系统系统优化

论人地关系的演变与人地系统优化研究申玉铭(首都师范大学地理系,100037)提要人地系统的优化与调控是持续发展理论研究的重大课题,具有深远的现实意义.
人地系统是由人类的社会经济活动系统与资源环境系统之间通过复杂的交互与因果作用结合而成的巨系统,每一次动态变化都伴随着大量的物质、能量和信息的传递和交换,并可看作为一个不稳定的、非线性、远离平衡状态的耗散结构.
对于该系统的研究,只有从系统整体的角度运用系统科学的理论和方法,从系统发展演化的机理入手,才能为优化调控提供理论依据.
本文首先从人地关系的认识过程和演替阶段入手,进而分析了人地系统的特点、结构和功能,在此基础上探讨了人地关系优化的核心与理论模式.
关键词人地关系演变人地系统优化1人地关系的演变人地关系问题,是伴着人类的产生而出现,并随人类社会的发展而不断向广度和深度进化.
在我国古代,大致有三种人地关系的认识观:"天命论"、"人地相关论"、"人定胜天论".
在西方,围绕人地关系的观点,大致按其出现的先后,依次归纳为环境决定论、或然论、人类生态学、文化景观论及和谐论等.
[1]我国地理学自五十年代以来深受苏联地理学发展二元论的消极影响,削弱了人地关系的研究.
90年代初吴传钧先生在《论地理学的研究核心》一文中提出,人地关系地域系统是地理学研究的核心.
[2]这一见解为我国人文地理学研究注入了新的内容.
而现代人地关系问题,又是与持续发展问题紧密联系在一起的,持续发展涉及到人口、资源、环境和发展诸问题.
从地学角度看,人口、资源、环境是地球表层的重要组成部分,发展与人的能动作用是作用于"地"的人,人口、资源、环境与发展的关系是人地关系的一种形式,可持续发展其实质上是协调人地关系.
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1人地关系发展演变阶段分析从人地关系的认识过程,可以看出:人地关系的演变不仅与一定的历史发展阶段相联系,而且还与同一历史阶段经济发展的不同时期以及同一时期的不同经济活动相联系.
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1原始型人地系统演变.
这是生产力发展水平极低条件下的产物.
主要存在于自然经济和半自然经济条件下的农业和以生物产品为原料的家庭手工业中.
其特点如下:人类社会完全依赖于自然环境;人地系统十分稳定,人口、资源、环境之间存在很强的自动均衡机制;起中介作用的技术手段简单,效率低;演变速度慢、规模小,并在生态阈值内进行.
这是低起点、低水平的原始的协调.
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2掠夺型的人地系统演变.
主要表现在以化石能源利用为主的发展阶段.
它是指社会、经济系统通过技术手段,以掠夺的方式同资源环境系统进行结合的一种演变方式.
其演变特点是:具有经济主导的特征,演变要靠经济、技术要素的变动来实现;由于其利用的主要资源以不可再生资源为主,有使资源产生耗竭趋势的特点;由于严重的环境污染,导致环境质量迅速恶化.
掠夺型的人地系统演变,具有脱离资源环境约束倾向的经济增长性的演变.
当环境和资源损伤达到一定程度出现严重衰退时,便会成为制约经济增长的严重障碍.
第13卷第4期1998年12月人文地理HUMANGEOGRAPHYVol.
13,No.
4Dec.
1998DOI:10.
13959/j.
issn.
1003-2398.
1998.
04.
0071.
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3协调型的人地系统演变.
主要发生在人类社会通过审视自己在传统发展观念支配下的社会经济行为以及所走过的历程,认识到通过高消耗追求经济数量增长和"先污染后治理"牺牲资源环境为代价的传统发展模式已不再适应当今和未来发展要求,而必须努力寻求一条人口、经济、社会与环境和资源相协调的可持续发展道路.
2人地系统的特点、结构和功能分析2.
1人地系统的特点随着人类社会经济的发展和人口数量的增加,对地球表层的影响不论在广度上还是深度上都日趋加剧,人地关系作为地学研究领域中的一个重要问题,早在十九世纪西方著名学者洪堡和李特尔就加以阐述,并将人地关系的研究置于重要地位.
[1]在我国,吴传钧先生于90年代初提出:人地系统是由地理环境和人类活动两个子系统交错构成的复杂的开放的巨系统,人地关系地域系统是以地球表层一定地域为基础的人地关系系统,也就是人与地在特定的地域相互联系、相五作用而形成的一种动态结构,同时将人地关系上升到持续发展,为人地关系研究注入了新的内容.
[2]由于人地系统的动态、开放、复杂性,传统的人地关系论述作为理论基础已愈来愈不适应需要.
近年来随着系统论、协同论、耗散理论、自组织理论等在地学中的应用,形成了新的人地系统理论与方法论,其特点可归结为:(1)人地系统是一个动态的、开放的、复杂的巨系统,这一特点决定了区域间复杂的输入与输出的能流交换环境.
区域间相互作用趋于不稳定的、非线性的、非平衡,甚至混沌状态的耗散结构,这种相互作用受大系统的制约,因此,研究系统的可持续性问题,必须着眼于较大的区域.
(2)人地系统中反馈是一种固有性质,并可作为调控点.
[3]人的主观能动作用包括人类作用于自然环境的强度在增加,同时反馈作用也在增强,人类可以充分运用科学技术、政策法令、经济计划等手段,按人类的目的进行管理和改造,也可以调整自身的行为去适应整个人地系统的发展演替规律,并通过合理规划、调配,实现人地系统的调控优化→持续发展(人地系统的调控都是具有稳定点的外部调控).
(3)人地系统可能在多个水平层次上存在,它的时间过程在静态上表现为规模、结构、格局、效益,在动态上表现为演变、交替、发展时期;它的空间特征表现为区位、生存空间、生态系统、地域实体(城市系统、行政组织系统),研究人地系统必须重视它的时空关系的协同与进化.
(4)现实中存在着两种类型的人地关系,人与环境—不协调,人与环境—互惠共生.
为了生存与发展,人类必须以协调的方式去适应或改善其所处的环境.
(5)人地系统演化是一个两阶段过程,早期趋于随机过程,而后期通过非线性的相互作用趋于更多的自组织性,并在景观上形成特定的时空结构和具有一定功能的自组织结构,表现出有序状态.
6)人地之间的寄生—宿主模式,[4]决定了人类必须从掠夺资源环境转而保护照顾地球—人类生存的环境,资源环境是人类社会生存与发展的物质基础,尽管人类已经取得了巨大的技术进步,但仍寄生在地球上,以维持其生存,寄生物的生存与否取决于它们是否减少了对寄主的危害以及是否建立了有利于寄主的报答式的反馈机制.
对人类来说,人地系统的调控就成为人地关系共生与和谐的基本目的.
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2人地系统的结构、功能分析人地系统是指以人类与人类的社会经济活动为一方,以地球表层包含土壤、大气、水、生物、岩石、矿物的自然界—人类赖以生存和发展的自然资源与环境为另一方,组成人与地相互作用、相互制约的动态开放复杂巨系统.
人地系统的结构可以理解成三个关系圈的集合(见图1).
其核心圈是人,包括的的组织、文化和技术,可称其为人地核,是人地系统的调控、管理与决策中心;第二圈是人地系统的内部环境圈,包括人口、资源、环境、社会经济发展(简称为PRED)称其为人地基,是人地系统的内部介质;第三圈是314期申玉铭:论人地关系的演变与人地系统优化研究外部环境,称其为人地库,是人地系统的基础支持系统.
人地系统的功能可用图1的八面体简单表示,其顶点是人口(P)、资源(R)、环境(E)、发展(D)、文化(C)、组织(O)、技术(T)分别表示人地系统的调控、生产、生活、转化、供给、接纳和还原功能.
图1人地系统的结构与功能这些功能之间的作用构成了人地系统复杂的关系,包括人与资源、环境之间的促进、抑制、适应、改造关系,人对资源的开发利用与加工关系以及人类生产和生活中的竞争、共生、隶属关系,[5]图中的OT轴、RE轴、PD轴分别代表人地系统中组织与技术、资源与环境、人口与发展之间的3类主导矛盾,正确处理好这3类矛盾是调控好系统功能的关键.
3人地系统的优化—区域PRED协调发展可持续发展本质上是优化人地关系,而优化人地关系的前提是区域PRED协调发展.
同时区域PRED的协调发展也是其内容的具体化和落脚点.
根据系统论的观点,系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成的具有特定功能的有机整体,而协调是系统整体性的内在要求.
系统通过各组成部分的协同、整合,使系统在运动演化中不断保持良性循环,区域PRED作为一动态开放的复杂系统,其协调发展不仅包括某一时间、某一区域内P、R、E、D四个系统之间相互作用,而且还包括区际间P、R、E、D四者关系的协调(见图2).
由此不难看出,系统结构中任何要素的相互作用和变化都会对其它要素产生影响.
笔者认为,区域PRED的协调是指人口、资源、环境、发展四者为一有机整体,在其发展演化的过程中,四个子系统之间不断相互促进、相互协同由协调→不协调→协调,循环往复,始终处于一种动态的变化过程.
区域PRED协调发展的涵义可概括为:(1)它是指由P、R、E、D四个子系统组成的特定大系统的协调发展,这是一个高度概括的高层次的复杂巨系统,它的协调发展有别于各个子系统内部的协调发展.
当然,最高层次的协调也要以各子系统内部的协调为基础.
(2)协调是指系统内部组成要素之间的一种关系和状态.
系统论认为,系统是有机的统一体,不是各组成部分的简单相加.
它的功能的强弱与各组成部分之间的结合状况有很大关系,只有相互协调、相互适应,系统才能顺利地进化和发展.
(3)协调是指系统间相互作用、相互配合的状况,而不是各自的发展状况,子系统的最优并不意味着系统整体的最优组合,也不说明系统协调.
(4)结构协调是区域PRED协调发展的主要目标.
结构失调,导致区域发展失衡,需要通过区域P、R、E、D相互关系的调整和结构再造,使系统处在结构合理的体系之中.
在实现结构调整中,一般采取综合性调控手段,使多元系统要素结构趋于协同.
(5)区域PRED协调发展以多要素的组合匹配为基础,在不断变换和重组的过程中,从整体系统协调出发,加强各单元要素的系统调整,构筑成相互依存、相互适应、相互促进、共同进化的系统结构,促成系统协调有序合理地发展.
32人文地理13卷图2不同时空尺度区域PRED协调发展联系模式4人地系统优化的理论模式从人地关系的发展演替和世界发达国家和地区所走过的工业化道路以及人类选择可持续发展模式的背景来看,大体经历了原始型资源环境与人口、经济之间的协调发展→工业化初中期以单纯追求经济增长所导致的人口资源环境与经济发展之间的失调→工业化后期和后工业社会人口、资源、环境、经济之间协调的可持续发展阶段.
从理论上来讲,无论是从人地关系和谐角度还是具体到区域PRED之间协调发展理论以及对可持续发展战略框架的理解和认识,人口、资源、环境与发展,都是一个时空尺度耦合的高度复杂的动态开放巨系统.
这样一个完整的理论体系涉及问题众多.
为了便于理解,这里从理论上把人口增长、经济增长、资源消耗、技术进步、环境变化之间的综合作用过程简化为四个阶段:Ⅰ阶段:较低的自然增长率和人口缓慢增长技术手段简单(无污染)状态下的低投入、低资源消耗(以可再生资源为主)、低经济增长、低产出的环境质量良好的农业社会;Ⅱ阶段:较高的自然增长率和人口迅速增加、技术手段较复杂(多为污染增加型技术)条件下的高334期申玉铭:论人地关系的演变与人地系统优化研究图3区域人口、资源、环境与经济可持续发展的理论轨迹投入、高资源消耗(以不可再生资源为主)、重污染、高产出、高经济增长(粗放外延式增长方式)环境质量急剧恶化的工业化初中期;Ⅲ阶段:低自然增长率和人口缓慢增加、技术手段复杂(污染减少型技术)资源消耗较高、工业污染缓慢增加、高产出、经济适度快速增长(高效、集约内涵增长方式)环境质量继续恶化的工业化中后期;Ⅳ阶段:较低的自然增长率、人口趋于结构合理的适度规模,采用高科技的高效清洁生产技术形成的适度经济增长方式且环境质量和容量有随清洁技术水平的提高而提高和扩大的趋势的工业化后期或后工业化社会(见图3).
只有发展到这一阶段,人地关系才能重新变得和谐,才能实现真正意义上的可持续发展.
以上是一个理论模式,反映了区域人口增长、资源消耗、环境变化、经济增长和技术进步因素之间的动态变化,有助于我们对人地系统优化的理解.
总之,从人地关系的演变与人地系统的优化分析中,可以得到这样一个结论:要使人口、资源、环境与社会经济协调发展演化,人类就必须自觉地调控自身及系统各要素的发展,使系统总体发展轨迹与资源环境容量的限制作用相适应,最终实现持续发展的目标.
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1988ASTUDYONTHEEVOLUTIONOFMAN-EARTHRELATIONSHIPANDOPTIMIZATIONOFMAN-EARTHSYSTEMShenYumingAbstractTheoptimizationofman-earthsystemliesinthewaytoharmonizetheirinternalre-lationsandtoapproachthegoalofrationalallocationamongpopulation,material,energyandinformatinflowinPREDprocess.
Thispapertaketheman-earthsystemasthetheoreticalbasis.
Atfirst,theauthorgeneralizestheworkbeginningwiththeevolutionperiodofman-earthrelationshipinhistory.
Secondly,analysesthemaincharacteristics,structure,functionofman-earthre-lationship.
Thirdly,pointsoutthecoreofoptimizationandtheoreticalmodelonman-earthsystem.
34人文地理13卷