2.2　水土资源复杂系统的特性和结构

水资源和土地资源是人类赖以生存的自然资源，两者相互协调，构成自然界能量系统循环交换的基础。水土资源系统是人与水土资源相互作用的二元系统。水土资源系统内部水资源、土地资源、经济、社会和生态环境等各个子系统相互联系和制约，共同构成一个开放的、动态的复杂系统，系统内部各子系统的相互作用关系以及系统与外部环境之间的关系呈现非线性和不确定性特征，系统内部具有协同性和层次性，与外部进行物质和能量的交换，并通过物质和能量交换，自发地由无序状态向有序状态转变，形成平衡态的系统结构。综上所述，水土资源系统具有复杂系统的特性，是一类复杂系统。

2.2.1　水土资源复杂系统的特性

水土资源复杂系统具有以下特性。

1.复杂性

复杂性是水土资源复杂系统的基本特征，系统由水资源、土地资源、经济、社会及生态环境等子系统构成，各子系统之间相互联系、相互影响、相互制约，共同构成水土资源复杂系统。水土资源复杂系统呈多变量、多层次、多功能的复杂结构特点，且系统具备开放性，各要素之间、要素与环境之间存在着源源不断的资源交互，系统在时空上不断演化，水土资源系统还存在各种不确定性因素，如温度、天然来水、人口流动、自然灾害等，导致水土资源系统具有复杂性和不确定性。

2.协同性

水土资源复杂系统中，水资源和土地资源各构成要素在结构和功能上具有较大的差异性，但通过各要素的相互作用和协调，系统要素及不同层次系统呈现出新的特征，水土资源复杂系统中的各种自然系统和人工系统在系统各要素的协同作用下从无序向有序演化。

3.有序性

水土资源复杂系统是一类耗散结构系统，系统不断与外部环境进行能量、物质和信息交换，形成系统负熵流，以抵消系统本身因熵增而呈现的无序状态，进而产生新的有序状态，并向更高层次演化。

4.非线性

水土资源复杂系统构成要素本身即存在非线性特征，各要素之间、系统与环境的相互作用往往也是非线性的，各要素之间、系统与环境之间呈非线性耦合关系，这造就了水土资源复杂系统的非线性特征。

2.2.2　水土资源复杂系统的复杂性特征

水土资源系统是一个由水土资源利用系统和生态环境系统共同组成的复杂巨系统，在水土资源系统内部及其环境之间存在大量的物质、能量和信息交换，水土资源系统结构具有差异性和非稳定性特征，系统内部各子系统的功能差异及系统本身输入输出的多样性，决定了水土资源系统是一个开放的、远离非平衡态的复杂系统。水土资源配置过程涉及因素众多，存在水土资源流通的复杂性、水土资源系统与社会经济系统关系的复杂性、供需水协调的复杂性、环境因素的不确定性等多方面的问题。综合归纳，水土资源的复杂性主要表现在以下两个方面。

1.水土资源系统自身的复杂性

（1）开放性。水土资源是能够与环境进行资源交换的开放系统，可通过物质、能量和信息交换，促使系统不断向适应环境的方向发展。

（2）层次性。水土资源存在气候、地理、生态等多方面因素的区别，在时空分布上具有较大的差异性，这使得水土资源系统具有较强的层次性，形成一个多层次多功能空间网络体系，各层次之间相互联系、相互制约。

（3）非线性。非线性作用是水土资源系统产生复杂性的主要根源。水土资源系统涉及面广，包含水资源系统、土地资源系统、社会经济系统、生态环境系统等多个子系统，系统演化过程复杂，各子系统以及不同层次间相互影响与制约，其属性发生变化时并非遵循简单的线性关系，而是以多种方式发生非线性作用，使系统呈现不可预测的性质和状态。

（4）动态性。水土资源系统主体可以根据环境变化自适应改变自己的结构、功能和行为，使系统功能和结构向更高层级演化，系统是不断发展变化的。

（5）不确定性。水土资源系统内部和系统与外界环境相互作用过程中存在大量的不确定因素，导致系统的发展具有不可预见性。

2.水土资源优化配置过程的复杂性

（1）系统配置的复杂性。由于水土资源系统的多层次性和动态性等特征，对水土资源系统进行优化配置是一项复杂任务，而系统信息的不对称性致使水土资源配置过程呈现非线性和不确定性，这在某种程度上增加了水土资源系统优化配置的复杂性。

（2）主体行为的复杂性。水土资源系统由不同层次、具有不同功能的主体构成，系统的多层次性导致系统主体行为的多维性，而系统的主体行为又包括对水土资源的利用和保护等多种复杂活动。

（3）主观因素的复杂性。水土资源系统是一个“自然-人工”的二元系统，水土资源与人类社会紧密相关，水土资源系统主体活动以人为中心，个人主观因素的存在不可避免地会产生配置目标的冲突，从而发生行为的悖逆。

（4）系统适应的复杂性。水土资源系统具有开放性和动态性特征，在水土资源优化配置过程中也会发生物质和信息的交换，当系统环境发生变化时，系统需要动态调整自身结构、功能和行为，以适应环境变化。

2.2.3　水土资源复杂系统的结构

水土资源系统主要由水资源、土地资源、经济、社会及生态环境五个子系统组成，各子系统之间相互作用、相互影响，共同构成水土资源复杂系统的整体。其中，水资源和土地资源息息相关不可分离，共同构成水土资源子系统，水土资源子系统作为其他子系统的基础性资源，具有重要的核心作用。水土资源子系统为经济子系统提供发展的原材料，为社会子系统提供人类生存发展的农作物资源和土地空间资源，为生态环境子系统提供基本的空间和构成资源；经济和社会子系统相互支撑、共同发展，经济子系统向社会子系统提供生产品，社会子系统为经济子系统提供人力和服务性资源；经济和社会子系统在发展的同时共同对生态环境子系统产生一定的影响，包括环境污染、空间占用等，目前，经济社会发展对生态环境的破坏已受到足够重视，生态文明建设已成为经济社会发展的必要因素。水土资源系统的基本结构如图2.4所示。

在传统水土资源系统结构研究的基础上，对水土资源系统基本结构进行细化，明确水资源、土地资源、经济、社会和生态环境之间的相互联系和作用，构建水土资源复杂系统结构。其中，水资源系统主要分为供水和需水两部分内容，供水按照水源来源又分为地表供水、地下供水和其他供水三类；需水按照用水部门分为生活需水、生产需水和生态需水三部分。水资源具有动态性和可更新性特征，水资源系统主要通过需水过程与其他系统相互关联，其中，生活需水与社会系统中人口和城镇化发展联系紧密，生产需水按三产划分分别与土地资源系统的各类农业种植土地、经济系统的工业和第三产业发展相关，生态需水则与生态环境系统有直接关联。土地资源具有静态性和不可更新性特征，不同于水资源、土地资源通过不同用地类型与其他系统相联系，其中，耕地用水在区域用水总量中占据较大比例，耕地与社会子系统中的人口发展和粮食安全密切相关，并在其他用地“占补平衡”和退耕还林等过程中与居民住宅、工业企业建设、林业发展等产业相关联；林地用水较少，林地通过水土流失治理等水土保持工程为区域社会发展提供保障，并带来一定的经济效益；建设用地用水主要是工业企业用水，建设用地的发展是区域经济发展的主要推动力，同时也带来水土资源污染问题，需在区域发展过程中加强建设用地的环境治理。水土资源复杂系统的结构如图2.5所示。