运用自组织理论分析人工湿地生态系统_康军利

第20卷第1期2005年3月西南科技大学学报HNOLOCYVol.20No.lMar.2005运用自组织理论分析人工湿地生态系统康军利(西南科技大学环境与资源学院四川绵阳621010)摘要:运用自组织理论对人工湿地生态系统的特征、适用条件及净化机理进行了分析。关键词:自组织理论人工湿地系统分析中图分类号:X703.1;X171.l文献标识码:A文章编号:1671一8755(2005)01一0035一03AniaysisonCosntructedWetlandEcologySystemthroughSelf一organizationTheoriesKangJunli(SourhosernUivesriytofcSiccneandeTehnolo群,iManya咭621010,Sichuan,China)Abstraet:hTeeharaeter,eonditionandpuirfyingmeehanismareanalyzedofeonsutretedwetlandeeolo留sysetmhtroughself一organizationtheoires.Keywords:seif一organizationhteoires;eonsturetedwetlandeeolo盯system;systemsanalysis20世纪70年代以来,当代科学前沿出现了如“耗散结构理论”、“协同学”、“混沌理论”等很多新兴的学科,它们的研究对象都是非线性的复杂系统。在这复杂系统中,自组织理论尤为引人注目。人工湿地生态系统是近几年兴起的集污水处理与生态环境保护于一体的新型工艺,其系统的特征、适用条件和净化机理尚有待进一步研究,本文试运用自组织理论对其进行简要分析。1“自组织”演化的动力机理自组织无需外界的指令而能自行组织、自行创生、自行演化,即能自主地从无序走向有序。德国协同学的创始人哈肯指出:“如果系统获得时间的、空间的、结构的过程中没有外界的特定干预,我们便说系统是自组织的。”这表明系统演化的动力在系统的内部而不是在系统的外部。他还指出,系统内部各个子系统通过竞争而协同,从而使竞争中的一种或几种趋势优势化,并因此支配整个系统从无序走向有序。或者说自组织演化的动力来自系统内部的两种相互作用:竞争和协同。子系统的竞争使系统趋于非平衡,而这正是系统自组织的首要条件,子系统之间的协同则在非平衡条件下使子系统的某些运动趋势联合起来并加以放大,从而使之占据优势地位,支配系统整体地演化。相互作用就是矛盾双方的排斥、吸引,在线性相互作用下双方的质量相当,各种作用之间很少发生关联,因此系统内部各要素或子系统之间很少协同甚至没有协同。与此相反,在非线性相互作用下,各种作用相互关联起来,形成协同,才能形成整体行为,形成你中有我、我中有你的不可分割的关系,并使局部的涨落放大,从而引起系统从稳定到非稳定再到稳定的跃迁式演化。收稿日期:2004一11一0436西南科技大学学报2005总之,自组织系统所刻画的系统演化是开放的、远离平衡的。在外部物质、能量、信息的非特定输人、输出的条件下,系统以其内部子系统之间的非线性相互作用为动力,即以其子系统之间的相互协同和竞争为动力,同时受到内外部随机涨落的启动,产生出集体运动的协同效应。2人工湿地的特征分析2.1人工湿地生态系统的开放性湿地是由水、永久性或间歇性处于水饱和状态下的基质以及水生生物所组成,是一具有较高的生产力和较大活性,处于水陆交接相的复杂的生态系统。而人工湿地则是为处理污水人为设计建造的、工程化的湿地系统,是通过人工挖掘、增加水负荷并移栽植物形成的。人工湿地生态系统通过湿地植物的光合作用与外界大气进行物质能量的交换;同时,系统内各子系统之间通过植物吸收、微生物降解、化学转化、物理过滤及沉淀等一系列的相互作用,完成各子系统之间物质能量交换。2.2人工湿地生态系统的非均衡性为了保障人工湿地生态系统内部同外界环境间物质、能量流转的良性循环,要求该系统的发展同外部环境间物质、能量的输人输出交换不断达到一种均衡态,以利系统的良胜进化和同外部环境机制间的协同。人工湿地生态系统是开放的动态系统,因而平衡是一种动态的相对均衡。物质和能量不停息地输入和输出,在生产者、消费者、分解还原者和生态环境间流动与转化。在同等结构和吸收、转化功能条件下,若系统内部物质和能量的输人大于输出(如进人人工湿地的有机污染物增加,即有机负荷增加),则生物量增加;反之(如大量雨水进人湿地系统,因营养物质减少而导致微生物死亡),生物量减少,系统远离平衡态。因此只有借助外部的补偿性输人和调节内部的结构状态,才有可能使系统平衡或接近平衡态。3人工湿地生态系统的适用条件分析3.1对适用水质的分析热力学定律指出:在自然界的一切现象中,能量既不能创造,也不能消灭,而只能以