基于耗散結構的農村產業生態系統演化特征研究

崔文靜，陳 菁，盧惠萍

（1.韓山師范學院地理科學與旅游學院，廣東潮州 521000；2.深圳大學中國經濟特區研究中心，廣東深圳 518061）

隨著農村地區市場化、工業化、城鎮化和國際化的深入發展，以農業為主導產業的傳統農業社會逐漸瓦解，非農產業蓬勃發展，從早期的鄉鎮企業發展到目前的農村三產融合、休閑農業、鄉村旅游等多種經營形式，呈現出良好的發展態勢。同時也出現了許多問題，如農產品加工業和服務業發展受限[1]、第三產業信息化的基礎設施和配套設施不完備、農村產業鏈條較短、農村生態破壞嚴重等。

產業生態系統（IES）作為研究可持續發展的重要實踐工具[2-3]，已經在世界范圍內得到廣泛應用。產業生態系統核心是在特定區域內，公司模仿并充當自然生態系統中的生產者、消費者和分解者，在相關政策法規支持下，以資源為紐帶，形成相互聯系的企業社區。在市場規律的推動下，企業社區自發形成“食物鏈”，促進生態產業的積累，實現資源、材料和能源的多層次循環利用，并降低產業對環境的干擾[2]。在產業生態系統從低級向高級演化的過程中，當系統中的資源消耗和外部資源的再生，以及廢物積累率與凈化率之間的比例關系達到可持續的平衡水平時，理想的產業生態系統就能得以實現[4]。近年來不少學者基于產業生態系統，開展了產業組織[5]、產業生態系統演化方程[6]、不同層次產業生態系統多樣性的發展機理與對策[7]、產業生態網絡演化[8]、產業系統物質能量流動[9]、區域產業生態系統及其生態特性[10]等方面的研究。

耗散結構是非平衡狀態下新的有序結構，即一個遠離平衡的開放系統。在外界條件變化達到某一特定閾值時，量變可能引起質變，系統通過不斷與外界交換能量和分子，自動產生一種自組織現象，組成系統的各子系統形成互相協調的關系，從而可能從原來的無序狀態轉變為一種在時間、空間或功能上有序的結構[11]。耗散結構的有序性使系統結構和狀態都朝著優化方向轉變，因此具有廣泛的應用性[12]。在鄉村振興與農村產業融合的政策背景下，研究此系統下的驅動因子并探析負熵流，將有效推動產業生態系統走向有序狀態。2019 年，學者王成等基于耗散結構系統，通過分析鄉村生產空間系統的耗散結構特征，建立系統熵模型，構建“關聯熵”和“運行熵”，從系統的主體（多元主體）、客體（地）和環境三要素入手構建指標體系，討論系統內部結構和運行狀態的有序性[13]；也有研究將產業耗散結構劃分為“運行熵”和“結構熵”，測度產業發展的有序度[14]。另有研究運用耗散結構理論，建立基于經濟、社會、環境、教育和人口五大要素的區域農業可持續發展評價體系。LI S P等采用熵權法對各指標進行賦權，探析成都市近15年來農業可持續發展的變化情況[15]。此外，荀文會等學者利用耗散結構理論與熵流模型（EEM）證明耗散結構理論對耕地利用與保護具有一定的指導意義[16]。蘇屹在耗散結構理論視角下對大中型企業的技術創新問題進行了研究，建立了企業技術創新的Brusselator 模型[17]；后期研究中，有學者在該模型基礎上進行轉譯，建立協同創新系統的Brussels 模型[18]。基于耗散結構理論框架和方法體系，建立農村產業生態體系，系統分析農村現在的產業生態系統與熵增因素，對推進農村產業生態系統發展有序性、創新鄉村振興和農村產業融合的分析框架具有一定的理論與實踐價值。

本文基于耗散結構理論，構建農村產業生態系統指標體系，運用熵值法求得各指標權重和熵值，分析農村產業生態系統產業結構優化驅動因素，探析農村產業生態化發展熵增的影響因素，最后對負熵流開展研究，以促使系統有序發展。

1 農村產業生態系統的耗散結構特征

農村產業生態系統是一個開放的系統。根據耗散結構理論，系統在完全開放時，才能與外部環境完成物質、能量和信息交換，并且從外部獲得足夠的負熵流來抵消系統的熵增，因此開放性是系統自組織的先決條件[19]。農村產業生態系統的開放性體現在兩個方面：1）系統對外界的開放性，這意味著農村產業生態系統需要從自然生態系統中吸收一定的資源和能量，并在生產加工后形成產品和服務輸出到市場，并將廢物和副產品輸出到自然生態系統[19]。這種物質和能量的不斷循環過程，促進了農村產業生態系統的演變和發展[12]。2）系統內部的開放性，表現為農村產業生態系統內的各個生產環節相互關聯。

農村產業生態系統是一個非平衡系統。1）從我國現有農村產業結構分析，三大產業之間發展不均衡。2）產業間受需求量大小、市場地位、收益率高低等影響，導致發展具備非均衡特征[19]。3）因產業規模、技術水平、市場需求、市場份額等方面存在差異，故各區域農村產業所處的地位不同，且農村產業間因性質和規模存在差異，其所需人才、技術和其他資源要素分配無法平衡，因此農村產業間的發展也是非均衡的。4）農村產業內部各級管理人員和雇員之間、各個職能部門之間及投資者與管理人員之間，諸如物質、資金、人才、技術和市場等要素的分配處于不平衡狀態。

農村產業生態系統存在著非線性作用機制。只有通過系統中大量的相干性和制約性的非線性作用，才能形成有序的耗散結構，故非線性是形成耗散結構的重要條件之一[12]。從產業角度看，農村產業生態系統不同于傳統單一農業產業環境中“資源-產品-廢物”的線性作用方式，形成了“資源-產品-可再生資源”的循環運作方式。其他節點產業通過副產品或廢棄物的交換形成鏈接關系，讓生態產業結構具有不同的功能，使農村產業生態系統降低成本或提高收益的同時，也減少了廢棄物的排放，實現整個產業的環境效益。這個特點也正體現了產業生態系統內部的非線性作用機制。

農村產業生態系統內外存在大量的隨機漲落。形成耗散結構不單要有開放性和非平衡性這兩個外部條件，要想系統自組織演化，還需要一定的內部條件[12]。耗散結構理論指出，產生有序結構的內部誘因就是漲落，換言之，漲落是系統走向有序耗散結構的觸發器[20]。農村產業生態系統處于不斷變化的宏觀環境中，難以避免各種外部因素的干擾和制約[19]。此外農村產業生態系統內部還存在漲落因素，包括外部環境的變化（如社會環境保護意識的加強、政策調整等），以及內部因素的干擾（如技術、知識、政策等領域的創新等）。在這個過程中，不可避免地會有淘汰和退出的地方性行業，出現和進入新的行業。而這種隨機漲落被非線性作用放大，進而形成新的耗散結構[12]。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

本研究采用的2001—2015 年農村固定資產投資額、農村受教育人數、農村環境污染數據、農村科技創新產業投入、農村人均耕地面積、農村人均可支配收入等數據，來自于《中國統計年鑒》《中國鄉鎮企業年鑒》和《中國農村統計年鑒》。

2.2 研究方法

基于前人研究，以耗散結構理論確定了產業生態系統的熵流演變，構建農村產業生態系統指標體系。采用SPSS數據分析軟件，運用熵值法確定各指標權重及各指標每年的熵變化，為產業生態系統旅游驅動因子分析提供理論基礎。

2.2.1 農村產業生態系統熵流分析

采用SPSS分析軟件，運用熵值法對上述指標進行處理。首先對兩個逆向指標進行正向化：

其中，Xij代表第i 個系統下第j 項指標，i=1，2，…，n；j=1，2，…，m。

其次進行數據標準化處理：

其中，Yij代表數據標準化后的值，i=1，2，…，n；j=1，2，…，m。

求第i年第j項指標的得比重；

其中，i=1，2，…，n；j=1，2，…，m。

求各指標的信息熵：

其中，Eij≥0，若Pij=0，定義Eij=0。

求信息熵冗余度：

最后計算指標權重：

2.2.2 農村產業生態系統的指標體系

產業生態系統的自組織演化本質上是系統內部產業結構的調整、重組、優化和升級[21]。基于耗散結構，分析農村產業生態系統的調整、重組和升級要素，探索農村產業生態系統的負熵流。本文參照產業結構演化系統評價指標[15，22]，設計農村產業生態系統指標體系，并運用熵值法，求得2001—2015年各指標的信息熵和指標權重（見表1）。

表1 農村產業生態系統評價指標

3 農村產業生態系統的熵流分析

將經過初始計算得到的各指標的標準化數據乘以各指標權重，得出農村產業生態系統熵流，如圖1 所示，年熵曲線呈波動上升的態勢，說明2001—2015年農村產業生態系統整體處于無序狀態。而對農村產業生態系統的各子系統分別制圖，得出各子系統每年的熵變化（見圖2）。

圖1 2001—2015年農村產業生態系統總年熵變化

圖2 2001—2015年各子系統年熵變化

2001—2015 年產業子系統總體呈現熵快速增長的態勢，其中2007—2011 年熵增長快速，到2011 年之后熵增速減緩，但仍在增加。此研究結果表明當下農村產業結構不協調，產業結構亟需優化調整。農村產業結構是指農村經濟中產業要素構成的比例與各個產業部門之間的定性和定量關系的總和，即農村各產業部門之間的經濟關系和各產業部門的組合方式[23]，表現為各種農村產業體系中經濟資源的相互結合和比例關系[24]。我國農村產業結構現狀正處于“二、一、三”結構，存在明顯的產業結構不協調現象。不單表現在產業權重的差異，也表現在各產業內部結構不平衡。如我國農村農產品結構不合理，多為初級產品，精深加工產品少，低層次產品多，高附加值產品少[23]。我國農村工業發展存在與農業產業關聯度不高、與城市工業建設重復、工業結構不合理、自我制約因素較多等問題。此研究結果佐證了前人研究結論，即我國農村內部行業結構布局不合理，勞動生產率低下，產業規模難以擴大[25]。

環境子系統年熵變化呈逐步增加趨勢，表明在農村發展過程中，環境遭受了嚴重破壞。此研究結果與前人研究結論一致，即農村生態環境處于下降態勢[26-27]。在我國，農村環境保護和污染整治工作起步相對較晚，產業快速發展的同時，生態環境遭受了嚴重破壞。例如，農業生產中所用的地膜，應用最多的是一種難以降解的塑料膜，會對土壤造成一定程度的污染；施用的農藥化肥，其化學成分對土壤有一定潛在危害，如我國東北部地區黑土地就因此面臨著黑土層流失、保肥力下降等問題，西北部則面臨水土流失嚴重等問題。

2001—2015 年資源子系統熵變化雖整體呈下降態勢，但波動性非常大，主要原因在于我國農村教育體系亟需完善，農村從業者的整體文化素質還有待提高，且土地資源分配還不夠科學合理。據統計，在農村本科生所占比例只有7%左右，且人才流失率較高，農村教育體系的完善始終是我國農村的一大問題。另外在堅守耕地紅線、協調“土地-食物-人口”、保障農村生態安全發展等政策要求下，第二第三產業發展的土地要素缺乏，導致產業之間資源要素分布不均，出現資源爭奪的情況。

經濟子系統年熵變化呈現逐年緩慢降低的狀態，到2008 年之后，熵變化變為負熵，說明經濟子系統通過向外界交換負熵流而逐步向有序狀態靠攏。概因農村人均可支配收入和科技創新投入的增加，農村經濟得到了穩定提升。但也有學者指出，“三農”政策紅利下，農村政策和補貼多用于支持農戶上，很少用于農業科學技術的研發，此舉可能會影響我國農業的國際競爭力，制約農業經濟增長方式的轉變[28]。

具體來看，在影響我國農村產業生態系統產業優化的驅動因子中（見表2），主要驅動因素是第三產業勞動生產率、第一產業勞動生產率、單位農村總產值化肥使用量（負向驅動）和單位農村總產值地膜使用量（負向驅動）；創新科技開發投入強度、第二產業勞動生產率次之，農村固定資產投資產出力和農村受教育程度的影響較小。據此，產業生產效率（產業結構）、資源要素分配、產業環境污染程度和技術進步程度是農村產業生態系統熵量的關鍵影響因子。

表2 產業生態系統各指標權重及排名

4 結論與建議

本文以耗散結構理論為基礎，構建了農村產業生態系統產業結構優化評價指標體系，基于2001—2015年農村相關數據，采用SPSS分析軟件，運用熵值法對我國農村產業生態系統進行綜合評價，得出以下結論：1）農村產業生態系統具有開放性、遠離平衡態、非線性和漲落等特征，是典型的耗散結構；2）2001—2015 年農村產業生態系統整體處于無序狀態，其熵增受產業結構、資源要素分配、科技發展水平和環境污染程度等的綜合影響；3）相較于資源子系統和經濟子系統，農村產業生態系統中的環境子系統和產業子系統熵增態勢顯著。

針對產業結構不合理導致的熵增問題，應加快產業融合。加快產業融合的根本途徑是加強產業關聯度，有機結合第一產業、第二產業和第三產業，實現高質量發展。例如，在高度重視第一產業后續加工產業發展的同時，充分發揮第三產業對第一產業的帶動作用，凸顯出農業生產的區位優勢。具體表現在堅持農業基礎地位的同時，對農副產品加工業予以大力支持，如食品加工行業、農產品運輸行業、農產品儲藏行業等；此外，利用農村地區地域優勢，深度結合旅游業、餐飲業、商業等的發展帶動農業生產項目、延長產業鏈也是未來農村的重要發展方向。

針對資源要素分配不均導致的熵增問題，應優化資源配比。主要包括產業資源配比優化和農村人力資源配比優化兩個方面。產業資源優化存在的問題主要包括土地資源配置不合理，資金、資源缺乏合理利用等。農村人力資源配比優化方面，可加強研發改進農業設備和技術，推進農村剩余勞動力轉移。需要政府出臺相關政策，有目標、有計劃、有步驟地推動農村勞動力向非農產業合理合度轉移，提高就業率，發揮鄉土人才優勢。

針對科技創新導致的熵增問題，應加大技術創新投入及宣傳普及。繼續提升先進科技在產業生產中的占比，全面推進全鏈條技術創新，加強產業技術研發，推進物聯網、云計算等現代化信息技術的普及，實現生產要素的優化、生產方式的轉變，為農民增收提供保障機制。

針對產業環境污染導致的熵增問題，應從優化農村生態環境方面著手。一方面要大力發展綠色生產，減少化肥、農藥、地膜的使用量，減少生產污水排放，降低農業生產對生態環境的損害。另一方面要優化生態環境，治理農村生活污染，打造美麗鄉村，秉持綠水青山就是金山銀山的發展原則，發展農村經濟[29]。同時加強政府監管宣傳，著力處理農村生態環境問題，共同打造良好的生態環境。

本研究存在一定的局限性，因為影響產業生態系統產業結構優化的因素有很多，關于其構建指標的準確性還需多方面研究驗證。而且，以農村整體尺度進行產業生態系統分析，大尺度的研究忽略了地域差異。這些問題都有待于深入探討。