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熵增原理与农业脆弱性研究 伍国勇 贵州大学，贵阳（550025） E-mail：wgyong@126.com 摘 要：脆弱性是指关于系统应对外界力量冲击的反应状态的描述，对脆弱性及影响因素的 充分认识，可促使系统不断提高自身应对冲击的能力，从而减轻各种冲击造成的福利损失。 文章将热力学中能量和熵的理论引入农业系统，提出农业系统熵的概念，通过对农业能量的 耗散和农业系统熵变的分析，以及农业系统稳定性的判断，阐释了农业脆弱性，指出农业脆 弱性是由农业系统熵增所致。通过对农业系统熵增的因素分析，指出降低脆弱性的有效途径 是发挥农业系统的自组织功能，以及从系统外部环境引入负熵流,增强系统的稳定性。 关键词：农业系统熵，农业脆弱性，农业能量 中图分类号：f270.3 1. 农业脆弱性的内涵 脆弱性最早用于灾害学领域，表示被伤害的程度。20 世纪 80 年代末 90 年代初，气候 变暖问题受到国际广泛关注，1988 年成立了政府间气候变化专门委员会（IPCC），并于 1990、 1996 和 2001 年三次出版《气候变化区域影响：脆弱性评估报告》，对气候变化的脆弱性进 行初步的论述。给出了气候变化脆弱性的定义：脆弱性是指气候变化，包括气候变率和极端 气候事件对农业系统造成的不利影响的程度，是系统内的气候变化特征、幅度和变化速率及 其敏感性和适应能力的函数［5］，该定义得到了国际学术界的普遍认可。 关于农业脆弱性，早期学者重点是从气候、干旱［2］等因素对农业生产的影响来讨论 的，如生产脆弱性、气候脆弱性（孙芳等，2005）［5］；其次是从脆弱性的角度来讨论农 业问题，如贫困问题（韩峥，2004）［3］、农业生产安全（薛晓萍，2004）、生态环境问 题（黄复生，2006）［6］、旱灾问题（尚志海，2006）等。在本文定义为：农业脆弱性是 指农业系统面临某些风险的可能，并且由于遭遇风险而导致产值损失或系统能量下降到某一 正常水平之下的可能。导致脆弱性的冲击的种类很多，几乎包括了社会、经济、政治等各方 面。对于某一地区，最常见的有自然灾害（洪水、干旱、地震、冰雹、台风等）、环境危机 （土地沙漠化、水土流失、气候恶化等）、经济波动（通货膨胀、滞胀等）、政策改变、种 族冲突等。 2. 熵增原理简述 1864 年 Clausius 提出热力学熵的概念，指在能量释放转化过程中不能被转化做功的能 量总和，用来反映系统中无规则运动的微观混乱程度。后来，Shannon 将熵的概念加以推广， 认为熵不仅不必一定要与热力学过程相联系，而且也不必与微观分子运动相联系，它可以成 为系统状态（这个状态可以是热学的也可以不是热学的）不确定程度的量度。 E 系统中的能分为有效的和无效的两个部分，系统总能记作 E ，有效能记作（ 有效 ）， E E = E + E 无效能记作 无效 ，则： 有效 无效 。熵的定义及度量就由下式给出： dS = K(dE + dE ) 有效 （1） 其中 K 为任意正值常数，这就意味着熵与系统的无效能成比例关系。 - 1 - 一个孤立系统和其外界之间完全没有任何相互作用。对其而言，根据热力学第一定律， dE dS ≥ 0 dS外