基于耗散結構理論的糧食生產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)展狀態(tài)分析

木合塔爾?艾買提 肖鵬南 徐濤

摘要： 為評價湖北省糧食生產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)展狀態(tài)和影響因素，基于熵值法和耗散結構理論，建立了糧食生產(chǎn)系統(tǒng)正、負熵值計算指標體系。研究結果表明：①湖北省糧食生產(chǎn)系統(tǒng)具有開放性、遠離平衡性、熵流非線性、漲落現(xiàn)象等特征，滿足耗散結構理論條件。②2000-2016年湖北省糧食生產(chǎn)系統(tǒng)內熵為0.893，外熵為-0.905，系統(tǒng)總熵-0.012，系統(tǒng)處于有序發(fā)展狀態(tài)。③單位面積糧食產(chǎn)量是反映內熵的主要因素，農(nóng)民人均純收入和政府糧食最低收購價是影響外熵的主要因素。④2000-2016年湖北省糧食生產(chǎn)系統(tǒng)負熵不斷增加，系統(tǒng)總熵逐漸減小，系統(tǒng)向有序態(tài)方向發(fā)展。⑤湖北省糧食生產(chǎn)能力不斷提高，2016年湖北省生產(chǎn)的糧食能養(yǎng)活大約為7×107人。總之，基于耗散結構理論的糧食生產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)展狀態(tài)判斷結果較為科學、符合實際，能準確地反映糧食生產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)展情況。

關鍵詞： 糧食生產(chǎn)系統(tǒng);耗散結構理論;熵值法

中圖分類號： X24?? 文獻標識碼： A?? 文章編號： 1000-4440（2021）04-1043-08

Based on dissipative structure theory analysis about development status of grain production system

Muhtar·AMAT1， XIAO Peng-nan2， XU Tao2

（1.College of Life and Geography Sciences， Kashi University， Kashi 844006， China;2.College of Urban & Environment Sciences， Central China Normal University， Wuhan 430079，China）

Abstract： To evaluate the development status and influencing factors of grain production system in Hubei province， calculation index system of positive and negative entropy values for grain production system was established based on entropy method and dissipative structure theory. The results showed that， firstly， the grain production system of Hubei province had the characteristics such as openness， far from equilibrium state， nonlinear entropy flow， non-linearity and fluctuation， which met the theoretical conditions of dissipative structure. Secondly， the internal entropy of the grain production system in Hubei province was 0.893， the external entropy was -0.905 and the total entropy was -0.012 in 2000-2016， the grain production system was in an orderly development state. Thirdly， the grain production per unit area was the main factor reflecting internal entropy， the farmers′ per capita net income and the governmental lowest purchasing price for grain were the main factors affecting external entropy. Fourthly， in 2000-2016， the negative entropy of grain production system in Hubei province increased continuously， the total entropy of the system decreased gradually and the system developed towards orderly state. Fifthly， the grain production capacity of Hubei province increased continuously. In 2016， grain produced in Hubei province could feed about 70 million people. In conclusion， the development status of grain production system judged by the dissipative structure theory is relatively scientific and practical， which can reflect the development of the grain production system accurately.

Key words： grain production system;dissipative structure theory;entropy method

糧食是人類賴以生存的物質基礎，也是生產(chǎn)活動的產(chǎn)物之一。糧食生產(chǎn)是人類最基礎的生產(chǎn)活動，糧食生產(chǎn)與自然和社會之間存在著復雜的關系。糧食與其所處的外部環(huán)境共同形成了糧食生產(chǎn)系統(tǒng)，糧食生產(chǎn)系統(tǒng)是開放，輸入-輸出層次分明，系統(tǒng)結構清晰，受到人文因素和自然因素的共同影響，不斷地發(fā)生變化的社會系統(tǒng)。糧食生產(chǎn)系統(tǒng)是人地系統(tǒng)的一部分，它的發(fā)展情況能反應人口（P）、資源（R）、環(huán)境（E）和發(fā)展（D）的關系[1]和發(fā)展狀態(tài)。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人口迅速膨脹，人類對糧食的需求不斷增加，加之資源枯竭、生態(tài)失衡、環(huán)境惡化等問題，人地矛盾越來越突出[2-3]。在這一大背景下，研究區(qū)域糧食生產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)展情況和影響因素，具有十分重要的理論意義和實踐價值。

耗散結構理論的創(chuàng)立人是比利時科學家普利高津。他認為：一個遠離平衡的開放體系，通過與外界交換物質和能量，在外界條件變化達到一定閾值時，能從原來的無序狀態(tài)變?yōu)闀r間、空間或功能的有序狀態(tài)，這種非平衡條件下的、穩(wěn)定的、有序的結構稱為耗散結構[4]。此后湛懇華等[5]和劉瑞顯等[6]利用耗散結構理論解決了經(jīng)濟、社會、生態(tài)等實際問題，在現(xiàn)實生活中解決了與自然科學相關的難題，而且在社會經(jīng)濟系統(tǒng)也發(fā)揮了較好的作用。自1978年開始，耗散結構理論被中國學者所接受，應用于理論研究及實際應用，并提出新概念和新方法，豐富了耗散結構理論的內容。李慧明[7]通過研究得出可采取提高資源開發(fā)利用的技術水平、資源循環(huán)使用等措施增加系統(tǒng)中的負熵流的結論。申維[8]利用耗散結構、自組織、突變理論研究水資源、土地演變、生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展等地球科學問題，認為耗散結構理論是研究系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展和演變情況的最好方法之一。楊國華等[9]運用耗散結構理論研究半干旱生態(tài)區(qū)的生態(tài)建設，并得到形成復合生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定層級結構。陳磊等[10]等運用耗散結構理論分析了四川省耕地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)安全級別與演變趨勢，認為耕地系統(tǒng)是開放系統(tǒng)，其特征適合用耗散結構理論來分析和說明。此外，谷國鋒等[11]、程結晶等[12]應用耗散結構理論研究系統(tǒng)形成與演化機制，闡述數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的有序發(fā)展狀態(tài)。目前，對糧食生產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)展及驅動力的分析方法主要集中在主成分分析法[13]、系統(tǒng)生態(tài)學方法[14]、趨勢面分析方法[15]、耦合協(xié)調分析法[16]和系統(tǒng)動力學方法[17]等，運用耗散結構理論分析糧食生產(chǎn)系統(tǒng)的研究比較少見。

耗散結構理論用于開放的輸入-輸出系統(tǒng)，理論內容清晰明了，計算步驟和方法較為簡便，結果能較好地反應系統(tǒng)情況，因此，耗散結構理論現(xiàn)已被廣泛應用于社會系統(tǒng)和城市系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展、經(jīng)濟系統(tǒng)的發(fā)展、土地結構及生態(tài)效應、人與資源系統(tǒng)的協(xié)調性、水資源利用和分配、糧食生產(chǎn)系統(tǒng)結構的演化及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究等領域[18-19]。糧食生產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)展狀態(tài)對國家和區(qū)域發(fā)展具有基礎性影響，借鑒熵值法和耗散結構理論定量研究地域糧食生產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)展狀況具有一定的科學價值。本研究運用耗散結構理論，評價湖北省糧食生產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)展狀態(tài)，為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展、保護耕地資源、處理人地關系、制定發(fā)展規(guī)劃等方面提供科學依據(jù)。

1 研究方法

1.1 熵值法

德國物理學家克勞修斯于1850年首次提出熵的概念，將其作為熱力學過程不可逆程度的一種量度[20]。經(jīng)過許多科學家的研究和分析熵的概念得到進一步的發(fā)展，特別是玻爾茲曼和香農(nóng)等人從統(tǒng)計學和信息論的角度豐富了該理論包含的內容和研究方法。在熱力學中，熵（S）是一個狀態(tài)參數(shù)，描述動態(tài)的、復雜的、不可逆的狀態(tài)，是一個表示研究對象演化特征和發(fā)展狀態(tài)的指標[21]。

S=klnW（1）

式（1）中，S是系統(tǒng)熵，k是玻爾茲曼常數(shù)，W是熱力學幾率。

1948年香農(nóng)將前人的成果予以總結，強調了“信息量”這個概念。他把信息熵與統(tǒng)計力學熵概念相聯(lián)系，將熵的概念引入信息論中，用熵值來表征信源的特性，給出了信息熵公式：

ej=-k∑ni=1pijlnpij，其中，k>0，k=1/lnn（2）

E=∑mj=1ejwj （j=1，2，3，…，m）（3）

式中，pij是j項指標下第i個評價對象的特征比重，ej是第j指標的熵值，wj是第j指標的權重，E是系統(tǒng)熵值。

一個系統(tǒng)的熵值或系統(tǒng)中各組成要素（指標）的熵值可利用公式（2）和公式（3）計算并根據(jù)此值進行評價。系統(tǒng)中某項指標的熵值越大，意味著指標提供的有效信息量越小，權重也越小，反之則越大。由熵值法的原理可知，各指標的熵值在0與1之間。通過構建系統(tǒng)熵指標體系，在數(shù)據(jù)整理、數(shù)據(jù)標準化和指標比重計算等數(shù)據(jù)處理[22-23]之后，計算得到由n個對象和m個指標組成的一個系統(tǒng)的熵值。

1.2 耗散結構理論

耗散結構理論強調當一個系統(tǒng)接近平衡時原有的結構就會趨于消亡，只有當系統(tǒng)遠離平衡時才能產(chǎn)生新的有序結構。一個遠離平衡的開放系統(tǒng)與外界交換物質、能量才能發(fā)展變化。耗散結構定義為：在遠離平衡的條件下，借助于外界的能量流和物質流而維持的一種空間或時間的有序結構[24-25]。一個系統(tǒng)要處于耗散結構，必須滿足4個條件，根據(jù)這些條件，耗散結構系統(tǒng)可以概括為：在非平衡條件下，依靠物質、能量、信息不斷輸入和輸出來維持其內部非線性相互作用的有序系統(tǒng)[26-27]。根據(jù)耗散結構理論，系統(tǒng)熵值變化受外部環(huán)境的影響，而影響系統(tǒng)結構與穩(wěn)定的熵可分為內熵和外熵，系統(tǒng)熵可用以下模型來表示：

dS=diS+deS（4）

式4中dS為系統(tǒng)中總熵值的變化，diS為系統(tǒng)內熵，deS為系統(tǒng)外熵。

內熵是系統(tǒng)內部發(fā)展所導致的熵變化，也稱為熵產(chǎn)生（diS）;另一部分是系統(tǒng)與外界交換能量與物質引起的熵變化， 稱為熵流（deS）。dS的大小取決于diS和deS的代數(shù)和。如果系統(tǒng)中總熵流為正值， 即dS>0， 則系統(tǒng)的無序程度將增加;如果系統(tǒng)中總熵流為負值， 即dS<0，則系統(tǒng)的有序程度將增加[28]。系統(tǒng)有序狀態(tài)是系統(tǒng)發(fā)展的目標，通過采取各種措施和方法找出系統(tǒng)負熵源，進而利用負熵系統(tǒng)，保證系統(tǒng)不斷向有序的方向發(fā)展。

2 糧食生產(chǎn)系統(tǒng)耗散結構特征剖析

2.1 糧食生產(chǎn)系統(tǒng)

糧食生產(chǎn)系統(tǒng)是由糧食生產(chǎn)活動和影響糧食生產(chǎn)量的各種外部環(huán)境和因素組成的，具有滿足人類身體物質需求的多因素、多目標系統(tǒng)。人類的發(fā)展離不開糧食，隨著人類社會的發(fā)展，人口數(shù)量越來越多，人與糧食之間的關系越來越緊密，人依靠糧食生活，沒有糧食人類不會發(fā)展，甚至崩潰[29]。

糧食生產(chǎn)系統(tǒng)在結構、功能、組成要素以及組成要素之間的關系等方面符合系統(tǒng)的特征。它是由若干個要素組成，各要素之間存在相互關系，這種相互關系決定了系統(tǒng)的結構，通過系統(tǒng)結構可判斷系統(tǒng)功能。糧食生產(chǎn)系統(tǒng)在耗散結構理論下結構和功能之間的關系以及與內熵和外熵的交換如圖1所示。

在糧食生產(chǎn)系統(tǒng)中，人與糧食之間存在著相互依賴和相互促進的關系。糧食生產(chǎn)系統(tǒng)與外界不斷地進行物質和能量交換，從外界接受能量，同時也向外界釋放能量。糧食生產(chǎn)系統(tǒng)自身產(chǎn)生的信息熵為內熵，而外界產(chǎn)生的信息熵為外熵，外熵和內熵之間的關系是投入-產(chǎn)出關系。糧食生產(chǎn)系統(tǒng)是以人為主的，以糧食生產(chǎn)為目標的，以人類的勞動和技術為投入量和耕地的糧食產(chǎn)量為產(chǎn)出量的耦合系統(tǒng)。糧食生產(chǎn)系統(tǒng)的有序發(fā)展對經(jīng)濟和社會的發(fā)展，社會穩(wěn)定、生態(tài)安全、國家綜合實力增強等都有不可缺少的作用。

2.2 糧食生產(chǎn)系統(tǒng)的耗散結構特征

2.2.1 開放性特征 糧食生產(chǎn)系統(tǒng)是開放系統(tǒng)，是人地系統(tǒng)的子系統(tǒng)。糧食系統(tǒng)在發(fā)展過程中離不開人類社會和自然界的物質和能量投入。人類在生產(chǎn)生活過程中不斷地對周圍外部環(huán)境投入物質、能量和信息，也不斷地從環(huán)境中得到生存必須的物質、能量和信息。所以，糧食生產(chǎn)系統(tǒng)不斷地跟外部環(huán)境進行聯(lián)系以保持自身健康有序的發(fā)展。

2.2.2 遠離平衡態(tài)特征 根據(jù)耗散結構理論，任何系統(tǒng)若要處于遠離平衡態(tài)，必須與外界進行能量交換。對于糧食生產(chǎn)系統(tǒng)來說，如果糧食生產(chǎn)系統(tǒng)處于平衡態(tài)或接近平衡態(tài)，系統(tǒng)會出現(xiàn)衰落甚至滅亡，但是糧食生產(chǎn)系統(tǒng)總是不斷地接收外部能量，實現(xiàn)遠離平衡態(tài)。所以糧食生產(chǎn)系統(tǒng)不斷地產(chǎn)生正熵（內熵），并從外界接收負熵（外熵），由此實現(xiàn)系統(tǒng)的“新陳代謝”。

2.2.3 非線性特征 糧食生產(chǎn)系統(tǒng)在發(fā)展過程中會受到自然、人文等多種因素的影響。人地之間的相互作用紛繁復雜，無法用簡單的線性原理進行分析。糧食生產(chǎn)系統(tǒng)正是通過復雜的非線性能量交換，不斷地調整結構，從原來的結構逐步穩(wěn)定到新的耗散結構。

2.2.4 漲落特征 自然、人文等多種因素的變化都會對糧食生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，這些因素的漲落變化使糧食生產(chǎn)系統(tǒng)也出現(xiàn)漲落現(xiàn)象。糧食生產(chǎn)系統(tǒng)由于受到人為因素及自然因素的影響，系統(tǒng)中的內部要素之間以及子系統(tǒng)之間都為非線性關系。農(nóng)業(yè)結構不斷地調整使糧食生產(chǎn)系統(tǒng)向著非線性方向發(fā)展。因此糧食生產(chǎn)系統(tǒng)具備漲落特征，是個耗散結構。

3 糧食生產(chǎn)系統(tǒng)的熵與分析

3.1 糧食生產(chǎn)系統(tǒng)的熵

根據(jù)熵理論和耗散結構理論，要分析糧食生產(chǎn)系統(tǒng)是否形成耗散結構，需要分析該系統(tǒng)中熵的構成。跟其他耗散結構系統(tǒng)一樣，糧食生產(chǎn)系統(tǒng)的熵由來自于系統(tǒng)內部的正熵以及來源于外部環(huán)境的負熵構成。糧食生產(chǎn)系統(tǒng)的正熵是系統(tǒng)運行過程中產(chǎn)生的不利于系統(tǒng)發(fā)展的信息量。糧食生產(chǎn)系統(tǒng)的內部熵由糧食生產(chǎn)量的變化熵和人口的變化熵2個部分組成，將2個熵合二為一，更具有代表性，因此用人均糧食生產(chǎn)量代表系統(tǒng)的內部熵。糧食生產(chǎn)系統(tǒng)內熵（diS）的計算公式為：

diS=糧食生產(chǎn)量（產(chǎn)出）（5）

糧食生產(chǎn)系統(tǒng)外熵主要表現(xiàn)為系統(tǒng)與環(huán)境和社會經(jīng)濟發(fā)展之間的關系，因此它主要包括耕地資源（deS1）、科技投入水平（deS2）、區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展（deS3）、環(huán)境質量（deS4）。因此， 糧食生產(chǎn)系統(tǒng)的負熵計算公式為：

deS=deS1+deS2+deS3+deS4（6）

為了對糧食生產(chǎn)系統(tǒng)是否形成耗散結構進行判定，本研究建立了可從整體上代表糧食生產(chǎn)系統(tǒng)內部環(huán)境和外部環(huán)境的，并可用于評價的正、負熵指標體系。構建對系統(tǒng)正熵指標體系的依據(jù)從整體上來說就是系統(tǒng)內部運行所涉及到的各種行為及要素。對于糧食生產(chǎn)系統(tǒng)來說，人是影響正熵的主要因素，提高糧食產(chǎn)量滿足人對糧食的需求為目的，保護耕地質量的前提下增加經(jīng)濟收入是糧食系統(tǒng)的基礎，因此糧食系統(tǒng)正熵指標包括人均糧食產(chǎn)量等5個指標;構建負熵指標體系的依據(jù)是系統(tǒng)運行所面臨的各種外部環(huán)境要素，以糧食生產(chǎn)系統(tǒng)與外部環(huán)境的直接關系為依據(jù)，從經(jīng)濟、資源、環(huán)境、技術等方面考慮，構建由森林覆蓋率和人均GDP等12個指標所構成的負熵指標體系（表1）。

表1中的17個指標中生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)和水質量達標率指標數(shù)據(jù)來自于湖北省環(huán)境質量公報（2001-2017年），政府糧食最低收購價數(shù)據(jù)來自于湖北省人民政府網(wǎng)站，耕地面積數(shù)據(jù)來自于湖北省國土資源綜合統(tǒng)計年報（2001-2017年），其余指標數(shù)據(jù)來自于湖北省統(tǒng)計年鑒（2001-2017年）、湖北省國民經(jīng)濟與社會發(fā)展公報（2001-2017年）及中國農(nóng)村統(tǒng)計年鑒、湖北農(nóng)村統(tǒng)計年鑒等書籍及中國知網(wǎng)、國家統(tǒng)計局、湖北省統(tǒng)計局等網(wǎng)站。

3.2 湖北省糧食生產(chǎn)系統(tǒng)熵值與分析

根據(jù)熵值法模型和計算步驟[30-31]，算出湖北省糧食生產(chǎn)系統(tǒng)各指標的熵值和17年的正熵值和負熵值，計算結果如表2所示。

由表2可知，糧食生產(chǎn)系統(tǒng)內熵值為 0.893，熵值較高，糧食生產(chǎn)系統(tǒng)內部信息交換關系較強，系統(tǒng)內部單位面積糧食產(chǎn)量的熵權值較大，表明產(chǎn)出要素中主要的要素熵值最?。?.652），對糧食系統(tǒng)熵值作用較大，反映的內部信息量最多;耕地土壤有機質含量熵權值為0.085，產(chǎn)出指標中信息量較小。糧食系統(tǒng)外熵值為-0.905，絕對值高于系統(tǒng)內熵值，系統(tǒng)總熵值為-0.012（dS<0），表明糧食生產(chǎn)系統(tǒng)與外部環(huán)境的信息交換超過內部信息交換量，系統(tǒng)發(fā)展的外部環(huán)境對系統(tǒng)發(fā)展作用較大。負熵指標中糧食作物播種面積、有效灌溉面積、農(nóng)業(yè)機械總動力、地區(qū)生產(chǎn)總值、農(nóng)民人均純收入、政府糧食最低收購價、水質量達標率的熵值絕對值大于內熵值，表明這些因素對湖北省糧食生產(chǎn)的影響或作用較大。

3.3 湖北省糧食生產(chǎn)系統(tǒng)耗散結構態(tài)

為了解湖北省糧食生產(chǎn)系統(tǒng)年度發(fā)展情況，以人均糧食產(chǎn)量為基礎，確定糧食消費標準（350 kg≤溫飽水平<400 kg，小康水平≥400 kg），結合糧食生產(chǎn)系統(tǒng)的年度熵值，判斷湖北省年度（2001-2017年）糧食生產(chǎn)系統(tǒng)狀態(tài)和糧食消費水平，結果見表3。

根據(jù)熵值計算模型可以斷定，系統(tǒng)年度熵值取值范圍是[0，1]，按照極值法規(guī)定糧食生產(chǎn)系統(tǒng)熵值在[0，0.17）系統(tǒng)處于遠離平衡態(tài)，在[0.17，0.34）系統(tǒng)處于基本遠離平衡態(tài)，在[0.34，0.68）系統(tǒng)處于過渡態(tài)（如果大于0.51，靠近平衡態(tài);小于0.51，遠離平衡態(tài)），在[0.68，0.85）系統(tǒng)處于基本平衡態(tài)，在[0.85，1.00]系統(tǒng)處于平衡態(tài)。

由表3可知，2000年湖北省糧食生產(chǎn)的人-糧發(fā)展水平處于溫飽狀態(tài)，小康水平標準下的超載人口約為9.976×106人，2008年超載人口約為1.429 3×106人，而且2002年和2003年超載人口已分別達到5.545×106人和8.824 5×106人，表明2000年至2008年湖北省糧食生產(chǎn)系統(tǒng)人口壓力較大。2009年，湖北省糧食生產(chǎn)水平已達到每人403.69 kg，糧食消費標準已達到小康水平，并且糧食產(chǎn)量已經(jīng)滿足當年人口（5.720×107人）的需求。2009年至2015年，湖北省糧食消費標準維持在小康水平，小康負超載人口數(shù)不斷上升，在2015年達到了最高值，為9.067×106人，表明湖北省糧食生產(chǎn)系統(tǒng)人口壓力越來越小。

由圖2可知，以人均糧食生產(chǎn)水平為標準，湖北省糧食生產(chǎn)分2個階段：2000年至2008年平均糧食生產(chǎn)量均小于400 kg，糧食生產(chǎn)處于溫飽水平，是人口壓力不斷增大的階段;2009年至2016年平均糧食產(chǎn)量均多余400 kg，糧食生產(chǎn)處于小康水平。湖北省糧食生產(chǎn)系統(tǒng)負熵（外熵）值從2000年的-0.552增加到2016年的-0.718，其中最高值出現(xiàn)在2014年，外熵值為-0.722，系統(tǒng)總熵值從0.45下降到0.17，表明湖北省糧食生產(chǎn)系統(tǒng)向有序狀態(tài)發(fā)展。

根據(jù)熵值法和耗散結構理論評價糧食生產(chǎn)系統(tǒng)的結果能較好地反映糧食生產(chǎn)系統(tǒng)的特征和發(fā)展狀態(tài)。糧食生產(chǎn)系統(tǒng)要想穩(wěn)定、有序地發(fā)展， 必須從外界不斷吸收物質與能量，由此產(chǎn)生的負熵大于自身發(fā)展過程產(chǎn)生的正熵，才能形成漲落現(xiàn)象，系統(tǒng)總熵逐步減少，無序程度降低，糧食生產(chǎn)系統(tǒng)向更高的有序發(fā)展。

湖北糧食生產(chǎn)系統(tǒng)中單位面積糧食產(chǎn)量是主要的系統(tǒng)產(chǎn)出指標，反映的信息量較多。湖北省糧食生產(chǎn)系統(tǒng)內熵為0.893，外熵為-0.905，總熵值為-0.012，處于有序發(fā)展階段，還未達到高效率有序運行的狀態(tài)。研究階段內糧食生產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)展狀態(tài)不斷發(fā)生變化，系統(tǒng)逐漸遠離平衡，尤其是2009年以后系統(tǒng)處于向遠離平衡發(fā)展的過渡狀態(tài)。湖北省是中國糧食生產(chǎn)基地之一，本研究結果比較符合實際，較好地反映了湖北省糧食生產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)展狀態(tài)，說明用耗散結構理論與熵值法對糧食生產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)展狀態(tài)評價是可行的，在評價過程中得到的各參數(shù)能夠反映出湖北省糧食生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)能力的整體發(fā)展狀況。

糧食生產(chǎn)系統(tǒng)滿足耗散結構理論的條件。湖北省糧食生產(chǎn)系統(tǒng)是一個開放系統(tǒng)，處于遠離平衡態(tài)，通過與外部較復雜的能量交換，系統(tǒng)出現(xiàn)漲落現(xiàn)象，系統(tǒng)不斷向完善有序態(tài)發(fā)展。湖北省糧食產(chǎn)量影響因素主要有糧食作物播種面積、有效灌溉面積、農(nóng)業(yè)機械總動力、地區(qū)生產(chǎn)總值、農(nóng)民人均純收入、政府糧食最低收購價、水質量達標率。為進一步提高糧食生產(chǎn)水平，湖北省要擴大糧食作物播種面積，增加農(nóng)業(yè)技術投入量，發(fā)展區(qū)域經(jīng)濟，提升環(huán)境質量。從2000年到2016年，糧食生產(chǎn)系統(tǒng)熵值的發(fā)展趨勢較為理想，熵值不斷減小，發(fā)展狀態(tài)較好，而且系統(tǒng)狀態(tài)向著結構穩(wěn)定、更加有序的方向發(fā)展。

本研究從耗散結構理論出發(fā)，探討了糧食生產(chǎn)系統(tǒng)的耗散結構特征，并將其用于糧食生產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)展狀態(tài)評估之中， 為湖北省糧食生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展研究提供了一個新的視角和研究方法。耗散結構理論較好地指出了湖北省糧食生產(chǎn)的主要影響因素，只有在耕地資源、環(huán)境保護、經(jīng)濟發(fā)展、農(nóng)業(yè)技術投入等方面加大力度，提高糧食生產(chǎn)量，才能保證人糧系統(tǒng)的有序發(fā)展。研究結果對于制定糧食生產(chǎn)系統(tǒng)協(xié)調發(fā)展戰(zhàn)略、保護耕地資源、提高糧食產(chǎn)量等方面有一定的參考價值。

4 結論

耗散結構理論與熵值法[32-34]相結合對糧食生產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)展狀態(tài)的分析結果較為科學、符合實際，能準確地反映糧食生產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)展情況。該方法在制定糧食生產(chǎn)系統(tǒng)協(xié)調發(fā)展計劃、保護耕地資源、提高糧食生產(chǎn)等方面有一定的理論和實踐應用價值。

在構建糧食生產(chǎn)系統(tǒng)正熵指標時可以考慮人口、人口增長率、糧食總產(chǎn)量、單位面積糧食產(chǎn)量、人均糧食增長率等指標，但我們認為這些指標數(shù)據(jù)在總體上能夠反映人均糧食生產(chǎn)情況，人均糧食產(chǎn)量就能直接反映糧食生產(chǎn)系統(tǒng)自身發(fā)展情況。選擇負熵指標時從經(jīng)濟、環(huán)境、技術、資源4個方面選擇要素，但影響糧食生產(chǎn)的要素較多，可能還有農(nóng)戶行為、農(nóng)戶素質和市場價格波動等要素。研究中使用的有些指標有包含關系，例如，生態(tài)環(huán)境指數(shù)包含森林覆蓋率等，或有些指標對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的影響不太明顯，如農(nóng)村用電量，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥使用量對糧食生產(chǎn)的貢獻率遠遠大于農(nóng)藥使用量，但農(nóng)藥的合理使用一定程度上反映農(nóng)民的技術水平。不同指標可能會對研究結果產(chǎn)生不確定的影響，為此正熵和負熵因素選擇要統(tǒng)籌考慮單要素指標和綜合指標。

對于糧食生產(chǎn)系統(tǒng)的考察不局限于產(chǎn)量，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人類的糧食消費結構在不斷地變化，糧食生產(chǎn)系統(tǒng)的組成要素和要素之間的關系以及系統(tǒng)功能也在不斷地發(fā)生變化，以糧食產(chǎn)量為主要目標的糧食生產(chǎn)系統(tǒng)難以適應社會經(jīng)濟發(fā)展的實際需求，在今后研究中指標的選擇和糧食生產(chǎn)系統(tǒng)的功能還需要進一步的考慮。

參考文獻：

[1] 木合塔爾·艾買提，玉素甫江·如素力. 喀什市PRED系統(tǒng)協(xié)調發(fā)展分析[J].環(huán)境保護與循環(huán)經(jīng)濟，2016，36（1）：52-57.

[2] 王 欣，楊 君，李 婷.基于生態(tài)服務價值的生態(tài)補償——以長沙市為例[J].江蘇農(nóng)業(yè)學報，2019，35（4）：965-972.

[3] 楊 山，潘 婧，季增民. 耗散結構視角下連云港港城系統(tǒng)演進機理及規(guī)律研究[J].地理科學，2011，31（7）：781-787.

[4] PRIGOGINE I， ALLEN P M. The challenge of complexity， see， self-organization and dissipative structures[A]. Austin： University of Texas Press， 1982：125-167.

[5] 湛懇華，沈小峰.普里高津與耗散結構理論[M].西安：陜西科學技術出版社，1982：50-64.

[6] 劉瑞顯，李國鋒，徐立華，等.棉花生產(chǎn)技術創(chuàng)新系統(tǒng)的耗散結構分析[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學，2014，42（1）：8-10.

[7] 李慧明.熵律、生態(tài)平衡與環(huán)境資源合理利用[J].南開經(jīng)濟研究，1999（4）：8-13.

[8] 申 維.耗散結構、自組織、突變理論與地球科學[M].北京：地質出版社，2008：172-198.

[9] 楊國華，崔 彬.基于耗散結構理論的半干旱區(qū)生態(tài)建設研究[J].生態(tài)經(jīng)濟，2011，27（6）：31-34.

[10]陳 磊，田雙清，張 寬，等.基于耗散結構理論的四川省耕地生態(tài)安全測度分析[J].水土保持研究，2017，24（2）：307-313.

[11]谷國鋒，張秀英.區(qū)域經(jīng)濟系統(tǒng)耗散結構的形成與演化機制研究[J].東北師大學報（自然科學版），2005，37（3）：119-124.

[12]程結晶，劉佳美，楊起虹.基于耗散結構理論的科研數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)概念模型及運行策略[J].現(xiàn)代情報，2018，38（1）：31-36.

[13]羅海平，潘柳欣，宋 焱，等.基于生態(tài)系統(tǒng)服務價值的中國糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)-生態(tài)協(xié)調性實證測算與預警[J].江蘇農(nóng)業(yè)學報，2020，36（3）：760-768.

[14]劉新衛(wèi)，陳百明，楊 紅.糧食生產(chǎn)系統(tǒng)的能值分析——以安塞縣為例[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2004，22（2）：174-180.

[15]梅淑芳，梅 忠.區(qū)域糧食生產(chǎn)系統(tǒng)變化趨勢分析與預測[J].中國農(nóng)學通報，2005，21（6）：411-414.

[16]邵留長，喬家君.河南省經(jīng)濟發(fā)展與糧食生產(chǎn)耦合協(xié)調分析[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2016，37（2）：230-237.

[17]李紀岳，陳 志，楊敏麗.糧食作物生產(chǎn)機械化系統(tǒng)動力學建模與仿真[J].農(nóng)業(yè)機械學報，2013，44（2）：30-33，21.

[18]黃震方，朱曉華，楊秀春.可持續(xù)發(fā)展理論與實踐的自組織性質研究[J].人文地理，2001，16（2）：31-35.

[19]荀文會，劉友兆，吳冠岑.基于耗散結構理論的耕地資源利用與保護[J].經(jīng)濟地理，2007，27（1）：141-144.

[20]鄭建初，劉華周，周建濤，等.江蘇省現(xiàn)代高效農(nóng)業(yè)發(fā)展目標與模式研究[J].江蘇農(nóng)業(yè)學報，2009，25（1）：1-5.

[21]王光輝，劉怡君，王紅兵.基于耗散結構理論的城市風險形成及演化機理研究[J].城市發(fā)展研究，2014，21（11）：81-86.

[22]周 偉，曹銀貴，袁 春，等.蘭州市土地集約利用評價[J].中國土地科學，2011，25（3）：63-69.

[23]何逢標.綜合評價方法MATLAB實現(xiàn)[M].北京：中國社會科學出版社，2010：326-332.

[24]顏澤賢.耗散結構與系統(tǒng)演化[M].福州：福建人民出版社，1987：75-115.

[25]楊 琳，何 芳.基于耗散理論的城市邊緣區(qū)土地利用的彈性管理研究[J].地理科學，2007，27（5）：655-660.

[26]周巧鳳.基于熵理論與耗散理論的資源型地區(qū)綠色發(fā)展評價研究[D].太原：山西大學，2017：9-14.

[27]沈小峰.耗散結構論[M].上海：上海人民出版社，1987：20-45.

[28]陳 雷，周敬宣，李湘梅.基于耗散結構理論的城市生態(tài)水平評價研究——以武漢市為例[J].長江流域資源與環(huán)境，2007，16（6）：786-790.

[29]潘佩佩，王曉旭，趙倩石，等.河北省耕地利用變化對糧食生產(chǎn)的影響效應及時空格局分析[J].地理與地理信息科學，2018，34（6）：85-92.

[30]車林杰.協(xié)同創(chuàng)新系統(tǒng)耗散結構判定研究[D].重慶：重慶大學，2016.

[31]吳雄周，楊 嬋.農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)自組織功能優(yōu)化探討——基于耗散結構理論視角[J].吉首大學學報（社會科學版），2011，32（4）：106-109.

[32]楊士航，李光林，馬 馳，等. 基于因子分析聯(lián)合熵值法的重慶市璧山區(qū)設施葡萄經(jīng)濟效益分析與評價[J]. 南方農(nóng)業(yè)學報，2020，51（2）：477-484.

[33]董奮義，齊 冰. 基于熵值法和比較靜態(tài)分析的省級農(nóng)業(yè)科技DEA效率[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學，2019，47（19）：321-326.

[34]郝小字，張 鑫，雍志勤. 榆林市水資源承載力空間分異[J].排灌機械工程學報，2019，37（12）：1037-1043.

（責任編輯：張震林）

收稿日期：2020-09-18

基金項目：國家自然科學基金項目（41271534）

作者簡介：木合塔爾·艾買提（1982-），男，新疆喀什人，博士，副教授，主要從事人文地理與資源環(huán)境評價等研究。（E-mail）muhtar99@sina.com

通訊作者：肖鵬南，（E-mail）maikedang@mails.ccnu.edu.cn