2.2　水土資源復雜系統的特性和結構

水資源和土地資源是人類賴以生存的自然資源，兩者相互協調，構成自然界能量系統循環交換的基礎。水土資源系統是人與水土資源相互作用的二元系統。水土資源系統內部水資源、土地資源、經濟、社會和生態環境等各個子系統相互聯系和制約，共同構成一個開放的、動態的復雜系統，系統內部各子系統的相互作用關系以及系統與外部環境之間的關系呈現非線性和不確定性特征，系統內部具有協同性和層次性，與外部進行物質和能量的交換，并通過物質和能量交換，自發地由無序狀態向有序狀態轉變，形成平衡態的系統結構。綜上所述，水土資源系統具有復雜系統的特性，是一類復雜系統。

2.2.1　水土資源復雜系統的特性

水土資源復雜系統具有以下特性。

1.復雜性

復雜性是水土資源復雜系統的基本特征，系統由水資源、土地資源、經濟、社會及生態環境等子系統構成，各子系統之間相互聯系、相互影響、相互制約，共同構成水土資源復雜系統。水土資源復雜系統呈多變量、多層次、多功能的復雜結構特點，且系統具備開放性，各要素之間、要素與環境之間存在著源源不斷的資源交互，系統在時空上不斷演化，水土資源系統還存在各種不確定性因素，如溫度、天然來水、人口流動、自然災害等，導致水土資源系統具有復雜性和不確定性。

2.協同性

水土資源復雜系統中，水資源和土地資源各構成要素在結構和功能上具有較大的差異性，但通過各要素的相互作用和協調，系統要素及不同層次系統呈現出新的特征，水土資源復雜系統中的各種自然系統和人工系統在系統各要素的協同作用下從無序向有序演化。

3.有序性

水土資源復雜系統是一類耗散結構系統，系統不斷與外部環境進行能量、物質和信息交換，形成系統負熵流，以抵消系統本身因熵增而呈現的無序狀態，進而產生新的有序狀態，并向更高層次演化。

4.非線性

水土資源復雜系統構成要素本身即存在非線性特征，各要素之間、系統與環境的相互作用往往也是非線性的，各要素之間、系統與環境之間呈非線性耦合關系，這造就了水土資源復雜系統的非線性特征。

2.2.2　水土資源復雜系統的復雜性特征

水土資源系統是一個由水土資源利用系統和生態環境系統共同組成的復雜巨系統，在水土資源系統內部及其環境之間存在大量的物質、能量和信息交換，水土資源系統結構具有差異性和非穩定性特征，系統內部各子系統的功能差異及系統本身輸入輸出的多樣性，決定了水土資源系統是一個開放的、遠離非平衡態的復雜系統。水土資源配置過程涉及因素眾多，存在水土資源流通的復雜性、水土資源系統與社會經濟系統關系的復雜性、供需水協調的復雜性、環境因素的不確定性等多方面的問題。綜合歸納，水土資源的復雜性主要表現在以下兩個方面。

1.水土資源系統自身的復雜性

（1）開放性。水土資源是能夠與環境進行資源交換的開放系統，可通過物質、能量和信息交換，促使系統不斷向適應環境的方向發展。

（2）層次性。水土資源存在氣候、地理、生態等多方面因素的區別，在時空分布上具有較大的差異性，這使得水土資源系統具有較強的層次性，形成一個多層次多功能空間網絡體系，各層次之間相互聯系、相互制約。

（3）非線性。非線性作用是水土資源系統產生復雜性的主要根源。水土資源系統涉及面廣，包含水資源系統、土地資源系統、社會經濟系統、生態環境系統等多個子系統，系統演化過程復雜，各子系統以及不同層次間相互影響與制約，其屬性發生變化時并非遵循簡單的線性關系，而是以多種方式發生非線性作用，使系統呈現不可預測的性質和狀態。

（4）動態性。水土資源系統主體可以根據環境變化自適應改變自己的結構、功能和行為，使系統功能和結構向更高層級演化，系統是不斷發展變化的。

（5）不確定性。水土資源系統內部和系統與外界環境相互作用過程中存在大量的不確定因素，導致系統的發展具有不可預見性。

2.水土資源優化配置過程的復雜性

（1）系統配置的復雜性。由于水土資源系統的多層次性和動態性等特征，對水土資源系統進行優化配置是一項復雜任務，而系統信息的不對稱性致使水土資源配置過程呈現非線性和不確定性，這在某種程度上增加了水土資源系統優化配置的復雜性。

（2）主體行為的復雜性。水土資源系統由不同層次、具有不同功能的主體構成，系統的多層次性導致系統主體行為的多維性，而系統的主體行為又包括對水土資源的利用和保護等多種復雜活動。

（3）主觀因素的復雜性。水土資源系統是一個“自然-人工”的二元系統，水土資源與人類社會緊密相關，水土資源系統主體活動以人為中心，個人主觀因素的存在不可避免地會產生配置目標的沖突，從而發生行為的悖逆。

（4）系統適應的復雜性。水土資源系統具有開放性和動態性特征，在水土資源優化配置過程中也會發生物質和信息的交換，當系統環境發生變化時，系統需要動態調整自身結構、功能和行為，以適應環境變化。

2.2.3　水土資源復雜系統的結構

水土資源系統主要由水資源、土地資源、經濟、社會及生態環境五個子系統組成，各子系統之間相互作用、相互影響，共同構成水土資源復雜系統的整體。其中，水資源和土地資源息息相關不可分離，共同構成水土資源子系統，水土資源子系統作為其他子系統的基礎性資源，具有重要的核心作用。水土資源子系統為經濟子系統提供發展的原材料，為社會子系統提供人類生存發展的農作物資源和土地空間資源，為生態環境子系統提供基本的空間和構成資源；經濟和社會子系統相互支撐、共同發展，經濟子系統向社會子系統提供生產品，社會子系統為經濟子系統提供人力和服務性資源；經濟和社會子系統在發展的同時共同對生態環境子系統產生一定的影響，包括環境污染、空間占用等，目前，經濟社會發展對生態環境的破壞已受到足夠重視，生態文明建設已成為經濟社會發展的必要因素。水土資源系統的基本結構如圖2.4所示。

在傳統水土資源系統結構研究的基礎上，對水土資源系統基本結構進行細化，明確水資源、土地資源、經濟、社會和生態環境之間的相互聯系和作用，構建水土資源復雜系統結構。其中，水資源系統主要分為供水和需水兩部分內容，供水按照水源來源又分為地表供水、地下供水和其他供水三類；需水按照用水部門分為生活需水、生產需水和生態需水三部分。水資源具有動態性和可更新性特征，水資源系統主要通過需水過程與其他系統相互關聯，其中，生活需水與社會系統中人口和城鎮化發展聯系緊密，生產需水按三產劃分分別與土地資源系統的各類農業種植土地、經濟系統的工業和第三產業發展相關，生態需水則與生態環境系統有直接關聯。土地資源具有靜態性和不可更新性特征，不同于水資源、土地資源通過不同用地類型與其他系統相聯系，其中，耕地用水在區域用水總量中占據較大比例，耕地與社會子系統中的人口發展和糧食安全密切相關，并在其他用地“占補平衡”和退耕還林等過程中與居民住宅、工業企業建設、林業發展等產業相關聯；林地用水較少，林地通過水土流失治理等水土保持工程為區域社會發展提供保障，并帶來一定的經濟效益；建設用地用水主要是工業企業用水，建設用地的發展是區域經濟發展的主要推動力，同時也帶來水土資源污染問題，需在區域發展過程中加強建設用地的環境治理。水土資源復雜系統的結構如圖2.5所示。