生态学模型

系统生态学模型总结

——上海市人口与粮食资源模型

一、前言

近年来，全球饥饿与粮食安全问题始终是国际社会关注的热点。尽管国际社会多次承诺尽早消除饥饿和贫困现象，并就全面消除饥饿目标达成了共识，但目前全球饥饿人口仍达10．2亿人，其中全球有29个贫困国家面临着严重的饥荒，这种情况反映出对脆弱的世界粮食系统进行改革的紧要性。解决饥饿问题和保障粮食供给是人类生存和发展最基本的要素，是当前世界关注的全球性问题，关系到国家的稳定与世界的和平。人口增长带来的饥饿与粮食短缺等一系列问题已经成为人类发展中最受关注和亟待解决的重大问题，由此粮食安全问题浮出水面。在全球范围普遍存在的饥饿和粮食问题，是影响全球的经济问题，也是二十世纪70年代以来世界各国开始关注的问题。但是，受各种因素的影响和制约，至今这些问题不仅依然存在，而且趋于严重。

而上海作为全国人口密度最大的城市之一。随着人口总量的增加，人口密度不断增加。上海现有农田所产粮食早已远远不能满足上海人民生活所需，而随着城市化进程的不断提高，农田面积更将不断减少。粮食问题已成为一个亟待解决的问题。在全球这种情形下，本组成员想就上海市人口及上海市自产粮食之间的关系进行分析。故建立了上海市人口与上海市自产粮食二者间相互变化关系的模型。

二、模型简介

本模型主要想探讨上海市人口与上海市自产粮食之间的关系。想通过模型了解上海市在不进口粮食，仅靠自产粮食的情况下，并且在上海市人口出生率、死亡率稳定，自然增长的基础上，二者之间的关系如何，人口和粮食总量会呈现什么样的变化趋势。模型设定自产粮食的产量主要受降雨量和温度的控制，其中降雨量和温度变幅都是参考了1981-2009年上海市年均降雨量而设定的滑动输入栏（slider input device）。人口数量由出生率和死亡率共同决定。粮食总量由生产总量和总消耗量决定。粮食的消耗则是在满足个人基本需求的基础上，现有人口消耗的粮食总和，即人均年消耗粮食总量乘以当前人口总数。而其中死亡率又受控

于人均粮食资源占有量，当人均粮食资源占有量高的时候，死亡率低，反之，死亡率高。具体模型如下：

其中，设定的年均降雨量和年均温度变幅滑动输入栏为：

三、参数介绍

1.Birth rate：出生率（2009年上海市人口出生率：0.0062）；

2.Being born：人口增长量（公式为population of people*birth rate）；

3.Population of people：2009年上海市人口数量：19213200人；

4.Death rate：死亡率（根据死亡率与人均粮食资源占有量的负相关性，设定的一条公式：grain output\person/INIT(grain output\person)。当人均粮食资源占有量高的时候，死亡率低，反之，死亡率高）

5.Dying：人口死亡量（公式为population of people*death rate）；

6.Temperature：1981年-2009年上海市年均温变化范围：15-19℃；

7.Rain off：1981年-2009年上海市年均降雨量变化范围：800-1667mm；

8.Max grain output：资料显示：1981-2009年中年最大粮食产量即1981年上海市粮食总产量：2608800000kg，其中粮食主要包括大米、小麦、玉米和大豆的总量；

9.Grain output：2009年上海市粮食总产量：1216800000kg；

10.Grain output\person：人均粮食资源占有量（公式为：grain output/population of people）；

11.Grain consumed per person：满足人生存的日最低粮食消耗量：1.066kg；

12.K：常数，年均温和年均降雨量对粮食产量影响的权重。

四、运行结果：

结果显示，由于人们每天都在消耗粮食，粮食总量在不断下降。在大约160天之前随着人口数量的不断增加，粮食总量减少的速率不断加快。而在160天左右，由于人均粮食资源占有量的限制，人均粮食资源不能满足人们生活所需的最低粮食，人口数量开始不断减少。由于人口的减少就导致了粮食总量消耗量的减少，粮食总量减少的速率开始变缓。

通过这个模型，我们发现上海市自产粮食只能满足当前数量的上海人民生活160天左右。上海要想发展必须要向他省市或国外进口大量粮食，才能满足人民生活所需。如果再继续深入研究下去，可以知道满足上海所有人口共需要多少粮，现在还缺多少，这需要开垦多少面积的田地才能满足等等数据，意义重大。

此外，通过调节年均温度的变幅滑动输入栏。我么可以看出粮食总产量随着温度的升高而增加，并且随着降雨量的增加而增加。

其中，年均温度为15℃和19℃时，粮食产量分别为：

年均降雨量为800mm和1667mm时，粮食产量分别为：

我们可以发现：粮食产量在一定范围内是随着温度及降雨量的增加而增加的。

五、感想

(一).在模型展示之后，陆老师给予了我们组一些修改意见：

1.该模型可以修改为要满足上海现有人口生活一年共需要多少粮，在不进口任

何粮食的情况下，还需要开垦多少面积的田地才能满足人们生活所需。

2.可以增加CO2排放量与酸雨的关系，进而影响粮食产量这个参数。

3.污染对出生率、死亡率的影响还存在争议。

(二).通过学习系统生态学这门课，我们不仅对系统生态学的理念有了一定的了解，有助于我以后的生态学学习研究。还在陆老师以及外教的帮助下，知道了生态建模的基本步骤，并学会了制作一个简单的生态模型。在此我有以下几点感想：

1.课上学习了如何将系统分析的方法运用于生态学学习研究中。知道了不论是

自然生态系统还是人工生态系统，生态学的研究要放在一个系统里面进行。

并且系统生态学不只研究生态系统，而是以系统学的观点来研究个体、种群、群落等等，都是可以的。即使是一朵花，一条鱼也是一个系统。

2.知道了建模时首先要做的就是确定一个边界。不要边做边往里面添加参数，

最后搞得一团浆糊，到底要研究什么也弄不清了。学会了研究个体、种群、群落、生态系统时，将他们看做一个完整的统一体，用系统的观点看问题。

将系统分成不同层分，然后再将这种综合体分解为若干组分，根据各组分之间的相互关系建立一个整体的系统模型。但是模型并不是万能的。

3.在做模型的过程中，遇到了一些问题，在解决问题的过程中，我认识到：1）做模型首先要弄清楚研究的目的。做模型到底是为了解决什么实际问题。并查询文献资料，理清思路。

2）要清楚地知道该系统的边界、结构层次、功能、发展阶段等等。弄清楚输入与输出。

3）参数的选择也很重要，尽量选取主要的影响因素。理清各参数之间的相互作用关系。

4）选取恰当的公式。必要时可以绘制关系曲线，设置滑动输入栏等。并反复调试，直到运行合理。

5）一定要保证各参数的单位统一。

6）我认为做模型的验证过程很重要。就如我们这个模型，就需要不断地运行验证，调整权重值K的取值，才能得到很好的曲线。取大取小曲线都会经常出现波动情况，得不到满意的最终结果。

4.最后，希望以后老师能在上课时多向我们展示一些简单模型的具体实例。