云南高原山地農業(yè)可持續(xù)發(fā)展群體認知動力學模型構建及穩(wěn)定性分析

李林紅 王娟 馬亞梅

摘要：云南高原山地農業(yè)的邊緣性和分散性使得云南山地農業(yè)系統(tǒng)在很大程度上陷入了一種孤立封閉的自給自足狀態(tài)。傳統(tǒng)小農戶經營生產方式與社會化大市場存在巨大鴻溝，信息不對稱導致市場失靈，單靠高原山地農戶自身很難實現可持續(xù)發(fā)展，需要公眾、專家、政府共同參與規(guī)劃，三者達成共識是制定可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃的前提。以云南高原山地農業(yè)可持續(xù)發(fā)展為研究對象，結合網絡上公眾、專家和政府觀點的響應關系建立群體認知系統(tǒng)動力學模型，模擬三者對云南高原山地農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的認知共識過程。借鑒種群生態(tài)學Logistic模型對模型的穩(wěn)定性進行分析，并用Matlab對穩(wěn)定性分析結果進行模擬仿真，進一步驗證模型的穩(wěn)定性，最后給出實現云南高原山地可持續(xù)發(fā)展的政策建議。

關鍵詞：可持續(xù)發(fā)展;群體認知;系統(tǒng)動力學;穩(wěn)定性分析

中圖分類號： F327 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2020）03-0311-06

高原山地農業(yè)耕地呈塊多、面小、分布零散，距離遙遠、交通設施落后、環(huán)境封閉、流動性有限，導致高原山地農業(yè)依然處于自給自足的傳統(tǒng)農業(yè)階段，農村經濟發(fā)展滯后、農業(yè)資源短缺、抗災能力低、農業(yè)環(huán)境污染等問題更加凸顯[1]。山地農業(yè)的脆弱性，使得各種以山地資源為開發(fā)對象的物質生產活動極易導致水土流失等環(huán)境災害[2]，探尋如何在保護生態(tài)環(huán)境前提下發(fā)展山地農業(yè)，一直是難題[3]?？沙掷m(xù)發(fā)展的核心是滿足當代人的需求，又不損害子孫后代的利益滿足其需求能力，實現永遠穩(wěn)定生存與發(fā)展[4]。然而，由于存在市場失靈，單靠高原山地農戶自身很難實現可持續(xù)發(fā)展，需要公眾（包括農戶和消費者）、專家、政府共同參與規(guī)劃，三者達成共識是制定可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃的前提。

系統(tǒng)的穩(wěn)定性是系統(tǒng)分析和設計的基本問題[5]，是實現可持續(xù)發(fā)展的理論依據，只有當所建立的非線性動力學模型處于穩(wěn)定點或穩(wěn)定區(qū)間時，云南高原山地農業(yè)才可實現長期可持續(xù)發(fā)展。高原山地農業(yè)是一個極其復雜的生態(tài)生產系統(tǒng)，因其所處偏遠的地理位置和近年來日益嚴峻的農業(yè)環(huán)境污染問題，使得高原山地農業(yè)系統(tǒng)不斷受到外界的干擾和挑戰(zhàn)，只有充分認識系統(tǒng)的承受能力和穩(wěn)定區(qū)間，才可以更好地在發(fā)展經濟的同時保證長期可持續(xù)發(fā)展。

國內外已有許多專家致力于研究非線性動力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，現有關于解決非線性動力學系統(tǒng)穩(wěn)定性問題的方法的研究可分為兩大類：（1）基于數學模型和知識推理的客觀分析方法[6]，其中最常用的是Logistic模型和Lyapunov-Krasovskii模型，Logistic模型源于生物種群共生理論，主要解決多要素在競爭和協(xié)同共同作用下實現系統(tǒng)長期穩(wěn)定性的問題[7];Lyapunov-Krasovskii泛函模型可以研究復雜時滯切換系統(tǒng)，但包含時間平移或者狀態(tài)導數，容易導致穩(wěn)定性分析失去因果性[8]。為了將穩(wěn)定性分析與復雜的農業(yè)生產系統(tǒng)緊密聯(lián)系起來，并避免政策結論推廣中的局限性，選擇Logistic模型作為穩(wěn)定性分析的方法。（2）基于仿真模擬來分析非線性動力學系統(tǒng)的穩(wěn)定性。傳染病動力系統(tǒng)模型對于求解非線性系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)解的條件具有明顯優(yōu)勢，但是模型中會涉及與時間有關的復雜速率函數和過程函數[9]，不便于本研究進行仿真模擬。Vensim PLE仿真模擬軟件對于證明系統(tǒng)存在穩(wěn)定性和尋找系統(tǒng)穩(wěn)定點十分便捷，但是卻不便于準確求解復雜系統(tǒng)的穩(wěn)定區(qū)間[10]，本研究運用Matlab軟件對非線性代數方程組進行求解和穩(wěn)定區(qū)間的模擬，系統(tǒng)地分析高原農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的穩(wěn)定區(qū)間，為促進高原農業(yè)長期可持續(xù)發(fā)展提供見解和指導。

1 構建可持續(xù)發(fā)展網絡群體認知系統(tǒng)動力學模型

可持續(xù)發(fā)展網絡群體認知是基于互聯(lián)網的公眾、專家和政府人員對可持續(xù)發(fā)展的認知，從系統(tǒng)動力學的角度而言，公眾、專家和政府之間的認知相互影響和相互關聯(lián)，可用系統(tǒng)動力學（SD）方法予以分析研究。因此，選取網絡上的公眾、專家和政府人員為認識主體，高原農業(yè)可持續(xù)發(fā)展問題為認知對象，運用SD方法對公眾、專家和政府群體的共識過程進行模擬。

1.1 構建模型的網絡圖

根據群體認知和系統(tǒng)動力學理論構建“廣義專家”群體研討發(fā)言的基本結構單元見圖1。

“廣義專家”指公眾、專家和相關政府人員三大群體，通過網絡參與主題研討活動?！皡⑴c者”是指參與群體研討發(fā)言的相關人員，專家采用真實姓名，政府人員采用政府部門名稱，公眾采用網絡的國際互聯(lián)協(xié)議（interhet protocol，IP）?！靶畔⒚敝该織l發(fā)言信的編號，“響應對象”指誘發(fā)本條發(fā)言信息出現的另一條已存在的發(fā)言信息，指向其“信息名”?！绊憫獙傩浴狈从嘲l(fā)言信息與其響應對象之間的關系屬性，是支持、反對、中立、質疑、補充等屬性之一。“關鍵詞”指發(fā)言信息中出現的高頻、關鍵性詞語[11]。收集公眾、專家和政府人員對如何實現高原山地農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的看法，依據圖1整理每條發(fā)言的“參與人”“信息名”“響應對象”“響應屬性”“關鍵詞”等信息，建立“廣義專家”群體研討發(fā)言信息資料（表1）。其中Ax、Bx和Cx分別代表公眾、專家和政府人員發(fā)言的編號。

以每次發(fā)言為1個節(jié)點，“序號”和“信息名”標識該節(jié)點，以“響應屬性”作為連接不同節(jié)點的有向弧，指向其“響應對象”。建立“廣義專家”群體研討互動過程的有向鏈接屬性圖，即模型的網絡見圖2。

1.2 構建模型的因果關系

從表1可以看出，圖2模型的網絡圖中節(jié)點與響應對象節(jié)點之間的響應屬性有質疑、反對、中立、支持、補充5種。當響應屬性為中立時，二者不構成因果關系，其響應關系忽略不計;當響應屬性為質疑或反對時，二者構成負向因果關系，用負性因果鍵標識;當響應屬性為支持或補充時，二者構成正向因果關系，用正性因果鍵標識。根據以上原則構建模型的因果關系，結果見圖3。

1.3 構建模型的反饋結構

根據圖3構建模型的反饋結構見圖4，圖3中因果鍵指向的節(jié)點在反饋圖中轉化為存量，無因果鍵指向的節(jié)點轉化為輔助變量。圖4中矩形表示存量，其值表示發(fā)言信息的觀點強度，每個存量都有輸入流和輸出流，輸入量表示存量所代表觀點強度的增加量，輸出量表示存量所代表觀點的減少量，輸入流和輸出流由因果關系鍵的指向節(jié)點所轉化的存量和自身存量共同決定，用流線連接。圖中每個箭頭連接的2個變量間的數學關系經人為設定就能進行仿真模擬[12]。該模型共包括25個變量，其中存量8個，流量16個，輔助變量1個。模型的反饋結構圖中各參數的含義見表2。

1.4 模型仿真結果

假設0～1表示觀點的反對強度，越靠近0，觀點的反對強度越強，0表示完全反對;1～2表示觀點的贊同強度，越靠近2，觀點的贊同強度越強，2表示完全贊同，1表示觀點持中立狀態(tài)。

圖4中各存量的初始值設為1，即在初始狀態(tài)下存量所代表觀點持中立態(tài)度，取值范圍為[0，2]。圖4中觀點所代表的存量的流入量和流出量由響應該觀點的存量決定，如B5的輸入流IN 1和輸出流OUT 1由A9決定。A9和B5是正向因果關系，當A9>1時，IN 1等于（A9-1）×B5;當A9 ? ? 運用系統(tǒng)動力學軟件Stella進行仿真模擬，得出各個觀點隨時間的變化觀點強度的變化情況見表3。

2 模型穩(wěn)定性分析

從表3可以看出，公眾、專家和政府三大群體對高原山地農業(yè)可持續(xù)發(fā)展問題的看法所持觀點強度變化類似于種群進化Logistic規(guī)律變化[13-14]，本研究借助種群生態(tài)學的Logistic模型對可持續(xù)發(fā)展網絡群體認知系統(tǒng)動力學模型進行抽象建立微分方程組，找出模型的均衡點進行穩(wěn)定性分析。

2.1 建立微分方程

將模型中的存量看作各個獨立的種群，它們相互之間存在于網絡研討環(huán)境中，存量所代表觀點的強度變化服從Logistic模型規(guī)律。根據Logistic模型作如下假設[13-14]：假設1，輔助變量和存量所代表觀點強度是關于時間t的函數，用xi（t）表示。假設2，在獨立存在的狀態(tài)下，輔助變量和存量所代表觀點強度存在1個最大值，用Mi表示。假設3，在獨立存在的狀態(tài)下，輔助變量和存量所代表觀點強度的平均增長率，用ri表示。假設4，輔助變量和存量所代表觀點強度對響應對象所代表觀點強度的影響，用φi表示。

2.3 穩(wěn)定性結果仿真

根據上述穩(wěn)定性分析結果，在Matlab中將Mi值和求得的φi穩(wěn)定區(qū)間帶入（1）～（9）微分方程，得到系統(tǒng)動力學模型的穩(wěn)定性結果仿真圖（圖5）。觀察各個輔助變量和存量xi（t）隨時間t的變化趨勢，發(fā)現在現有的φi穩(wěn)定區(qū)間內，A1、A2、A3、B1、B3、B4、B5、C1都在第12個時間節(jié)點之后逐漸趨于穩(wěn)定，仿真結果較好地驗證了上述穩(wěn)定性分析過程。

3 結論

根據模擬結果可以看出，所構建的可持續(xù)發(fā)展網絡群體認知模型是合理的、有效的，可以較好地表達公眾、專家和政府3個群體的相互作用。模擬結果與高原山地農業(yè)的發(fā)展現狀是比較符合的。通過模型的構建和穩(wěn)定性分析發(fā)現，在競爭和協(xié)同作用的雙重作用下，復雜系統(tǒng)中群體通過相互涌現使得觀點的平衡狀態(tài)保持長期穩(wěn)定。因此，為了促進云南高原山區(qū)農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，結合本研究結論提出以下政策建議。

（1）促進高原山區(qū)農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展不是一個可以通過擴大資本投資渠道和增加政府支持來解決的問題。有必要找出更深入、更有效解決方案。近年來，國家不斷加大對于高原農業(yè)發(fā)展的資金扶持力度， 但是農業(yè)發(fā)展資金的大量投入并沒有收到

顯著的回報，當前政府提出的為提高農民收入、促進農業(yè)可持續(xù)發(fā)展而呈現出投資大、回報小的狀況得到了政府、專家、公眾的一致贊同，這與當前高原農業(yè)發(fā)展的現狀是相符的。

（2）公眾、專家和政府人員意識到，實現高原山區(qū)農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展不僅取決于政府投資，還取決于全民參與。因此，政府應該在促進高原山區(qū)農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的過程中聽取高原山區(qū)農民的意見，確?？茖W、正確的決策。促進高原農業(yè)可持續(xù)發(fā)展不能一味地進行資金投入，也不能只依靠政府干預，群眾才是從事農業(yè)生產的主力軍，只有廣泛聽取專家的意見和群眾在農業(yè)生產中遇到的問題，從而切實地解決和落實，才能使得政府政策發(fā)揮更大的效用。

（3）公眾、專家和政府人員希望將支持資金用于合理的地方，防止支持資金的使用不合理，降低支持高原山區(qū)農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效性。因此，在支持可持續(xù)發(fā)展的過程中對高原山區(qū)農業(yè)，政府應加大對支持資金的監(jiān)管力度，完善相應的扶持資金審查制度，在促進高原農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的過程中接受群眾的監(jiān)督。

參考文獻：

[1]楊慶華，楊世先，馬文彬，等. 山地農業(yè)區(qū)耕地資源空間分布狀況——以云南省玉溪市為例[J]. 山地學報，2005，23（6）：749-755.

[2]程厚思，盧亞鵬. 云南山地農業(yè)的環(huán)境特征及其可持續(xù)發(fā)展[J]. 云南社會科學，1999（6）：1-7.

[3]富蘭克林·H·金. 四千年農夫[M]. 北京：東方出版社，2011.

[4]李林紅. 滇池流域可持續(xù)發(fā)展投入產出系統(tǒng)動力學模型[J]. 系統(tǒng)工程理論與實踐，2002（8）：89-94.

[5]閆紅梅，張 鳴，李遠征. 基于Matlab的系統(tǒng)穩(wěn)定性分析實驗設計[J]. 實驗技術與管理，2018，35（4）：144-146，150.

[6]Tai L J，Li L H，Du J. Evaluation of scale effect of fragmented agricultural land transfer based on neural network[J]. NeuroQuantology，2018，16（5）：839-846.

[7]阮平南，張敬文. 戰(zhàn)略網絡的自組織機制及穩(wěn)定性分析[J]. 科技進步與對策，2008，25（12）：29-31.

[8]叢 屾，費樹岷，李 濤. 時滯切換系統(tǒng)指數穩(wěn)定性分析：Lyapunov-Krasovskii泛函方法[J]. 系統(tǒng)工程理論與實踐，2007（7）：111-115.

[9]李先利，胡順菊. 一類非線性動力學系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析[J]. 系統(tǒng)工程理論與實踐，1998（2）：66-71.

[10]邢海龍，高長元，張樹臣. 基于系統(tǒng)動力學的大數據聯(lián)盟穩(wěn)定性模型構建與仿真研究[J]. 情報雜志，2017，36（10）：159-165.

[11]馬亞梅，李林紅. 基于AHP的網絡公眾對可持續(xù)發(fā)展認知的研究——以昆明信息港“彩龍論壇”為例[J]. 昆明理工大學學報（社會科學版），2010，10（4）：55-58，64.

[12]李金兵，韓玉啟，羅建強. 基于系統(tǒng)動力學的企業(yè)復雜系統(tǒng)資源負熵管理模型仿真[J]. 系統(tǒng)管理學報，2011，20（5）：600-605.

[13]胡靜靜，嚴廣樂. 從生態(tài)學分析中小企業(yè)與大型企業(yè)自愿性信息披露[J]. 商業(yè)時代，2009（5）：93-94.

[14]胡靜靜，嚴廣樂. 上市公司自愿性信息披露動因機制的生態(tài)學角度研究[J]. 科技與管理，2009，11（1）：25-27，30.