可持续发展动态过程中的协同性

    新疆大学干旱生态环境所教授任光耀

    中  国  人  民大学博士后  刘宗超

    新疆大学干旱生态环境所博士成雁翔  吕光辉

1  “可持续发展”主要方面的协同性思考

    “可持续发展”只有在人口数量的增长与生态系统、生产潜力的改变协调一致时才能实现。

可持续发展并不是一成不变的协调状态，而是一个变化的过程。在此过程中，资源开发、投资

方向、技术发展的定向及体制上的变化，都要与将来及目前需要取得一致。

    “可持续发展”不仅要求系统内部具有持续能力，还要求其支持的环境具有持续能力。系

境内部的持续能力是指系统在失去外界资助与支持后，仍然能保持可持续发展的能力。因此，

一个系统能否可持续发展，虽然主要是由系统内部的结构和功能决定的，外部因素只在一定

程度上起催化作用，但可持续发展却需要外部力量的帮助，从环境资源利用角度看，一个长

期的目标，要求代与代之间公平相处，可持续发展总是需要适度的环境存量的支持的，尤其

是那部分具有不可逆性质的环境资本，要尽可能地利用具有类似性质的可再生环境资本替代。

    一方面，内部适宜的体制与结构的特点不是要求控制而是强调部分的协调。它的结构应使信息反馈的进程大大加快，各职能部门的功能又不交叉重叠。另一方面，到日前为止还无法对

圣项环境持续能力给出一个确定的数值，如满足人类需求的非再生资源利用的上、下限，可

耕地面积和土壤肥力保持的具体程度等分析都需要找到某种针对具体情况的系统分析法。本

文认为，协同性探索不失为一种可用的方法。

    在可持续发展研究中既有静态分析方法又有动态分析方法，且由初始的静态分析过渡到

动态分析。到目前仍有一些人用热力学中熵函数方法进行分析，这也是静态分析法。静态分析

起源于经济学家H．S．戈登和生态学家M．B．施弗的类似分析，这种静态分析法称为戈登一施弗

模型．对于单一用途的生物资源来说，某一时期t和生物资源存量X。取决于前一时期(t一1)的

生物资源存量Xt-1该时期生物资源增量F(X_t)，和生物资源收获(如捕猎采伐等)量Ht之

间的差额，而生物资源收获量H又取决于生物资源存量x和投入E(即人们投入的劳动和资

本)，因此在E、H、x三者之间存在着这种的关系：随着E的增加，起初H也趋于增加；但

随着H接近并超过F(X)，x的增长不断放慢并最终转为下降；而x的变动最终又必然反映

到H的下降上。F(x)达到极大值的数量称为最大可持续产量或最大可持续收获量，这说明

生物资源存量的增长达到生态系统容量所能容纳的最大限度数量之后，该种生物资源存量停

止增长，它说明繁殖能力并不是无限的，这称为MSY模型。当投入E一0时，存量x达到生态

体系容量所能容许的最大值；而当投入达到最大的EM时，x不是相应地下降为O，而是说x几

乎为O时，为了收获最后一点残存的生物资源，人们必须付出E肘数量的投入。之后，D．W．皮

尔斯和R．K．特纳在1990年出版的《自然资源经济学与环境》中，采用同样的方法分析可更新

资源的社会最优利用。

    静态分析的弱点也是十分明显的。例如，C．w．克拉克、G．R．芒罗和A．T．查尔斯就曾指

出，对静态条件下的利润最大化均衡点的分析忽略了经济学和生物学上的动态过程，因而无

法说明通过限制生物资源收获量使生物资源存量得到恢复是否值得。另外，静态分析也无法分

析自然资源的耗竭成本，。虽然总趋势为资源存量越少，越是供不应求，其耗竭成本也就越高，

然而耗竭成本取决于多种因素，静态分析很难定量表示x、箐和该资源耗竭成本三者之间的

关系。    一

    同样在50年代中期，A．D．斯特科第一次以动态分析重述了戈登模型，但直到1976年由

c．w．克拉克出版的《数理生物经济学：可更新资源的最优管理》一书，成为对可更新资源进

行动态分析的经典著作。

 h(t)为t时期的生物资源收获量。C.W．克拉克等学者在《渔业、动态分析与不确定性》一文

中以一个简单的动态优化模型为例，介绍了生物资源的动态分析。该模型通常假定产品价格及

投入的单位成本都是常数，且假定收获的总成本C(h，X)与生物资源收获量^之间是线性关

系，而导出的收获成本函数C又是x的递减函数。存量X越丰富，同一生物资源收获量所需成

本越低。把生物资源存量X(t)看成是状态变量又称待控制变量，生物资源收获量h(t)是控制

变量。该模型得出最优控制．问题也是线性的。

    到了70年代中后期，动态分析方法又有了很大发展，主要是以线性模型向非线性模型的

发展，如允许参数随时间而变化；放宽关于产品需求和生产要素供给量具有完全弹性的假定；

在各类不确定性条件下的决策(包括随机影响、参数的不确定性及变量的不确定性等)，对各

类不确定性的探索将成为自然经济学研究中的一个热点。

    c．w．克拉克、F．H．克拉克和G．R．芒罗于1979年发表了题为《可更新资源存量的最优利

用：不可逆投资问题》的文章中提出了非韧性资本，这是非线性应用的又一个方面，这个模

型包括两个状态变量和两个控制变量，分别为生物资源存量x和存量资本K；劳动和资本投入

量E和总投资I。    。

    非线性所产生的效果不再是小输入产生小产出的直线比例关系，而是存在几条曲线把相

关区域划分成几个不同性质的区域，在不同区域生物资源存量最优均衡过程不同，最优决策

也不同。一旦系统被推入远离平衡的状态，系统将会变得对外部影响特别敏感，小的输入所产

生的效果可能使系统以我们觉得异乎寻常的方式重新组织自己，即小输入可以带来加速的社

会发展。

    尽管不同地方或同一地方在不同阶段不同背景条件下“可持续发展”的目标可能不同，实

现“可持续发展”的方法与手段也不同。但是，“可持续发展”的最终目标是调节好生命系统

及其支持环境间的相互关系，使有限的环境在现在和未来都能支撑起生命系统的良好的运行。

为了既能满足人类的物质需求，又不破坏环境，我们不能单纯追求最终产出，而要追求单位

要素投入的产出效益。资源是联系环境供给和人类需求的纽带。只有实现资源要素的持续供给

与合理组合，才能既保证持续的环境供给能力，又满足人类的物质与文化生活需求。为了实现

上述目标，在空间上考虑家庭、地方、区域、国家与全球的共同努力和行动；在时间上要把

握时机，采取一系列时序对策；在结构与体制上要摸清关键部门与资源要素，完善决策并建

立管理体制。为增强管理机构的协同性，决策与管理者必须具有发展眼光、强烈的责任感和统

一目标。通过引进各种适用技术，合理开发资源与人材，通过建立良好的信息反馈机制，调节

系统内部的关系，适应系统外部的变化，以增强系统自立的能力。

    上述分析指出，“可持续发展”系统是一个很复杂的系统，在那里存在着很多相互作用着

的子系统，而且是动态系统。同时，对“可持续发展”经济这类复杂系统而言，通常是一个由

多种因素相互间非线性作用构成的开放的复杂系统，简单、线性、封闭的系统只是极少数现

象。因素间关系的线性化仅仅在它们之间呈弱非线性关系时才是有效的，当它们之间呈较强非

线性关系时，这种近似就不能获得近似于实际的结果。经济系统的预测需寻求非线性途径的思

路和方法，我们将在后续文章中用非线性时间序列方法、高维系统无反馈控制和有反馈控制

等给予某些具体预测办法，利用混沌理论对初值敏感性寻求一种新的控制方法。

2协同学与其它相关学科的差异分析

    协同性分析的目的在于探索支配系统行为的一般原理。它与其它学科的思想与研究方法

既有联系又有基本区别。

    热力学最显著的特点之一是它的普适性。热力学定律适用于不同成分构成的各种形态

(气、液、固)的物质。热力学通过研究宏观量得到了这种普适性。显然，这种概念适用于大量

子系统(如分子)的集合，但决不能应用到各个子系统。另外，只有在处理各种热平衡系统时

热力学才能发挥它的作用，而不可逆热力学则局限于系统趋于热平衡。在协同系统中至少被驱

离到了远离热平衡状态，还显示了如振荡等一些新的特性。虽然在协同性研究中保留了宏观变

量概念的重要地位，但称为序参量的这些变量与热力学的那些宏观变量在实质上是完全不同

的。当热力学借助于信息论试图对仅仅得到有限信息的系统计算在给定约束下的实现量(如观

察量)时，这种差别就变得特别明显——信息论和热力学是静态方法，而协同学探讨的是动

力学行为。经济学是一个动态系统，而不是静态系统，熵这样的概念是否可在这样的动态系统

中应用呢?当然可以抱有一个怀疑的态度。

    协同学的非平衡相变与热平衡系统的相变相比则具有丰富得多的多样性，并且包括着各

种振荡、时空结构和混沌。协同系统还对于一些很不相同的系统，不仅在完全不同的基底(子

系统)上实现协同过程，而且还涉及了空间分布具有相同图样的一大类模型。

    虽然在控制论和协同学中，控制概念是至为重要的，但两个学科有着完全不同的目的。在

控制论中，各种程序是为了控制系统而设计的，因此系统按指定的方式运转使实际的状态变

到指定的状态。为实现此目的，又必须使用信息论。这就需要知道很多单个子系统的信息，然

后将所有信息集中起来加以处理。但问题是，要把这些信息集中起来加以处理所需的时间比个

别取得信息的时间要长。当然，协同学也不能够解决所有这些问题，但至少可以引入一些新思

想，这些新思想可能有一些启发。协同学中可以引入一种多少有些非指定的方式改变种种控制

作用，可将相当复杂的系统用少数几个序参量来描述，还可改变这些序参量驱使系统的状态

发生变化。协同学将注意力集中于许多单个部分构成的系统在宏观尺度上经历着质变的情况，

即从一个状态到另一状态的变化。

    从更为普遍的观点来看，动力系统理论与协同学都是探讨系统的时间演化的。可以认为，

协同学是一般系统理论的一部分，因为两者都在探索支配系统行为的一般原理。然而协同学引

入了不同于动力系统理论的特点和方法，协同学要考虑各种涨落的作用，尤其在出现分岔的

那些点上涨落是至关重要的。引入涨落使人们能够研究新的演化分支的稳定性以及模式的时

间增长。这样一来就与相变理论有着密切的联系，并且有可能将新概念(例如临界涨落、临界

慢化、对称破缺及涨落引起破缺对称性的复原)引入到非平衡相变，实现对整个社会的一些

统计行为的认识。但这里也不能不指出，目前，协同学更多地是对大量的各种系统做出一般的

论述，例如在科学发展理论中，协同学的序参量和伺服原理的概念只是应用到尚未完全数学

化的和很可能从来没有数学化的科学中。

    协同学的中心议题是，探讨是否存在支配生物界、非生物界结构与功能的自组织形成过

程的某些普遍原理。例子涉及的范围极广：从生物学的形态形成和脑功能作用到飞机机翼的颤

动；从分子物理到恒星的巨变；从电子装置到社会舆论的形成以及从肌肉的收缩到固体结构

的皱折。此外，一各个学科中关于空间、时间和功能结构形成的基本概念表现出惊人的相似。

3协同学应用举例

    从协同学与其它领域的广泛联系来看，可能认为协同学要使用各个学科中大量完全不同

的概念，实际上并不是这样。解释协同学的基本概念相当简单，但要用这些概念去处理实际系

统时就需要大量的专门技术知识(如数学)，并且在应用这些基本方法研究各自领域中的具体

问题时，要在不同领域之间作进一步的类比。这种类比可举例说明，一个典型的例子是从充分

就业转变为非充分就业，这个问题和统计物理中的相变问题具有同样的描述。某些控制参量的

变化可以导致一种新的经济状态，不同的经济状态算作不同的相，比如把提高产量的投资转

变为生产合理化的投资时就会导致非充分就业，也就是说从一个充分就业的相转变为另一个

不同的相。为此，我们需要讨论新发明在经济发展中所起的作用。如电视、飞机等的发明，特

别是它们的大量生产对许多行业如电子、光学、电光、制造、塑料、钢铁等行业都有很大影

响。在第一阶段中，生产大大增加，于是达到充分就业。在此期间，有很多新产品问世。然后，

发展到新阶段，向更合理的方向发展。这些合理化，能使生产更简单一些，或用较少的人来进

行生产，以满足利润的追求倾向。现在要问，从新发明到生产合理化这个阶段为什么要如此过

渡?因为新产品的引入需要很多的投资，且有很多风险，而改造旧产品比创造新产品更便宜。

于是合理化的结果就使失业机会增加，达到非充分就业。这个相变过程可用协同学加以讨论。

    设X。为平均年产量，X为实际产量对X。的偏离，即实际产量为X+Xo，而投资I可以产生

新产品，生产增长与投资成正比。现在再引入生产合理化因素R，R也可以使生产增加，合理

化导致生产率的增长由Rx表示。又由于生产不能无限制地增长，如由于原料的耗尽等，这种

反作用的因素可用CX3表示(类似于激光方程中常见的那样)，则有如下随时间变化的方程

--摘自大自然探索--1997-2第16卷