Ecosystems emerging. 5: Constraints

Ecosystem constraints are both ontic and epistemic. They limit activity, and as problems to be solved they drive organization, which is our hypothesis:

The driver of organization is constraint.

Solutions proliferate further constraints in an unending spiral of problem (constraint) generation and solution. As constraints proliferate, behavior narrows, and species diversify to compensate (paradox of constraint). Resource enrichment reduces constraints, releases behavior, and reduction of challenges decreases diversity (paradox of enrichment)—high diversity is expressed in low-resource environments and low diversity in high-resource environments. A three-part model of constraints is formulated for non-living systems, and also for goal-directed, problem-solving biota. Mode 1: dynamical means behavior is co-determined by internal states and external inputs. Mode 2: cybernetic employs negative feedback to keep dynamics within goal-oriented operating limits. Mode 3: model-making entails ability to represent (model) physical reality and respond to both phenomenal (modeled) and physical inputs; this property distinguishes living from nonliving systems. Principal sections of the paper elaborate dynamical constraints (three classes), boundary constraints (expressed in edge effects and trophic dynamics), physical constraints (space, time, temperature), chemical constraints (environment fitness, ecological stoichiometry, chemical evolution, limiting factors), coding constraints (environmental vs. genetic coding), network and pathway constraints (connectivity), and natural selection constraints (fitting to the biosphere). Consideration of how the world would look without constraints suggests how fundamental these are in ecosystem emergence, and how the next property in this series, differentiation, would be unmotivated without them. We conclude that constraints as a category are under-studied in ecology, poorly understood in ecological phenomenology, and (our hypothesis) comprise a ubiquitous organizing force in nature.     

NEATS: A Network Economics Approach to Trophic Systems

The main principle of the economic approach to a trophic system we propose here lies in assuming that there is a transfer of food along a path between a prey and a predator if, for the predator, the benefits are greater than costs of predation on this path. Conversely, if the costs exceed the benefits, there are no flows. This trade-off, considered all along the food chains of an ecosystem, together with ecological processes (assimilation, somatic maintenance) results in a model coupling mass balance equations (biological constraints) and complementarity principles (Walras’ law). Here is the core of the Network Economics Approach to Trophic Systems (NEATS).     

胡敏酸对铜的鱼鳃生物有效性影响的计算机模拟

以彩虹方头鱼为模拟对象,用鱼鳃微环境测定装置和化学平衡计算方法(MINTEQA2),计算了含和不含胡敏酸的人工河水及暴露于其中的鱼鳃微环境中,不同pH条件下,铜的形态分布.研究了胡敏酸对鱼鳃内外的铜的形态分布及其生物有效性的影响,并讨论了pH对此的影响.计算结果表明,当胡敏酸存在时,胡敏酸络合态铜成为鱼鳃内外铜形态分布体系中的优势态,并引起铜生物有效性的降低.鱼鳃粘液和胡敏酸的共同作用使鱼鳃微环境中的生物有效铜含量低于外部水相.pH对铜形态分布及生物有效性的影响主要发生在碱性环境下.     

“耕地总量动态平衡”政策驱动下中国的耕地变化及其生态环境效应

土地政策是影响土地利用及生态环境变化的一个重要的驱动因素。论文分析了“耕地总量动态平衡”政策对中国的耕地变化及其生态环境效应的影响,结果表明,“耕地总量动态平衡”政策对中国耕地的数量变化产生了积极作用,主要表现为:非农建设占用耕地的势头总体上得到遏制,全国及各省(市、区)基本实现耕地占补平衡,促进了农地整理工作的开展。但是,该政策对中国耕地的质量变化的影响却相反,在全国实现耕地占补平衡的情况下,耕地的总体生产能力呈下降趋势,同时,对生态环境产生了一定的负面效应。在此基础上,论文提出了重新审视“耕地总量动态平衡”政策的可行性,以“保护和提高耕地综合生产能力”替代“耕地总量动态平衡”以及根据土地资源区域差异采取不同的具体措施等对该政策加以调整的思路。     

反应堆控制棒驱动机构电机温升试验研究

目的 研究电机在不同工况下的温升情况,完成电机散热能力评估,为电机散热优化和工程通风设计提供参考.方法 模拟驱动机构实际运行环境,在断风条件下进行自然散热温升试验,获取电机温升最大工作模式,并在该模式下进行2种风速条件下的通风试验,获取定子绕组的平衡温度.当定子绕组达到热平衡后,切断通风,进行断风试验,获取最大断风时间...     

西安城区秋季大气中多溴联苯醚的污染特征及来源分析

为了评估西安大气中多溴联苯醚（PBDEs）的污染程度,2008年8～10月,利用大流量主动采样器采集了西安城区气态和颗粒态大气样品.分别利用GC-MS和GC/ECD对低溴PBDEs和BDE-209进行分析,12种PBDEs的总浓度（气相＋颗粒相）范围为37.43～620.30 pg/m3,平均值为216.28 pg/m...     

空气湿度对低浓度有机蒸气在活性炭上吸附平衡的影响

采用吸附柱穿透曲线法测定了30℃不同相对湿度（RH）下4种低浓度有机蒸气（VOC）在活性炭上的等温吸附量，结果表明，水蒸汽对VOC吸附平衡的抑制作用。随着RH的增大，VOC浓度的降低而增大，且随着VOC分子极性的增强则有所增大；VOC水蒸汽吸了平衡的抑制作用，随着VOC分子极性的增强是有所减弱，提出一个基于竞争吸附机理的olanyi-Dubi-min方程，解释空气湿度对低浓度VOC在活性炭吸附平衡的影响。     

德州市采暖季环境空气含氮/硫物质的污染及气-粒分配特征

为探究德州市采暖季环境空气中含氮/硫物质的污染特征、气-粒分配规律及影响因素,对2017年11月10日—2018年3月15日德州市市区环境空气监测站在线离子色谱分析仪监测的水溶性离子及气态前体物质量浓度的小时数据进行了分析.结果表明:①德州市环境空气监测站ρ（NO₃-）、ρ（SO₄2-）和ρ（NH₄+）平均值分别为（18.36±18.55）（12.74±10.92）（9.60±8.75）μg/m3,在2018年1月三者均达到最高值;对比PM_2.5及气态含氮/硫物质的质量浓度发现,ρ（PM_2.5）和ρ（SO₂）在2017年12月、2018年1月和2018年2月的月均值均较高,而ρ（SO₂）与ρ（SO₄2-）、ρ（NH₃）与ρ（NH₄+）均在日间（08:00—17:00）出现波峰.②对颗粒态和气态含氮/硫物质质量浓度日均值进行双变量相关分析发现,ρ（SO₄2-）、ρ（NO₃-）、ρ（NH₄+）两两之间的相关系数均高于0.75,表明二次离子的形成机制相似;而ρ（NH₃）、ρ（NO₂）、ρ（NO）、ρ（SO₂）两两之间均不存在显著相关,说明这些气态前体物来自不同的局部排放源.③过剩NH₃指数（F_N）平均值为0.49±0.16,说明采样时段大气处于富氨环境,过剩的NH₃会与气态HNO₃生成NH₄NO₃,因此NO₃-气溶胶的形成主要受HNO₃的影响或限制.④相对湿度是影响ρ（PM_2.5）最重要的气象因素,高湿环境会促进二次离子的转化.研究显示,冬季采暖排放会增加环境空气中含氮/硫物质的质量浓度,气象因素（尤其是相对湿度）对含氮/硫物质的气-粒分配也有一定影响.      

特大黄土滑坡事故责任认定中的岩土力学问题

在滑坡影响因素研究的基础上,采用极限平衡和数值模拟的方法分析了西部某矿山特大黄土滑坡灾害的发生机理,认为此次滑坡是在断层和地下开采等不利条件下,由大气集中降水诱发黄土湿陷形成的推移式滑坡,与管线漏水形成的“过湿带”不构成直接因果关系,为事故责任认定,解决矛盾纠纷提供了理论依据。     

土壤污染对地下水影响的2种评估方法的应用与比较

以某含1,2-二氯乙烷等10种有机物污染土壤回填项目为例,介绍了2种方法(三相平衡耦合地下水稀释模型和Sesoil耦合地下水稀释模型)在评估土壤污染对地下水影响中的具体应用并进行了比较. 结果表明,采用US EPA(美国国家环境保护局)推荐的三相平衡耦合地下水稀释模型预测的地下水中目标污染物浓度高于新泽西州推荐的Sesoil耦合地下水稀释模型的3~10倍,污染物亨利常数及碳水分配系数越高,二者的差异越明显,达到1个数量级. 对于多环芳烃类的强疏水性有机污染物,2种方法的评估结论无本质差异. 出于保守性及调查成本的考虑,在制订国家或区域范围基于保护地下水的土壤通用筛选值时,建议采用所需参数相对较少的三相平衡耦合地下水稀释模型的方法,以节约调查成本. 对于具体评估项目,当污染物浓度超过通用筛选值时,建议进一步对场地水文地质条件进行调查,采用Sesoil耦合地下水稀释模型重新评估并计算该特定场地的筛选值,以节约修复成本.