于田綠洲社會經濟可持續發展研究

摘要：以耗散結構理論為基礎，根據現有數據，建立了于田綠洲社會經濟系統可持續發展狀況評估的指標體系。并運用信息熵計算法，對于田綠洲社會經濟系統的可持續發展狀況進行分析。結果表明，①1980-2010年，于田綠洲社會經濟系統的總熵變波動變化，但整體上處于下降趨勢，說明于田綠洲社會經濟可持續發展狀況良好；②1980-2010年，系統的熵產生指標中，第三產業生產總值、農牧民人均純收入和第二產業總產值的權重最大；在系統的熵流指標中，地方財政支出、農村用電量和化肥使用量的權重最大。

關鍵詞：于田綠洲；社會經濟系統；信息熵；可持續發展

中圖分類號：F323.2 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）14-3795-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.14.064

Abstract：Based on the dissipative structure theory as the foundation， according to the existing data，established the evaluation index system of sustainable development of social and economic system of the Yutian oasis. And using information entropy method，evaluated and analyzed the sustainable development of social economic system of Yu-tian oasis.The results show that①1980-2010，the total entropy of the socio-economic system in Yu-tian Oasis becomes fluctuations，but on the whole is in a downward trend，indicating the development of social economy system is relatively stable in Yu-tian oasis；②1980-2010，the index of entropy production of the system，the weight of the third industry Gross domestic product，per capital net income of farmers and herdsmen and the second industry output value is maximum.

Key words：Yu-tian oasis； social economic system； information entropy； sustainable development

綠洲是在極度干旱的氣候條件下和大范圍的荒漠背景中形成的一種獨特的生態景觀，也是干旱區人類生存與發展的基礎[1]。隨著綠洲區人類活動強度的不斷增大和自然資源的大量開發，綠洲的生態環境受到了很大影響。由于綠洲的生態環境與人類社會是一個相互影響、相互作用的整體，所以綠洲生態環境的破壞也制約了當地人與自然的協調發展。于田綠洲是中國典型的綠洲生態脆弱地區，該區生態環境較為脆弱[2]。近年來，由于該區人口的快速增長，引發了糧食需求的增加，進而刺激人們大量墾荒。據了解，在1958-1990年間，于田地區開荒面積約為29 213 hm2。其中，約有1 667-5 333 hm2是以毀林和破壞草場為代價的。但是，大部分新開墾的土地由于灌溉水源不足而被廢棄，加速了該區土壤鹽漬化和沙漠化的進程。再加上過度放牧、過度樵采以及水資源的不合理利用，使得該區原本較為脆弱的生態環境變得更不穩定。最終影響了于田地區農業生產的順利進行和社會經濟的可持續發展。

隨著全球人口的迅速增長、生態環境不斷惡化和自然資源迅速枯竭，可持續發展已經成為人類走出困境的必由之路。1987年，世界環境與發展委員會提出可持續發展的概念?？沙掷m發展是當前世界各國共同倡導的協調人口、資源、環境與經濟相互關系的發展戰略，其本質是要實現人與自然、人與人之間的協調與和諧，要求在資源永續利用和環境得以保護的前提下實現經濟與社會的可持續發展[3]。可持續評價是可持續發展研究的重要內容，它的核心目的是為決策者提供一些從全球尺度到地方尺度的關于自然社會復合系統在短期和長期方面的運行信息，為管理決策提供支持[4]。近年來，國內外的地理學者對于干旱區綠洲可持續發展研究做了一些成功的探索。例如，Barbier[5]與Alary等[6]，主要通過構建干旱區生態經濟模型來評估干旱區人地關系可持續發展水平。韓春鮮等[7]利用自然資源與環境經濟學的生產理論構建了由勞動、資本等要素組成的干旱區人工綠洲的一般生產函數。同時參照相關理論制定了人工綠洲經濟系統可持續發展的測度方法與測度標準，并以天山北坡東部奇臺人工綠洲為例進行實證分析。陶江等[8]選取了經濟、社會、生態環境三方面22個與新疆干旱區綠洲可持續發展密切相關的指標，運用因子分析法對其進行降維處理，并對新疆87個市縣的可持續發展能力進行評估與排序。還有些學者對引河流水灌溉的綠洲持續發展進行了研究[9-13]。這些研究都為干旱區綠洲可持續發展研究奠定了良好基礎。

本研究主要以耗散結構理論和熵值原理為基礎，利用現有的數據，建立于田綠洲社會經濟系統可持續發展狀況評估的指標體系，并對該指標體系進行熵值計算。通過分析于田綠洲社會經濟系統的熵流、熵產生和總熵變的變化情況，分析該區域社會經濟系統在1980-2010年間的發展變化狀況。并計算各指標的權重值，分析其社會經濟系統內部各要素與系統發展變化之間的關系。從而對于田綠洲在1980-2010年間社會經濟可持續發展狀況做出評估與分析，為實現該區社會經濟的協調發展提供一定的參考。

1 研究區概況

于田縣地處新疆維吾爾自治區南端，北部為塔克拉瑪干沙漠，南部為昆侖山山脈，地理坐標為東經81°09′-82°51′、北緯35°14′-39°29′，屬于典型的干旱區綠洲[14]。于田縣呈南北狹長狀分布，東西方向較窄。地勢南高北低，垂直地帶差異較為明顯。其境內地形比較復雜，自南向北可以分為幾個不同的地貌單元，高山、低山丘陵、沖積平原區、戈壁等。該區屬于典型的溫帶大陸性氣候，全年降水稀少，蒸發量大，光照充足，春夏季風沙和浮塵等災害性天氣較多，年平均氣溫11.6 ℃，年平均降水量44 mm[15]。區內植被種類貧乏，覆蓋度較低，沙漠廣布。沙漠面積占全區總面積的50%以上，土地沙漠化與鹽漬化較為嚴重，生態環境十分脆弱[16]。該縣下轄13個鄉、2個鎮、3個場、1個辦事處、175個行政村，是一個以農業為主，牧業為輔的農業縣。2004年末，該縣實有耕地面積約為26 810 hm2，比歷史最高年份1979年凈減少了約3 170 hm2。但同期該縣的人口卻猛增到22.49萬人，相當于1979年的1.62倍[17]。日益激化的人地矛盾，再加之水資源匱乏，使得該區原本十分脆弱的生態環境變得更不穩定，最終影響了當地社會經濟的可持續發展。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

本研究所采用的數據主要來源于課題組在于田進行社會調研時所搜集到的一些統計資料，主要包括《于田統計五十年》、《于田縣主要經濟指標匯編》、《輝煌于田十一五》等，以及相關文獻中的數據資料。

2.2 研究方法

2.2.1 理論基礎 根據耗散結構理論，一個遠離平衡態的開放系統（無論是物理、化學、生物、社會經濟的系統）通過與外界不斷地進行物質、能量與信息的交換，在系統內部各要素的相互作用下，通過漲落和負熵的增加使系統發生非平衡相變，由原來的混沌無序狀態轉變為一種新的有序狀態。這種非平衡條件下、穩定、有序的結構，依靠不斷地耗散外界的物質和能量才能得以維持，所以稱為耗散結構[18]。一個系統要處于耗散結構，必須滿足以下4個條件：①該系統必須是開放系統；②系統要遠離平衡態；③系統內部各要素和子系統之間非線性相互作用；④系統有漲落現象。

于田綠洲社會經濟系統是一個耗散結構。首先，其系統內部存在著各種物質流、能量流與信息流，是一個開放的大系統。其次，它是遠離平衡態的。平衡態的特征是各要素均勻單一、無序、熵值極大、系統異?；靵y。顯然，于田綠洲社會經濟系統是一個在結構和功能上都十分有序的大系統。再次，其系統內部各要素和子系統之間相互作用、相互制約，具有非線性結構。最后，于田綠洲社會經濟系統受到人類活動的影響會產生一定的漲落現象，漲落到一定程度時，系統就會發生突變，從而推動系統從當前狀態向著更加有序的狀態發展。

2.2.2 計算方法 于田綠洲社會經濟系統作為一種耗散結構，必然遵循耗散結構的規律。通過研究信息熵變（包括熵流和熵產生）表明，它可以評估系統有序發展的情況[19]。本研究采用Shannon的信息熵計算方法，對于一個不確定性系統，若用隨機變量X表示其狀態特征，設X的取值為X={x1，x2，…，xn}（n≥2），每一取值對應的概率為P={p1，p2，…，pn}（0≤pi≤1，i=1，2，…，n），且有∑pi=1。則該系統的信息熵為：

式（1）表示系統中隨機變量的無約束程度，信息熵越大，信息的無序度越高，其信息的效用值越??；反之，信息熵越小，信息的無序度越低，其信息的效用值越大[20]。本研究引入信息熵，采用年份信息熵計算系統的總熵變，對于田綠洲社會經濟系統的演化方向進行定量評估。同時，通過指標信息熵來確定各指標的權重值，分析其社會經濟系統內部各要素與系統發展變化之間的關系，從而對于田綠洲社會經濟系統的可持續發展狀況作出分析與評估。其中，對n個指標m年的年份信息熵Sj、指標信息熵Ei與權重Qi的計算公式如下：

1）年份信息熵

3 指標體系的建立

本研究以耗散結構理論為基礎，根據所搜集到的于田縣社會經濟發展方面的數據和資料，按照綜合性、科學性以及現實可行性等原則，選取了12個社會經濟發展方面的指標，建立了于田綠洲社會經濟系統可持續發展狀況評估的指標體系。該指標體系將12個指標分為熵產生指標和熵流指標兩組。其中，熵產生的指標主要包括糧食總產量（X1）、第二產業總產值（X2）、GDP（X3）、第三產業總產值（X4）、農牧民人均純收入（X5）、年末牲畜存欄量（X6）。這些指標主要說明系統的產出能力，表明系統的熵產生。熵流的指標主要包括農業人口（X7）、農作物播種面積（X8）、農業機械總動力（X9）、化肥使用量（X10）、地方財政支出（X11）、農村用電量（X12）。這些指標主要說明外界環境對系統的投入，表明系統的負熵流。

運用均值法將原始數據進行歸一化處理，并運用Statistica 6.0軟件以農牧民人均純收入為應變量，其余11個指標為因變量，進行相關性分析，得出各指標相關系數矩陣（表1）。這里選擇農牧民純收入為應變量，是因為它在一定程度上能夠顯示于田社會經濟系統的可持續發展能力。結果表明，除了化肥使用量與農牧民人均純收入相關性較低外，其余指標與農牧民人均純收入的相關性均較高。因此，所建立的于田綠洲社會經濟系統可持續發展狀況評估的指標體系可以用來進行計算與評估。

4 結果與分析

運用均值法將1980-2010年于田綠洲社會經濟系統可持續發展評估指標體系12個指標的原始數據進行歸一化處理，并運用以上的計算方法計算出各年份熵產生指標和熵流指標的年份信息熵以及系統的總熵變。其中，各年份的系統總熵變為當年熵產生與熵流指標年份信息熵的矢量和。最后，計算出各指標在這30年間的指標信息熵，并計算出各指標的權重值。根據計算結果，作出以下分析。

4.1 于田綠洲社會經濟系統年份信息熵變化分析

根據1980-2010年于田縣社會經濟統計數據計算出30年間各年份系統的熵產生、熵流與系統的總熵變，并繪制出變化趨勢圖（圖2）。

從圖2可以看出，1980-2010年于田綠洲社會經濟系統的熵產生、熵流以及系統總熵變出現波動性變化，整體上處于下降趨勢。說明于田綠洲社會經濟系統的發展比較穩定，系統在向著新的有序方向發展。系統的熵產生除了在1990-1992年有小幅上升外，基本處于穩定狀態。系統的熵流在1993-1995年出現小幅增大；1996-2000年，系統的熵流值又開始下滑；從2001年起，又有了逐步增大的趨勢，說明自2001年起該區對社會經濟系統的投入水平有所下降。系統的總熵變在1980-2003年，基本處于下降趨勢，此階段系統發展趨勢良好。但是，從2004-2010年系統的總熵變又呈現出逐漸上升的趨勢。根據耗散結構理論，系統只有不斷地與外界進行物質、能量交換，增加系統的負熵，使總熵減小，才能促使系統逐步向新的有序方向發展。2004-2010年于田綠洲社會經濟系統的總熵變呈現出上升的趨勢，說明系統的協調發展受到了一定的制約。這與該區人口的持續增長，人均耕地面積不斷減少，人地矛盾不斷激化，生態環境受到破壞有著重要關系。為了扭轉當前于田綠洲社會經濟系統發展的不利趨勢，政府應當一方面控制當地人口的規模，減緩人地矛盾的壓力，保護當地的生態環境；另一方面，加大對當地社會經濟發展的投入，特別是加大對科技與教育的投入，增加系統的負熵，增強系統的可持續發展能力，使系統的發展轉向良好的趨勢。

4.2 各指標信息熵及權重分析

根據指標信息熵及其權重的計算方法，計算出了于田綠洲社會經濟系統可持續發展狀況評估指標體系各指標在1980-2010年的指標信息熵及其權重值，并據此繪制出了各指標信息熵及其權重的雷達圖（圖3）。

從圖3可以看出，在系統的熵產生指標中年末牲畜存欄量的信息熵最大，達到了1.002。其次是糧食總產量，達到了0.992。然后依次是國內生產總值（GDP）、第二產業生產總值、農牧民人均純收入、第三產業生產總值。這一結果說明了該區社會經濟的發展依然是以第一產業為主，符合該縣為以農業為主，畜牧業為輔的農業縣的事實。但是，從圖4可以看出，自2008年起于田地區第三產業的產值開始超過第一產業的生產總值，并有進一步上升的趨勢，這有利于于田地區社會經濟結構的優化，有利于生態環境的保護和社會經濟的可持續發展。在系統的熵流指標中，農作物播種面積的信息熵最大，然后依次為農業人口、農業機械總動力、化肥使用量、農村用電量和地方財政支出。說明在該區的農業生產活動中，還是以土地和勞動力的投入為主，生產方式比較粗放。

此外，在系統的熵產生指標中，第三產業生產總值、農牧民人均純收入和第二產業總產值的權重最大；在系統的熵流指標中，地方財政支出、農村用電量和化肥使用量的權重最大。因此，可以把這6個指標看作是影響于田綠洲社會經濟系統可持續發展的序參量。所謂序參量就是在耗散結構中支配著其它變量的變化，主宰系統整體演化過程的參量。它的大小決定了系統有序程度的高低。就于田綠洲社會經濟系統的熵產生而言，作為一個以農業為主的農業縣，糧食總產量以及年末牲畜存欄量應該是衡量該地區社會經濟發展的重要指標。但是，第三產業生產總值、農牧民人均純收入和第二產業總產值的權重卻最大，說明了優化經濟結構、提高生產效率、改善人民收入水平的重要性，當地政府應該予以重視。就外界對系統的投入而言，地方財政支出、農村用電量和化肥使用量的權重最大。這說明了政府的投入以及科學技術與生產資本投入對促進當地社會經濟發展具有巨大作用?？萍甲鳛榇龠M生產持續的重要因素，應當成為于田綠洲實現社會經濟可持續發展投入的重點方向。

5 結論

1）基于耗散結構理論建立的信息熵模型能夠較好地反映于田綠洲社會經濟系統可持續發展能力的變化狀況，所得出的計算結果與于田綠洲社會經濟發展的實際比較吻合。比如，在系統的熵產生指標中，年末牲畜存欄量和糧食總產量的信息熵最高，這符合于田縣是以農業為主，畜牧業為輔的農業縣的實際。

2）1980-2010年，于田綠洲社會經濟系統的熵產生、熵流以及系統總熵變出現波動性變化的情況，但整體上處于下降趨勢，說明于田綠洲社會經濟系統的發展比較穩定，系統在向著新的有序方向發展。但是，2004-2010年于田綠洲社會經濟系統的總熵變呈現出上升的趨勢，說明系統的協調發展受到了一定的制約。這與當地人口規模持續增長，人地矛盾激化，生態環境遭到破壞有很大關系。當地政府應采取相應措施，適當控制人口規模，保護當地生態環境，加大科技投入，促使于田綠洲社會經濟系統向著可持續發展的方向轉變。

3）1980-2010年，于田綠洲社會經濟系統熵產生指標中年末牲畜存欄量的信息熵最大，然后依次是糧食總產量>國內生產總值（GDP）>第二產業生產總值>農牧民人均純收入>第三產業生產總值；在系統的熵流指標中，農作物播種面積的信息熵最大，然后依次是農業人口>農業機械總動力>化肥使用量>農村用電量>地方財政支出。

4）1980-2010年，于田綠洲社會經濟系統熵產生指標中，第三產業生產總值、農牧民人均純收入和第二產業總產值的權重最大；在系統的熵流指標中，地方財政支出、農村用電量和化肥使用量的權重最大。把這6個指標看作是影響于田綠洲社會經濟系統可持續發展的序參量。在系統產出方面，第三產業生產總值、農牧民人均純收入和第二產業總產值的權重最大，說明優化經濟結構，提高人民收入水平對于實現社會經濟的協調發展具有重要作用；在外界對系統的投入方面，地方財政支出、農村用電量和化肥使用量的權重最大，說明當地應當繼續加大政府投入，并增大科技投入，提高社會生產力和生產效率，從而實現社會經濟的良性發展。

5）本研究建立的于田綠洲社會經濟可持續發展評估的指標體系可以用來進行于田社會經濟系統可持續發展狀態的計算與評估。但是，受到所獲取資料的限制，所選取的指標數量有限，可能沒有全面反映該區社會經濟系統的發展狀況，使本研究具有一定的局限性，這有待于今后更多的學者進行更加全面和深入的研究。

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