修订‘循环经济促进法“对于绿色发展理念意义重大㊂(一)有助于深化绿色发展理念的规范含义基于对 废物 等基础概念的澄清和对市场主体权益关系的重视,‘循环经济促进法“修订有助于深化对绿色发展理念内涵的认知㊂‘循环经济促进法“是以绿色发展理念为指导的法律规范,是绿色发展理念实践的集中体现㊂循环经济是以 资源 产品 再生资源 为特征的经济发展模式,是能够使物质资源得到充分合理的利用,把经济活动对自然环境的影响降到尽可能低的程度,符合可持续发展原则的发展模式②㊂循环经济的内涵包括把经济活动过程和结果的绿色化㊁生态化作为绿色经济发展的重要内容和途径③㊂也就是说,‘循环经济促进法“是可持续发展理念的制度载体,而可持续发展理念具体到我国则主要体现为绿色发展理念,‘循环经济促进法“是绿色发展理念的集中承载者㊂促进清洁生产与资源循环利用等法律机制将生态作为经济发展的增长点,完整阐释了绿色发展理念④㊂而且循环发展理念是与绿色发展理念内涵上相一致的概念,循环发展是绿色发展战略在经济领域上的具体实施㊂通过调节经济利益与环境利益,‘循环经济促进法“最终以环境利益的底色和经济利益的外衣表达出来,为绿色发展理念提供了规范支撑㊂然现有‘循环经济促进法“未能完全消化绿色发展理念的规范含义,亟须深化㊂绿色发展理念下的循环发展已经被赋予了新的内涵,其侧重点已由经济发展走向资源循环利用㊂循环利用 减量化㊁再利用和资源化 的本质特征充分地体现了可持续发展理念之下资源利用与环境保护之间的关系⑤㊂由此,‘循环经济促进法“所构筑的以促进循环经济发展为目的的理念已难以解决绿色发展理念下的资源循环利用的现实需求,‘循环经济促进法“须从促进型法走向平衡型法㊂从内容上来看,生态设计㊁生产者责任延伸制度尚不完整,强制回收机制未能做到强制,绿色发展理念并未得到深入贯彻㊂而且为生产经营结果绿色创新提供的激励,也并未有效覆盖关键环节㊂此外,其所规制的 废物 生活垃圾 是不具有可利用价值的物质,难以从概念界定中看到深蕴的绿色发展理念㊂‘循环经济促进法“中绿色发展理念的法规范含义应是融贯性和全面性的,而从价值到具体内容都呈现出碎片化,这一定程度上阻却了绿色发展理念的规范化进程㊂因此,当前亟须修订‘循环经济促进法“,以不断深化绿色发展理念的规范内涵㊂(二)是绿色发展理念的法律化建构过程‘循环经济促进法“的修订是对我国绿色发展战略成果的肯定,是绿色发展理念政策法律化的建构过程㊂绿色发展理念作为一项治国方略,是国家政策,其代表着政治话语,构成了‘循环经济促进29东南大学学报(哲学社会科学版)第24卷①②③④⑤翟巍:‘着力构建我国循环经济制度体系“,‘宏观经济管理“2017年第8期㊂参见吕忠梅‘循环经济立法之定位“,‘法商研究“2007年第1期㊂刘秋妹:‘循环经济法律政策研究:基于政策系统的视角“,北京:法律出版社,2013年,第37页㊂参见竺效㊁丁霖‘绿色发展理念与环境立法创新“,‘法制与社会发展“2016年第2期㊂曹宇:‘循环利用机制纳入环境法典探索:理念㊁体系与制度构成“,‘政法论坛“2022年第2期㊂法“的政策话语来源之一㊂ 生态环境保护领域党的政策㊁党内法规已经成为我国生态文明法治建设的有机组成部分,指引并影响着相应的国家政策制定,形成了独具中国特色的政策与法律关系,反映出政策与法律相互间的多元互动和紧密联系㊂ ①从‘中共中央国务院关于加快推进生态文明建设的意见“提出 绿色发展㊁循环发展㊁低碳发展是建设生态文明的基本途径 到‘国务院关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见“中的 建立健全绿色低碳循环发展经济体系,促进经济社会发展全面绿色转型,是解决我国资源环境生态问题的基础之策 都指明了循环经济对绿色发展的重要性㊂生态文明建设实际上就是生态文明基本理念得以落实的过程②,而正是在这个过程中,法制构成了生态文明建设的基本制度支撑,并成为理念落实的具体依归,若从两大 规则 性质出发,则可以转化为 政策法律化 这一命题㊂ 设立与维持绿色发展的制度系统并实现法律布局的合理化㊁程序化,是绿色发展获取合法性支持和保障的核心诉求㊂ ③绿色发展理念只有转化为法律制度才能得到更加稳定的落实,实现绿色发展理念提出的初衷㊂在法律体系中,‘循环经济促进法“受到政策强烈影响,而绿色发展理念作为一项经济与环保政策,深刻影响着‘循环经济促进法“的发展,‘循环经济促进法“的修订必定要吸纳相关政策话语㊂如若进行政策话语的吸收,绿色发展理念必定是首选㊂ 通过社会立法贯彻新发展理念,既有利于经济社会的可持续发展,也有利于在发展中解决公平正义的问题㊂ ④作为经济发展与环境保护的共同作用域,修订‘循环经济促进法“就是绿色发展政策不断融入的过程,其中蕴含着政策话语向法律话语的转化,也是作为政策的绿色发展理念不断寻求合法性的过程,还是国家意志得到强化的过程㊂从这个过程的重要性来看,‘循环经济促进法“的修订具有重要的政治意义㊂政策法律化与法律政策化是相互促进的过程,这在‘循环经济促进法“身上体现的尤为明显,据此,也可认为‘循环经济促进法“的修订是保障绿色发展理念落实的重要方式和途径,是绿色发展理念得以持续保障的 不二法门 ㊂(三)为绿色发展理念发展提供重要的方向性保障一方面,作为一种制度,‘循环经济促进法“能够促进绿色发展理念的生长,为其发展提供方向性指引㊂法律是最坚实的制度保障,是强有力的规则表达㊂理念融入立法一般转化为相应的制度,而制度得到适用时,其实就是理念得到了实践检验,这也造就了理念再生长的动力基础㊂ 绿色生产与消费㊁绿色供给与需求的良性互动循环不仅是经济的新动能和新引擎,也是生态环境质量改善的内生条件,是推动高质量发展的新增长极㊂ ⑤绿色发展理念旨在统合经济发展与环境保护的关系,在落实节约资源与保护环境的基础上,助力经济发展,并进一步照顾到后代人的利益㊂绿色发展理念强调在经济社会发展的各个环节减少对自然环境的破坏,通过科技进步和技术创新缓解经济发展和环境保护的矛盾,推动发展方式生态化转向⑥㊂通过循环经济法律制度的固定和定型,绿色发展理念得到确认和落实,且立法层面落实的理念也将随着法律的实施而拓展至整个法治系统乃至整个治理体系,以循环经济法律制度为管道实现绿色发展理念的扩散优势巨大,构筑了绿色发展理念生长的稳定支撑㊂另一方面,循环经济法律制度对绿色发展理念的更新具有促进功能㊂通过融入‘循环经济促进法“,绿色发展理念确立了循环发展的新模式,而这最终又回馈到循环发展上,并体现为以法律促发展的格局㊂鼓励资源循环利用㊁促进技术创新㊁提倡绿色消费等制度都有助于绿色发展,助力经济转型升级,而绿色发展则为绿色发展理念的发展提供了基础源泉㊂绿色发展理念的内涵之一为经济 绿色化 ,即经济发展应依靠研发技术创新支撑的全要素生产率提高,实现经济绿色低碳循环39第5期张忠民,等㊀环境法典中绿色发展理念的融入与表达①②③④⑤⑥陈海嵩:‘中国生态文明法治转型中的政策与法律关系“,‘吉林大学社会科学学报“2020年第2期㊂王灿发:‘论生态文明建设法律保障体系的构建“,‘中国法学“2014年第3期㊂杨解君:‘论中国绿色发展的法律布局“,‘法学评论“2016年第4期,第163页㊂叶静漪㊁李少文:‘新发展阶段中国社会法的转型与重点立法任务“,‘社会科学战线“2021年第11期㊂国合会 绿色转型与可持续社会治理专题政策研究 课题组,任勇㊁罗姆松㊁范必,等:‘绿色消费在推动高质量发展中的作用“,‘中国环境管理“2020年第1期㊂参见秦书生㊁胡楠‘中国绿色发展理念的理论意蕴与实践路径“,‘东北大学学报(社会科学版)“2017年第6期㊂持续发展①㊂新时期产生了新的矛盾,作为经济利益与环境利益 调节器 ,‘循环经济促进法“所面临的矛盾也是日益增多,而因循环经济发展所带来的利益矛盾必须得到法律调整,这是‘循环经济促进法“修订的重要原因㊂于是这个过程逻辑就演化为通过修法调节社会关系,通过调和社会关系助力经济发展,最终在经济发展基础上培育和增进绿色发展理念㊂从这个意义上来说,修订‘循环经济促进法“是确立绿色发展理念变革和更新方向的重要方式㊂三㊁以‘循环经济促进法“审视绿色发展理念在环境法典中的定位作为环境法的子系统,‘循环经济促进法“也构成了环境法典的重要组成部分;而作为绿色发展理念的集中体现,‘循环经济促进法“纳入环境法典实际上意味一定程度的绿色发展理念的融入㊂从学界现有研究来看,循环经济促进在环境法典中的定位就是绿色发展理念落实的制度安排之一㊂该法绿色低碳发展编主要遵循 绿水青山就是金山银山 的绿色发展理念,以促进低碳发展㊁减污降碳为目标,着重以资源能源的综合利用,物质的循环利用㊁节约利用和清洁生产为规制对象②㊂虽然‘循环经济促进法“所蕴含的绿色发展理念部分不足以支撑起整个环境法典的绿色发展理念的布局,但作为以经济发展为目标的法律规范代表,‘循环经济促进法“的绿色化程度某种意义上决定着环境法典对发展影响的程度㊂以‘循环经济促进法“审视绿色发展理念在环境法典中的定位能够见微知著,管窥环境法典对经济发展的态度,进而对经济利益与环境利益的平衡做出有效调和㊂(一)‘循环经济促进法“的环境法属性要实现对绿色发展理念的准确把握,还需要明确‘循环经济促进法“的法律定位㊂作为绿色发展理念的具体承载与制度体现,‘循环经济促进法“事关绿色发展理念的存立,其功能目的的取向关涉着理念的落实程度㊂虽然学界对循环促进经济法的体系定位存在一定争议③,但其环境面向的是不容忽视的一面,‘循环经济促进法“是环境法的子系统㊂从目的上来看,‘循环经济促进法“在于实现节约资源,促进经济的可持续发展,进而达到人与自然的和谐共生㊂ ‘循环经济促进法“的产生和发展,其意义就在于追求人与自然的和谐㊂ ④物质循环管理立法的目的主要是控制现代社会大量生产㊁大量消费和大量废弃的经济活动造成环境负荷增加的行为⑤㊂而手段往往决定于目的,目的决定了规范的建构意义,因为只有法实现其目的时,它才是有价值的⑥㊂因此,从立法目的考量能够为准确定位‘循环经济促进法“提供基本的观测视角㊂表面来看,‘循环经济促进法“主要是对经济行为的规制,但增加相当比重的环境因素,看似在规制经济行为,但直接目的却是保护和改善环境,并在此基础之上实现可持续发展㊂以制度目的来看,环境因素的比重是大于经济因素的,也就是说‘循环经济促进法“是侧重于环境保护的,这实际上与环境法的目的保持了一致性㊂从产生的基础来看,‘循环经济促进法“是在对人与自然关系反思基础之上的产物㊂作为一种突破性的发展模式,循环经济主要侧重于对资源属性的认知,即把资源对人的附属性转变为依附性,从而实现资源的新生㊂资源是人类赖以生产的基础,对资源的循环利用是人类反思传统粗放式发展模式的理性决定,是人类对人与自然关系科学认知的结果㊂从主体的角度来说,就是实现了经济发展上从 经济人 到 生态人 的转变㊂‘循环经济促进法“所产生的社会基础有别于传统法律的生成原49东南大学学报(哲学社会科学版)第24卷①②③④⑤⑥朱东波:‘习近平绿色发展理念:思想基础㊁内涵体系与时代价值“,‘经济学家“2020年第3期㊂汪劲:‘论中国环境法典框架体系的构建和创新 以中国民法典框架体系为鉴“,‘当代法学“2021年第6期㊂关于循环经济法的定位有属于经济法说,环境法说,综合说等多种认识,从诸多观点中可知循环经济法的多重属性㊂具体可参见孙佑海‘循环经济立法的新视野“,‘中国环境资源法学评论(第1卷)“,北京:中国政法大学出版社,2006年,第151页;吕忠梅‘循环经济立法之定位“,‘法商研究“2007年第1期;王灿发㊁李丹‘循环经济法的建构与实证分析“,‘现代法学“2007年第4期㊂郑少华:‘人与自然和谐:循环经济法的意义“,‘法学“2007年第3期㊂汪劲:‘环境法学“(第四版),北京:北京大学出版社,2018年,第185页㊂参见陈泉生‘循环经济法研究“,北京:中国环境科学出版社,2009年,第54页㊂因,亦不同于经济法所赖以建构的市场失灵的社会基础,而与环境法的基础存在同质性㊂ 环境资源法律的任务就是建立人与自然相和谐的秩序,把传统的人与人相对立和人与自然相对立的发展机制改造成为人与人㊁人与自然双重和谐的发展机制,实现环境与经济㊁人与自然的协调发展㊂ ①对资源属性的改变实质上是对人与自然关系的重新认知,是对人与自然统一关系的回归,这种建基于人与自然关系之上的制度安排契合了环境法的立法理念㊂从作用对象来看,‘循环经济促进法“注重多重利益的平衡㊂法律是利益的平衡器,于‘循环经济促进法“也不例外㊂从分层结构来看,‘循环经济促进法“调节着多重利益关系㊂首先,是对经济利益与环境利益的衡平㊂‘循环经济促进法“调整的侧重点在于经济的循环运作,以达到节约资源㊁保护环境㊁维护生态平衡的目的②,所调整的利益既涉及环境利益又涉及经济利益,具有双重性特征③㊂而‘循环经济促进法“则为两大利益进行了统筹,是协调之法㊂其次,是对代际利益的平衡㊂‘循环经济促进法“具有代际性④,它的基本内涵是循环往复㊁永续利用,把人类看作共时性的共同体,把资源看作共同的物质财富,这实际上是兼顾到了当代人与后代人的共同利益㊂最后,是对公共利益与私人利益的平衡㊂从主体来看,‘循环经济促进法“所保护的经济利益其实是私人面向的,而所保护的环境利益则是社会面向的,而公益与私益的协调是法律运行系统中的核心,这决定了‘循环经济促进法“也是公益与私益平衡之法㊂综上,从立法目的㊁产生基础以及作用对象来看,‘循环经济促进法“契合了环境法的基本属性,其应当属于环境法的子系统,或者至少说环境保护构成了其主要面向㊂(二)‘循环经济促进法“的生态化限度确定‘循环经济促进法“的法律定位之后,还需明确其功能定位,除去环境面向外,其还有经济面向,这也决定了其环境面向有其限度,也即需要处理好环境利益与经济利益的关系㊂1 以生态保护优先为原则‘循环经济促进法“的基本目的决定了其需以生态价值为首要的基本原则遵循㊂从内容上来看,‘循环经济促进法“强调的是保障资源承载力与保护环境基础之上的经济发展,这与 先污后治 的立法模式存在本质区别,具体到功能定位上,其并不能被视为传统污染防治法律制度的的延伸,它有独特的制度价值㊂世界上有关循环经济法的立法模式主有两种,即以德日为代表的 经济循环型 和以美国为代表的 污染预防型 ⑤㊂不难看出,我国采取了 经济循环型 的立法模式,明确了‘循环经济促进法“律制度的独立地位,从而形成与污染防治相并列的法律制度㊂ 循环经济法调整的内容不是简单地抛弃过去的污染治理模式,而是从本质上对传统的污染治理模式进行了扬弃㊂ ⑥某种意义上,可认为循环经济是对传统经济模式的修正,但是这种借助科技手段和运用新的社会观念形成的发展模式已发生本质性改变㊂形成循环经济体系的构建,就是要将过去的 污染预防 及 末端治理 的理念转变为 全过程治理 ⑦㊂体现在法律上主要为价值取向上的超越,‘循环经济促进法“已然具有了与污染防治法律规范不同的价值追求㊂ ‘循环经济促进法“的核心价值是 生态文明 或 生态和谐 ,其他如 环境安全 生态效益 等价值服务于该核心价值㊂ ⑧生态效益和资源利用等暗含着经济发展中可以被量化的效益,本质上反映了人与自然主客二分的社会关系认知结构㊂推进高质量绿色发展和生态文明建设的过程,实质上也是分化与整合人与人之间存在的多重矛盾与利益的过程㊂而把生态和谐与可持续发展作为先在的或者前提基础上的价值安排则是对人与自然统一59第5期张忠民,等㊀环境法典中绿色发展理念的融入与表达①②③④⑤⑥⑦⑧朱靖利:‘论主客一体化范式对环境法学的启示“,‘东南大学学报(哲学社会科学版)“2010年第S2期㊂王福波:‘我国发展低碳经济的法学思考“,‘现代法学“2011年第1期㊂参见俞金香㊁何文杰㊁武晓红‘循环经济法制保障研究“,北京:法律出版社,2009年,第246页㊂参见陈泉生等‘循环经济法研究“,北京:中国环境科学出版社,2009年,第33页㊂参见俞金香㊁何文杰㊁武晓红‘循环经济法制保障研究“,北京:法律出版社,2009年,第102页㊂孙佑海㊁王凤春㊁李丹:‘ ‘循环经济促进法“⓪及其实施问题研究“,北京:中国社会科学出版社,2015年,第22页㊂韩子燕:‘循环经济法中消费者责任之规制解构 现实定位与困境重释“,‘河北法学“2018年第11期㊂黄锡生㊁史玉成:‘中国环境法律体系的架构与完善“,‘当代法学“2014年第1期㊂。
线性与非线性结构动力荷载识别方法及实验研究
线性与非线性结构动力荷载识别方法及实验研究论文标题1:梁结构动力荷载识别方法的非线性分析梁结构广泛应用于工程领域,在其使用过程中,往往会受到不同类型的动力载荷作用,其中可能会存在非线性效应的影响。
因此,针对梁结构动力荷载的非线性分析成为了重要研究方向。
本论文介绍了一种利用小波分析和混沌理论的非线性识别方法,通过在实验中采集数据并利用该方法进行计算,可以有效检测非线性效应的存在,并优化模型的误差。
具体来讲,本文首先介绍了梁结构的基本理论知识,并对非线性效应的特点进行了详细分析。
然后,提出了一种采用小波分析根据不同频率范围刻画不同阶段的信号特征,以及混沌理论建立非线性动力学模型的识别方法。
接着,利用实验测试,对于典型的非线性结构进行动力荷载计算,并通过误差分析说明了该方法的有效性。
本论文的研究结果表明,非线性动力荷载识别方法是一种有效的梁结构行为分析方法。
同时,也为实际工程中的梁结构安全评估提供了有益的研究思路和方法。
论文标题2:基于线性系统理论的结构动力载荷识别方法结构的安全性和可靠性评估对于工程领域具有至关重要的作用,其中动力荷载的识别是评估结构安全性的核心问题之一。
因此,建立一种可靠的结构动力荷载识别方法具有重要的研究意义。
本论文基于线性系统理论,提出了一种结构动力载荷识别方法,并利用实验数据验证了该方法的有效性。
具体来说,本文首先介绍了结构动力学的基本知识,包括系统的各项评价指标和结构动态响应的基本原理。
然后,基于线性系统理论,提出了一种基于负反馈控制的动力荷载识别方法。
该方法通过建立数学模型和信号分析,利用卡尔曼滤波器和Luenberger观测器进行信号处理,从而实现了结构动力荷载的识别。
在实验过程中,本论文针对实际的钢结构模型进行了动力荷载测试,并对实验数据进行了分析,包括信噪比分析、频域分析、误差分析等。
分析结果表明,本文提出的动力荷载识别方法具有良好的准确性和可靠性,可以为实际工程提供有益的指导和参考。
可再生资源合理利用的数学模型_陶前功
f′ ( x 0) =k -r , f′ ( x 1) =r -k 根据稳定的条件 , 当 k <r 时 , f′ ( x 0) <0 , f ′ ( x 1) >0 , 即 x 0 点稳定 , x 1 点不稳定 ; 但当 k >r 时 , x 1 是稳定点 , x 0 则是不稳定的 。 参数 k 可以理解为开采率 , r 是增长率 , 上述 分析说明 , 只要开采适度 , k <r , 就可以使资源量 稳定在 x 0 , 从而获得持续产量 k x 0 ; 而当过度开 采 , 即 k >r 时 , 资源量将稳定于 x 1 = 0 , 那么产量 也将趋于 0 。 k 假定 k <r , 取资源量稳定在 x 0 =N ( 1- ) r 时 , 如何控制开采量 , 可使持续 产量最 大 ? 如图 x 1: 作出抛物线 y =rx ( 1- ) 和直线 y =kx , N
。
比较获得最大开采量和最大利润的分析结果 可知 , 在最大利润原则下 , 开采强度( 开采率) 和持 续产量均有所减少 , 但资源量有所增加 , 并且增加 和减少的比例是开采成本 c 的增函数 , 是销售价 格 p 的减函数 。
4 长期效益的数学模型
如果追求长期的效益 , 而不是短期的最大效 益 , 记贷款利率 μ 与货币贬值率 γ之差为 δ ,δ = μ -γ , 称为折扣因子 , 通常 δ >0 。 设单位时间的开采量为 h( x) , 单位成本为 c ( x) , x = x( t) , 则单位开采利润为 : L( x) = [ p -c ( x) ] h( x) 在折扣因子 δ下 , 把利润折扣到 t =0 时的 值为 : L 0( x )= e -δt [ p - c( x) ] h( x) ( 12) 于是长期效益可表示为 : R( x , t)=
(项目管理)数学学院科研基金项目一览表四川大学数学学院
(项目管理)数学学院科研基金项目一览表四川大学数学学院数学学院科研基金项目一览表2007年重点项目(国家和省部级):序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人或高级人员,总经费(万)1,弦理论中的几何不变量,国家自然科学基金,,07.1-0.9.12,李安民,130国家基金:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费(万)2,多体问题德的变分方法,国家自然科学基金,,07.1-09.12,张世清,213,非凸和鲁棒向量优化的理论与算法研究,国家自然科学基金,,07.1-09.12,黄南京,244,具有时滞的随机脉冲系统的定性分析,国家自然科学基金,,07.1-09.12,徐道义,255,并行解边界元和有限元的区域分解法与分界外推法,国家自然科学基金,,07.1-09.12,吕涛,246,连续统基数不变量研究,国家自然科学基金,,07.1-09.12,张树果,217,代学曲面上的零圈的模空间,国家数学天元青年基金,,07.1-07.12,李挺,32006年重点项目(国家和省部级):序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人或高级人员,总经费(万)1,分布参数系统的控制理论,国家杰出青年基金,,2006-2009,张旭,70国家基金:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费(万)2,随机动力系统混沌控制与参数估计的稳健性及其在弱信号检测中的作用,国家自然科学基金,,2006-2008,马洪,243,非线性发展方程解的有界性与渐近行为等问题,国家自然科学基金,,2006-2008,穆春来,154,算子半群和李群上的微分算子,国家自然科学基金,,2006-2008,李淼,155,传感器网络中信息压缩与融合理论及算法研究,国家自然科学基金,,2006-2008,周杰,226,仿射流形上的分析,国家自然科学基金,,2006-2008,贾方,157,西部教师培训,国家自然科学基金(天元,,2006.1-12,刘应明,20省部级:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费(万)8,,新世纪优秀人才支持计划,NCET-06-0778,2006-2008,穆春来,509,, 新世纪优秀人才支持计划,NCET-06-0779,2006-2008,张德学,50市校级:序号,项目名称,任务来源,编号,起止,负责人,总经费(万)11,高性能低阶四边形杂交/混合版..壳研究,校青年基金,,2006-2007,罗鲲,212,非线性抛物型方程的区域分解算法,校青年基金,,2006-2007,潘璐,113,我国能源市场化的若干技术问题,成都市科技计划项目,,2006-2008,牛健人,32005年重点项目(国家和省部级):序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人或高级人员,总经费(万)1,动力系统,国家杰出青年科学基金,10428104,05-07,吕克宁,40国家基金:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费(万)2,高阶退化系统的分岔及与不变流形有关的迭代方程,国家自然科学基金,,05-07,张伟年,203,Deligene-Mumford模空间的拓扑和二维orbifold的弦理论研究,国家自然科学基金,,05-07,郑泉,10省部级:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费(万)4,分布式数字图书馆信息快速处理及应用,省攻关项目,,05-06,冯民富,105,多源信息融合中某些基本问题研究,四川省科技厅,,05-07,周杰,36,集值投影动力系统,四川省科技厅,,05-07,黄南京,27,动力系统分岔理论与不变流形,回国启动基金,,2005,杜正东,28,,新世纪人才支持计划,,05-07,张旭,509,素数判定的AKS算法及其改进算法的研究,国防重点实验室,,05-07,孙琦.朱文余.魏齐娇.曹伟,15 10,基于信息融合的超宽带扩频通信信号检测技术研究,教育部博士点基金2,No.20040610004,,2005.1-2007.12,马洪, 6万国际合作:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人或高级人员,总经费11,非线性变分不等式的理论与算法研究,,,2005-2006,黄南京、方亚平、邓传现、唐亚勇,市校级:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费(万)12,Orbifold的弦理论,校青年基金,200457,2005,陈柏辉,1.513,多源信息融合中的迭代算法及其收斂性分析,校青年基金,200458,2005,何腊梅,114,模糊拓扑空间上的迭代问题,校青年基金,200459,2005,陈丽,115,不确定性条件下的企业预警研究,校科技创新基金,2005cf06,05-07,罗懋康,10.002004年重点项目(国家和省部级):序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人或高级人员,总经费(万)1,环论,国家杰出青年基金,10325107,04-07,彭联刚,70.002,多传感器数据融合问题,国家杰出青年基金(B类),,04-07,李小榕朱允民,40.003,序拓扑及形式语义学的数学基础,国家自然科学基金重点项目,,04-08,罗懋康(负责人)梁基华,80.00国家基金:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费(万)4,多传感器不确定信息决策与估计融合理论与算法,国家自然科学基金,,04-06,朱允民,23.00 5,随机微分差分方程的定性分析,国家自然科学基金,,04-06,徐道义,18.006,区域与流形上的算子与算子代数,国家自然科学基金,,04-06,曹广福,16.007,某些分布参数系统的能控性和长时间行为,国家自然科学基金,,04-06,张旭,16.008,伪概周期性与Banach空间中的微分方程,国家自然科学基金,,04-06,李洪旭,99,扩大仿射李代数及其量子代数,国家自然科学基金,,04-06,谭友军,9省部级:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费(万)10,具有非交换符号代数的Toeplitz代数,教育部博士点基金,,04-06,曹广福,511,基于信息融合的超宽带扩频通信信号检测技术研究,教育部博士点基金,20040610004,04-06,马洪,612,椭圆曲线密码体制中Satoh算法的改进和实现,国防科技重点实验室基金,,04-06,彭国华,15.0013,复杂山地近地表结构模型层次反演方法,省石油管理局,,04-06,冯民富,75市校级:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费(万)13,黎曼面模空间上的对称群作用,校青年基金,200313,2004-2006,陈浩,114,常微分方程分岔理论及平面多项式系统定性理论研究,校青年基金,200314,2004-2006,杜正东,115,迭代方程解的解析性与凹凸性问题,校青年基金,200315,2004-2006,徐冰,12003年重点项目(国家和省部级):序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人或高级人员,总经费(万)1,面向复杂系统实时智能控制与优化的模糊性数学基础研究(973项目“复杂生产制造过程实时、智能控制与优化理论和方法研究”的子课题),科技部973计划,2002CB312206,03-06,刘应明(负责人)李中夫张德学寇辉,300.00国家基金:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费(万)2,拓扑学中的序代数结构及其在理论计算机科学中的应用,国家自然科学基金,A210201023,03-05,寇辉,9.503,关于非线性发展方程解的一些问题,国家自然科学基金,A210201024,03-05,穆春来,9.504,N-S流动高性能有限元方法研究,国家自然科学基金,A210201025,03-05,谢小平,9.505,分数阶微分方程及模型分数化,国家自然科学基金,A210226030,03-05,李淼,2.506,导出范畴与量子toroidel代数,国家自然科学基金,A210226027,03-05,谭友军,2.507,整体微分几何,国家自然科学基金,A210271083,03-05,赵国松,16省部级:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费(万)8,拓朴与Domain理论的若干问题研究,教育部博士点基金,B120020610057,03-05,梁基华,59,格上拓朴学中的范畴拓朴问题,优秀青年教师资助计划,,,张德学,810,,留学回国人员启动基金,,,张旭,3.0011,微分动力系统,教育部高校青年教师奖,B52003693,03-07,张伟年,5012,中心及退化奇点分岔与不变流形问题,教育部博士点基金,B120020610003,03-05,张伟年,513,多传感器不确定性息决策与估计融合理论与算法,教育部博士点基金,20030610018,03-05,朱允民,5 14,具有非交换符号代数Toeplitz,教育部博士点基金,20030610019,03-05,曹广福,515,Domian理论与格上拓扑学,教育部博士点基金,20030610020,03-05,刘应明,5市校级:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费(万)16,延迟报告数据分析,四川大学青年科学基金,H02003064,03-04,林华珍,0.817,模糊聚合算子研究,四川大学青年科学基金,H02003065,03-04,胡世凯,0.818,仿射李代数的若干问题,四川大学青年科学基金,H02003066,03-04,谭友军,0.819,Bnach空间重的伪概周期微分,四川大学青年科学基金,H02003067,03-04,李洪旭,0.82002年重点项目(国家和省部级):序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人或高级人员,总经费(万)1,有限域上的代数簇的L函数,国家杰出青年基金,A210128103,02-04,万大庆孙琦,402,Domain理论与格上拓扑学,国家杰出青年基金,A210125104,02-06,罗懋康,803,分部参数系统H∞控制理论,教育部优秀博士论文项目,,02-06,张旭,40省部级:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费(万)4,并行解有限元、边界元分裂法与分裂外推法,教育部博士点基金,B120010610005,02-04,吕涛,4 5,基数不变量与极分拆关系研究,教育部优秀青年教师资助计划,B420024003,02-04,张树果,4.006,不分明拓扑空间的范畴论性质,霍英东教育基金会研究基金,B7H200101,02-04,张德学,1.40万美圆7,核截面、吸引子及临界分支曲面,留学回国人员科研启动基金,B2200134510,02-04,周盛凡,2.08,中心及退化奇点分岔与不变流行,博士点基金,20020610001,02-04,张伟年,6 9,拓扑与Domain理论的若干问题,博士点基金,20020610057,02-04,梁基华,510,多体问题,跨世纪人才,,02-04,张世清,2011,严重信道条件客观音质评价信号同步及相关技术研究,十五国防科技预研基金,,02-03,马洪,7市校级:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费(万)12,半群理论及其在控制论中的应用,四川大学青年科学基金,H002067,02-03,顾晓慧,113,模糊推理研究,四川大学青年科学基金,H002065,02-03,黄丽,114,非线性滤波理论及其在信号处理中的应用,四川大学青年科学基金,02066,02-03,周杰,12001年重点项目(国家和省部级):序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人或高级人员,总经费(万)1,数理逻辑及其应用,国家自然科学基金委,A219931020,01-03,张树果,12.42,教育部跨世纪人才培养基金,教育部,,01-03,彭联刚,30.00国家基金:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费(万)3,Domain理论在拓扑学中的应用,国家自然科学基金,A2TY10126022,01-02,寇辉,2.004,高性能有限元方法研究,国家自然科学基金委(天元基金),A2TY10126027,01-02,谢小平,2.005,随机系统多传感器决策与估计融合理论与算法,国家自然科学基金委,A660074016,01-03,朱允民,16.00 6,从范畴拓扑观点看不分明拓扑与Domain理论,国家自然科学基金委,A210071053,01-03,张德学,9.00 7,抽象微分方程理论中的若干问题,国家自然科学基金委,,01-03,黄发伦,11.508,经济、金融模型决策分析中数据不确定性的非参数统计推断,国家社科基金,01BTJ003,01-05,李竹渝,5.2省部级:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费(万)9,DOMAIN理论与拓扑学,教育部博士点基金,B12000061019,01-03,刘应明,610,不分明拓扑中的反射与余反射子范畴,四川省青年科技基金,,01-03,张德学,811,极分拆关系及基数不变量研究,留学回国人员科研启动基金,B2200036707,01-03,张树果,4.0012,非线性分析中某些问题的研究,留学回国人员科研启动基金,B2200047904,01-03,黄南京,3.513,非线性分析中的一些问题,留学回国人员科研启动基金,B2200047905,01-03,陈玉清,514,,留学回国人员启动基金,,,周盛凡,2.0015,模糊性数学问题的若干研究,教育部重点项目,B300109,01-03,刘应明,10国际合作:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人或高级人员,总经费(万)18,经济模型中数据不确定性分析的比较研究,自然科学科学基金,7010100005,2001-2002,李竹渝,219,迭代函数方程理论及应用,国家自然科学基金,19871058,2001,张伟年,0.7市校级:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费(万)20,非光滑优化算法构造与分析,四川大学青年科学基金,H02001021,01-02,谭英谊,121,关于整数矩阵的研究,四川大学青年科学基金,H02001022,01-02,洪绍方,122,非牛顿流和牛顿流动问题的无loc,四川大学青年科学基金,H02001023,01-02,穆君,12000年重点项目(国家和省部级):序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人或高级人员,总经费(万)1,模糊性数学问题的若干研究,教育部,科技司教技00109,00-02,刘应明,10.00国家基金:省部级:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费(万)2,理论计算、算法与相关数学问题研究,教育部高校骨干教师资助计划,,00-02,罗懋康,24.003,基础数学的若干问题,教育部高校骨干教师基金(长江教授配套计划),,00-04,梁基华赵国松彭联刚曹广福郑泉,30.004,不可压缩流体的几何与拓扑理论,留学回国人员科研启动基金,B2199936301,00-02,马天,3.00 7,理论计算、算法与相关数学问题研究,高等学校骨干教师资助计划,B820006503,00-02,罗懋康,12 8,基础数学若干前沿问题的研究,高等学校骨干教师资助计划,B820006528,00-02,李安民,309,Domain理论与拓扑学,博士点基金,2000061019,00-02,刘应明,410,公钥密码体制中一些前沿问题的研究,国防科技(重点实验室项目),,00-02,孙琦,15.001999年重点项目(国家和省部级):序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费(万)1,格上拓与非经典数理逻辑,国家基金(重点),19831030,99.1-01.12,刘应明,68.002,非线性泛函微分方程的理论及应用,国家基金(重点),19831030,99.1-03.12,徐道义,10.003,迭代方程与动力系统不变性,国家基金(重点),19871058,99.1-01.12,张伟年,8.504,微分几何,国家杰出青年基金B类,19825506,99-01,阮勇斌李安民,30.005,跨世纪优秀人才培养基金,教育部,教技(1998)1号1998JW024,99-0198-01(7),罗懋康,15.0010.00(7)6,核心数学的前沿问题,科技部973计划,G1999075100,99-04,彭联刚,20.007,核心数学的前沿问题,科技部973计划,G1999075100,99-04,李安民,20.00国家基金:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费(万)8,迭代方程与动力系统不变性,国家自然科学基金委,19871058,99-01,张伟年,8.509,格上拓扑与非经典数理逻辑,国家自然科学基金委,198310401999JZ004,99-03,刘应明(负责人)李中夫罗懋康梁基华,68.0010,非线性泛函微分方程的理论及应用,国家自然科学基金委,19831030 1999JZ003,99-03,徐道义,12.00省部级:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费(万)11,法式代数与多参数仿射李代数,教育部博士点基金,19990611999JZ010(7),99-01,彭联刚,4.0012,微分子方程的不变流形及其相交性导致的复杂现象,教育部优秀年轻教师基金,优轻基金教人司1999JW020(7),99-01,张伟年,6.0013,不可压缩流体的几何与拓扑理论,教育部回国基金,教外司留1999JW025(7),99-01,马天,3.0014,关于非线性抛物方程(组)解的几类问题,教育部回国基金,教外司留1999JW026(7),99-01,穆春来,1.5015,非线性抛物方程(组)解的整体存在性和爆破,教育部优秀年轻教师基金,(99年度)优轻基金人司,99-02,穆春来,7.00国际合作:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费16,欧盟成员国不同政策对经济研究的影响,欧盟,4040060/99,1999-2000,李竹渝,0.3万欧元市校级:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费(万)17,线丛上的Morse理论与量上上同调,基础研究博士启动基金,1999JX001,1999-2002,李福波,0.50 18,Domain范畴的拓扑结构与Cartesian闭性,基础研究博士启动基金,1999JX002,1999-2002,寇辉,0.50 19,气水单井数值模拟方法的研究,校青年基金,1999JX003,99-00,朱瑞,0.5020,算子半群理论及其应用,校青年基金,1999JX004,99-00,李淼,0.50其他项目:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年,负责人,总经费(万)21,迭代映射及方程的动力学,省人事厅,1999JS063,99-00,张伟年,1.5022,格上拓扑,省人事厅,1999JS064,99-00,罗懋康,2.0023,Domain理论与拓扑的几个问题,省人事厅,1999JS065,99-00,梁基华,2.0024,法式李代数,省人事厅,1999JS066,99-00,彭联刚,2.001998年重点项目(国家和省部级):序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人或高级人员,总经费(万)1,新一代空中交通管制系统中关键技术的研究,国家自然科学基金委,,98-01,朱允民马洪,902,复杂系统控制的基础理论研究,攀登计划项目,,98-01,朱允民,国家基金:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费(万)3,集值分析中某些问题的理论,算法及应用的研究,国家科学基金,J98047,98-00,张石生,6.004,泛函数分系统的动态行为与控制,国家科学基金,J98048,98-00,徐道义,5.505,丢失数据回归分析的若干问题,国家科学基金,J98051,98-00,秦更生,3.406,多传感器分布统计判决,国家基金,1998JZ005J98023,98.1,朱允民,省部级:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费(万)7,整体微分几何,教育部博士点基金,98061004,98-00,李安民,4.508,数论在数字信号处理号处理中的应用,教育部博士点基金,98061006,98-00,孙琦,4.509,格上拓朴学中的范畴论方法,教育部回国人员基金,(1998)679,98-20,张德学,2.010,国家教委跨世纪优秀人才基金,国家教委科技(1998)1号,59,98—01,罗懋康,10国际合作:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人或高级人员,总经费11,算子理论与算子代数,基金国际合作,J98019-(4),98-,孙顺华,0.30市校级:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费(万)12,稳定性的机器证明,校青年基金,65,98-20,陆征一,1.0013,Toeplitz代数的结构,校青年基金,61,98-20,严从荃,1.0014,辛拓扑及Seiberg-Witten理论的应用,基础研究,62,98-20,郑泉,1.0015,离散分形几何的研究,基础研究,63,98-20,龙伦海,1.0016,流动问题的数值方法研究,基础研究,64,98-20,谢小平,1.00其他项目:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费(万)17,多传感器分布统计判决,国家自然科学基金委优秀成果出版基金,,98.1,朱允民,1997年重点项目(国家和省部级):序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人或高级人员,总经费(万)1,代数数论,国家重点基金,J971001,97-2000,李德琅,6.0(3)10.0(2)2,整体微分几何及其物理应用,;国家重点基金,J971001(3)J98009(4),97-2000,李安民,6.0(4)10.00(2)3,算子理论与算子代数,国家重点基金,J971001(3),97-01,孙顺华,6.00(4)10.00(2)4,半连续函数空间的无限维拓朴学性质,国家基金(重点),J98056(4)J971003(3),97-99,张德学,3.205,随机系统的多传感器分布决策与估计,攀登计划,G98027,97-01,朱允民,2.006,与微分运算有关的机械问题,攀登计划,,97-01,陆征一,5.007,代数数论,国家重点基金,J98008,97-00,李德琅,6.00国家基金:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费(万)8,模糊性理论中若干基本问题,国家科委,B97102A971002,97-99,刘应明,10.009,快速无损分析谷物种子内碳氮元素的新技术,国家科学基金,J971002,97-98,曹建华,11.0010,半边连续函数空间的无限维拓朴学性质,国家科学基金,J980561997JZ008(7),97-98,张德学,3.2011,连续统的基数特性研究,国家科学基金,J98057(4)J971003,97-98,张树果,4.0012,有限域上的方程和置换多项式,国家科学基金,J98058(4)J971005,97-99,孙琦,4.2013,随机信号检测与估计的多传感器数据融合问题,国家科学基金,J98059(4)J98061(4),97-99,朱允民,7.0014,模糊逻辑中语言值运算的研究,国家科学基金,J98080(4)J9710071997JZ046(7),97-99,李中夫,8.0015,多传感器数据融合的最优化精确解及相应的随机递推算法,国家基金,J9710011997JZ011(7),97-99,朱允民,4.5016,格上拓扑学与DOMAIN理论,教育部博士点基金,97061027,97-99,刘应明,3.5017,结合代数的表示及Kac-Moody李代数,教育部优秀年轻教师基金,B9710011997JW015,97-99,彭联刚,5.50国际合作:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费18,辛几何与辛拓扑,国家自然科学基金委国际合作,J971002,97-98,李安民,0.80市校级:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费(万)19,无穷维动系统,基础研究博士启动基金,1997JX014,97-98,周盛凡,1.0020,微分方程稳定性的机器证明,基础研究博士启动基金,X98016(4)1997JX016(7),97-98,陆征一,1.0021,函数空间上的ToepIitz算子与复合算子,基础研究博士启动基金,X98017(4)X971004(2),97-98,曹广福,1.0022,模糊推理系统中属函数的影响及其调整方法,校青年基金,X98001(4)X971001,97-98,汪海波,1.0023,带有撮动位势波动方程解的L估计,博士启动基金,X98015(4)X971003,97-98,穆春来,1.00其他项目:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费(万)24,气水井测井分析方法研究,四川石油管理局(横向),H98036,97-98,熊华鑫,10.001996国家基金:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费(万)1,点集拓扑若干新方向,国家自然科学基金委,J961006,1996.9-,刘应明,0.702,有限域上的不定方程和置换多项式,国家自然科学基金委,J961002,1996-,孙琦,0.403,多传感器数据融合的最优化精确解及相应的随即递推算法,国家科学基金,J98054,96-99,朱允民,4.50 4,非线性双曲型守恒律的张驰现象和德尔塔波Deta的研究,国家自然科学基金,19571057,96-98,李才中, 5,狄里克菜特征关于有理由数据的完整和应用,国家自然科学基金,J971002(3)J961006(5),96-98,刘春雷,3.006,子流形的几个问题的研究,国家自然科学基金,J971003(3)J961007(5),96-98,赵国松,6.507,删失数据回归分析的若干问题,国家自然科学基金,J971004(3)J961008(5),96-98,秦更生,3.40 8,代数表示论与李代数的有机联系,国家自然科学基金,J971006(3),96-98,彭联刚,5.509,无穷维动力系统有界解分技,国家自然科学基金,J971008(3),96-98,张伟年,5.00序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费(万)10,无穷维动力系统及其计算机处理,博士后基金,J961002,96-97,,0.50国际合作序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人或高级人员,总经费11,有限域上的不定方程和置换多项式,基金国际合作,J96I002,96-,孙琦,0.4012,点集拓扑若干新生方向,基金国际合作,J961006,96.9-,刘应明,0.7013,大基数及其相关问题,基金国际合作,J961005,96.6-,张树果,0.701995年国家基金:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费(万)1,分布参数系统边界反债控制鲁棒稳定化问题,国家科学基金,J961001,95-97,黄发伦,2.002,夸克蜕定试,国家自然科学基金委,J961002,95-97,巫光汉,2.00省部级:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费(万)3,半参数模型和最小束乘理论及应用,教委回国人员基金,B97102(3)J961002(5)J98014(4),95-97,李竹渝,3.004,有界对称域上的Toplitzc-C代数, 教委博士点基金9561017,B97108(3)B98008(4)J961015(5),95-97,孙顺华,3.005,代数表示论与Kac-liodyLle代数及量子群,教委回国人员基金,J961002,95-96,彭联刚,3.00序号,项目名称,任务来源,编号,起止,负责人,总经费(万)6,三维流形的不变量,博士后基金,J961001(5)B97101(3)B98011(4),95-97,韩友发,0.5 7,变分不等式和相补问题的机动研究,校青年基金,X961013(5)X971002(3),95-96,黄南京,0.508,板壳问题的组合稳定化有限元方法及理论研究,校青年基金,X961014(5)X971002(3),95-96,胡兵,0.509,无穷维动力系统及其计算机处理,博士后基金,J961002(5)B98012(4),95-97,周盛凡,0.50 10,多元置换多项式,博士启动费,X971001,95-96,张起帆,1.001994年重点项目(国家和省部级):序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人或高级人员,总经费(万)1,点集拓朴的几个新方向,国家重点基金,J98006(4)J96002(5)J971001(3),94-98,刘应明,16.00国家基金:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费(万)2,大基数及相关问题的研究,国家科学基金,J961005,94-96,张树果,2.203,极大极小不等式变分不等式和相补问题理论及应用研究,国家科学基金,J961003,94-96,张石生,2.00 4,不定方程及应用,国家科学基金,J961004,94-96,孙琦,2.00省部级:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费(万)5,剩余类环Z/p\z上的技术,教委博士点基金,B97701(3)B98001(4)B961008(5),94-97,孙琦,2.56,非线性动力系统的无穷维性态,省青科基金办,U971001,94-96,张伟年,2.807,几类主要无限维拓扑流形的分类,教委优秀青年基金,J961001,94-96,滕辉,3.00市校级:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费(万)8,不适定的问题和反问题的样条函数解法,校青年基金,X961002,94-96,向朝进,0.609,非线性增生型映象方程研究中的一些问题,校青年基金,X961001,94-96,陈玉清,0.6010,Sn-i上某些Toeplitz算子及其本质谱的若干问题,博士启动费,,94-96,武洋,0.6011,例摆的模糊控制试验研究,校重点基金,X961001,94-95,李中夫,1.001993年国家基金:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费(万)1,与倾斜理论相关的代数表示问题,国家自然科学基金委(青年基金),19201024,93-95,彭联刚,1.30省部级:序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费(万)2,格上拓扑学点式处理,教委博士点基金,B961001,93-95,刘应明,3.00。
有限元法2011-概述
第1讲 概述
1.2 求解过程
有限元方法的3种解法
位移法 力法 混合法
第1讲 概述
1.2 求解过程(续)
求解的一般步骤 结构的离散化 选择位移模式 建立平衡方程 求解节点位移 计算单元中的应力和应变
第1讲 概述
1.2 求解过程-离散化
将分析的结构物分割成有限个单元体, 使相邻的单元体仅在节点处相连接,而 以如此单元的结合体去代替原来的结构。 划分单元、简化约束、移置载荷 单元、网格、节点
27
第1讲 概述
1.3 基本概念-单元形函数(续)
二次曲线的线性近 (不理想结果) DOF值二次分布 真实的二次曲线
.
1
节点 单元 线性近似 (更理想的结果)
.
2
真实的二次曲线
.
节点 单元
.
二次近似 (接近于真实的二次近似拟合) (最理想结果)
.. . . .
3
节点 单元
.
4
节点 单元
.
28
第1讲 概述
第1讲 概述
1.2 求解过程-位移模式
首先对单元假设一个位移差值函数,或称之为位移 模式,得到用节点位移表示单元体内任一点的唯一 的关系式
{ f } [ N ]{ }
位移函数、形函数、节点位移向量 应变-位移关系、应力-应变关系
e
{ } [ B ]{ }e { } [ D ][ B ]{ }
du dx
i x
ui 1 ui li E ( ui 1 ui ) li
E
第1讲 概述
1.4 一维实例-外载荷
第i个结点上承受的外载荷
q ( li 1 li ) 2 EA( ui ui 1 ) li 1
应用优化的同伦分析法求解非线性Jerk方程
Z E ny HU Hu ,G O Y a q n , U u n —og H NG Mi'i, i U u n u S N G a gy n
( .S ho o Cv n i eig u a nvrt o c nea dT cnlg , intn4 0 , h a 1 col f iiE g er ,H nnU iesy f i c n eh o y X ag 12 1 C i ; l n n i S e o a 1 n 2 t eK yLb r oyo d acdD s na dMa u cuef e ieB d ,H nnU iesy hnsa 102, hn ) .Sa e a oa r f vne ei n n f tr o V hc oy u a nvrt,C agh 0 8 C ia t t A g a r l i 4
Abs r c : An o tma o tp a a y i meho s a pl d t ac ae a p o i t ro s a p r x mae y ta t p i l h moo y n lss t d wa p i o c lult p r xmae pe id nd a p o i t l e a a yia e o c s l to s t hid o d r d fe e i le u t n wi u c no ln a t s An e a l h we ha he n ltc lp r di ou i n o a t r — r e ifr nt q ai t c bi n i e r i . i a o h i e x mp e s o d t t t s c n o d ra p o i tl n y ia e o i ou i n i a i b ane i p i lh mo o y a a y i t d;whe h e o d— r e p r x ma ey a a tc lp r d c s l to s e sl o t i d v a o tma o tp n lss meho l i y n te
DNA甲基化调控植物组织培养过程的分子机制研究进展
第47卷㊀第6期2023年11月南京林业大学学报(自然科学版)JournalofNanjingForestryUniversity(NaturalSciencesEdition)Vol.47,No.6Nov.,2023㊀收稿日期Received:2023⁃02⁃18㊀㊀㊀㊀修回日期Accepted:2023⁃06⁃21㊀基金项目:国家自然科学基金项目(32171826);江苏省自然科学基金项目(BK20220411)㊂㊀第一作者:国颖(yingguo@njfu.edu.cn),讲师,负责论文撰写与修改;杨港归(ygg@njfu.edu.cn),负责文献收集与整理㊂∗通信作者:薛良交(lxue@njfu.edu.cn),教授㊂㊀引文格式:国颖,杨港归,吴雨涵,等.DNA甲基化调控植物组织培养过程的分子机制研究进展[J].南京林业大学学报(自然科学版),2023,47(6):1-8.GUOY,YANGGG,WUYH,etal.RecentadvancesinmolecularregulatorymechanismsofDNAmethy⁃lationinplanttissueculture[J].JournalofNanjingForestryUniversity(NaturalSciencesEdition),2023,47(6):1-8.DOI:10.12302/j.issn.1000-2006.202302020.DNA甲基化调控植物组织培养过程的分子机制研究进展国㊀颖,杨港归,吴雨涵,何㊀杰,何玉洁,廖浩然,薛良交∗(林木遗传育种全国重点实验室,南方现代林业协同创新中心,江苏省杨树种质创新与品种改良重点实验室,南京林业大学林草学院,江苏㊀南京㊀210037)摘要:植物细胞具有全能性,创伤和外源激素能够诱导已分化细胞的重编程来再生新的植株,发展的植物组织培养技术已广泛应用于植物快速繁殖㊁种质保存和性状改良等多个方面㊂然而,对植物组织培养过程中细胞如何保持分化状态和发育可塑性的分子调控机制仍知之甚少,尤其是在表观遗传学水平上㊂DNA甲基化是一种进化上保守的表观遗传修饰,能够复杂地协调植物细胞全能性建立和影响其命运转变㊂在此,以组织培养过程中的愈伤组织形成㊁体细胞胚发生为切入点,总结了DNA甲基化参与植物再生过程的最新进展㊂首先,分析了不同植物再生过程中全基因组DNA甲基化变化模式,认为外植体类型和再生阶段均会对DNA甲基化水平产生影响;其次,重点研究了甲基化转移酶(MET1)等在植物再生过程中的作用,以及DNA甲基化调控再生基因表达的分子机制,包括BBM(babyboom),WOX(wuschel⁃relatedhomeobox),WIN(woundinduceddedifferentiation)等基因,最后,讨论了DNA甲基化在植物再生领域的未来研究方向,指出组织培养与基因工程的结合将为农作物和经济㊁用材林木的高效繁殖和精准培育提供机遇㊂关键词:植物组织培养;DNA甲基化;愈伤组织;体细胞胚胎发生中图分类号:Q943;S722㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码:A开放科学(资源服务)标识码(OSID):文章编号:1000-2006(2023)06-0001-08RecentadvancesinmolecularregulatorymechanismsofDNAmethylationinplanttissuecultureGUOYing,YANGGanggui,WUYuhan,HEJie,HEYujie,LIAOHaoran,XUELiangjiao∗(StateKeyLaboratoryofTreeGeneticsandBreeding,Co⁃InnovationCenterforSustainableForestryinSouthernChina,JiangsuKeyLaboratoryforPoplarGermplasmEnhancementandVarietyImprovement,CollegeofForestryandGrassland,NanjingForestryUniversity,Nanjing210037,China)Abstract:Exertingremarkablecelltotipotence,plantsareabletoregeneratetissues/organsandevenindividualsfromdifferentiatedcellsactivatedbywoundstressand/orhormonalcues.Basedonthetheoryofplantcelltotipotency,techniquesofplanttissueculturehavebeenwidelyusedinrapidpropagation,germplasmconservation,andplantbreedingasatypeofconservedepigeneticmodification.However,theunderstandingofhowplantcellsretainbothdifferentiatedstatusanddevelopmentalplasticityisstillobscure,especiallyattheepigeneticlevel.DNAmethylationisanevolutionarilyconservedepigeneticmodificationthatcanintricatelycoordinatecellfatetransitionandpluripotencyestablishmentduringtheplantregenerateprocess.Inthework,therecentprogressintheregulationofplantregenerationthroughDNAmethylationwassummarized,startingfromtheformationofcallusandsomaticembryogenesisduringtissueculture.Firstly,thechangepatternsofDNAmethylationindifferentplantregenerationprocesseswereanalyzed,showingthatbothexplantstypeandregenerationphasehadaneffectonDNAmethylationlevels.TheroleofsomeDNA南京林业大学学报(自然科学版)第47卷methyltransferaseinplantregenerationwasstudied,suchasDNAMethyltransferase1(MET1),whosedeletioncanleadtoincreasedWUSexpressionandpromoteshootregeneration.RNA⁃directedDNAmethylation(RdDM)isthemainmolecularpathwayresponsiblefordenovoDNAmethylationinallcontextsandisbelievedtoplayanimportantroleinplantregeneration.Meanwhile,weanalyzedthemolecularregulatorymechanismsofDNAmethylationontheexpressionofregenerativegenes,suchasBBM(babyboom),WOX(wuschel⁃relatedhomeobox),WIN(woundinduceddedifferentiation),etc.Finally,wediscussedthefutureresearchdirectionsofDNAmethylationinthefieldofplantregeneration.Thecombinationoftissuecultureandgeneticengineeringwillprovideopportunitiesforefficientreproductionandprecisecultivationofagriculturalandforestrycrops.Further,theregeneration⁃relatedgenesreportedinthisstudywillprovidecandidatesforplantregenerationresearchofgeneticandmolecularmechanisms.Keywords:planttissueculture;DNAmethylation;callus;somaticembryogenesis㊀㊀植物组织㊁甚至单个植物细胞都具有强大的脱分化和再分化能力,可以将细胞从分化状态恢复为多能性状态;然后,通过创伤或外源激素诱导重新进入细胞周期,并增殖以建立的芽或根顶端分生组织,最终形成新的器官或植株[1]㊂基于这种全能性,植物组织培养技术已在快繁与工厂化育苗㊁细胞培养生产次生代谢产物及基因工程育种等方面得到广泛应用,并在基础生物学㊁农业㊁园艺和林业等领域展现出可观的应用前景[2]㊂然而,对植物细胞如何保持分化状态和发育可塑性的分子调控机制仍知之甚少㊂在植物细胞命运重塑过程中,表观遗传修饰的动态变化影响着植株的再生能力㊂DNA甲基化是一种重要的㊁进化上保守的表观遗传学标记,调控植物的许多生物学过程㊂研究表明DNA甲基化通过多种途径调控再生基因的表达,进而在植物组织培养过程中发挥重要作用[3]㊂笔者综述了DNA甲基化在植物组织培养过程中的调控作用和分子机制,并对通过调节DNA甲基化提高植株再生效率的策略进行展望㊂1㊀DNA甲基化与愈伤组织的诱导形成1.1㊀外植体类型对愈伤组织DNA甲基化的影响DNA甲基化(DNAmethylation)通常指在DNA甲基转移酶的催化下,通过共价键结合的方式,获得S⁃腺苷甲硫氨酸上甲基基团的过程[4]㊂DNA甲基化主要包括3种类型,即5⁃甲基胞嘧啶(5⁃mC)㊁6⁃甲基腺嘌呤(6⁃mA)及7⁃甲基鸟嘌呤(7⁃mG),其中5⁃mC占主要类型㊂在全基因组背景下,胞嘧啶序列有3种存在形式:CG㊁CHG(对称型)和CHH(非对称型,H为A㊁T或C)㊂植物胞嘧啶甲基化可以发生在所有的胞嘧啶序列中[5],是介导基因转录沉默的一种稳定机制,调控愈伤组织发生和形态建成[6]㊂植物愈伤组织是指在组织培养过程中将外植体脱分化所形成的未分化致密细胞结构[7]㊂在离体培养下,植物细胞会发生大规模的全基因组染色质重塑,从而导致植物DNA序列变异和DNA甲基化水平改变[8]㊂各种类型外植体产生的愈伤组织(如叶片愈伤组织㊁茎段愈伤组织等)与相应外植体的DNA甲基化图谱存在差异㊂对草莓(Fragariavesca)[9]㊁蓝莓(Vacciniumstenophyllum)[10]和烟草(Nicotianatabacum)[11]叶片组织和叶片愈伤组织的比较研究发现,叶片愈伤组织在全基因组上具有更高的DNA甲基化水平㊂然而,由毛果杨(Populustrichocarpa)[12]茎段形成的愈伤组织与其外植体茎段组织和再生植株相比,茎段愈伤组织的DNA甲基化水平最低㊂根据愈伤组织再生能力的不同可将其分为胚性和非胚性愈伤组织[13]㊂Karim等[14]对凹唇姜(Boesenbergiaro⁃tunda)研究发现,再生能力更强的胚性愈伤组织的DNA甲基化水平要低于非胚性愈伤组织,以及再生植株和叶片等其他外植体形成的愈伤组织㊂不同类型外植体的生理状况和脱分化能力存在差异,因此诱导愈伤组织过程中也伴随着不同DNA甲基化水平介导的转录调控㊂1.2㊀愈伤组织形成阶段中DNA甲基化水平变化细胞的脱分化过程由遗传和表观遗传机制共同调控,共包括3个阶段:诱导㊁愈伤组织形成和多能性建立,多种植物在脱分化过程中出现全基因组低甲基化[15-16]㊂在水稻(Oryzasativa)愈伤组织形成过程中DNA甲基化水平显著降低,DNA甲基化差异区域主要富集在基因启动子周围的序列上[17]㊂尽管DNA甲基化水平降低是主要趋势,但局部DNA超甲基化对多能细胞状态的形成与维持至关重要㊂对拟南芥(Arabidopsisthaliana)研究发现,编码丝裂原活化蛋白激酶12(MAPK12)㊁谷胱甘肽S⁃转移酶TAU10(GSTU10)和β⁃羟化酶1(BXL1)基因的启动子序列在愈伤组织细胞中发生高度甲基化并抑制基因表达,从而促进全能细胞2㊀第6期国㊀颖,等:DNA甲基化调控植物组织培养过程的分子机制研究进展团的形成㊂MET1和DRM2等DNA甲基转移酶在愈伤组织形成过程中受到广泛的转录控制,这与DNA甲基化水平变化的调控功能相一致[18]㊂愈伤组织的分化程度随着组织培养时间的延长而增加,长期培养的愈伤组织中转座子㊁核糖体DNA和端粒重复序列发生大规模转移和扩增[6],从而导致其DNA甲基化水平不稳定㊂Ma等[19]对木薯(Manihotesculenta)的茎尖分生组织以及腋芽的松散型胚性愈伤组织进行研究,结果表明随着松散型胚性愈伤组织培养时间的延长,DNA甲基化水平从50%降至27%;而Zeng等[20]的研究表明,白桦(Betulaplatyphylla)早期愈伤组织(诱导后20d)的DNA甲基化水平最低(11.92%),随着愈伤组织诱导时间的延长,在40d时DNA甲基化水平升至14.5%㊂a.DNA甲基化在基因体中分布模式及其对愈伤组织形成的影响:褐色圆圈代表高甲基化水平抑制基因表达而导致愈伤组织褐化;绿色圆圈代表低甲基化水平促进基因表达进而促进愈伤组织生长thedistributionpatternofDNAmethylationingenebodiesanditseffectoncallusformation.Browncirclesrepresenthighmethylationlevelsthatinhibitgeneexpressionandleadtocallusbrowning,greencirclesrepresentalowmethylationlevelthatenhancegeneexpressiontopromotecallusgrowth;b.DNA甲基化对转座元件表达影响:蓝色矩形颜色由深至浅表示DNA甲基化水平由高至低的变化;灰色矩形颜色由深至浅表示转座子表达由高至低的变化effectsofDNAmethylationontheexpressionoftransposableelements(TEs).BluerectanglecolorsfromdarktolightindicatechangesinDNAmethylationlevelsofTEfromhightolow,grayrec⁃tanglecolorsfromdarktolightindicatechangesinTEexpressionfromhightolow.图1㊀DNA甲基化动态变化影响愈伤组织生长模式Fig.1㊀DynamicchangesofDNAmethylationaffectcallusgrowthpattern1.3㊀愈伤组织中DNA甲基化在全基因组上的变化模式㊀㊀在全基因组水平上,植物DNA甲基化在不同物种间存在广泛的差异㊂其中,CG序列甲基化是愈伤组织形成过程中主要的DNA甲基化类型㊂例如,在草莓[9]㊁菠萝(Ananascomosus)[21]㊁葡萄(Vitisvinifera)[22]及拟南芥[23]等植物的研究中均发现其愈伤组织中CG甲基化水平最高(不同物种中占比范围为35% 70%),CHG甲基化位于中间水平(20% 45%),而CHH甲基化水平最低(3%20%)㊂对6个菠萝样本的研究表明愈伤组织DNA甲基化在基因区的启动子(上游2kb)㊁转录终止子(下游2kb)㊁外显子以及内含子等区域变化模式不同[21]㊂愈伤组织在启动子位点的DNA甲基化变化随着时间增加会出现上升趋势㊂烟草中的研究表明,愈伤组织培养早期启动子区域的DNA甲基化会出现部分缺失,但在培养阶段后期则发生缓慢的超甲基化[24]㊂对草莓及菠萝的叶片愈伤组织研究发现,全基因组DNA甲基化水平在内含子(20% 25%)和启动子(25% 33%)区域最高,而在外显子(15% 20%)中DNA甲基化水平较低[9,21](图1a)㊂此外,对草莓[9]㊁烟草[11]㊁菠萝[21]及葡萄[22]等研究都表明愈伤组织中DNA甲基化水平在转录起始位点以及转录终止位点附近比在外显子等区域显著降低㊂在CG和CHG序列3南京林业大学学报(自然科学版)第47卷背景下,葡萄的愈伤组织在转座子序列的甲基化率要高于叶片组织的甲基化率,然而在CHH序列背景下愈伤组织的甲基化率则低于叶片组织[22]㊂拟南芥的愈伤组织和叶片组织之间也具有相似的甲基化变化趋势[23]㊂当大部分植物中的转座子区域具有整体较高水平的DNA甲基化时,会导致转座子沉默的出现[25],转座子区域的甲基化水平在愈伤组织形成过程中相对稳定(图1b)㊂2㊀DNA甲基化与体细胞胚胎发生2.1㊀DNA甲基化参与体胚发生相关基因的表达调控㊀㊀体细胞胚胎发生(somaticembryogenesis,SE)是指体细胞或营养细胞在特定诱导条件下再生为胚胎进而具有发育成为独立植株的能力㊂体细胞可以通过直接途径或历经愈伤组织的间接途径形成体细胞胚,其发生过程涵盖复杂的转录调控机制,其中表观遗传修饰也是影响体胚发生的重要调控方式㊂研究表明,DNA甲基化能够引起特定参与细胞分化基因的沉默,从而在体胚发生中发挥作用㊂在对板栗(Castaneamollissima)的研究中发现,MADS⁃box转录因子家族基因CmAGL11在球状胚胎中特异性积累,与愈伤组织相比,球状体细胞胚胎中CmAGL11启动子处的甲基化水平显著降低㊂CmAGL11启动子甲基化比率的降低促进了该基因的表达,进而将加快体细胞胚的发育速度[26]㊂菠萝体细胞胚诱导研究指出,经甲基化抑制剂处理5d后,体胚发生相关类受体蛋白激酶基因AcSERK1在非胚性愈伤组织中的表达量显著提高,从而有效提高菠萝体细胞胚的发生能力[27]㊂此外,研究发现在拟南芥中超表达一些体胚发生的关键基因,如LEC(leafycotyledon)㊁BBM(babyboom)㊁WUS(wuschel)等,可以在不添加激素的情况下提高体胚胎发生诱导效率,而DNA甲基化通过影响这些基因的表达进而在一定程度上调控体细胞胚胎的发生[28]㊂2.2㊀体细胞胚胎发生过程中DNA甲基化水平的变化㊀㊀体胚发生需要经过脱分化㊁细胞分裂㊁再分化等多个步骤,在不同发育阶段DNA甲基化水平也发生变化㊂油棕(Elaeisguineensis)离体培养前的叶片外植体细胞的细胞核表现出较强的DNA甲基化水平,研究发现随着在高浓度生长素培养基中培养90d后,叶肉细胞和非反应性维管束细胞中的5⁃mC免疫荧光信号显著降低[29]㊂在龙眼(Dimo⁃carpuslongan)胚性愈伤组织㊁不完全致密的胚前培养物及球状胚中,CG甲基化的全基因组水平远高于CHG和CHH,且在胚性愈伤组织中存在更高水平的DNA甲基化[30]㊂在棉花(Gossypiumhirsu⁃tum)体胚发生去分化过程中也观察到总体mCG水平占比最高,这种趋势在外显子㊁内含子㊁转录起始位点上下游2kb的范围内及其上下游区域都很一致㊂同时棉花早期体胚发生过程中,CG位点的甲基化水平具有基因型特异性,而CHH位点的甲基化水平具有分化阶段特异性[31]㊂在对可可(Theobromacacao)的研究中发现,体细胞胚比合子胚具有更高比例的高甲基化CG位点[32]㊂此外,植物体胚发生过程中还存在DNA甲基化水平早期显著升高后又降低的现象㊂例如,对椰子(Cocosnucifera)体细胞胚胎发生相关研究发现,DNA甲基化水平在培养第3天迅速升高(10.84% 22 99%),随后在第15天下降至11.69%,在培养第120天后增加至39.63%[33];对龙眼的研究表明,胚性愈伤组织㊁不完全致密的胚前培养物和球状胚的5⁃mC含量分别为24.59%㊁19.65%和19.74%,表明从胚性愈伤组织到不完全致密的胚前培养物的DNA甲基化在全基因组范围内先呈下降,之后略有上升的趋势[31]㊂2.3㊀DNA甲基化调节剂对体胚发生的影响㊀㊀DNA甲基化修饰是可逆的,当DNA复制过程中甲基转移酶活性偏低时,合成新链中甲基化的胞嘧啶位点未发生甲基化从而造成DNA被动去甲基化;基因组上的5⁃mC受ROS1(repressorofsilencing1)/DME(demeter)家族蛋白剪切,并由DNA修复系统介导的胞嘧啶修复完成DNA主动去甲基化[34]㊂DNA去甲基化可以将基因从沉默状态激活,已有证据表明DNA甲基化抑制剂在调控植物体胚发生过程中具有较高的应用潜力㊂5⁃氮杂胞苷(5⁃azaC)作为一种常见的DNA甲基化抑制剂,能够在代谢过程中与DNA甲基转移酶结合以降低酶的活性,进而阻碍DNA甲基化进程并调控体胚发生相关基因的表达㊂在龙眼体胚发生研究中发现,5⁃azaC的外源施加降低了胚性愈伤组织的DNA甲基化水平并促进了球状胚的形成㊂与未经5⁃azaC处理的龙眼比较发现,处理后的龙眼有关体胚发生的基因表达明显上调,结果表明5⁃azaC处理对龙眼早期体胚发生具有促进作用[35]㊂而在蒺藜苜蓿(Medicagotruncatula)的研究中发现,5⁃azaC处理诱导的去甲基化终止了胚性细胞系产生4㊀第6期国㊀颖,等:DNA甲基化调控植物组织培养过程的分子机制研究进展体胚的能力[36]㊂除DNA甲基化抑制剂之外,生长素处理拟南芥能够在一定程度上调节编码ROS1㊁DML2(dementer⁃likeprotein2)等去甲基化酶的基因[37-38]㊂此外,研究发现低温诱导[39]㊁高温诱导㊁辐射[40],以及铜㊁银离子处理[41]等都会降低DNA甲基化水平从而提高植物体胚发生的能力㊂3㊀DNA甲基化调控植物再生的分子机制3.1㊀DNA甲基化调控植物再生关键基因的表达组织培养过程中,器官发生主要受WUS㊁LEC㊁WOX(wuschel⁃relatedhomeobox)及WIN(wound⁃in⁃duced)等基因的调控[42-44],研究发现这些基因的表达受到DNA甲基化特异性调控(表1)㊂表1㊀植物组织培养发育过程中DNA甲基化对植物再生关键基因影响Table1㊀EffectsofDNAmethylationonkeygenesofplantregenerationduringplanttissuecultureanddevelopment序号No.基因名称genesymbol功能function物种species1ARR3(arabidopsisresponseregulator3)参与细胞分裂素调节;5⁃azaC处理后基因表达上调,发生低甲基化促进桃叶片愈伤组织诱导桃Prunuspersica[45]2BBM(babyboom)影响体细胞胚胎发生;表达量升高,甲基化水平降低促进胚胎发生(胚性愈伤组织中高表达)凹唇姜Boesenbergiarotunda[14]3CRY1(cryptochrome1)调节细胞分裂素信号,促进芽再生器官的新生拟南芥Arabidopsisthaliana[46]4CCD1(carotenoidcleavagedioxygenases1)降解类胡萝卜素;5⁃azaC处理导致全基因组去甲基化,类胡萝卜素含量降低柑橘Citrusparadisi[47]5CMT2/CMT3(chromomethylase2/chromomethylase3)参与mCHG维持;5⁃azaC处理抑制了叶外植体愈伤组织的形成和不定芽再生草莓Fragariavesca[9]6CMT3(chromomethylase3)维持DNA甲基化;5⁃azaC处理后基因表达显著下调,DNA甲基化降低促进桃叶片愈伤组织诱导桃P.persica[45]维持DNA甲基化;表达量升高DNA甲基化水平降低,促进体细胞胚胎的发生和再生凹唇姜B.rotunda[48]7DRM2(domainsrearrangedmethyltransferase)维持CHH甲基化毛果杨Populustrichocarpa[49]表达量升高DNA甲基化水平降低,促进体细胞胚胎的发生和再生凹唇姜B.rotunda[48]8维持CG甲基化;低甲基化,met1⁃3突变体芽再生能力更高拟南芥A.thaliana[46]MET1(methyltransferase1)维持DNA甲基化;表达量升高DNA甲基化水平降低,促进体细胞胚胎的发生和再生凹唇姜B.rotunda[48]维持DNA甲基化;幼苗和嫩叶中偏好表达柑橘C.paradisi[47]9ROS1(repressorofsilencing1)DNA甲基化水平降低,促进球状胚形成龙眼Dimocarpuslongan[30]10SERK(somaticembryogenesisreceptor⁃likekinase)影响体细胞胚胎发生;表达量升高,甲基化水平降低促进胚胎发生(胚性愈伤组织中高表达)凹唇姜B.rotunda[14]11WIN(wound⁃induced)诱导细胞去分化和增殖;发生去甲基化,基因表达上调促进愈伤组织形成草莓F.nilgerrensis[50]12WOX(wuschel⁃relatedhomeobox)参与顶端分生组织发生;发生去甲基化,基因表达上调促进愈伤组织形成草莓F.nilgerrensis[50]13WUS(wuschel⁃relatedhomeobox)调控植物再生;低甲基化激活了生长素和WUS相关基因表达,提高植物再生能力棉花Gossypiumhirsutum[51]影响体细胞胚胎发生;表达量升高,甲基化水平降低促进胚胎发生(分生组织中表达最高,其次是胚性愈伤)凹唇姜B.rotunda[14]㊀㊀Shemer等[42]对拟南芥根外植体再生能力的研究发现,在野生型拟南芥中WUS启动子的两个CHG位点高度甲基化;而在甲基转移酶基因cmt3的突变体中,CHG甲基化的减少促进了WUS在芽诱导培养基下的表达,这些启动子区域的甲基化变化对WUS基因转录具有关键调节作用[52]㊂Li5南京林业大学学报(自然科学版)第47卷等[53]认为,在拟南芥从头芽再生的过程中,WUS基因在甲基转移酶功能缺失突变体(met1)中发生去甲基化,导致WUS基因表达上调㊂值得注意的是,DNA甲基化对WUS基因的表达调控是发生在芽诱导的早期阶段,同时MET1介导的芽再生受细胞分裂素诱导的细胞周期所调节[54]㊂Gao等[50]研究发现,黄毛草莓(Fragarianilgerrensis)愈伤组织的诱导过程中有大量基因DNA甲基化水平出现改变,如与伤口反应相关基因WIN㊁顶端分生组织相关基因WOX㊁体细胞胚胎形成相关基因AGL(agamous⁃like)㊁细胞周期相关基因CDK(cyclin⁃dependentkinase)和CKX(cytokinindehydrogenase/oxidase)均发生了去甲基化,表明这些基因的上调表达对愈伤组织的形成至关重要㊂而在黄毛草莓不定芽诱导阶段,愈伤组织阶段发生去甲基化的基因又重新获得甲基化,如LEC2㊁与细胞周期进程相关的CKX㊁生长素活化酶基因ILR1(IAA⁃aminoacidhydrolaseILR1⁃like4)和LEA(lateembryogenesisabundant)等基因,表明这些基因的甲基化修饰对于芽的形成至关重要㊂3.2㊀DNA甲基转移酶在植物再生中的作用植物DNA甲基化维持由胞嘧啶序列环境和DNA甲基化调控酶活性共同决定㊂DNA甲基化调控酶主要包括甲基转移酶(MET1)㊁染色质域甲基转移酶(chromomethylase,CMT)㊁结构域重排甲基转移酶(domainsrearrangedmethyltransferase,DRM)和DNMT3(DNAmethyltransferase3)4个家族[55]㊂MET1主要维持CG位点的甲基化,CMT3和CMT2主要负责CHG背景下的DNA甲基化,CHH环境中的甲基化由CMT2或DRM2通过RNA介导的DNA甲基化(RNA⁃directedDNAmethylation,RdDM)途径维持[8]㊂拟南芥中,MET1依赖的CG甲基化与植株再生有关,与野生型相比,met1⁃3突变体表现出更高的芽再生能力[46]㊂DNA甲基转移酶基因在华东黄杉(Pseudotsugagaussenii)体胚发生的不同阶段表达量发生变化,例如CMT㊁MET1⁃1和MET1⁃3的表达量下降,MET1⁃2的基因表达量大幅增加,而DRM1和DRM2的表达无明显变化[56]㊂凹唇姜离体培养过程中,MET1㊁CMT3和DRM2的甲基化水平降低与基因表达水平升高促进了体胚发生和再生[48]㊂而对龙眼早期体细胞胚胎发生的研究发现,DNA甲基化水平的降低受DNA甲基转移酶基因和DNA去甲基化酶基因ROS1的调控[30]㊂对更多植物再生体系进行研究,将有助于理解不同DNA甲基化调控酶在再生过程中的调节作用㊂3.3㊀RNA介导的DNA甲基化对植物再生的影响RNA介导的DNA甲基化(RdDM)是重要的基因调控机制,主要通过双链小RNA(dsRNA)介导相近序列的从头甲基化发挥作用[57]㊂在植物中,RdDM参与各种生物学过程,如生物和非生物胁迫反应㊁抑制转座子活性以及再生过程中甲基化模式的形成[7]㊂在棉花(Gossypiumhirsutum)体胚发生过程中,RdDM通路介导非CG甲基化,并防止基因转录从而影响再生相关基因的表达[56]㊂而在大豆胚性细胞培养中,RdDM途径是全基因组CHH高甲基化的关键驱动因素㊂连续多年的组织培养使DNA甲基化减少,导致细胞胚性丧失,从而影响大豆的再生能力[58]㊂值得注意的是,高活性RdDM的缺失可以解释CHH甲基化的减少,但不会导致CG和CHG甲基化的丢失㊂4㊀展㊀望近年来,DNA甲基化在植物组织培养中的研究主要集中在模式植物拟南芥㊁农作物(水稻㊁玉米等)和一些园艺植物中,而在林木中的研究相对滞后㊂通常木本植物具有生长缓慢㊁寿命长㊁自交不亲和及高度杂合的特性,其快速再生受到限制,尤其是在气候变化的背景下[59]㊂过度分泌酚类物质㊁玻璃化㊁芽端坏死㊁生根困难是林木组织培养过程中常见的限制因素[60],阻碍了经济树种的规模化繁殖与遗传改良㊂在木本植物细胞中,再生相关基因的表达同样受到表观遗传学机制的严格调控㊂因此,揭示林木细胞的脱分化和再分化过程的DNA甲基化调控机制是提升组培繁殖效率的重要路径,有助于建立更有效的林木再生分子工具㊂尽管DNA甲基化调控再生基因表达方面的研究取得了相当大的进展,但二者之间的关联机制还存在争议㊂一般认为,特定基因座的DNA甲基化水平升高可能通过沉默基因阻碍再生,而全基因组低甲基化通过激活转录而增强再生㊂例如,在DNA甲基转移酶的功能缺失突变体met1中,WUS调控区的DNA甲基化缺失,导致该基因表达增加以提高芽再生效率[53]㊂然而,最近研究表明,DNA甲基化也可以与基因转录呈现显著的正相关关系,且DNA甲基化对基因表达的调控既可以是主动的,也可以是被动的[61]㊂识别不同激素环境下以及不同再生阶段的植物细胞中DNA甲基化与基因表达之间复杂的调控关系,将进一步加深对植物再生过程中表观遗传调控作用的理解㊂6㊀第6期国㊀颖,等:DNA甲基化调控植物组织培养过程的分子机制研究进展基于前期研究结果,DNA甲基化在植物组培中的研究可集中在以下4个方面:①加强组织培养过程中DNA甲基化与多组学的关联研究,结合单细胞测序等多维组学技术,精确解析再生调节基因的表观遗传调控机制;②开发多种甲基化抑制剂,通过定向调控甲基化酶活性,以引起组织培养过程中的去甲基化和再生相关基因的再激活;③深入解析生长素和细胞分裂素在细胞重编程过程中对甲基化水平的调控机制,为提高组培再生效率提供潜在的靶点;④应用CRISPR/dCas9靶向去甲基化技术,对再生调节基因的甲基化水平进行设计改造,全面提高植物再生效率,并为提高顽抗树种的再生能力提供技术支撑㊂参考文献(reference):[1]赵翔宇.植物组织培养在林木遗传育种中的应用[J].河南农业,2022(11):51-52.ZHAOXY.Applicationofplanttissuecul⁃tureinforestgeneticbreeding[J].AgricHenan,2022(11):51-52.DOI:10.15904/j.cnki.hnny.2022.11.011.[2]巩振辉,申书兴.植物组织培养[M].3版.北京:化学工业出版社,2022:12-17.GONGZH,SHENSX.Planttissueculture[M].3rded.Beijing:ChemicalIndustryPress,2022:12-17.[3]SIVANESANI,NAYEEMS,VENKIDASAMYB,etal.Geneticandepigeneticmodesoftheregulationofsomaticembryogenesis:areview[J].BiolFutur,2022,73(3):259-277.DOI:10.1007/s42977-022-00126-3.[4]樊龙江.植物基因组学[M].北京:科学出版社,2020:68-69.FANLJ.Plantgenomics[M].Beijing:SciencePress,2020:68-69.[5]HEXJ,CHENTP,ZHUJK.RegulationandfunctionofDNAmethylationinplantsandanimals[J].CellRes,2011,21(3):442-465.DOI:10.1038/cr.2011.23.[6]LEEK,SEOPJ.Dynamicepigeneticchangesduringplantregeneration[J].TrendsPlantSci,2018,23(3):235-247.DOI:10.1016/j.tplants.2017.11.009.[7]ZHANGHM,LANGZB,ZHUJK.DynamicsandfunctionofDNAmethylationinplants[J].NatRevMolCellBiol,2018,19(8):489-506.DOI:10.1038/s41580-018-0016-z.[8]LEEK,PARKOS,SEOPJ.JMJ30⁃mediateddemethylationofH3K9me3drivestissueidentitychangestopromotecallusformationinArabidopsis[J].PlantJ,2018,95(6):961-975.DOI:10.1111/tpj.14002.[9]LIUDC,MUQ,LIXY,etal.ThecallusformationcapacityofstrawberryleafexplantismodulatedbyDNAmethylation[J].HorticRes,2022,9:uhab073.DOI:10.1093/hr/uhab073.[10]GHOSHA,IGAMBERDIEVAU,DEBNATHSC.DetectionofDNAmethylationpatterninthidiazuron⁃inducedblueberrycallususingmethylation⁃sensitiveamplificationpolymorphism[J].BiolPlant,2017,61(3):511-519.DOI:10.1007/s10535-016-0678-3.[11]KRIZOVAK,FOJTOVAM,DEPICKERA,etal.Cellculture⁃in⁃ducedgradualandfrequentepigeneticreprogrammingofinvertedlyrepeatedtobaccotransgeneepialleles[J].PlantPhysiol,2009,149(3):1493-1504.DOI:10.1104/pp.108.133165.[12]VININGK,POMRANINGKR,WILHELMLJ,etal.MethylomereorganizationduringinvitrodedifferentiationandregenerationofPopulustrichocarpa[J].BMCPlantBiol,2013,13:92.DOI:10.1186/1471-2229-13-92.[13]IKEUCHIM,SUGIMOTOK,IWASEA.Plantcallus:mechanismsofinductionandrepression[J].PlantCell,2013,25(9):3159-3173.DOI:10.1105/tpc.113.116053.[14]KARIMR,TANYS,SINGHP,etal.ExpressionandDNAmethy⁃lationofSERK,BBM,LEC2andWUSgenesininvitroculturesofBoesenbergiarotunda(L.)Mansf[J].PhysiolMolBiolPlants,2018,24(5):741-751.DOI:10.1007/s12298-018-0566-8.[15]GAOY,RANL,KONGY,etal.AssessmentofDNAmethylationchangesintissuecultureofBrassicanapus[J].Genetika,2014,50(11):1338-1344.DOI:10.7868/s001667581410004x.[16]ZAKRZEWSKIF,SCHMIDTM,VANLIJSEBETTENSM,etal.DNAmethylationofretrotransposons,DNAtransposonsandgenesinsugarbeet(BetavulgarisL.)[J].PlantJ,2017,90(6):1156-1175.DOI:10.1111/tpj.13526.[17]STROUDH,DINGB,SIMONSA,etal.Plantsregeneratedfromtissueculturecontainstableepigenomechangesinrice[J].eLife,2013,2:e00354.DOI:10.7554/eLife.00354.[18]SMITHJ,SENS,WEEKSRJ,etal.PromoterDNAhypermethyla⁃tionandparadoxicalgeneactivation[J].TrendsCancer,2020,6(5):392-406.DOI:10.1016/j.trecan.2020.02.007.[19]MAQX,ZHOUWZ,ZHANGP.Transitionfromsomaticembryotofriableembryogeniccallusincassava:dynamicchangesincel⁃lularstructure,physiologicalstatus,andgeneexpressionprofiles[J].FrontPlantSci,2015,6:824.DOI:10.3389/fpls.2015.00824.[20]ZENGFS,SUNFK,LIANGNS,etal.DynamicchangeofDNAmethylationandcellredoxstateatdifferentmicropropagationpha⁃sesinbirch[J].Trees,2015,29(3):917-930.DOI:10.1007/s00468-015-1174-7.[21]LINWQ,XIAOXO,ZHANGHN,etal.Whole⁃genomebisulfitesequencingrevealsaroleforDNAmethylationinvariantsfromcalluscultureofpineapple(AnanascomosusL.)[J].Genes,2019,10(11):877.DOI:10.3390/genes10110877.[22]LIZAMORED,BICKNELLR,WINEFIELDC.Elevatedtranscrip⁃tionoftransposableelementsisaccompaniedbyhet⁃siRNA⁃drivendenovoDNAmethylationingrapevineembryogeniccallus[J].BMCGenomics,2021,22(1):676.DOI:10.1186/s12864-021-07973-9.[23]SHIMS,LEEHG,PARKOS,etal.DynamicchangesinDNAmethylationoccurinTEregionsandaffectcellproliferationduringleaf⁃to⁃callustransitioninArabidopsis[J].Epigenetics,2022,17(1):41-58.DOI:10.1080/15592294.2021.1872927.[24]ALISHAIKHA,CHACHARS,CHACHARM,etal.Recentad⁃vancesinDNAmethylationandtheirpotentialbreedingapplica⁃tionsinplants[J].Horticulturae,2022,8(7):562.DOI:10.3390/horticulturae8070562.[25]BARTELSA,HANQ,NAIRP,etal.DynamicDNAmethylationinplantgrowthanddevelopment[J].IntJMolSci,2018,19(7):2144.DOI:10.3390/ijms19072144.[26]GAOYR,SUNJC,SUNZL,etal.TheMADS⁃boxtranscriptionfactorCmAGL11modulatessomaticembryogenesisinChinesechestnut(CastaneamollissimaBlume)[J].JIntegrAgric,2020,19(4):1033-1043.DOI:10.1016/S2095-3119(20)63157-4.[27]LUANAP,CHENCJ,XIET,etal.MethylationanalysisofCpGislandsinpineappleSERK1promoter[J].Genes,2020,11(4):425.DOI:10.3390/genes11040425.[28]SALAÜNC,LEPINIECL,DUBREUCQB.Geneticandmolecularcontrolofsomaticembryogenesis[J].Plants,2021,10(7):1467.DOI:10.3390/plants10071467.[29]DEARAÚJOSIM,GOMESACMM,SCHERWINSKI⁃PEREIRAJE.Cellularresponsesofoilpalmgenotypesduringso⁃maticembryogenesisinvolveparticipationofprocambialcells,DNAdemethylati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吉林大学2014年下半年授予博士学位人员名单
2007311030 2011311036 2009311030 2011311012 2011311031 2007311010 2008321015 2011931001 2011931021 2010931038 2011931027 2010321014 2010321018 2011321015 2010931025 2011931006 2011931026 2011931005 2011931012 5201098101 2011331063 2011331026 2011331120 2010331127 2011331102 2011331127 2011951022 2011951024 2011951018 2011331023 2011331037 2011951021 2010951030 2009951017 2011951013 2011331099 2011331042 2011331038 2011331054 2010331096 2010331139 2011331011 2009331003 2011611019 2010611004 2011611017 2010611028
张树功 高文杰 李勇 *从福仲 吴柏生 闫广武 吕品 胡湛 胡湛 金明星 崔启良 许大鹏 郑以松 贺天民 王欣 崔田 高春晓 李红东 崔田 张宗弢 裘式纶 裘式纶 于爱民 宋大千 林英杰 柏旭 张红星 李菲 吴玉清 杨文胜 贾明君 张红星 吴玉清 任爱民 张红星 汤钧 田文晶 崔占臣 关绍巍 沈家骢 姜振华 邹海峰 陈春海 孙丰月 孙丰月 张梅生 薛林福
李洁 张旭 李建华 彭诚信 于莹 王彦明 冯彦君 王彦明 王彦明 吕岩峰 那力 张贤明 *杨海蛟 刘雪莲 黄凤志 董才生 张金荣 邴正 崔月琴 韩喜平 韩喜平 宋连胜 韩广富 赵海月 赵海月 吕明臣 吕明臣 李守奎 王树海 沈文凡 张福贵 王学谦 尹允镇 宿久高 杨冬 傅景川 尹允镇 杨军 杨军 程妮娜 李书源 刘会军 李书源 朱泓 纪友清 史少云 李永海
生活垃圾填埋场开采再利用碳排放模型及其应用
浙江理工大学学报,第51卷,第2期,2024年3月J o u r n a l o f Z h e j i a n g S c i -T e c h U n i v e r s i t yD O I :10.3969/j.i s s n .1673-3851(n ).2024.02.013收稿日期:2023 09 22 网络出版日期:2023-12-13基金项目:浙江省自然科学基金项目(L Y 21E 080029)作者简介:俞金灵(1999 ),女,浙江诸暨人,硕士研究生,主要从事固体废弃物碳排放方面研究㊂通信作者:徐 辉,E -m a i l :x u h u i @z s t u .e d u .c n生活垃圾填埋场开采再利用碳排放模型及其应用俞金灵1,彭明清1,徐 辉1,刘文莉2(1.浙江理工大学建筑工程学院,杭州310018;2.台州学院建筑工程学院,浙江台州318000) 摘 要:采用碳排放因子法建立了生活垃圾填埋场开采再利用的全生命周期碳排放模型,核算了单位质量填埋垃圾在保持原状㊁开采-材料再回收和开采-能源回收三种场景的碳排放量,分析了开采再利用场景下碳减排主要驱动因素与碳减排量的影响规律,探究了填埋场开采再利用相对于保持原状的碳减排潜力㊂结果表明:开采-材料再回收场景的碳排放量少于开采-能源回收场景;开采-材料再回收场景的碳减排量随塑料回收率的提高而增大,开采-能源回收场景的碳减排量随垃圾衍生燃料热处理量的增加而增大;简易填埋场在开采-材料再回收场景的碳减排潜力最大,达-495k g C O 2e q /t ㊂该研究可为我国垃圾填埋场开采再利用的碳减排潜力评估提供一定的参考依据㊂关键词:城市生活垃圾;单位质量填埋垃圾;填埋场开采再利用;材料和能源回收;碳排放模型;碳减排量中图分类号:X 705文献标志码:A 文章编号:1673-3851(2024)03-0245-10引文格式:俞金灵,彭明清,徐辉,等.生活垃圾填埋场开采再利用碳排放模型及其应用[J ].浙江理工大学学报(自然科学),2024,51(2):245-254.R e f e r e n c e F o r m a t :Y U J i n l i n g ,P E N G M i n g q i n g,X U H u i ,e t a l .A c a r b o n e m i s s i o n m o d e l f o r d o m e s t i c w a s t e l a n d f i l l m i n i n g a n d r e u s e a n d i t s a p p l i c a t i o n s [J ].J o u r n a l o f Z h e j i a n g S c i -T e c h U n i v e r s i t y,2024,51(2):245-254.A c a r b o n e m i s s i o n m o d e l f o r d o m e s t i c w a s t e l a n d f i l lm i n i n g a n d r e u s e a n d i t s a p pl i c a t i o n s Y U J i n l i n g 1,P E N G M i n g q i n g 1,X U H u i 1,L I U W e n l i 2(1.S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d A r c h i t e c t u r e ,Z h e j i a n g S c i -T e c h U n i v e r s i t y ,H a n gz h o u 310018,C h i n a ;2.S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d A r c h i t e c t u r e ,T a i z h o u U n i v e r s i t y,T a i z h o u 318000,C h i n a) A b s t r a c t :A c a r b o n e m i s s i o n m o d e l f o r t h e f u l l l i f e c y c l e o f d o m e s t i c w a s t e l a n d f i l l s w a s c o n s t r u c t e d b yu s i n gt h e c a r b o n e m i s s i o n f a c t o r m e t h o d .T h e c a r b o n e m i s s i o n s o f u n i t m a s s w a s t e w e r e c a l c u l a t e d u n d e r t h r e e s c e n a r i o s :'k e e p d o -n o t h i n g 's c e n a r i o ,'w a s t e t o m a t e r i a l 's c e n a r i o a n d 'w a s t e t o e n e r g y's c e n a r i o .T h i s m o d e l e x p l o r e d t h e p r i m a r y f a c t o r s d r i v i n g ca rb o n e m i s s i o n r e d uc t i o n a nd t he i nf l u e n c e o f c a r b o n e m i s s i o n r e d u c t i o n i n m i n i ng a n d r e u s e s c e n a r i o s ,a n d i n v e s t i ga t e d t h e p o t e n t i a l f o r c a rb o n e m i s s i o n r e d uc t i o n t h r o u g h l a nd f i l l m i n i n g a n d re u s e a s c o m p a r e d t o t h e p r e s e r v a t i o n of t h e l a n d f i l l i n 'k e e p do -n o t h i n g's c e n a r i o .T h e a b o v e r e s u l t s s h o w t h a t t h e c a r b o n e m i s s i o n o f t h e 'w a s t e t o m a t e r i a l 's c e n a r i o i s l e s s t h a n t h e 'w a s t e t o e n e r g y's c e n a r i o ;t h e c a r b o n e m i s s i o n r e d u c t i o n i n t h e 'w a s t e t o m a t e r i a l 's c e n a r i o i n c r e a s e s w i t h t h e i n c r e a s e o f t h e p l a s t i c r e c o v e r yr a t e ,a n d t h e c a r b o n e m i s s i o n r e d u c t i o n i n t h e 'w a s t e t o e n e r g y's c e n a r i o i n c r e a s e s w i t h t h e i n c r e a s e o f t h e h e a t t r e a t m e n t a m o u n t o f r e f u s e d e r i v e d f u e l ;t h e c a r b o n e m i s s i o n r e d u c t i o n p o t e n t i a l i n t h e 'w a s t e t o m a t e r i a l 's c e n a r i o o f t h e s i m p l e l a n d f i l l i s t h e b e s t ,u p to -495k g C O 2e q /t .T h e s e c o n c l u s i o n s c a n p r o v i d e c e r t a i n r ef e r e n c e f o r t h e a s s e s s m e n t o f c a r b o n e m i s s i o n r e d u c t i o n p o t e n t i a l o f l a n d f i l l m i n i ng an d r e u s e i n C h i n a .K e y w o r d s:m u n i c i p a l s o l i d w a s t e;p e r u n i t m a s s o f l a n d f i l l w a s t e;l a n d f i l l m i n i n g a n d r e u s e;m a t e r i a l a n d e n e r g y r e c o v e r y;c a r b o n e m i s s i o n m o d e l;c a r b o n e m i s s i o n r e d u c t i o n0引言我国城市生活垃圾(M u n i c i p a l s o l i d w a s t e, M S W)的处置方式以填埋为主[1]㊂截至2020年,在役生活垃圾填埋场数量约6900座,填埋垃圾存量超80亿t[2]㊂城市生活垃圾填埋产生的温室气体是垃圾处理领域碳排放的主要来源[3-4]㊂垃圾填埋场开采再利用是指从填埋场挖掘矿化垃圾并进行资源回收和生态修复[5],具有降碳减排的潜力㊂碳排放模型是用于评估填埋场开采再利用相对于持续填埋情况下的碳减排潜力的重要方式,可定量计算碳排放量并优选填埋场开采再利用路径[6]㊂因此,构建垃圾填埋场开采再利用碳排放模型并以此进行碳减排核算具有重要的科学意义和工程价值㊂垃圾填埋场开采再利用作为一种将填埋资源重新引入材料循环并减少环境负担的技术措施,以往研究主要集中于填埋垃圾的资源化利用技术[7-8]㊂随着人们对温室效应和气候变化的日益关注,研究者们逐渐关注垃圾填埋场开采再利用产生的碳减排潜力㊂C a p p u c c i等[9]构建了填埋场矿化塑料回收再利用的碳排放模型,对塑料再利用全生命周期的碳排放进行了核算,发现原材料生产塑料的碳排放量是矿化塑料回收再利用的4.5倍㊂H u a n g等[10]基于生命周期评价(L i f e c y c l e a s s e s s m e n t,L C A),构建了填埋垃圾可燃材料制备垃圾衍生燃料(R e f u s e d e r i v e d f u e l,R D F)的碳排放模型,发现填埋垃圾仅采用能源回收是增加碳排放的过程㊂以上研究均局限于单一材料回收利用的碳排放量核算,如塑料再生利用㊁可燃材料热处理等,未对填埋场内全部矿化垃圾的回收处置展开碳排放研究㊂J o n e s 等[11]首次提出了强化填埋垃圾开采路径的理念,强调通过优化材料和能源的回收路径来实现填埋场开采再利用项目的最大碳减排㊂S a n k a r等[12]采用L C A构建了填埋场材料和能源回收再利用的碳排放模型,核算发现,在生活填埋垃圾场中的1t垃圾,通过金属回收和可燃材料焚烧发电,可实现0.6 t C O2e q的碳减排㊂D a n t h u r e b a n d a r a等[13]构建了适用于比利时丹顿垃圾填埋场开采再利用项目的碳排放模型,核算了建筑材料二次利用和可燃材料热处理的碳减排量,研究表明填埋场开采再利用存在碳减排潜力㊂以上研究者通过建立垃圾填埋场开采再利用的碳排放模型,核算了垃圾填埋场可回收材料和可燃材料综合利用的碳减排潜力㊂但目前在相关研究中,选择的材料和能源综合利用的方式仍较为单一,塑料和纸张一般归为可燃材料用于能源回收,缺乏对材料与能源多路径利用技术下的碳排放研究㊂本文采用碳排放因子法构建了生活垃圾填埋场开采再利用的全生命周期碳排放模型,通过该模型核算填埋场单位填埋垃圾在保持原状场景('K e e p d o-n o t h i n g's c e n a r i o,K D N S)㊁开采-材料再回收(W a s t e t o m a t e r i a l,W t M)场景和开采-能源回收(W a s t e t o e n e r g y,W t E)场景的碳排放量,以分析生活垃圾填埋场开采再利用场景(L a n d f i l l m i n i n g a n d r e u s e s c e n a r i o,L M R S)主要碳减排影响因素与其碳减排量的影响关系,得到填埋场相对于K D N S场景,采用W t M场景和W t E场景的碳减排量㊂本文建立的碳排放模型可用于核算生活垃圾填埋场低碳化利用技术路径的碳排放量,研究结论可为我国生活垃圾填埋场开采再利用的碳减排路径优选和碳减排潜力评估提供初步参考依据㊂1全生命周期碳排放模型1.1垃圾填埋场场景设立与技术流程概述垃圾填埋场场景设立与技术流程如图1所示㊂根据本文的研究目标和技术实用性,设立了垃圾填埋场K D N S场景和L M R S场景,K D N S场景和L M R S场景皆以填埋垃圾稳定化完成为开始节点㊂1.1.1 K D N S场景生活垃圾填埋场K D N S场景中,填埋垃圾中的有机质通过厌氧食物链的协同作用持续产生C H4㊁C O2等填埋气和渗滤液,填埋气回收发电或排放至大自然,渗滤液采用无害化处理后排放㊂K D N S场景用于评估生活垃圾填埋场L M R S场景的碳减排潜力㊂1.1.2L M R S场景生活垃圾填埋场L M R S场景主要包括渗滤液处理㊁垃圾挖掘粗筛和细筛回收㊁材料加工处理㊁R D F生产与热处理㊁危废物质处置㊁土地回填等过程㊂填埋场垃圾组分主要取决于填埋场类型㊁储存时间㊁降解程度和地理来源[14],按利用途径分为3大类:建筑组分㊁可燃组分和细粒组分[15]㊂卫生填642浙江理工大学学报(自然科学)2024年第51卷图1 垃圾填埋场场景设立与技术流程图埋场(S a n i t a r y l a n d f i l l ,S a L )和简易填埋场(S i m pl e l a n d f i l l ,S i L )矿化垃圾组分占比见表1㊂根据纸张和塑料的最终处置方式,L M R S 场景细分为W t M场景和W t E 场景㊂W t M 场景以材料再回收为主,塑料和纸张加工处理为再生塑料和再生纸张,联合国政府间气候变化专门委员会(I n t e r go v e r n m e n t a l P a n e l o n C l i m a t e C h a n ge ,I P C C )的第四次评估报告[16](A R 4)指出塑料和纸张的回收利用率缺省值为80%~90%㊂W t E 场景以能源回收为主,塑料和纸张用于生产R D F ㊂表1 生活垃圾填埋场矿化垃圾组分占比组分S a L 组分占比/%S i L 组分占比/%易腐垃圾52.5148.03灰土砖石20.6427.01金属1.111.09玻璃2.802.87纸类2.232.23织物2.872.35塑料9.248.01竹木3.024.60混合垃圾4.613.09有害物质0.300.071.2 碳排放模型构建生命周期碳排放核算(L i f e c yc l e c a r b o n a c c o u n t i n g,L C C A )是量化碳排放变化趋势㊁研究碳排放影响因素和设计减排路径的基础㊂全生命周期碳排放模型包括碳排放核算范围和核算方法㊂通过相关文献调研确定K D N S 场景和L M R S 场景各阶段碳排放源范围,并绘制碳排放系统边界图㊂本文构建的碳排放模型采用‘2006年I P C C 国家温室气体清单指南“[17]推荐的碳排放因子法来计算K D N S 场景和L M R S 场景全生命周期各阶段的碳排放量㊂1.2.1 K D N S 场景碳排放模型构建 垃圾填埋场K D N S 场景的碳排放系统边界如图2所示㊂S a L 配备较完善的顶部覆盖系统和填埋气收集利用系统[18],一部分填埋气收集发电,减少传统燃料的使用,另一部分泄漏至大气中㊂S i L 一般情况下不配备填埋气收集系统,导致填埋气直接向大气排放㊂此外,S a L 相较S i L 具备更完善的渗滤液处理设备,能最大限度地减少渗滤液的排放㊂由于生活垃圾填埋场达到稳定化后方可开挖,因此K D N S 场景计算填埋垃圾达到稳定化后保持填埋产生的碳排放量㊂即K D N S 场景的总碳排放量等于填埋气排空㊁渗滤液处理和填埋气发电3个阶段的碳排放之和㊂a )填埋气排空碳排放㊂填埋气中的C H 4是生活垃圾填埋场最主要的碳排放来源㊂I P C C 在2019R e fi n e m e n t t o t h e 2006I P C C G u i d e l i n e s f o r N a t i o n a l G r e e n h o u s e G a s I n v e n t o r i e s [19]推荐使用一级衰减动力学模型(F i r s t -o r d e r k i n e t i c ,F O D )估742第2期俞金灵等:生活垃圾填埋场开采再利用碳排放模型及其应用图2 垃圾填埋场K D N S 场景的碳排放系统边界算垃圾填埋场C H 4排放量㊂因此本文结合F O D 模型和甲烷全球变暖潜势建立生活垃圾填埋场填埋气排空的碳排放量计算公式,参数取值来源于中国环境规划研究院㊁C a i 等[2]㊂填埋气排空碳排放量可用式(1)计算:C C H 4=ð4i =1H ˑf i ˑD i ˑD f ˑe-(t -1)ˑk iˑF ˑ1612ˑ(1-R )ˑ(1-O )ˑEF g (1)其中:C C H 4为填埋垃圾填埋气排空碳排放量,t C O 2e q ;t 为垃圾填埋时间,年;H 为C H 4的修正因子;f i 为不同垃圾成分比例,%;i 为不同种类垃圾,i =1表示厨余垃圾,i =2表示纸张,i =3表示织物,i =4表示竹木;D i 为i 类垃圾可降解有机碳比例,%;D f 为分解的D i 比例,%;k i 为C H 4产生速率常数;F 为填埋气体中C H 4比例,50%;R 为C H 4收集率,%;O 为C H 4氧化系数;E F g 为甲烷全球变暖潜势值,28t C O 2e q /t ㊂b)渗滤液处理碳排放㊂渗滤液的排放和处理过程会产生温室气体㊂渗滤液处理碳排放计算公式为C l =T l ˑE F f ,其中:C l 为渗滤液处理排放的碳排放量,t C O 2e q ;T l 为垃圾渗滤液产量,t ;E Ff 为渗滤液处理的碳排放因子,t C O 2e q /t ㊂c)填埋气发电碳排放㊂填埋气发电可替代传统燃料的使用,从而间接产生碳减排㊂通过能源热值转换公式得到单位质量填埋气的发电量,再使用碳排放因子法计算得到填埋气发电基于传统能源发电的碳减排量㊂填埋气发电的碳排放量可用式(2)计算:C r =T C H 4ˑR ˑJ C H 4ˑK ˑ1000ρ㊃a ˑ(E F e 1-E F e 2)(2)其中:C r 为填埋垃圾收集的甲烷发电的碳减排量,t C O 2e q ;T C H 4为填埋垃圾甲烷产量,t ;J C H 4为甲烷热值,M J /m 3;K 为甲烷发电效率,%;ρ为甲烷密度,0.72k g/m 3;a 为能源转换系数,3.6M J /MW h ;E F e 1为甲烷发电的碳排放因子,t C O 2e q /MW h ;E F e 2为燃煤发电的碳排放因子,t C O 2e q /MW h ㊂1.2.2 L M R S 场景碳排放模型构建 垃圾填埋场L M R S 场景的碳排放系统边界如图3所示㊂垃圾填埋场通过挖掘筛分将填埋垃圾回收处理成再生产品与R D F ,再生产品生产可减少原材料的开采㊂R D F 热处理可替代传统燃料的使用,本文根据我国热处理厂建设现状和实际需求,将R D F 产品以3ʒ2ʒ5的质量比投放至气化发电厂㊁垃圾焚烧厂和水泥厂㊂L M R S 场景的总碳排放量等于设备运行㊁物料运输㊁材料再利用㊁能源回收和土壤堆肥5个阶段的碳排放之和㊂a )设备运行碳排放㊂设备运行过程中消耗柴油和电力,产生碳排放㊂设备运行主要包括填埋场渗滤液处理㊁挖掘粗筛㊁细筛回收㊁危废物质处置㊁土地回填㊁R D F 生产过程㊂设备运行的碳排放量可用式(3)计算:C m =T m ˑ(y ˑE F e 3+h ˑE F d )(3)其中:C m 为设备处理物料产生的碳排放量,t C O 2e q ;T m 为物料处理量,t ;y 为设备处理物料的耗电量,MW h ;E F e 3为中国国家电网电能碳排放因子,t C O 2e q /MW h ;h 为设备处理单位质量物料的柴油耗量,t ;E F d 为柴油使用的碳排放因子,t C O 2e q /t ㊂b )物料运输碳排放㊂物料运送过程中柴油消耗产生C O 2排放㊂由于物料运输为单程运输,故在运输过程中,需考虑运输车辆空载对碳排放的影响,空载时的环境负荷是满载时的0.67倍[21]㊂本文忽略由材料状态(如土体松散状态)变化引起的物料质量改变㊂物料运输的碳排放量可用式(4)计算:C h =T h ˑL h ˑE F h1000ˑk(4)其中:C h 为物料运输导致的碳排放量,t C O 2e q ;T h 为物料运输质量,t ;L h 为物料运输距离,k m ;E F h为柴油货运每千米每吨物料的碳排放因子,k g C O 2e q /(t ㊃k m );k 为空载返回系数,1.67㊂842浙江理工大学学报(自然科学)2024年 第51卷图3 垃圾填埋场L M R S 场景的碳排放系统边界c)材料再利用碳排放㊂矿化垃圾经筛分处理后可生产再生产品,减少原材料的开采,从而减少碳排放㊂材料再利用的碳排放量可用式(5)计算:C r =T r ˑ(E F m -E F n )(5)其中:C r 为二次材料利用产生的碳排放量,t C O 2e q ;T r 为二次材料质量,t ;E F m 为二次材料再利用的碳排放因子,t C O 2e q /t ;E F n 为原材料初次开采的碳排放因子,t C O 2e q /t ㊂d )能源回收碳排放㊂填埋垃圾中的高热值可燃物为R D F 原料,R D F 热处理产生的能源可减少传统燃料的使用,从而减少碳排放㊂R D F 气化和焚烧发电路径的碳排放量计算公式为C s 1=-T s ˑE F e 2+T r ˑE F r ,其中:C s 1为R D F 发电产生的碳排放量,t C O 2e q ;T s 为R D F 投入质量,t ;T r 为底物处理量,t ;E F r 为底物处理的碳排放因子,t C O 2e q /t ㊂R D F 在水泥窑路径的碳排放量计算公式为C s 2=-T s ˑE F e 2ˑJ R D F /J c ,其中C s 2为R D F 产热产生的碳排放量,t C O 2e q ;J R D F为R D F 热值,20M J /m 3;J c 为煤炭热值,25M J /m3㊂e)土壤堆肥碳排放㊂研究表明土壤类材料堆肥时通过微生物作用,可将有机废弃物转化为稳定的腐殖质,同时固定有机碳[13]㊂土壤堆肥的碳排放量计算公式为C n =-T n ˑE F p ,其中:C n 为土壤堆肥产生的碳排放量,t C O 2e q ;T n 为土壤堆肥的质量,t ;E F p 为单位质量土壤堆肥的固碳因子,t C O 2e q /t ㊂2 垃圾填埋场场景的碳排放核算及其碳减排分析2.1 垃圾填埋场碳排放核算过程根据相关文献和统计资料绘制碳排放因子表,如表2所示㊂将碳排放因子和其他参数值代入生活垃圾填埋场K D N S 场景和L M R S 场景生命周期碳排放模型,对单位质量填埋垃圾在K D N S 场景㊁W t M 场景和W t E 场景各个阶段以及整个生命周期的碳排放进行计算,并根据计算结果分析W t M 场景和W t E 场景的主要碳排放和碳减排路径,探究其主要碳减排驱动因素与碳减排量的影响规律,最终确定单位质量填埋垃圾基于K D N S 场景时,其在W t M 场景和W t E 场景的碳减排量㊂2.2 垃圾填埋场碳排放量分析本节讨论了我国单位质量填埋垃圾在K D N S 场景㊁W t M 场景和W t E 场景的总碳排放量㊁主要碳排放和碳减排路径㊂总碳排放量是正值表示该场景为碳排放过程,总碳排放量是负值表示该场景为碳减排过程㊂单位质量M S W 在K D N S 场景的碳排放量如图4(a )所示㊂S i L 和S a L 单位质量填埋垃圾在K D N S 场景的总碳排放量分别为185k g C O 2e q /t 和105k g C O 2e q /t ,表明生活垃圾填埋场在K D N S 场景会增加碳排放㊂单位质量M S W 在W t M 场景942第2期俞金灵等:生活垃圾填埋场开采再利用碳排放模型及其应用表2 碳排放因子汇总表因子符号符号含义因子单位因子值E F f 单位质量渗滤液处理的碳排放因子t C O 2e q /t 0.11[22]E F e 1甲烷发电1MW h 的碳排放因子t C O 2e q /MW h 0.39[23]E F e 2燃煤发电1MW h 的碳排放因子t C O 2e q /MW h 0.92[23]E F e 3国家电网发电1MW h 的碳排放因子均值t C O 2e q /MW h 0.58[24-25]E F d 单位质量柴油使用的碳排放因子t C O 2e q /t 3.15[26]E F h 单位质量物料通过重型货车货运1k m 的碳排放因子k g C O 2e q /(t ㊃k m )0.05[27]E F m 1单位质量玻璃二次回收处理的碳排放因子t C O 2e q /t 0.35[28]E F m 2单位质量金属二次回收处理的碳排放因子t C O 2e q /t 0.72~1.53[29-30]E F m 3单位质量塑料二次回收处理的碳排放因子t C O 2e q /t 0.56[10]E F m 4单位质量砂石二次回收处理的碳排放因子k g C O 2e q /t 2.50[10]E F m 5单位质量纸张二次回收处理的碳排放因子t C O 2e q /t 0.66[13]E F n 1单位质量玻璃原材料开采生产的碳排放因子t C O 2e q /t 0.66[28]E F n 2单位质量金属原材料开采生产的碳排放因子t C O 2e q /t 2.81~15.80[29-30]E F n 3单位质量塑料原材料开采生产的碳排放因子t C O 2e q /t 3.24[31]E F n 4单位质量砂石原材料开采生产的碳排放因子k g C O 2e q /t 7.76[10]E F n 5单位质量纸张原材料开采生产的碳排放因子t C O 2e q /t 1.82[32]E F r 1单位质量热处理残渣生产水泥的碳排放因子t C O 2e q /t -0.75[33]E F r 2单位质量底灰无害化处理的碳排放因子t C O 2e q /t 0.04[34]E F p单位质量腐殖土堆肥的固碳量t C O 2e q /t -0.05[13]图4 单位质量M S W 在不同场景的碳排放量和W t E 场景的碳排放量如图4(b )所示㊂S i L 和S a L 单位质量填埋垃圾在W t M 场景的总碳排放量分别为-310k g C O 2e q /t 和-354k g C O 2e q /t ,其在W t E 场景的总碳排放量分别为-194k g C O 2e q /t 和-220k g C O 2e q /t ,表明垃圾填埋场在W t M 场景和W t E 场景均可实现碳减排,其中W t M 场景的碳减排潜力是W t E 场景的1.6倍㊂单位质量M S W 在填埋场L M R S 场景的碳排放路径的碳排放量如表3所示㊂从表3可以发现:L M R S 场景的碳排放路径的碳排放量与W t M 场景或W t E 场景的选择影响关系较小,其碳排放量主要取决于填埋场类型㊂S i L 单位质量垃圾在L M R S 场景的碳排放总量高于S a L ,前者是后者的1.2倍;S i L 的主要碳排放为大宗设备的运输,S a L 的主要碳排放为垃圾细筛回收过程㊂单位质量M S W 在填埋场L M R S 场景的碳减排路径的碳减排量如表4所示㊂从表4可以发现:L M R S 场景的碳减排路径的碳减排量与填埋场类型影响关系较小,其碳减排量主要取决于W t M 场景或W t E 场景的选择㊂W t M 场景主要的碳减排方式为塑料再生利用,其碳减排量在碳减排总量中的占比为50%;W t E 场景主要的碳减排方式为R D F 在水泥窑与煤混燃,其碳减排量在碳减排总量中的占比为46%㊂52浙江理工大学学报(自然科学)2024年 第51卷表3单位质量M S W在填埋场L M R S场景的碳排放路径的碳排放量k g C O2e q/t场景填埋场设备运行物料运输挖掘粗筛细筛回收土地回填渗滤液处理R D F生产粗筛ң细筛危废ң处理材料ң加工可燃材料ң热处理设备ң场地W t M W t E S i L4.054.570.265.570.700.540.011.330.6021.01 S a L4.054.600.252.230.590270.021.180.513.15 S i L4.054.570.265.571.730.540.010.951.4921.01 S a L4.054.600.252.231.740270.020.761.503.15表4单位质量M S W在填埋场L M R S场景的碳减排路径的碳减排量k g C O2e q/t场景填埋场材料再利用能源回收再生金属再生塑料再生玻璃再生砂石再生纸张气化发电焚烧发电水泥窑助燃土壤堆肥W t M W t E S i L-79.09-171.77-7.12-1.14-19.27-5.35-2.83-43.32-18.91 S a L-80.64-198.16-7.12-0.87-19.24-4.54-2.40-36.77-20.68 S i L-79.090.00-7.12-1.140.00-13.23-7.00-107.23-18.91 S a L-80.640.00-7.12-0.870.00-13.27-7.00-108.34-20.682.3L M R S场景碳减排影响因素分析从垃圾填埋场碳排放量的分析可知,W t M场景和W t E场景的最大碳减排影响因素分别为塑料再生和R D F热处理,因此本文对塑料利用率㊁R D F热值㊁R D F利用率等影响因素进行分析㊂S i L和S a L 中再生塑料㊁R D F热处理的碳减排量占总碳排放量的比例相近,故本文以S a L作为研究对象,其碳排放量随碳减排影响因素的变化规律同样适用于S i L㊂单位质量M S W采用W t M场景时碳排放量随塑料回收率的变化关系如图5所示,其中R1表示再生塑料碳减排量占W t M场景总碳排放量的比例㊂在S a L中,当塑料利用率从80%提高至90%, W t M场景的再生塑料碳减排量在总碳排放量中的占比将从55%变化至71%;当塑料利用率从80%降低至70%,再生塑料碳减排量在总碳排放量中的占比将从55%变化至34%㊂这表明生活垃圾填埋场在W t M场景时,其碳减排量随塑料利用率增大而增大㊂单位质量M S W采用W t E场景时碳排放量随R D F热值的变化关系如图6(a)所示㊂R2表示R D F水泥窑热处理产生的碳减排量占W t E场景总排放量的比例㊂当R D F热值从20M J提高至25M J,R D F水泥窑热处理的碳减排量在W t E场景总碳排放量中的占比从50%变化至78%;当R D F热值从20M J降低至15M J,R D F水泥窑热处理的碳减排量在总碳排放量中的占比从50%变化至18%㊂结果表明提高R D F的热值增大了R D F在水泥窑产热的碳减排量㊂单位质量M S W 采用W t E场景时碳排放量随R D F利用率的变化图5单位质量M S W采用W t M场景碳排放量随塑料回收率的变化关系曲线关系如图6(b)所示㊂R3表示再生能源回收的碳减排量占W t E场景总碳排放量的比例㊂当R D F 利用率从80%提高至90%,R D F热处理产生的碳减排量在W t E场景总碳排放量中的占比从55%变化至71%;当R D F利用率从80%降低至70%,R D F热处理产生的碳减排量在总碳排放量中的占比从55%变化至38%㊂这表明R D F热处理技术产生的碳减排量随R D F利用率的增加而增大㊂2.4L M R S场景的碳减排量分析本文采用W t M场景和W t E场景的碳减排量,核算了我国生活垃圾填埋场相对于K D N S场景㊂单位质量M S W采用W t M场景或W t E场景的碳减排量如图7所示,图中计算公式用于核算W t M场景和W t E场景的碳减排量,其中:C为垃圾填埋场在W t M场景或W t E场景的碳减排量,P为填埋垃152第2期俞金灵等:生活垃圾填埋场开采再利用碳排放模型及其应用图6 单位质量M S W 采用W t E 场景碳排放量随R D F 的变化关系曲线图7 单位质量M S W 采用W t M 场景或W t E 场景的碳减排量圾采用K D N S 场景的量在填埋垃圾总量的比例,1-P 为填埋垃圾采用W t M 场景或W t E 场景的量在填埋垃圾总量的比例,C E 为填埋垃圾在W t M 场景或W t E 场景的总碳排放量,C K 为填埋垃圾K D N S 场景的总碳排放量㊂由图7可知,当填埋场单位质量垃圾全部采用W t M 场景时,其碳减排量达到最大,为-459~-495k g C O 2e q /t ㊂垃圾填埋场碳中和表现为其在W t M 场景或W t E 场景的碳减排恰好抵消其在K D N S 场景的碳排放,即填埋垃圾采用W t M 场景的量占填埋垃圾总量中的比例为19%~27%,或其采用W t E 场景的量占填埋垃圾总量中的比例为24%~33%,此时垃圾填埋场处于碳中和状态㊂3 结 论本文采用碳排放因子法构建了生活垃圾填埋场开采再利用的全生命周期碳排放模型,通过该模型核算和对比了单位质量生活填埋垃圾在K D N S 场景㊁W t M 场景和W t E 场景的碳排放量,分析了W t M 场景和W t E 场景碳排放的主要驱动因素与碳排放量的变化规律,评估了单位质量生活填埋垃圾在W t M 场景和W t E 场景的碳减排潜力㊂所得主要结论如下:a )生活垃圾填埋场单位质量垃圾采用W t M 场景的碳排放量低于W t E 场景,前者的碳减排潜力是后者的1.6倍㊂b )提高塑料回收率将显著提升W t M 场景的碳减排总量,提高R D F 热处理量(R D F 热值和利用率)有助于增加W t E 场景的碳减排总量,其中R D F 热值变化对W t E 场景的碳减排影响大于R D F 利用率变化对其碳减排影响㊂c )在填埋场K D N S 场景基准下,W t M 场景或W t E 场景将直接影响生活垃圾填埋场L M R S 场景的总碳减排量,另外垃圾填埋场类型也会影响总碳减排量㊂仅从碳减排潜力考虑,S i L 单位质量垃圾在W t M 场景的碳减排潜力最佳㊂d)减少垃圾填埋场生命周期碳排放的有效措施包括:加快垃圾稳定化,提前开展垃圾填埋场的开采;提高垃圾填埋场甲烷收集利用率,减少填埋气泄漏;提高垃圾再生利用技术和R D F热处理技术,降低处理过程中二氧化碳等温室气体排放㊂本文构建了生活垃圾填埋场开采再利用的全生命周期碳排放模型,可用于定量核算填埋场材料与能源多路径利用技术下的碳排放量㊂本文可为填埋场开采再利用路径的优选提供思路,也可为我国生活垃圾填埋场开采再利用的碳减排潜力评估提供参考㊂252浙江理工大学学报(自然科学)2024年 第51卷参考文献:[1]肖电坤.垃圾填埋场好氧降解稳定化模型及其应用[D].杭州:浙江大学,2023:3.[2]国家统计局.2020年城乡建设统计年鉴[M].北京:中国统计出版社,2021:53-60.[3]郭含文,徐海云,聂小琴,等.我国城乡生活垃圾处理温室气体排放清单研究[J].环境工程,2023,41(S2): 286-290.[4]仲璐,胡洋,王璐.城市生活垃圾的温室气体排放计算及减排思考[J].环境卫生工程,2019,27(5):45-48.[5]H o g l a n d W.R e m e d i a t i o n o f a n o l d l a n d s f i l l s i t e:S o i la n a l y s i s,l e a c h a t e q u a l i t y a n d g a s p r o d u c t i o n[J].E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e a n d P o l l u t i o n R e s e a r 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自然界的非线性现象与研究方法
自然界的非线性现象与研究方法自然界中存在着许多非线性现象,即在环境、生物、地球等各个领域中观察到的无法简单通过线性方程或关系来描述的现象。
这些非线性现象的研究对于我们更好地理解自然界的规律和进行预测具有重要意义。
本篇论文将介绍几种常见的自然界非线性现象及其研究方法。
1. 混沌现象混沌现象是一种高度敏感依赖初始条件的非线性现象。
混沌现象在各个领域中都有广泛的应用,如气象学中天气的预测、生态学中种群演变的模拟等。
研究混沌现象的方法多样,其中最常用的方法是通过数学模型和计算机仿真来提取、分析混沌现象中的规律。
具体而言,可以使用动力学模型、相图、分岔图等方法来研究混沌系统中的动力学行为。
2. 自组织现象自组织现象是指在一定条件下,系统中的个体或组织能够按一定规律自发形成有序结构的现象。
这种现象在生物学、物理学、社会学等多个领域都有广泛应用。
研究自组织现象的方法主要包括实验观察和仿真模拟。
通过实验观察可以收集系统中个体或组织的运动数据,并从中提取出有序结构的规律。
同时,也可以通过计算机仿真来模拟自组织现象的形成过程,从而更深入地理解其原理和机制。
3. 分形现象分形是指具有自相似性质的几何形状。
分形现象在自然界中普遍存在,如树叶的形状、云朵的轮廓等。
研究分形现象的方法包括几何学方法和分形理论分析。
几何学方法主要是通过对实际对象进行观察和测量,利用计算机技术来分析数据,找到其中的分形特征。
分形理论分析则是通过数学模型和计算机仿真来研究分形的生成机制和属性。
4. 多重尺度现象多重尺度现象是指自然界中具有多个不同尺度的结构或现象相互作用的现象。
这种现象在大气科学、地质学、生态学等领域中都有重要的应用。
研究多重尺度现象的方法主要包括尺度分析和模型构建。
尺度分析从不同尺度上对现象进行观察和测量,找到不同尺度之间的关系和相互作用。
模型构建则是建立数学模型来描述多重尺度现象的规律和机制。
综上所述,自然界中的非线性现象包括混沌现象、自组织现象、分形现象和多重尺度现象等。
两类非线性发展方程解的权渐近行为
两类非线性发展方程解的权渐近行为两类非线性发展方程解的权渐近行为非线性发展方程是描述自然界中许多现象的重要数学模型,具有广泛的应用。
对于这类方程的解的权渐近行为的研究是非常有意义的。
本文将讨论两类非线性发展方程的解的权渐近行为,分别是Korteweg-de Vries (KdV) 方程和Fisher-KPP 方程。
首先,我们来研究KdV方程。
KdV方程是描述一维无粘流体中解的非线性波动的方程。
其一般形式为:$$u_t + u_x + uu_x + u_{xxx} = 0$$其中,$u(x, t)$是描述波动的函数,$x$和$t$分别是空间和时间坐标。
KdV方程的解的权渐近行为主要依赖于初始条件。
对于初始条件为无穷远处等于常数$A$、在无穷远处为零的解,解的渐近行为可以用权渐近表达式表示为:$$u(x, t) \sim A - \frac{3}{2} A^2 e^{-4(x-2At)}$$其中,$e^{-4(x-2At)}$是权函数,它描述了解的渐近行为随时间演化的方式。
该解的权渐近行为表明,初始波动会逐渐趋于一个非线性的平均值。
接下来,我们来研究Fisher-KPP方程。
该方程是描述种群动力学中物种扩展的方程,也可以看作是描述非线性扩散的方程。
其一般形式为:$$u_t - d u_{xx} = u(1-u)$$其中,$u(x, t)$是描述扩展物种数量的函数,$x$和$t$分别是空间和时间坐标,$d$是扩散系数。
Fisher-KPP方程的解的权渐近行为也主要依赖于初始条件。
对于初始条件为无穷远处等于常数$A$、在无穷远处为零的解,解的渐近行为可以用权渐近表达式表示为:$$u(x, t) \sim \frac{Ae^{kx}}{1+Ae^{kx}}$$其中,$e^{kx}$是权函数,它描述了解的渐近行为随空间演化的方式。
该解的权渐近行为表明,初始种群数量会逐渐趋于一个非线性的平衡状态。
综上所述,我们对两类非线性发展方程解的权渐近行为进行了讨论。
新能源汽车技术专业1+X_证书下的课程改革研究
AUTOMOBILE EDUCATION | 汽车教育新能源汽车技术专业1+X证书下的课程改革研究江苏工程职业技术学院新能源汽车技术专业开办于2018年,本专业建有南通市新能源汽车电源技术重点实验室,设施完善,师资完备。
作为全国首批智能新能源汽车“1+X”职业技能等级证书试点高职院校,如何将1+X证书与新能源汽车技术专业更好的融合,将1+X证书制度的优势充分发挥,可以尝试从思政教育、产教融合和劳动教育等三个方面展开课程改革。
1 思政教育方面1.1 新能源汽车技术专业思政教育与党史学习相结合以新能源汽车技术专业学生为例,鼓励学生继承和发扬我党艰苦奋斗的优良传统,在学习上,不怕苦不怕累,勇于面对困难和挫折;在生活上,不攀比不计较,脚踏实地做好人和事。
尤其是在专业技能的磨练上,要在平常的课程教学中,将党史学习与课程学习充分融合,让学生将党的伟大精神与智慧内化于心,在新能源汽车技术专业的学习上不断成长前进。
1.2 新能源汽车技术专业思政教育与校史学习相结合我校的办学历史可以追溯到1912年由著名爱国实业家、教育家张謇先生创办的我国第一所纺织专门学校,距今已有百年办学历史,具有深厚的文化底蕴。
新能源汽车技术专业作为新兴产业的代表之一,我校以“忠实不欺,力求精进”的校训传统,以“学必期于用、用必实于地”的张謇精神与事迹不断勉励自己,投身新能源汽车产业,为新能源汽车民族品牌的发展壮大贡献自己的力量。
2 产教融合方面1+X证书制度下的证书X离不开产教融合,只有将新能源汽车技术专业学生人才培养的全过程都注入产教融合,才能达到良好的育人效果,助力学生成长成才[1],如图1、图2所示。
2.1 新能源汽车技术专业学习初期在新生入学教育阶段,安排本专业的专业认知与职业规划课程,联系企业一线专家,技术能手以及本专业领域往届优秀毕业生到校现身说法,讲述行业发展,企业发展以及自身发展经历,增强新生对本专业的概况了解,以便让新生尽快建立起对本专业的基本认知度。
校园生活垃圾收集过程中温室气体排放比较
校园生活垃圾收集过程中温室气体排放比较孙旭;仝欢欢;牛静;赵由才【摘要】以电力、柴油、生物柴油三种能源为车辆提供动力,分别计算并比较上述能源在校园生活垃圾收运过程中产生的全生命周期温室气体排放量.结果显示,以生物柴油(菜籽油)为燃料时,校园生活垃圾收运过程中所产生的温室气体量最少,仅为6.2×103g CO2-当量;其次为柴油,温室气体排放量为2.2×104 gCO2-当量:以电力为燃料所排放的温室气体量最多,为2.6×104gCO2-当量.【期刊名称】《有色冶金设计与研究》【年(卷),期】2011(032)001【总页数】3页(P34-36)【关键词】校园生活垃圾收运系统;温室气体;生命周期评价法【作者】孙旭;仝欢欢;牛静;赵由才【作者单位】同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海,200092;同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海,200092;同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海,200092;同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海,200092【正文语种】中文【中图分类】X24AbstractBased on the life cycle assessment,the greenhouse gas emissions from the three power sources of electricity,diesel and bio-diesel,werecompared in the process of collection and transportation of campus waste.The results indicate bio-diesel(colza oil)releases 6.2×103g CO2-,followed by diesel(at 2.2×104g CO2-equivalent)and thenelectricity(2.6×104g CO2-equivalent).Key words collection and transportation of campus waste;greenhouse gases;life cycle assessment随着我国经济的高速发展,汽车保有量逐步增加,其所带来的温室气体排放量也日益增长。
基于一类非线性时间序列模型的锂离子动力电池建模研究
基于一类非线性时间序列模型的锂离子动力电池建模研究白书华;张志;何柏青;邬磊;黄金亮;张文展;肖和
【期刊名称】《当代化工研究》
【年(卷),期】2024()10
【摘要】伴随着新能源产业的飞速发展,锂离子动力电池作为一种高效的储能方式,已成为电动汽车的重要组成部分。
在电池管理系统的功能中,电池的高精度建模至关重要。
在实际应用中,电池不是一个线性系统,其输入和输出由于外部扰动等原因表现出非线性特征,从而直接影响参数识别效果,进而影响模型精度。
鉴于此,本文对锂离子动力电池进行了Hammerstein-ARMAX(Autoregressive MovingAverage with Extra Input)模型构建,并对模型参数的估计方法进行研究,旨在提高模型的准确性。
实验结果表明了该方法的有效性。
【总页数】3页(P167-169)
【作者】白书华;张志;何柏青;邬磊;黄金亮;张文展;肖和
【作者单位】南昌理工学院电子与信息学院;南昌理工学院机电工程学院;南昌理工学院光伏电池研究所;南昌理工学院江西省太阳能光电材料重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TM912
【相关文献】
1.基于二阶阻容模型的锂离子动力电池工作特性的建模及仿真分析
2.基于Thevenin的锂离子动力电池建模实验研究
3.车用锂离子动力电池剩余寿命非线性组合预测研究
4.一类新的非线性时间序列模型的极限性态研究(英文)
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资源优化模型及遗传算法
资源优化模型及遗传算法
周康;同小军;许进
【期刊名称】《华中科技大学学报:自然科学版》
【年(卷),期】2005(33)10
【摘要】在网络计划中提出了资源优化问题,并建立了资源优化数学模型.同时,指出现代优化算法是求解资源优化模型的主要算法,并使用遗传算法对资源优化模型进行求解.此遗传算法与传统的遗传算法有所不同,第一是根据资源优化过程的特点设计的独特的杂交概率和变异概率,可以既尽快获得最佳模式又扩大搜索范围,避免早熟现象的发生;第二是引进了检查和修复算子以保证杂交和变异的子代满足可行性的要求;最后给出了算例以验证算法的有效性和正确性.
【总页数】4页(P59-62)
【关键词】网络计划;资源优化问题;数学模型;遗传算法
【作者】周康;同小军;许进
【作者单位】武汉工业学院数理科学系;华中科技大学控制科学与工程系
【正文语种】中文
【中图分类】TP183;O224
【相关文献】
1.基于多目标遗传算法的齐齐哈尔市水资源优化配置模型研究 [J], 岳国峰;刘东
2.基于遗传算法的多目标水资源优化配置模型在岩溶地区的应用 [J], 马兴华;周买春;董延军;李兴拼
3.基于多目标遗传算法的石羊河流域水资源优化配置模型 [J], 李宗礼;李新攀;赵文举;孙伟
4.基于遗传算法-生成对抗神经网络模型的宁夏自流灌区水资源优化调度研究 [J], 董陈超
5.基于遗传算法的审计项目选择及资源均衡配置优化模型 [J], 张莉;刘甜甜
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具广义非线性阻尼项的11年周期太阳循环强迫厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)系统的周期解问题
具广义非线性阻尼项的11年周期太阳循环强迫厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)系统的周期解问题
李晓静;陈绚青;严静;曹毅
【期刊名称】《应用数学》
【年(卷),期】2016(29)3
【摘要】本文讨论一类厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)系统的周期解问题.首先建立一类具广义非线性阻尼项的11年周期太阳循环强迫厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)系统;其次得到对应无阻尼系统的精确解,以及得到对应自治系统的周期解不存在性结果;再次运用Mawhin重合度理论,得到该模型的周期解存在性结果,推广了已有的结果;最后举例证明本文结果的正确性.
【总页数】6页(P619-624)
【关键词】厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)系统;广义非线性阻尼项;周期解
【作者】李晓静;陈绚青;严静;曹毅
【作者单位】江苏理工学院数理学院
【正文语种】中文
【中图分类】O175
【相关文献】
1.海-气振子厄尔尼诺-南方涛动模型的周期解 [J], 鲁铭;陈文斌
2.一类具时滞的厄尔尼诺-南方涛动充电-放电振子模型的Hopf分岔与周期解问题
* [J], 李晓静;陈绚青;严静
3.具有一般广义阻尼力和强迫周期力的相对转动非线性动力学模型的周期解 [J], 李晓静;陈绚青
4.厄尔尼诺-南方涛动时滞海气振子耦合模型的周期解 [J], 王雯;徐燕;鲁世平
5.具有非线性阻尼项和周期强迫项的次线性不对称可逆系统的拟周期解 [J], 汪小明;;
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“森林—竹子—大熊猫”非线性动力系统的周期解与混沌奇怪吸引子
“森林—竹子—大熊猫”非线性动力系统的周期解与混沌奇怪吸引子桂占吉;程艳霞;宋国华【期刊名称】《北京林业大学学报》【年(卷),期】2012(34)1【摘要】为从理论上研究"森林—竹子—大熊猫"三位一体的保护栖息地理念,考虑了竹子开花的影响,把竹子和森林分成两个阶段,建立了一个描述"森林—竹子—大熊猫"的非线性动力系统。
利用Mawhin重合度理论可以证明此系统存在一个周期解,利用计算机数值模拟画出了此动力系统的周期解随时间的变化规律和相图。
数值模拟显示脉冲的影响非常复杂,进一步研究还发现此模型存在一种新的混沌奇怪吸引子。
讨论了得到的周期解和混沌奇怪吸引子的这些理论成果的生态意义。
通过严谨的数学论证过程,证明了大熊猫栖息地的大熊猫、森林、主食竹是一个稳定的平衡系统这一结论,对大熊猫栖息地及其他类似濒危物种栖息地保护具有一定的指导意义。
【总页数】5页(P110-114)【关键词】非线性动力系统;大熊猫;周期解;混沌奇怪吸引子【作者】桂占吉;程艳霞;宋国华【作者单位】海南师范大学数学与统计学院;北京林业大学理学院;北京建筑工程学院理学院【正文语种】中文【中图分类】O175;S711【相关文献】1.非线性动力系统周期解的反解型预测追踪算法 [J], 刘恒;虞烈;谢友柏;姚福生2.非线性单摆的周期解与混沌解及其混沌控制 [J], 黄报星3.齿轮-轴承系统非线性振动混沌吸引子周期轨道控制 [J], 林何;屈文宽;MATTHIAS R(a)tsch;王三民4.混沌和超混沌系统中的奇怪吸引子及其分析 [J], 罗晓曙;覃少华5.周期参数扰动电力系统中的倍周期分叉、混沌和奇怪吸引子 [J], 刘劲;孙扬声;陈德树因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
n级动力学拟合
n级动力学拟合(原创版)目录1.动力学拟合的概述2.n 级动力学的定义和特点3.n 级动力学拟合的方法4.n 级动力学拟合的应用5.总结正文【动力学拟合的概述】动力学拟合是一种数学方法,用于描述和分析随时间变化的数据。
在科学研究和工程应用中,经常需要对动力学过程进行建模和预测,以了解系统的演化规律和优化性能。
动力学拟合就是通过对实验数据或观测数据进行数学处理,寻求一个能够较好地表示数据变化趋势的数学模型。
【n 级动力学的定义和特点】级动力学是一种描述动力学过程的数学模型,其中 n 表示系统的阶数,即系统状态变量的最高阶导数。
n 级动力学模型通常具有以下特点:1.非线性:n 级动力学模型中,系统状态变量及其导数的关系通常是非线性的,这使得模型的求解较为复杂。
2.耗散性:动力学过程通常伴随着能量的耗散,使得系统的总能量不断降低,最终趋于稳定。
3.时间依赖性:动力学模型中的参数和系数通常会随时间发生变化,这使得模型的解析和求解更具挑战性。
【n 级动力学拟合的方法】级动力学拟合的方法主要包括以下几种:1.数值方法:如有限差分法、有限元法、有限体积法等,这些方法通过离散化技术将连续的空间和时间转化为离散的网格点,从而实现对动力学模型的数值求解。
2.解析方法:如微分方程法、变分法等,这些方法通过求解动力学模型的微分方程或变分方程,得到系统的解析解。
3.机器学习方法:如神经网络、支持向量机等,这些方法通过训练模型参数,实现对动力学过程的拟合和预测。
【n 级动力学拟合的应用】级动力学拟合在许多领域都有广泛应用,如:1.化学反应:对化学反应速率方程进行拟合,可以揭示反应机理和动力学特性。
2.生物系统:对生物系统的动力学模型进行拟合,可以研究生物过程的调控机制和生物学功能。
3.工程系统:对工程系统的动力学模型进行拟合,可以优化系统性能和提高工程效率。
【总结】动力学拟合是研究动力学过程的重要方法,而 n 级动力学作为动力学模型的一种,具有非线性、耗散性和时间依赖性等特点。
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The Homotopic Solving Method of Nonlinear Harvest Dynamic Model of Renewable Resources
资源数量的状态及再生资源数量,直接分析再生资源数量变化与其固有增长率 r 之间的关系,直接分析
再生资源数量变化与收获强度 E 之间的关系,进而能够为我们采取合理的再生资源收获策略提供科学的
依据,能够为制定有效提高自然资源利用效率,控制环境破坏的政策提供科学依据。可再生资源的数量
是一定的,超过一定的限度,就会引起社会和生态环境的失衡。所以,要坚持保护环境和保护资源,合理
1 模型的建立
有关可再生资源的增长率有[14]: r( x)
= r( 1 -
x N
)
,其中
x
是可再生自然资源数量,r
是固有增长率,
N
是环境容许的再生资源最大蕴藏量,r 和
N
是根据统计资料或经验确定的常数,而(
1
-
x N
)
是提供下一
代资源续存的剩余环境容量,体现了环境和资源对可再生资源数量增长的阻滞作用。假设在没有利用的
第 20 卷第 6 期 2014 年 12 月
江苏理工学院学报
Vol. 20,No. 6 Dec. , 2014
可再生自然资源非线性收获动力模型的同伦解法
严静
( 江苏理工学院 数理学院,江苏 常州 213001)
摘 要: 运用非线性理论建立了可再生自然资源 m 次非线性收获的动力模型,利用同伦映射方法求出了该模
型的近似解。
关键词: 可再生资源; 非线性; 同伦; 近似解
中图分类号: O175. 14
文献标识码: A
文章编号: 2095- 7394( 2014) 06- 0005- 04
0 引言
可再生资源指能够通过自然力保持或增加蕴藏量的自然资源,例如太阳能,大气,森林,鱼类,农作物 以及各种野生动植物等。可再生资源是自然资源的重要组成部分,是发展经济,改善和提高人们生活质 量的重要物质基础。今年来,可再生自然资源的利用强度不断增大,出现了资源枯竭,再生能力下降等现 象。对再生资源而言,只要当代人能合理开发利用,就能实现资源的可持续利用。因此可再生资源的可 持续利用称为当前学术界的重要研究课题。但现有研究多偏重于定性分析和线性收获模型的研究,涉及 非线性收获模型研究的相对较少。
Chinese Physics B,2010,19( 2) : 020202. [12]LI Xiao - jing. The periodic solution to the model for the El Nino southern oscillation[J]. Chinese Physics B,2010,19( 3) :
开发和节约使用各种自然资源。加强可再生资源的利用与管理,合理规范人们的行为,加强可再生资源
可持续利用的宣传和教育,共同保护和维护好我国极为珍贵的可再生资源。
( 3) 同伦映射方法是一个近似的解析方法,它不同于用一般的数值方法。用同伦映射方法得到的解
的表示式能够继续进行解析运算。于是,由方程( 14) ,能够进一步研究可再生资源数量的定性和定量方
dx1 dt
-
rx1 (
t)
=
x(
0)
(
r
-
α)
e αt
-
r N
x2 (
0)
exp(
2αt)
- Exm( 0) exp( mαt) ,
( 10)
为避免“共振”项的出现,选择调节常数 α = r,这时( 10) 式为
dx1 dt
-
rx1 (
t)
=
-
r N
x2 (
0)
exp(
2rt)
- Exm( 0) exp( mrt) ,
( 6)
其中 x( 0) 为 x 在 t = 0 时的初值,α 为调节常数。
显然,由( 4) 式知,H( x,1) = 0 就是方程( 3) ,故方程( 3) 的解 x( t) 就是 H( x,p) = 0 的解当 p→1 的极
限情形。
由
H( x,p) = 0,
( 7)
设
x( t) = x0 ( t) + x1 ( t) p + …。
1 N
+
1 X( 0)
-
1 N
exp(
- rt)
-1
,
( 16)
其中
x(
0)
为
x
在
t
=
0
时的初值。如果再考虑
1 N
足够小,由(
16)
式得
x( t)
= x( 0) exp( rt)
+
1 N
(
x2 (
0)
exp(
rt)
- x2 ( 0) exp( 2rt) )
+
O(
1 N2
)
。
( 17)
再考虑用同伦方法得到的模型( 3) 的近似解。在这种情况下,用 E = 0 代入( 14) ,有
( 11)
并具有初值
x1( 0) = 0。
( 12)
( 11) ,( 12) 式的解为
第6 期
严 静: 可再生自然资源非线性收获动力模型的同伦解法
7
( ) x1( t) =
x2( 0) N
+ Exm( 0) ( m - 1) r
exp( rt)
-
x2( 0) N
exp(
2rt)
-
Ex m ( (m-
r ex p(
mrt)
。
( 14)
用同样的方法,能得到方程( 3) 的更高阶近似解。
3 讨论
( 1) 为了说明上述结果( 14) 式的精度,现以一种特殊的情形作如下比较: 将 E = 0 代入( 3) 式得
dx dt
= r(
1
-
x N
)
x。
( 15)
不难得到( 15) 式的通解为
( ( ) ) x =
( 8)
将( 5) ,( 6) ,( 8) 式代入( 7) 式,展开为 p 的幂级数,比较等式两边 p 的同次幂的系数。
由 p 的零次幂的系数,可得 L( x0 ) = L( u0 ) ,显然,这时有
x0 ( t) = x( 0) exp( αt) 。
( 9)
由 p 的一次幂的系数,并结合( 9) 式,有
非线性问题的理论和方法在国际学术界的研究中是一个十分热门的对象。许多学者做了大量的工 作,并解决了许多地学,环境科学,大气物理,大气科学和管理科学等方面的问题[1 - 9]。李晓静曾利用重 合度理论和摄动理论,研究了一些非线性时滞方程,得到了周期解存在性结果[8 - 12]。本文在上述工作的 基础上研究一类可再生自然资源 m 次非线性收获动力模型并求其近似解。由于资源的分布不平衡,收 获的方式也不同,实 际 的 收 获 策 略 往 往 是 非 线 性 的,非 线 性 的 表 现 形 式 是 多 种 多 样 的,参 考 相 关 文 献 [13],实际的收获策略往往并不是线性的,所以本文运用非线性理论建立了可再生自然资源 m 次非线性 收获的动力模型,利用同伦映射方法求出了该模型的近似解,从而可以较直接地讨论某些相关物理量的 定量方面的特征。
[10]李晓静,厄尔尼诺大气物理机理的周期解[J]. 物理学报,2008,57( 9) : 5 366 - 5 368. [11]LI Xiao - jing. Existence and asymptotic estimates ofperiodic solutions of El Nino mechanism of atmospheric physics[J].
0) 1)
r ex p(
mrt)
。
( 13)
于是由( 9) ,( 13) 式,便得到了方程( 3) 的一次近似的解
( ) xapp = x( 0) exp( rt) +
x2( 0) N
+ Exm( 0) ( m - 1) r
exp( rt)
-
x2( 0) N
exp(
2rt)
-
Exm( 0) ( m - 1)
面的形态。
参考文献:
[1]陆新军,周应祺. 论渔业资源的可持续利用[J]. 资源科学,2001,23( 2) : 70 - 74. [2]陆杰华,蔡文媚,李建新,等. 我国人口与海洋渔业资源系统仿真模型的构建[J]. 人口经济,2002( 3) : 3 - 10. [3]谢正磊,林振山,齐相贞. 可再生资源非线性收获的策略研究[J]. 中国人口: 资源与环境,2005,15( 1) : 8 - 11. [4]De Jager E M ,Jing Faru. The theory of singular perturbation[M]. Amsterdam: North - Holland Publishing Co,1996. [5]林振山. WTO 下的跨国企业与我国企业的竞争机制[J]. 经济地理,2003,23( 2) : 71 - 173. [6]林振山. 人类活动与可再生资源关系的动力学方法分析[J]. 中国人口: 资源与环境,2003,13( 1) : 18 - 21. [7]林振山,史芳斌,王辉. 天津局地气候的反演建模及其研究[J]. 气象学报,1995,53( 1) : 115 - 120. [8]LI Xiao - jing,The Periodic Solution to a delayed Sea - Air Oscillator coupling model for the ENSO[J]. Chinese Physics,