自然资源学报 ›› 2019, Vol. 34 ›› Issue (4): 815-828.doi: 10.31497/zrzyxb.20190411
收稿日期:
2018-11-12
修回日期:
2019-02-17
出版日期:
2019-04-20
发布日期:
2019-04-20
作者简介:
作者简介:何焱洲(1992- ),女,重庆忠县人,硕士,主要从事土地利用与乡村发展、乡村人居环境研究。E-mail: heyanzhouer@126.com
基金资助:
Received:
2018-11-12
Revised:
2019-02-17
Online:
2019-04-20
Published:
2019-04-20
摘要:
乡村生产空间系统演化是乡村生产空间系统内部及其与外部系统间进行物质、能量和信息交换的表征或结果,这一结果的优劣是实现系统可持续发展的内生物质基础与保障。以重庆市为研究区,以2001-2015年为研究时段,基于信息熵,从支持型输入熵、压力型输出熵、氧化型代谢熵、还原型代谢熵四个方面构建乡村生产空间系统演化指标体系,揭示乡村生产空间系统的演变规律和可持续发展能力,探析乡村生产空间系统熵变与可持续发展能力之间协同演化过程中的相关关系,设计乡村生产空间系统优化路径。结果表明:(1)2001-2015年重庆市乡村生产空间系统熵流为0.017~-0.049,熵产生为0.204~0.059,均呈下降趋势,乡村生产空间系统的协调性和活力得以增强;总熵变为0.221~0.010,呈相同趋势,乡村生产空间系统有序度不断提高,总体上向健康水平发展。(2)2001-2015年重庆市乡村生产空间系统可持续发展能力得分为1.285~2.803,呈上升趋势,系统可持续发展态势良好,并不断向可持续方向演进。(3)可持续发展能力得分与支持型输入熵、还原型代谢熵正相关,与压力型输出熵、氧化型代谢熵负相关,与熵流、熵产生和总熵变负相关。
何焱洲, 王成. 基于信息熵的乡村生产空间系统演化及其可持续发展能力[J]. 自然资源学报, 2019, 34(4): 815-828.
HE Yan-zhou, WANG Cheng. The evolution and sustainable development capacity of rural production space system based on information entropy[J]. JOURNAL OF NATURAL RESOURCES, 2019, 34(4): 815-828.
表1
乡村生产空间系统熵流、熵产生和总熵变的符号、公式及含义"
项目 | 符号与公式 | 含义 |
---|---|---|
支持型输入熵 | ∆eS1 | 揭示乡村生产空间系统的支持作用 |
压力型输出熵 | ∆eS2 | 揭示乡村生产发展给乡村生产空间系统造成的压力 |
氧化型代谢熵 | ∆iS2 | 揭示乡村生产空间系统中各类生产行为对自然环境的负面影响 |
还原型代谢熵 | ∆iS1 | 揭示人类对乡村生产空间系统的环境保护和污染物治理能力 |
熵流 | ∆eS2-∆eS1 | 揭示乡村多元主体的生产活动与环境保护之间的互动作用,主要反映乡村生产空间系统对乡村生产发展的承载力,表征系统的协调性 |
熵产生 | ∆iS2-∆iS1 | 揭示乡村生产空间系统内部环境污染产生与环境净化的互动作用,反映乡村生产空间系统在代谢过程中的还原再生能力,表征系统的活力 |
总熵变 | (∆eS2-∆eS1)+(∆iS2-∆iS1) | 揭示乡村生产空间系统的总体演进方向,表征系统的有序度和健康水平。系统总熵变为“正熵”,表明系统无序度增加;系统总熵变为“负熵”,表明系统有序度增强 |
表2
乡村生产空间系统演化指标体系"
目标层 | 准则层 | 次准则层 | 要素层 | 单位 | 权重 |
---|---|---|---|---|---|
乡村生产空间系统演化分析 | 熵流 | 支持型输入熵指标(A) | 粮食总产量A1 | t | 0.019 |
蔬菜总产量A2 | t | 0.104 | |||
水果总产量A3 | t | 0.063 | |||
水产品总产量A4 | t | 0.124 | |||
肉类总产量A5 | t | 0.073 | |||
农林牧渔业总产值A6 | 元 | 0.096 | |||
乡镇企业总产值A7 | 元 | 0.101 | |||
乡村旅游综合收入A8 | 元 | 0.173 | |||
农村居民人均纯收入A9 | 元/人 | 0.115 | |||
农产品进出口总值A10 | 万USD | 0.132 | |||
压力型输出熵指标(B) | 乡村地域内从业人口数量B1 | 人 | 0.058 | ||
乡村旅游接待游客人次B2 | 人次 | 0.064 | |||
农村居民家庭经营费用支出B3 | 元/人 | 0.052 | |||
农林水事务财政支出B4 | 元 | 0.095 | |||
第一产业能源终端消耗量B5 | t标准煤 | 0.097 | |||
农业用水量B6 | m3 | 0.097 | |||
农用化肥施用量B7 | t | 0.189 | |||
农膜使用量B8 | t | 0.121 | |||
农药使用量B9 | t | 0.064 | |||
乡村生产用电量B10 | kW·h | 0.163 | |||
熵产生 | 氧化型代谢熵指标(C) | 化肥污染排放量C1 | t | 0.149 | |
作物秸秆污染排放量C2 | t | 0.135 | |||
畜禽养殖污染排放量C3 | t | 0.136 | |||
农业源化学需氧量排放量C4 | t | 0.112 | |||
农业源化学氨氮排放量C5 | t | 0.132 | |||
乡镇企业废水排放量C6 | t | 0.127 | |||
乡镇企业废气排放量C7 | t | 0.088 | |||
乡镇企业固体废弃物排放量C8 | t | 0.121 | |||
还原型代谢熵指标(D) | 森林覆盖率D1 | % | 0.112 | ||
自然保护区占比D2 | % | 0.085 | |||
退耕还林率D3 | % | 0.058 | |||
沼气池产气总量D4 | % | 0.139 | |||
农业废弃物综合利用率D5 | m3 | 0.083 | |||
乡村卫生厕所普及率D6 | % | 0.092 | |||
水土流失治理率D7 | % | 0.109 | |||
乡村生产废水无害化处理率D8 | % | 0.063 | |||
乡村环保投资占GDP比率D9 | % | 0.115 | |||
乡村累计粪便无害化处理率D10 | % | 0.144 |
表3
2001-2015年重庆市乡村生产空间系统熵变"
项目 | 年份 | ||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
2001 | 2002 | 2003 | 2004 | 2005 | 2006 | 2007 | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 | 2013 | 2014 | 2015 | |
支持型输入熵 | 0.343 | 0.341 | 0.346 | 0.345 | 0.344 | 0.315 | 0.335 | 0.338 | 0.337 | 0.344 | 0.359 | 0.367 | 0.377 | 0.387 | 0.393 |
压力型输出熵 | 0.360 | 0.358 | 0.357 | 0.348 | 0.345 | 0.346 | 0.344 | 0.346 | 0.350 | 0.350 | 0.367 | 0.364 | 0.359 | 0.346 | 0.344 |
氧化型代谢熵 | 0.422 | 0.417 | 0.408 | 0.406 | 0.405 | 0.407 | 0.403 | 0.398 | 0.395 | 0.377 | 0.362 | 0.346 | 0.339 | 0.336 | 0.332 |
还原型代谢熵 | 0.218 | 0.231 | 0.238 | 0.251 | 0.257 | 0.279 | 0.270 | 0.270 | 0.269 | 0.281 | 0.261 | 0.273 | 0.272 | 0.276 | 0.273 |
熵流 | 0.017 | 0.017 | 0.011 | 0.003 | 0.001 | 0.031 | 0.009 | 0.008 | 0.013 | 0.006 | 0.008 | -0.003 | -0.018 | -0.041 | -0.049 |
熵产生 | 0.204 | 0.186 | 0.170 | 0.155 | 0.148 | 0.128 | 0.133 | 0.128 | 0.126 | 0.096 | 0.101 | 0.073 | 0.067 | 0.060 | 0.059 |
总熵变 | 0.221 | 0.203 | 0.181 | 0.158 | 0.149 | 0.159 | 0.142 | 0.136 | 0.139 | 0.102 | 0.109 | 0.070 | 0.049 | 0.019 | 0.010 |
表4
2001-2015年重庆市乡村生产空间系统熵变与可持续发展能力相关性"
相关性 (Pearson系数) | 支持型 输入熵 | 压力型 输出熵 | 氧化型 代谢熵 | 还原型 代谢熵 | 熵流 | 熵产生 | 总熵变 | 可持续发展 能力得分 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
支持型输入熵 | 1.000 | 0.142 | -0.878** | 0.216 | -0.934** | -0.699** | -0.826** | 0.878** |
压力型输出熵 | 0.142 | 1.000 | -0.112 | -0.402 | 0.222 | 0.087 | 0.139 | -0.041 |
氧化型代谢熵 | -0.878** | -0.112 | 1.000 | -0.607* | 0.824** | 0.945** | 0.967** | -0.981** |
还原型代谢熵 | 0.216 | -0.402 | -0.607* | 1.000 | -0.358 | -0.833** | -0.727** | 0.625* |
熵流 | -0.934** | 0.222 | 0.824** | -0.358 | 1.000 | 0.720** | 0.864** | -0.879** |
熵产生 | -0.699** | 0.087 | 0.945** | -0.833** | 0.720** | 1.000 | 0.972** | -0.939** |
总熵变 | -0.826** | 0.139 | 0.967** | -0.727** | 0.864** | 0.972** | 1.000 | -0.982** |
可持续发展能力得分 | 0.878** | -0.041 | -0.981** | 0.625* | -0.879** | -0.939** | -0.982** | 1.000 |
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