基于耗散结构的耕地系统灰色分析

论文摘要

耕地作为一种稀缺资源,是人类生存和发展最为根本的物质基础,它的数量和质量直接决定了一个国家的粮食安全,社会政局稳定以及生态环境和谐。结合中国实情,在耕地总量“瓶颈”无法突破的大前提下,如何针对不同的地域因素实施相对合理的耕地集约利用手段来解决耕地的粗放经营,缓解资源、环境、人口和经济的矛盾成为研究重点。耗散结构理论源于热力学原理,并对其他自然学科和人文学科具有广泛而深远的意义,属于一门研究系统自组织规律的科学。本文将耕地作为耗散结构的衍生发展体进行研究。而灰色分析是一种基于灰色系统理论并囊括了灰色关联度分析、灰色聚类分析和灰色预测等的运算分析方法。本文首先引入包含了4个评价因素12个评价因子的耕地系统集约利用评价指标体系,为下文的研究工作建立量化依据。然后将灰色关联分析法配合赋值熵值法求取指标体系中各评价因子的关联度,目的在于结合主观赋值的定性分析与空间序列曲线模拟的定量思想提升最终数据的合理程度和精确程度。随后借鉴前人建立系统熵流模型的思想:ds=f(Q,O,I,E),尝试建立一种基于评价因子影响频度和评价因子熵变累计量的熵流模型(EEM),这是一种以耗散结构为背景将系统状态合理量化的手段。最后结合上述模型获得的耕地系统熵值,以GM(1,1)模型为预测方法,进行耕地系统未来熵值灰色预测。本次研究的实例选用了甘肃省兰州市下属的永登县、皋兰县、榆中县1998年至2008年的耕地系统相关数据进行分析。研究认为:在选取合理的外部负熵流投入时,应当考虑特定区域的地理位置以及气候环境等因素,对于以上三县而言单位动力投入(X3),稳产指数(X6)和灌溉指数(X5)能以较小的投入获得高额的负熵流回报。同时灰色预测结果表明榆中县2014年耕地系统总熵值将突破1,相对而言将处于耕地系统利用极为粗放的状态。分析认为应当将防风固沙,涵养水土放在首位,以提高耕地系统防灾、抗灾、减灾的能力。同时,针对建设用地对耕地系统造成的破坏,及时进行必要的生态修复和挽救,以较小的代价控制耕地系统正熵的增长。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究背景
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 耕地集约利用研究进展
• 1.2.2 熵与耗散结构研究进展
• 1.3 合理性研究
• 1.4 研究目的与意义
• 1.5 技术路线与论文框架
• 1.5.1 论文框架
• 1.5.2 技术路线
• 第2章 评价指标体系
• 2.1 指标与指标体系
• 2.2 评价指标的选取
• 2.3 指标体系的构建
• 2.4 体系内部的结构权重
• 第3章 灰色系统基本原理
• 3.1 灰色简介
• 3.2 灰色公理
• 3.3 灰色生成的方法
• 3.4 灰色分析逻辑系统
• 第4章 关联度模型
• 4.1 灰色关联分析模型
• 4.1.1 研究基本思想
• 4.1.2 灰色关联分析研究
• 4.1.2.1 灰色关联公理
• 4.1.2.2 运用范围
• 4.1.2.3 缺陷
• 4.1.3 灰色关联分析模型
• 4.1.4 小结
• 4.2 熵值法模型
• 4.2.1 熵值法内涵
• 4.2.2 熵值函数
• 4.2.3 普通熵值法与改进熵值法
• 4.2.4 改进熵值模型
• 4.2.5 小结
• 第5章 系统熵判断
• 5.1 系统熵值原理
• 5.2 耕地系统的熵值判断
• 5.3 熵流模型的构建
• 第6章 灰色预测模型
• 6.1 建模基本思想
• 6.2 模型的特点及缺陷
• 6.3 G M（1，1）建模
• 6.3.1 预测模型
• 6.3.2 灰色预测检验
• 第7章 实例与分析
• 7.1 研究区概况
• 7.2 区域地理结构及环境影响因素
• 7.3 县域耕地系统熵值分析
• 7.3.1 指标体系基础数据获取
• 7.3.2 因子关联度计算
• 7.3.3 熵流模型判断
• 7.3.4 评价结果分析
• 7.4 灰色预测
• 7.4.1 预测计算
• 7.4.2 预测结果分析
• 第8章 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 讨论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• APPENDIX