人口、资源、环境与经济协调发展系统分析

1、2000年12月系统工程理论与实践第12期文章编号:100026788(20001220001206人口、资源、环境与经济协调发展系统分析曾嵘,魏一鸣,范英,李之杰,徐伟宣(中国科学院科技政策与管理科学研究所,北京100080摘要:试图运用系统论思想,提出人口、资源、环境与经济的协调发展复杂系统的概念,阐述人口、资源、环境与经济的协调发展复杂系统的结构特征、各子系统之间内在协调机制及系统发展过程,对有效建立关于人口、资源、环境与经济的协调发展这一开放的复杂系统的规划与调控的综合集成模型具有重要意义关键词:可持续发展;系统分析;复杂系统中图分类号:N945.1System A nalysis o

2、f H arm on izati on D evelopm en t am ong Popu lati on,R esou rce,Environm en t and Econom yZEN G Rong,W E I Y i2m ing,FAN Y ing,L I Zh i2jie,XU W ei2xuan (In stitu te of Po licy and M anagem en t,Ch inese A cadem y of Sciences,Beijing100080Abstract:T he natu re of su stainab le developm en t system

3、 lies in the w ay to harmon izetheir relati on s among popu lati on,resou rce,environm en t and econom y.D epending onanalyzing the essen tial featu re and structu re,in ternal m echan is m among sub system anddevelop ing p rocess of th is system in a system theo ry of view,th is paper p resen ted t

4、heconcep t of comp lex system of su stainab le developm en t.Keywords:su stainab le developm en t;system analysis;comp lex system1引言自从世界环境与发展委员会(W CED明确提出可持续发展定义1以来,可持续发展作为人类一个崭新的目标和全新的发展模式已被世界各国和地区广泛接受,许多专家学者以及政府组织都从各自不同的角度出发,对可持续发展这一概念做了深刻和广泛的研究24中国政府也于1994年率先制定出中国21世纪议程中国21世纪人口、环境与发展白皮书,把经济、社会、资源

5、与环境视为密不可分的复合系统,着重从三维结构复合系统的观点将经济、社会、环境和资源不可分割的结合在一起,提出可持续发展的战略和行动措施5集中体现了中国实施可持续发展战略的基本观点和主要内容事实上,我们认为,可持续发展的实质是自然与社会系统的协调发展,其核心内容可以归纳为人口(Popu lati on、资源(R esou rce、环境(Environm en t和经济(Econom y(总体简称PR EE四项关键要素,以人与人类社会经济活动为一方,以人类赖以生存的资源和环境为另一方,组成了自然与社会相互作用、相互制约的动态开放复杂系统对于中国这样一个发展中国家来说,经济发展是可持续发展的中心环节

6、,可持续发展的实质是在一定时期和科学技术条件下,经济社会在人口、资源和环境三个约束条件下持久、有序、稳定和协调地发展因此,我们认为:研究人口、资源、环境与经济(PR EE的协调发展,建立PR EE协调发展系统的分析和评价体系对研究可持续发展具有非常积极的现实意义收稿日期:2000204210资助项目:北京市自然科学基金(9992003;国家软科学基金(99232系统工程理论与实践2000年12月2人口、资源、环境与经济协调发展系统人口、资源、环境与经济四个要素之间相互作用、相互联系形成了一个复杂的体系,从系统论的观点来看,这个体系构成了一个系统,在这里称为人口、资源、环境与经济协调发展系统(简

7、称为PR EE系统,这一系统的核心是由人口、资源、环境与经济子系统组成其基本结构如图1所示它不仅具有一般系统的特征,而且系统内部结构及子系统之间相互作用机制比一般系统要复杂得多可持续发展不仅依赖于PR EE 各子系统内部的协调发展,更取决于各子系统之间的协调程度这一系统具有以下几方面的特征层次性与整体性整个系统不仅由P、R、E、E四个子系统构成,而且每个子系统中又包含有不同级别的层次,层次之中又有层次例如,环境系统中包含有水、大气、以及土壤等子系统,每个子系统中又可分为更小的亚系统整个系统的协调发展虽有别于各子系统内部的协调发展,但也要以它们内部的协调发展为基础然而,PR EE 系统不是各部分

8、要素杂乱无序的偶然堆积,而是各要素组成的有机整体因此,系统的协调发展不仅仅是各子系统内部的协调发展,而且在于各子系统之间关系的协调这样,整个系统才能具有子系统所不具备的特殊的整体功能关联复杂性系统中每个子系统内部有着密切联系,而且子系统之间、系统与外部环境之间也存在相互依赖、相互作用的联系这些联系不仅多样(如单向与多向联系、稳定与不稳定联系而且是非线性、不可逆的这些非线性、不可逆的复杂联系是系统有序的根本原因,正是它们的“协同作用”,推动整个系统朝着持久、有序、稳定和协调方向发展开放性比利时物理化学学家普利高津(I.P rigogine提出的耗散结构理论认为:一个远离平衡的开放系统,不断地与环

9、境交换物质和能量,一旦系统的某个参变量变化达到一定的阈值,系统可以由原来的混沌无序状态转变为一种在时间、空间或功能上的有序状态7从图1我们知道,PR EE系统是一个高度开放的系统,它像有机体新陈代谢一样,与外界环境不断交换资源、资金、人员、技术等要素,这种能量、物资和信息的交换对于降低系统的内部增熵,提高系统的有序度产生重要的影响,是系统维持“耗散结构”状态,形成有序和自组织的基础和前提动态性PR EE系统是在动态演化过程中不断形成耗散结构,并且这种耗散结构本身也不断地高级化的过程在时间轴上,PR EE系统是一个量变积累到质变飞跃的过程:系统在达到某种协调状态后,会随着某些条件限制的突破产生跃

10、进过程,从而平衡被打破,随后在系统的协同作用下,系统又逐渐达到新的协调状态,这样循环往复,在动态演化中不断推动系统相向高层次、高水平的阶段发展可调控性在PR EE系统中,人起着重要的作用通过对自然规律和社会规律不断深化地认识,人类以各种信息形式控制系统内各种能量流、物质流和信息流的流向、流速和流量,降低系统的混乱度因此,由于人类社会活动的参与,PR EE系统实质上是一个复杂系统自组织 组织合作的过程,人类可以通过决策选择不同的发展模式对可持续发展过程进行干预,这种干预具有双向调控作用,它可能促进系统的协调发展,也可能延缓或破坏系统的协调发展地域性PR EE四者之间的关系在不同地域所表现出来的结

11、构和矛盾是不尽相同的,有明显的空间地域差异性但同时也应该认识到地域的PR EE系统必须考虑到对其它地域发展的影响综上所述,PR EE系统是一个开放的复杂巨系统8,针对这一复杂巨系统应研究各子系统内部及其相互之间存在的复杂联系,利用系统的自组织特性,运用调控手段来纠正系统在动态运行中产生的不协调因素,寻求整个系统的最优结构,使系统的协调发展达到新的层次 图1人口、资源、环境与经济协调发展基本结构(据文献6修改3PREE 复杂系统的内在协调机制作为开放的复杂巨系统,影响PR EE 协调发展过程的因素十分复杂但系统内各子系统之间的相互作用是内在因素,分析它们之间的内在联系,探讨整个系统协调发展的机制

12、,对了解系统协调发展的演进过程,发挥人的协调作用具有重要意义3.1人口子系统PREE 系统的内在动力人既是生产者,又是消费者,人力资源是会生产中最关键的要素,社会生产的动力来源于人的消费,而且人类的技术进步和发明创造更是各子系统向前发展的内在动因图2人口子系统从图2中可以看出,人口子系统提供的一定数量和质量的人口(劳动力是经济发展不可缺少的条件,人类所掌握的科学技术是可持续发展的根本动力,它有利于促进经济质量的提高、提高资源利用效率、改变产生污染的生产和生活方式;但是,人口的过快增长会占用大量的再生产资金,给经济系统带来就业和消费压力,制约经济的发展,同时,资源相对数量的减少、生活废物的增加给

13、资源和环境子系统带来了的巨大压力因此,控制人口数量,提高人口质量是人口系统中最迫切的问题人口的增长率要与经济发展速度相适应,要考虑到资源水平和环境容量;同时,应努力提高国民教育水平,转变传统消费观念,提高公民环境意识3第12期人口、资源、环境与经济协调发展系统分析3.2资源子系统PREE 系统的物质基础图3资源子系统自然资源是人类社会存在和发展的物质基础经济的发展是人力资源和自然资源综合作用的结果,社会进步是自然资源满足人们需求的体现随着人类利用和改造环境能力的提高,自然资源所包括的外延和内涵也不断扩大,资源与环境的界限也经常变动如图3所示,发展与资源存量存在着冲突与协调两种关系:技术进步与外

14、界投资使资源可促进资源利用率提高,培育可再生资源和寻找非再生资源,提高资源存量;而经济与人口子系统的消耗增了对资源的开采和使用,使资源存量不断减少因此,资源子系统的协调发展必须考虑区域内资源的承载能力要合理利用资源,提高资源使用效率,对不可再生的资源(如能源、土地等必须优化利用,对可再生资源(如水、森林等必须可持续的利用3.3环境子系统PREE 系统的空间支持环境是各种生物存在和发展的空间,是资源的载体环境质量水平直接关系到人类的生活条件和身体健康;影响到自然资源的存量水平(如森林等和质量水平(如水资源等和经济发展的基础 图4环境子系统如图4所示,发展与环境承载力之间也存在着冲突与协调两种关系

15、:环境承载力的上升取决于环保投资和环境改造技术水平,从这方面上看,经济发展可以为环境改善和治理提供必要的资金和技术,两者是协调的;另一方面,经济增长和消费水平提高会增加污染的排放,导致环境承载力下降,两者又是有矛盾的环境子系统的协调发展关键在于发展要与环境系统的承载力相适应,一方面要调整产业结构,提高生产技术水平,减少污染排放;另一方面,要增加环境治理投入,提高污染治理技术水平;同时,要提高公民环境意识,改变传统的消费模式,实现可持续消费3.4经济子系统PREE 系统的核心经济子系统以其物质再生产功能为其它子系统的完善提供了物质和资金的支持,尤其对于中国这样的发展中国家,经济发展始终是发展的中

16、心问题只有在经济发展到一定程度下,才能有更多的资金投入到技术改造和环境保护中去;才能发展文化教育事业、提高生活水平、改善生活条件,促进社会进步 图5经济子系统从图5中可以看出,经济子系统与其它子系统之间的协调和矛盾关系表现为:各种非生产性投入(如环保、教育、消费等会减少生产性投资,从而抑制经济增长,因此,经济子系统与其它子系统之间存在利益冲突;但是另一方面,增加其它子系统的投入有利于系统外在要素(人力资源、自然资源、环境质量等质量的提高,在它们的推动下,有助于经济效益的改善,所以经济子系统与其它子系统之间又存在着协调关系经济子系统的协调发展不仅在于注重经济增长数量,更在于追求经济效益、改善经济

17、结构、合理各种资金分配,特别是要依靠科技进步来提高生产的经济、社会和生态效益综上所述,人口、资源、环境与经济子系统之间既彼此冲突又相互协调,它们之间“协同作用”是可持续协调发展的内在因素也就是说,在外部控制参量达到一定阈值时,人口、资源、环境与经济子系统之间通过协调作用和相干效应,可以使系统由无规则混乱状态变为宏观有序状态,实现可持续协调发展4系统工程理论与实践2000年12月4PREE 复杂系统的过程分析我们认为人口、资源、环境与经济协调发展的本质是要求经济社会在人口、资源和环境三个约束条件下持久、有序、稳定和协调发展,我们着重从经济发展与人口、资源、环境的限制关系来讨论可持续发展过程由前述

18、的系统的内在协调机制我们可以知道,可持续发展过程是系统中各要素相互耦合的结果,我们可以把这些耦合因素分为两类:一类是对PR EE 协调发展起促进作用的因素,可称为利导因子;另一类是对PR EE 协调发展起限制作用的因素,可称为限制因子4.1PREE 协调发展量变积累阶段在这个阶段,经济发展有两者形式:一种是在协调发展的起始阶段,利导因子起着主导作用,这时系统发展的呈图6曲线A 所示的指数型(r 型增长;另一种是当经济发展到一定程度,随着人口过度增长、资源短缺、环境恶化等问题的出现,不仅不可再生资源等因素成为经济发展的限制因子,而且一些利导因子(如人口也转变为限制因子,这时系统的发展轨迹呈图6曲

19、线B 所示的阈限型增长(K 型增长前者主要追求发展速度,发展过程表现为人口迅速增长、资源大量开采、环境向外开拓,这种发展只能维持一段时间,一旦超出人口资源环境容量限制,系统将走向崩溃;后者主要是注重发展的稳定性,发展的过程表现为人口、资源、环境与经济发展相互适应、相互协调4.2PREE 协调发展质变飞跃阶段系统的量变积累过程同时也是信息积累过程通过对系统内部协调机制以及与外部环境要素的相互转换规律认识的不断深化,人类可以依靠调控手段和科技进步突破人口资源环境容量的限制,使系统发展向更高水平发展,最终达到质的飞跃过程世界上任何事务都是量变和质变的统一,可持续协调发展也不例外从时间上看,可持续发展

20、是一个既包括量变积累又包括质的跃迁的过程从图7中可以看出,在一定时期内,经济发展在各要素的协同作用下,达到一定的稳定平衡状态;但是在一定的条件下(如技术进步,经济发展水平可能突破人口、资源、环境容量的限制,达到更高水平 图6可持续发展过程的logistic 曲线图7可持续发展过程组合的logistic 曲线5结语人口、资源、环境与经济不仅是PR EE 系统中的核心要素而且易于量化分析,因此从人口、资源、环境与经济协调发展的角度探讨可持续发展具有深刻的现实意义从狭义的角度说,可持续发展的实质是在一定时期和科学技术条件下,经济社会在人口、资源和环境三个约束条件下持久、有序、稳定和协调地发展本文试图

21、从系统论思想出发,分析其系统特征,探讨系统内在的协调机制和发展中量变积累到质变飞跃的过程,认识人口、资源、环境与经济这一开放的复杂系统,为建立PR EE 系统分析与评价体系提供理论指导5第12期人口、资源、环境与经济协调发展系统分析6 参考文献: 系统工程理论与实践 2000 年 12 月 1 CED (W o rld Comm ission on Environm en t and D evelopm en t . O u r Comm on Fu tu re R . O xfo rd: W O xfo rd U n iversity P ress, 1987. 2 Ca ldw ell L

22、 K. Po litica l a sp ects of eco log ica lly su sta inab le developm en t J . Environm en t Con serva tion, 1984, 11 ( 4 : 299 308. 3 C la rk W C , M um n R E. Su sta inab le D evelopm en t of the B io sp here M . Cam b ridge: Cam b ridge . U n iversity P ress 1986. 4 Good land R , L edec G. N ocla

23、ssica l econom ics and p rincip les of su sta inab le developm en t J . Eco log ica lM odeling, 1987, 38: 19 46. 5 国家计划委员会, 国家科学技术委员会 中国 21 世纪议程 中国 21 世纪人口、 . 环境与发展白皮书 R . 北京: 中国环境科学出版社, 1994. 6 关晓涵, 顾培亮 系统理论在可持续发展中的应用研究 科学管理研究 J , 1999, 17 ( 3 : 41 45. . . 7 周硕愚. 系统科学导引 M . 北京: 地震出版社, 1988. 8 钱学森,

24、于景元, 戴汝为 一个新的学科领域开放的复杂巨系统及其方法论 J . 自然杂志, 1990, . ( 1 : 3 10. 9 赵景柱 社会2经济2自然复合生态系统可持续发展概念分析 A . 赵景柱, 欧阳志云, 吴刚. 社会2经 . 济2自然复合生态系统可持续发展研究 C . 北京: 中国环境科学出版社, 1999. 10 马金, 王浣尘, 陈明义 可持续发展的资源最优投资策略 系统工程理论方法应用 J , 1997, 6 ( 1 : . . 34 39. 11 徐一飞, 周斯富 系统工程应用手册- 原理方法模型程序 M . 北京: 煤炭工业出版社, 1997. . 12 崔伟宏. 区域可持续发展决策支持系统研究 M . 北京: 宇航出版社, 1995. 13 陈国权. 可持续发展与经济2资源2环境系统分析和协调 J . 科学