农业可持续发展的系统与技术

农业可持续发展的系统与技术

可持续发展问题已成为人类社会的共同问题。农业作为直接利用自然资源来进行生产的基础性产业,是人类对自然资源与生态环境依赖性最大的第一产业,农业的可持续发展对整个国家和地区的可持续发展起着至关重要的作用。因此,农业可持续发展是可持续发展的基础和重要组成部分,农业可持续发展与否,直接影响着人类可持续发展目标的实现。本文基于系统理论与方法,对区域农业可持续发展系统进行了系统分析。1区域农业可持续发展体系1.1区域系统的概念区域是指具有内聚力和同质性的地区。区域的界限可以由单个或几个特征来划定。区域的实例有行政区域、经济区域、民族区域,等等。区域不是孤立存在的,区域隶属于区域系统。区域系统是由在一定的地域范围内的若干区域组成的、并按照空间和时间上一定的秩、序、阈、层次等排列的有机联系的地域体系或地域综合体。对于高一层次的区域系统,它是一个组成单元,而对于低层次的单元,它又是一个体系。在现实生活中,有很多这样的区域和区域系统的实例。例如,从行政区域的角度,中国的省既是区域,也是区域系统。1.2农业区域的概念区域农业可持续发展是指在一定的农业区域内,以农业自然资源得以持续利用和环境承载能力不断提高为目标的,既能满足当代人对农产品的需要,又不使后代人满足其自身需求的能力受到损害;既满足一定区域内的人群对农产品的需求,又不使其他地区的人群满足其需求的能力受到损害的一种发展农业生产的方式。研究农业可持续发展的问题,必然要落实到一个特定的空间——即通常所说的区域。农业区域作为一个客观存在的地域单元,由农业经济、农村社会、农业资源环境、农业生产和农业技术等因素耦合而成。具有地域特色的农业区域复杂系统,称为区域农业可持续发展系统(RASDS,RegionalAgriculturalSustainableDevelopmentSystem)。区域农业可持续发展,强调区域内农业经济、农村社会、农业资源环境、农村生产和农业技术五个方面发展的公平性、可持续性、共同性及协调统一性。区域农业可持续发展的核心是:在合理利用资源的基础上,采用适宜的农业技术,提高农业生产效率,同时兼顾环境的保护与保持,从而不影响后代发展的需要及长远的发展目标。定义1:RASDS是由不同属性的子系统相互交织、相互作用、相互渗透而构成的具有特定结构和功能的开放的复杂巨系统。其内涵表示为:式(1)中,S由上述的定义,我们可以这样认为:要实现区域农业可持续发展,必须要保证农业生产率稳定地增长,提高食物产量和食物安全保障率,发展农村经济,增加农民收入,改变农村落后面貌,增加公平性,保护和改善农业资源生态环境,促进农业技术发展,合理、持续地利用自然资源,这样才能满足当代和今后世世代代的需求,全面实现小康社会。1.3rasds的特征(1)开放复合性和动态性。整个系统是由农业经济、农业生产、农业资源环境、农村社会、农业技术等5个子系统相互交织、相互作用而成的、而且输入、输出都极为复杂的复合系统。系统具有动态的内部结构,即由人流、物流、能量流、信息流、技术流组成,在这些动态的构成部分之间,既存在着相互依赖、相互制约的对应关系,又存在着相互适应的对应关系,系统处于“动态平衡”之中。(2)不可逆性和非线性。对于RASDS来说,只要区域与系统内各子系统之间以复杂的非线性机制保持能量、物质和信息的交换,就有可能通过现有状态不同程度的偏离,产生时间和空间上相对有序的结构,即“耗散结构”。而耗散结构理论及现代科技成果表明,不可逆性都是有序的源泉、组织的源泉,使系统从混沌中产生出有序的机制,而且,系统复杂程度越高,不可逆性的趋势和作用越强。然而,RASDS作用机制的复杂性和非线性,特定历史时间和特定的区域,以及人们认识能力和手段的局限性,都使得RASDS的发展过程永远是确定性和随机性的统一。(3)反馈性和可控性。反馈性是动态平衡系统的一种固有性质,并可作为调控点。在一定时期内和一定的科学技术条件下,农业人口、农业资源环境容量受到阈值K的限制,当然这一阈值是一个区间而非一个具体数值。在这一区间内,当系统偏离稳定发展的状态时,负反馈促使其返回原来的状态;而一旦超过这一区间,正反馈将加速该系统的崩溃。由于人类的参加,RASDS发展过程实质上是一个自组织、或组织合作的过程,人们可以进行干预,人类对RASD的进程具有双向调控作用——可能促进、也可能延缓或破坏该进程。(4)稳定性和跃进性。在一定的时期内,RASD的实现是一个经由起步期—成长期—成熟期—顶极期的渐进过程,其在时间和空间上的稳定和有序程度,可以通过区域内人口、农业生产资源、农业生态环境与发展之间的协调程度体现。但区域各子系统之间关系的协调是RASD的必要条件,而不是充分条件,区域间和区域内各子系统之间关系的协调是区域农业可持续发展的过程界面。随着农业科技进步,RASDS将进入一个新的阶段。(5)空间性。区域农业可持续发展系统中的构成要素在空间上不是均匀分布的,而是呈曲面形状的。这要求在制定区域农业可持续发展战略时必须注意空间公平性,时空统一才是较完整的可持续发展的内涵。(6)不确定性。区域农业可持续发展系统及其组成要素都不会按某一精确轨迹运动,它们的变化过程同时具有随机性、模糊性。另一方面,系统结构和要素之间的关系也具有灰色性,其结构信息、层次信息、关系信息不可能完全确知。在区域农业可持续发展系统中的不确定性,可以分为几种类型:由随机因素引起的不确定性、由模糊因素引起的不确定性、由证据不全引起的不确定性、由系统内部的非线性因素引起的不确定性,等等。(7)涨落性。耗散结构理论认为,一个系统只要含有大量子系统或要素,其中就必定存在一些涨落。从这个角度上说,区域农业可持续发展系统在系统内外两方面因素的复杂非线性相互作用下,内部要素偏离系统稳定状态的某些涨落可能得以放大,在系统中产生更大范围的更强烈的过程,并自发组织起来,使系统从无序到有序、从低级有序到高级有序演变。2业可持续发展子系统对区域农业可持续发展系统分析的目的,在于确认区域农业可持续发展系统的系统组成,分析系统的层次、结构与功能,描述出系统结构模型,使系统环境、决策系统和系统目标能有机协调地联结为一体,并具体反映系统的行为特征。2.1区域农业可持续发展系统的层次分类层次是系统科学的基本概念之一。构成大系统的诸要素,都可以看作是物质、能量与信息的特定组合体,并呈现出一定层次。最简单的系统由要素层次和系统整体层次组成,要素之间的相互作用体现出整体特性,无须中间层次的整合,而像区域农业可持续发展系统这样复杂的系统,不可能一次完成从要素性质到整体性质的涌现,需要通过一系列中间等级的整合而逐步涌现出来,每个涌现等级代表一个层次,从要素层次开始,由低层次到高层次逐步整合发展,最终形成系统的整体层次。按不同的研究目的的需要,区域农业可持续发展系统可划分为不同的层次分类,如按空间尺度划分,可分为全球农业可持续发展系统、洲际农业可持续发展系统、国家农业可持续发展系统、地区农业可持续发展系统,等等;按系统要素划分,又可分为农业资源环境系统、农业经济系统、农村社会系统、农业生产系统和农业技术系统等。2.2区域农业可持续发展系统的子系统结构是系统的构成要素在时空连续区上的排列组合的方式和相互作用的方式,是系统构成要素的组织形式和秩序。通过对构成要素的分析,可以了解系统内的结构方面的问题、系统与其它区域或系统内部同时段相比时的结构性特征、结构演变趋势和结构型优势。区域农业可持续发展系统结构总的来说是一种循环式立体网络结构,如图1所示。(1)农业资源环境子系统是区域农业可持续发展系统的物质基础,合理开发和利用自然资源是农业经济可持续发展的前提。在一定时期内,耕地资源是有限的,我们必须保证资源利用强度与效率的持续增加,不合理利用资源会造成资源短缺和环境污染,进而影响到人类生活和经济发展以及社会的进步。(2)农业经济子系统是区域农业可持续发展系统的核心部分,这是指农业在经济上可以自我维持、自我保护和自我发展。只有赢利的农业系统才最终是可持续的。要求它发展到能够保障当代人的福利增加时,也不会使后代人的福利减少。它为区域农业可持续发展系统提供动力支持。(3)农村社会的可持续发展是区域农业可持续发展的目标,农村社会子系统的质量是区域农业可持续发展各子系统实现协调发展的关键。合理的政治体制、良好的社会伦理道德和历史文化沉积、以及稳定的社会环境等因素,体现出选择农业可持续发展作为今后的社会发展观是明智、正确的。(4)农业技术子系统对区域农业可持续发展系统起支撑作用,这是指农业各个部门——农、林、牧、副、渔之间及其内部各项农业技术有机组合、配套,以及农业科技各个环节——农业技术创新、技术推广、技术应用之间的相互联系、相互促进、相互制约的农业技术有机组合。农业技术子系统主体包括:①知识和技术的提供者——公共和私人科研机构;②技术接受者——用户;③联结研究机构和农户的桥梁——中介组织,如农技推广组织;④技术系统的管理者各级政府。(5)农业生产子系统是区域农业可持续发展的基本目标,狭义的农业可持续发展是指粮食的持续的增长率增加要高于人口自然增长率的增加,粮食生产总量应满足人口总规模达到“零增长”时的最低要求。2.3区域农业可持续发展系统的功能与结构功能是刻画系统行为、特别是系统与外界关系的重要概念。系统行为所引起的有利于环境中某些事物乃至整个环境存续与发展的作用,称为系统功能,它是系统结构的动态的外部表现。系统功能有内部功能和外部功能之分,区域农业可持续发展系统的外部功能,是指该系统在与环境相互作用中所呈现的可持续发展的能力,是通过各子系统的功能实现的。尽管各子系统功能与特征不同、重要程度不一,但每个子系统功能减弱或运行不畅都会影响它们上一层系统整体功能的发挥。内部功能是指系统内部各组成部分之间相互作用过程中的协调性能,每个系统内部结构决定了该系统的特性与功能,内部结构的合理化是系统协调发展的主要内容。由于区域农业可持续发展系统具有复杂性,所以,它的功能又分为总体功能和分部功能,分别指系统作为一个整体存在的功能和各部分之间相互独立的功能。3区域农业可持续发展体系的作用机制在给出了区域农业可持续发展系统概念内涵构成要素进行了分析的基础上,我们对系统内部和系统与外界之间的作用关系作进一步刻画,如图2所示。3.1资源环境是农业可持续发展的物质基础根据哈肯的协同论(Synergetic),一个由大量子系统构成的系统,在一定的条件下,它的子系统之间通过非线性的相互作用就能产生协同现象和相干现象,这个系统在宏观上就能够产生特定的时间结构和空间结构,形成具有一定功能的自组织结构,表现出一种新的有序状态。形成系统有序结构的根本原因不在于系统现状的平衡与否,也不在于系统距平衡态多远,而在于系统内部各子系统间相互关联的“协同作用”。区域农业可持续发展系统的资源环境,是可持续发展的物质基础。环境是支持人类活动的基本原材料和各种投入的来源,是吸纳经济活动废弃物的储存库和净化库,这两者均有不可取代的生命支持功能;资源作为环境要素中能被利用的部分,其外延和内涵随科技的进步逐渐扩大和深化,环境和资源的界限是经常变动的。经济发展是区域活动的核心,经济发展是科学技术和社会进步的物质基础,经济的发展促进了人类消费水平、文化教育、科技事业、生活质量、环境等方面的提高和改善,经济发展始终是区域发展的核心。社会经济、资源环境等诸要素的结构的优化、整体的协调,是实现系统功能优化和可持续发展的动因和基础。总之,区域农业可持续发展系统是农业生产、农业资源环境、农业经济、农村社会和农业技术等5要素相互有机联系、相互依存而组成的、客观存在的统一整体。3.3rasds根据最大熵原理,封闭系统会自发走向“熵增”或“减序”。因此,与外界不断发生物质、能量与信息“三大流”相互作用的、开放的区域农业可持续发展系统,只有保持从外区域输入农用物资、资金、劳动力、技术和信息等负熵流,以克服内部的熵增,才能使有序度不断提高。也就是说,通过与环境的相互作用而使系统维持一种“耗散结构”的状态,是区域农业可持续发展系统走向有序和自组织的基础与前提。在这个系统的各个演化时期,它对环境所呈现出的外部特性是不一样的。所以实现区域农业可持续发展的充分条件是必须从外界引入负熵流,使系统远离平衡态,保持一种非平衡状态,进而形成新的有序结构。负熵流包括技术进步、政策干预、更新观念等。(1)技术进步是一种直接的负熵流。技术进步是把RASDS各子系统紧密联系在一起的物质手段,是保持RAS-DS有序发展的负熵流。技术进步这一负熵流具有整体性,它包括生物技术、物理技术、工程技术等技术系统。如修建水库主要运用的是工程技术,但同时需要植树造林等生物技术配合。(2)各种政策手段所提供的负熵流。各种经济政策、措施、法令是一种间接的负熵流。如价格是与农业可持续发展系统没有直接关系的经济要素,但可通过调节价格促进或抑制对农业资源的开发规模;又如,为了使乡镇企业能够健康发展,国家提出农民离土不离乡的政策,这实质是引入负熵流,因为这样既可避免西方的