生態經濟系統的Ｌｏｇｉｓｔｉｃ演化與負熵理論探討

生態經濟系統的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經濟系統發展演化的歷史過程，得出生態經濟系統發展演化的四個階段：漁獵文明時期、農業文明時期、工業化前期和工業化后期。本文認為，目前發達國家已經突破發展演化的臨界點走向了可持續發展，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經濟系統向可持續發展方向邁進�！　￡P鍵詞：生態經濟系統 Logistic模型 負熵理論
　　
　　由于人類對生態系統所有干預和努力的目的歸根到底都帶有經濟動機，應歸屬經濟活動范疇。生態系統在加入了人的主觀能動性和人的客觀創造力后，就必然轉化為生態經濟系統。因此，生態經濟系統可以理解為由人類活動介入于生態系統之間，以勞動形式作用于自然界所形成的自然要素和經濟要素共存，并相互作用的對立統一體。
　　
　　生態經濟系統的Logistic發展演化理論
　　
　　20世紀70年代以后，由普里高津和哈肯發展起來的自組織理論在許多行業得到了應用。自組織理論的核心是非平衡相變。當某些具有非線性特征的開放系統離開平衡態到相當程度時，在系統內部漲落的觸發下，便從無序狀態轉變為有序狀態。非線性微分方程的數學模型是自組織理論建模的一個特點，自組織理論的標準化數學模型形式如下：
　　即稱為Logistic方程，它是自組織理論對系統演化的一般描述。在這里，狀態變量x為系統發展的綜合指標。系統的發展定義為系統發展綜合指標的增大，即dx＞0；而系統的發展又是在一定的系統結構下實現的，通過系統與其環境的相互作用，不斷交換物質、能量和信息，使系統的功能充分發揮，系統得以成長；r為系統狀態變量x的增長率，即在無限制條件下系統最大的發展速率；M則為系統的定態值，它通常取決于環境的容許程度，這里表示廣義環境容量或承載能力，即在限制因子約束下系統最高的發展程度。Logistic模型可用圖1描述。
　　圖1中，x是描述系統綜合狀態的變量。當系統發展主要由內在的增值潛力驅動，外部環境毫無限制時，系統一般呈指數形式發展；但通常情況下環境提供的條件和活動空間總是有限的，在系統的動力因素和限制因素的雙重作用下，系統的發展將限于環境容量之內，系統的增長率逐漸趨近于零，因而呈現出Logistic曲線所示的增長形態。
　　生態經濟系統是生態系統與經濟系統耦合而成的復雜系統，它的發展是人類自身的創造力和自然的約束力共同作用的結果。一方面，人類具有不斷增長的需求欲望和滿足其欲望的能力，因而形成了發展的動力；另一方面，發展必須以大量的資源與環境投入為代價，但是資源與環境的有限性又成為發展的制約。正是在這種發展的動力與制約同時并存的條件下，使生態經濟系統呈現出自組織特性，也可理解為生態經濟系統在經濟系統的動力機制及生態系統的約束機制下的發展過程或演化。
　　
　　生態經濟系統的負熵理論
　　
　　系統科學用“熵”概念來描述系統的功能狀態，這種狀態是一種由有序向無序發展的狀態。由于系統是由諸要素構成的相互作用的有機整體，從本質上講，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調發生障礙時，系統就很難繼續圍繞目標進行控制，從而在功能上表現出某種程度的紊亂，表現出有序性減弱、無序性增強，系統的這種狀態可稱之為系統的熵值增加�！柏撿亍北挥脕肀碚飨到y與環境作交換，并利用從環境中得來交換物來維持本身的有序，抗拒本身的不可逆熵增這個過程中，進入系統的交換物的貢獻大小的量。負熵增加意味著一種促進系統內部各子系統間更好協同作用，從而朝有序化方向發展的力量增加。
　　控制論的創始人維納認為，信息、物質和能量是客觀世界的三大構成要素，并且密不可分。物質、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
　　這個系統能否朝有序化方向發展，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，就會有dS=dSi dSe＜0，這表明經過這樣的過程，系統的負熵將增加，系統就會由原來的狀態朝著更加有序的狀態發展。對于遠離平衡態的開放系統，需要靠外界不斷供應物質或能量才能維持，才有可能使得系統朝著有序化的方向發展。因此，在系統的演化過程中，來自外界環境的負熵是系統維持和發展有序結構的一個必不可少的外部條件。
　　生態經濟系統的可持續發展即是實現負熵、克服熵增的過程。生態經濟系統作為一個耗散結構系統，它的開放性使其與環境交換物質、能源和信息成為可能，這個交換過程就是負熵過程。而經濟系統通過從生態系統中開發資源而獲得負熵，并且總會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系統中，還有人類的生活廢棄物也被排放到生態系統，這些廢物和廢熱排放使生態系統的熵值增大，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。
　　
　　生態經濟系統發展演化過程的負熵理論研究
　　
　　縱觀人類社會的發展史，結合負熵理論筆者把生態經濟系統的演化過程大致分為四個階段：漁獵文明時期，人類的消費水平低下，人口規模也嚴格限定在天然食物的供給限度內，以捕魚和狩獵為生，人類對環境的影響非常小，活動完全受環境的制約；此類生態經濟系統負熵很高，系統內部結構十分有序，人和環境處于低水平的協調狀態。農業文明時期，人類開始對自然改造，但主要以作物種植和家畜飼養的農業活動為主，未出現大規模的環境破壞和污染。此時生態經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。工業化前期，社會產品日益豐富、人們生活水平和健康水平空前提高，全球人口急劇增加，從而導致了環境的嚴重污染和破壞，進而對人類的生存和發展構成威脅。此時生態經濟系統負熵的值變低，系統的負熵平衡能力開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，經濟發展與環境保護的矛盾日益突出。工業化后期，隨著科技的進步和人口數量的持續增加，人類對自然開采能力不斷加大，由于環境質量不斷惡化，環境對經濟發展的支持能力下降，甚至成為經濟發展的制約因素；生態系統的負熵平衡能力嚴重不足以使生態經濟系統負熵的降低，經濟發展與環境保護的矛盾突出。
　　如果將生態經濟系統發展演化的四個階段與Logistic發展曲線的過程結合起來，則得到了生態經濟系統的發展演化過程圖。生態經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調發展程度的綜合指標，則圖中的x代表著負熵值的高低S。圖1中的Od’段代表負熵增加過程，即dS＞0，此時生態經濟系統是向前發展的，其中Oa’代表高負熵的漁獵文明時期，a’b’段代表中負熵的農業文明時期，b’c’段代表較低負熵的工業化前期，c’d’段代表嚴重低負熵的工業化后期。
　　
　　生態經濟系統的發展演化方向
　　
　　由于生態環境嚴重破壞，西方各國開始紛紛加強環境保護和污染治理，從而在實現經濟穩定增長的同時，環境狀況也得到逐步的改善。此時生態經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，表現為環境與經濟之間比較協調，經濟得到較快的發展，環境質量也隨之不斷改善，這表明生態經濟系統已經突破了系統發展的臨界點D點，向可持續發展方向轉變。
　　我國自改革開放以來，經濟增長一直是以“高投入、高消耗、高排放、不循環、低效率”為特征。經過近年來，不僅經濟發展受資源“瓶頸”制約，環境壓力也不斷加大，生態退化問題突現，可持續發展問題日益突出。這些跡象都表明我國生態經濟系統已經處于負熵平衡能力嚴重不足以使負熵降低，生態經濟系統將會衰退。
　　目前我國各界已經認識到嚴重的生態環境問題，因此，我國提出了“三個轉變”， 即“并重”、“同步”和“綜合”�！安⒅亍笔黔h境保護與經濟增長的辯證關系，要從重經濟增長輕環境保護轉變為二者并重；“同步”是要實現環境保護與經濟發展的同步，是對各級政府落實“并重”的工作部署和對環保工作提出的要求；“綜合”闡述的是環保工作的方法，要綜合運用法律、經濟、技術和必要的行政辦法解決環境問題。
　　
　　參考文獻：
　　1.王慧敏.流域可持續發展系統理論與方法［M］.河海大學出版社，2000
　　2.曼紐爾·卡斯特.網絡社會的崛起［M］.社會科學文獻出版社，2003

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