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生態(tài)經(jīng)濟系統的Ｌｏｇｉｓｔｉｃ演化與負熵理論探討
內容摘要：本文利用自組織理論Logistic模型和負熵理論研究了生態(tài)經(jīng)濟系統發(fā)展演化的歷史過(guò)程，得出生態(tài)經(jīng)濟系統發(fā)展演化的四個(gè)階段：漁獵文明時(shí)期、農業(yè)文明時(shí)期、工業(yè)化前期和工業(yè)化后期。本文認為，目前發(fā)達國家已經(jīng)突破發(fā)展演化的臨界點(diǎn)走向了可持續發(fā)展，而我國還處在負熵平衡能力嚴重不足以使負熵降低的階段，應采取措施使我國的生態(tài)經(jīng)濟系統向可持續發(fā)展方向邁進(jìn)�！ ￡P(guān)鍵詞：生態(tài)經(jīng)濟系統 Logistic模型 負熵理論由于人類(lèi)對生態(tài)系統所有干預和努力的目的歸根到底都帶有經(jīng)濟動(dòng)機，應歸屬經(jīng)濟活動(dòng)范疇。生態(tài)系統在加入了人的主觀(guān)能動(dòng)性和人的客觀(guān)創(chuàng )造力后，就必然轉化為生態(tài)經(jīng)濟系統。因此，生態(tài)經(jīng)濟系統可以理解為由人類(lèi)活動(dòng)介入于生態(tài)系統之間，以勞動(dòng)形式作用于自然界所形成的自然要素和經(jīng)濟要素共存，并相互作用的對立統一體。
生態(tài)經(jīng)濟系統的Logistic發(fā)展演化理論
20世紀70年代以后，由普里高津和哈肯發(fā)展起來(lái)的自組織理論在許多行業(yè)得到了應用。自組織理論的核心是非平衡相變。當某些具有非線(xiàn)性特征的開(kāi)放系統離開(kāi)平衡態(tài)到相當程度時(shí)，在系統內部漲落的觸發(fā)下，便從無(wú)序狀態(tài)轉變?yōu)橛行驙顟B(tài)。非線(xiàn)性微分方程的數學(xué)模型是自組織理論建模的一個(gè)特點(diǎn)，自組織理論的標準化數學(xué)模型形式如下：
即稱(chēng)為L(cháng)ogistic方程，它是自組織理論對系統演化的一般描述。在這里，狀態(tài)變量x為系統發(fā)展的綜合指標。系統的發(fā)展定義為系統發(fā)展綜合指標的增大，即dx＞0；而系統的發(fā)展又是在一定的系統結構下實(shí)現的，通過(guò)系統與其環(huán)境的相互作用，不斷交換物質(zhì)、能量和信息，使系統的功能充分發(fā)揮，系統得以成長(cháng)；r為系統狀態(tài)變量x的增長(cháng)率，即在無(wú)限制條件下系統最大的發(fā)展速率；M則為系統的定態(tài)值，它通常取決于環(huán)境的容許程度，這里表示廣義環(huán)境容量或承載能力，即在限制因子約束下系統最高的發(fā)展程度。Logistic模型可用圖1描述。
圖1中，x是描述系統綜合狀態(tài)的變量。當系統發(fā)展主要由內在的增值潛力驅動(dòng)，外部環(huán)境毫無(wú)限制時(shí)，系統一般呈指數形式發(fā)展；但通常情況下環(huán)境提供的條件和活動(dòng)空間總是有限的，在系統的動(dòng)力因素和限制因素的雙重作用下，系統的發(fā)展將限于環(huán)境容量之內，系統的增長(cháng)率逐漸趨近于零，因而呈現出Logistic曲線(xiàn)所示的增長(cháng)形態(tài)。
生態(tài)經(jīng)濟系統是生態(tài)系統與經(jīng)濟系統耦合而成的復雜系統，它的發(fā)展是人類(lèi)自身的創(chuàng )造力和自然的約束力共同作用的結果。一方面，人類(lèi)具有不斷增長(cháng)的需求欲望和滿(mǎn)足其欲望的能力，因而形成了發(fā)展的動(dòng)力；另一方面，發(fā)展必須以大量的資源與環(huán)境投入為代價(jià)，但是資源與環(huán)境的有限性又成為發(fā)展的制約。正是在這種發(fā)展的動(dòng)力與制約同時(shí)并存的條件下，使生態(tài)經(jīng)濟系統呈現出自組織特性，也可理解為生態(tài)經(jīng)濟系統在經(jīng)濟系統的動(dòng)力機制及生態(tài)系統的約束機制下的發(fā)展過(guò)程或演化。
生態(tài)經(jīng)濟系統的負熵理論
系統科學(xué)用“熵”概念來(lái)描述系統的功能狀態(tài)，這種狀態(tài)是一種由有序向無(wú)序發(fā)展的狀態(tài)。由于系統是由諸要素構成的相互作用的有機整體，從本質(zhì)上講，系統的有序結構決定了系統的最佳的功能，但當系統內部各要素之間的協(xié)調發(fā)生障礙時(shí)，系統就很難繼續圍繞目標進(jìn)行控制，從而在功能上表現出某種程度的紊亂，表現出有序性減弱、無(wú)序性增強，系統的這種狀態(tài)可稱(chēng)之為系統的熵值增加�！柏撿亍北挥脕�(lái)表征系統與環(huán)境作交換，并利用從環(huán)境中得來(lái)交換物來(lái)維持本身的有序，抗拒本身的不可逆熵增這個(gè)過(guò)程中，進(jìn)入系統的交換物的貢獻大小的量。負熵增加意味著(zhù)一種促進(jìn)系統內部各子系統間更好協(xié)同作用，從而朝有序化方向發(fā)展的力量增加。
控制論的創(chuàng )始人維納認為，信息、物質(zhì)和能量是客觀(guān)世界的三大構成要素，并且密不可分。物質(zhì)、能量、信息都是改變系統負熵的因素，而物流、能流、信息流則稱(chēng)之為負熵流。若系統的負熵變化dS，熵增dSi，負熵流dSe，則：
dS=dSi dSe
這個(gè)系統能否朝有序化方向發(fā)展，也即系統的負熵是增加還是減小取決于負熵流與熵增的大小。一個(gè)系統的熵增是因系統內部不可逆引起的，永遠都不可能為負值，即總有dSi＞0，如果dSe＜0且dSe＞dSi，就會(huì )有dS=dSi dSe＜0，這表明經(jīng)過(guò)這樣的過(guò)程，系統的負熵將增加，系統就會(huì )由原來(lái)的狀態(tài)朝著(zhù)更加有序的狀態(tài)發(fā)展。對于遠離平衡態(tài)的開(kāi)放系統，需要靠外界不斷供應物質(zhì)或能量才能維持，才有可能使得系統朝著(zhù)有序化的方向發(fā)展。因此，在系統的演化過(guò)程中，來(lái)自外界環(huán)境的負熵是系統維持和發(fā)展有序結構的一個(gè)必不可少的外部條件。
生態(tài)經(jīng)濟系統的可持續發(fā)展即是實(shí)現負熵、克服熵增的過(guò)程。生態(tài)經(jīng)濟系統作為一個(gè)耗散結構系統，它的開(kāi)放性使其與環(huán)境交換物質(zhì)、能源和信息成為可能，這個(gè)交換過(guò)程就是負熵過(guò)程。而經(jīng)濟系統通過(guò)從生態(tài)系統中開(kāi)發(fā)資源而獲得負熵，并且總會(huì )有一定量的資源不可被利用而以廢物和廢熱的形式釋放到生態(tài)系統中，還有人類(lèi)的生活廢棄物也被排放到生態(tài)系統，這些廢物和廢熱排放使生態(tài)系統的熵值增大，為了抵消自身部分的熵增加，系統要不斷把廢熱向外部排放。
生態(tài)經(jīng)濟系統發(fā)展演化過(guò)程的負熵理論研究
縱觀(guān)人類(lèi)社會(huì )的發(fā)展史，結合負熵理論筆者把生態(tài)經(jīng)濟系統的演化過(guò)程大致分為四個(gè)階段：漁獵文明時(shí)期，人類(lèi)的消費水平低下，人口規模也嚴格限定在天然食物的供給限度內，以捕魚(yú)和狩獵為生，人類(lèi)對環(huán)境的影響非常小，活動(dòng)完全受環(huán)境的制約；此類(lèi)生態(tài)經(jīng)濟系統負熵很高，系統內部結構十分有序，人和環(huán)境處于低水平的協(xié)調狀態(tài)。農業(yè)文明時(shí)期，人類(lèi)開(kāi)始對自然改造，但主要以作物種植和家畜飼養的農業(yè)活動(dòng)為主，未出現大規模的環(huán)境破壞和污染。此時(shí)生態(tài)經(jīng)濟系統的負熵相對于高負熵系統而言有所降低，但是系統的負熵平衡能力足以抵消系統負熵值的降低，所以其結構仍然呈有序狀態(tài)。工業(yè)化前期，社會(huì )產(chǎn)品日益豐富、人們生活水平和健康水平空前提高，全球人口急劇增加，從而導致了環(huán)境的嚴重污染和破壞，進(jìn)而對人類(lèi)的生存和發(fā)展構成威脅。此時(shí)生態(tài)經(jīng)濟系統負熵的值變低，系統的負熵平衡能力開(kāi)始不足以抵消負熵值的降低，所以系統結構的有序性在某些方面被打亂，經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護的矛盾日益突出。工業(yè)化后期，隨著(zhù)科技的進(jìn)步和人口數量的持續增加，人類(lèi)對自然開(kāi)采能力不斷加大，由于環(huán)境質(zhì)量不斷惡化，環(huán)境對經(jīng)濟發(fā)展的支持能力下降，甚至成為經(jīng)濟發(fā)展的制約因素；生態(tài)系統的負熵平衡能力嚴重不足以使生態(tài)經(jīng)濟系統負熵的降低，經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護的矛盾突出。
如果將生態(tài)經(jīng)濟系統發(fā)展演化的四個(gè)階段與Logistic發(fā)展曲線(xiàn)的過(guò)程結合起來(lái)，則得到了生態(tài)經(jīng)濟系統的發(fā)展演化過(guò)程圖。生態(tài)經(jīng)濟系統負熵的高低被看作是表征系統內部各子系統之間協(xié)調發(fā)展程度的綜合指標，則圖中的x代表著(zhù)負熵值的高低S。圖1中的Od’段代表負熵增加過(guò)程，即dS＞0，此時(shí)生態(tài)經(jīng)濟系統是向前發(fā)展的，其中Oa’代表高負熵的漁獵文明時(shí)期，a’b’段代表中負熵的農業(yè)文明時(shí)期，b’c’段代表較低負熵的工業(yè)化前期，c’d’段代表嚴重低負熵的工業(yè)化后期。
生態(tài)經(jīng)濟系統的發(fā)展演化方向
由于生態(tài)環(huán)境嚴重破壞，西方各國開(kāi)始紛紛加強環(huán)境保護和污染治理，從而在實(shí)現經(jīng)濟穩定增長(cháng)的同時(shí)，環(huán)境狀況也得到逐步的改善。此時(shí)生態(tài)經(jīng)濟系統的負熵流與系統熵值的增加量基本抵消，甚至系統的熵值為負值，表現為環(huán)境與經(jīng)濟之間比較協(xié)調，經(jīng)濟得到較快的發(fā)展，環(huán)境質(zhì)量也隨之不斷改善，這表明生態(tài)經(jīng)濟系統已經(jīng)突破了系統發(fā)展的臨界點(diǎn)D點(diǎn)，向可持續發(fā)展方向轉變。
我國自改革開(kāi)放以來(lái)，經(jīng)濟增長(cháng)一直是以“高投入、高消耗、高排放、不循環(huán)、低效率”為特征。經(jīng)過(guò)近年來(lái)，不僅經(jīng)濟發(fā)展受資源“瓶頸”制約，環(huán)境壓力也不斷加大，生態(tài)退化問(wèn)題突現，可持續發(fā)展問(wèn)題日益突出。這些跡象都表明我國生態(tài)經(jīng)濟系統已經(jīng)處于負熵平衡能力嚴重不足以使負熵降低，生態(tài)經(jīng)濟系統將會(huì )衰退。
目前我國各界已經(jīng)認識到嚴重的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，因此，我國提出了“三個(gè)轉變”， 即“并重”、“同步”和“綜合”�！安⒅亍笔黔h(huán)境保護與經(jīng)濟增長(cháng)的辯證關(guān)系，要從重經(jīng)濟增長(cháng)輕環(huán)境保護轉變?yōu)槎卟⒅�；“同步”是要�?shí)現環(huán)境保護與經(jīng)濟發(fā)展的同步，是對各級政府落實(shí)“并重”的工作部署和對環(huán)保工作提出的要求；“綜合”闡述的是環(huán)保工作的方法，要綜合運用法律、經(jīng)濟、技術(shù)和必要的行政辦法解決環(huán)境問(wèn)題。
參考文獻：
1.王慧敏.流域可持續發(fā)展系統理論與方法［M］.河海大學(xué)出版社，2000
2.曼紐爾·卡斯特.網(wǎng)絡(luò )社會(huì )的崛起［M］.社會(huì )科學(xué)文獻出版社，2003
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