生态经济系统的Ｌｏｇｉｓｔｉｃ演化与负熵理论探讨

内容摘要：本文利用自组织理论Logistic模型和负熵理论研究了生态经济系统发展演化的历史过程，得出生态经济系统发展演化的四个阶段：渔猎文明时期、农业文明时期、工业化前期和工业化后期。本文认为，目前发达国家已经突破发展演化的临界点走向了可持续发展，而我国还处在负熵平衡能力严重不足以使负熵降低的阶段，应采取措施使我国的生态经济系统向可持续发展方向迈进。

关键词：生态经济系统 Logistic模型 负熵理论 　　 　　由于人类对生态系统所有干预和努力的目的归根到底都带有经济动机，应归属经济活动范畴。生态系统在加入了人的主观能动性和人的客观创造力后，就必然转化为生态经济系统。因此，生态经济系统可以理解为由人类活动介入于生态系统之间，以劳动形式作用于自然界所形成的自然要素和经济要素共存，并相互作用的对立统一体。 　　 　　生态经济系统的Logistic发展演化理论 　　 　　20世纪70年代以后，由普里高津和哈肯发展起来的自组织理论在许多行业得到了应用。自组织理论的核心是非平衡相变。当某些具有非线性特征的开放系统离开平衡态到相当程度时，在系统内部涨落的触发下，便从无序状态转变为有序状态。非线性微分方程的数学模型是自组织理论建模的一个特点，自组织理论的标准化数学模型形式如下： 　　即称为Logistic方程，它是自组织理论对系统演化的一般描述。在这里，状态变量x为系统发展的综合指标。系统的发展定义为系统发展综合指标的增大，即dx＞0；而系统的发展又是在一定的系统结构下实现的，通过系统与其环境的相互作用，不断交换物质、能量和信息，使系统的功能充分发挥，系统得以成长；r为系统状态变量x的增长率，即在无限制条件下系统最大的发展速率；M则为系统的定态值，它通常取决于环境的容许程度，这里表示广义环境容量或承载能力，即在限制因子约束下系统最高的发展程度。Logistic模型可用图1描述。 　　图1中，x是描述系统综合状态的变量。当系统发展主要由内在的增值潜力驱动，外部环境毫无限制时，系统一般呈指数形式发展；但通常情况下环境提供的条件和活动空间总是有限的，在系统的动力因素和限制因素的双重作用下，系统的发展将限于环境容量之内，系统的增长率逐渐趋近于零，因而呈现出Logistic曲线所示的增长形态。 　　生态经济系统是生态系统与经济系统耦合而成的复杂系统，它的发展是人类自身的创造力和自然的约束力共同作用的结果。一方面，人类具有不断增长的需求欲望和满足其欲望的能力，因而形成了发展的动力；另一方面，发展必须以大量的资源与环境投入为代价，但是资源与环境的有限性又成为发展的制约。正是在这种发展的动力与制约同时并存的条件下，使生态经济系统呈现出自组织特性，也可理解为生态经济系统在经济系统的动力机制及生态系统的约束机制下的发展过程或演化。 　　 　　生态经济系统的负熵理论 　　 　　系统科学用“熵”概念来描述系统的功能状态，这种状态是一种由有序向无序发展的状态。由于系统是由诸要素构成的相互作用的有机整体，从本质上讲，系统的有序结构决定了系统的最佳的功能，但当系统内部各要素之间的协调发生障碍时，系统就很难继续围绕目标进行控制，从而在功能上表现出某种程度的紊乱，表现出有序性减弱、无序性增强，系统的这种状态可称之为系统的熵值增加。“负熵”被用来表征系统与环境作交换，并利用从环境中得来交换物来维持本身的有序，抗拒本身的不可逆熵增这个过程中，进入系统的交换物的贡献大小的量。负熵增加意味着一种促进系统内部各子系统间更好协同作用，从而朝有序化方向发展的力量增加。 　　控制论的创始人维纳认为，信息、物质和能量是客观世界的三大构成要素，并且密不可分。物质、能量、信息都是改变系统负熵的因素，而物流、能流、信息流则称之为负熵流。若系统的负熵变化dS，熵增dSi，负熵流dSe，则： 　　dS=dSi+dSe 　　这个系统能否朝有序化方向发展，也即系统的负熵是增加还是减小取决于负熵流与熵增的大小。一个系统的熵增是因系统内部不可逆引起的，永远都不可能为负值，即总有dSi＞0，如果dSe＜0且dSe＞dSi，就会有dS=dSi+dSe＜0，这表明经过这样的过程，系统的负熵将增加，系统就会由原来的状态朝着更加有序的状态发展。对于远离平衡态的开放系统，需要靠外界不断供应物质或能量才能维持，才有可能使得系统朝着有序化的方向发展。因此，在系统的演化过程中，来自外界环境的负熵是系统维持和发展有序结构的一个必不可少的外部条件。 　　生态经济系统的可持续发展即是实现负熵、克服熵增的过程。生态经济系统作为一个耗散结构系统，它的开放性使其与环境交换物质、能源和信息成为可能，这个交换过程就是负熵过程。而经济系统通过从生态系统中开发资源而获得负熵，并且总会有一定量的资源不可被利用而以废物和废热的形式释放到生态系统中，还有人类的生活废弃物也被排放到生态系统，这些废物和废热排放使生态系统的熵值增大，为了抵消自身部分的熵增加，系统要不断把废热向外部排放。