发布时间 : 星期一 文章熵的应用综述 - 图文更新完毕开始阅读83612f621ed9ad51f01df259
苏州科技学院本科生毕业设计（论文）
不可抗拒的增加。当生命过程进行到一定阶段后，由于各种组织系统的“自然磨损”便出现了功能退化，使之与外界物质交换中获得的负熵变小，而体内熵的产生却不断增加，导致积熵长期缓慢增加，生命体越来越弱，当人体的积熵达到最大时，整个机体便呈现混乱无序状态，导致机体各个器官的功能紊乱和丧失，直至系统瓦解、死亡。因此，减缓积熵的增加对于机体内环境稳态的维持具有重要
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的生理意义。
第5章 广义熵在现代农业研究中的应用
在现代农业的研究中，农业系统、土壤系统、生态系统、作物生产系统等等都是非热力学系统.近十几年来，在农业研究领域内按上述的类热力学方法定义的广义熵有农业系统熵、土壤系统熵、作物生态系统熵等等；按照类统计物理学方法定义的广义熵有土壤信息熵、生态系统信息熵、土壤温度场熵等等.由于篇幅原因，本文只介绍应用较为广泛的农业系统熵和土壤系统熵。
5.1 农业系统熵
农业系统是指农业生态系统、农业经济系统和农业技术系统组成的复合系统，它是一个包含自然、经济、社会的复杂的巨系统.一般评价农业系统的传统方法需要产量、产值、成本、收入、能源消耗、对环境的影响等多项指标，但由于其中的通用指标如产量、产值等只有在相同的自然和社会经济条件下才具有可比性，因此，传统的方法具有一定的片面性.显然，若能寻找出一个客观的具有广泛可比性的综合定量评价农业系统优劣的指标就具有重要的意义.按照前述的类热力学方法，可定义农业系统熵为【3】:
S??dH/G （8）
其中，G为单位面积上人工投人的物质能量（可综合折算）。dH 为相应的物质势能损失，即投人与产出的能量之差(无效地耗能部分)，用它来评价农业生产的效率的优劣。这比用传统的评价方法更客观、更理想。由于人工投入的能量是可以折算的，如使用拖拉机、电动机、水泵等以及水、油、农药、化肥、投工种子等等均有相应的折能系数，利用能量的可加性，就可以折算出每亩农田投入的总量，而投入与产出能量之差即表示为无效地耗能部分（即dH）。为方便计算，可将投入的能量折算为所需的相当的标准煤的质量数。这样，农业系统的广义熵
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可通过下式来定量计算:
投入相当标准的能量-产出能量?S?（J/kg） （9） 投入能量相当的标准煤产量若ΔS＜0，说明系统为高产低耗系统，负值愈大，说明效率愈高。显然，这个用农业系统熵来评价农业系统优劣的方法是一种较为客观和理想的方法。
5.2 土壤系统熵
在现代农业研究中，土壤肥力指标是人们长期探索的问题之一。传统的评价土壤肥力的指标有N、P、K养分含量、土壤有机质含量和土壤结构状况等静态指标，这些指标可以从土体性质的不同侧面说明土壤肥力的高低。但是，土壤肥力是一个动态的变化过程，静态指标不能全面、综合地评价土壤肥力状况。有鉴于此，人们又提出了土壤系统熵的概念。
按照前述同样的考虑，若仍用式(8)表示土壤系统熵，这时G就为单位面积上因能源物质分解形成的有效物质或人工输入的物质，dH 为相应的物质势能损失。
在土壤中，有机质和土壤腐殖质是能源物质，在没有人工施肥的土壤中，农作物的经济输出是以消耗土壤腐殖质能量为代价的。由于腐殖质的C /N接近于一个常量，一定氮素的矿化相应的分解一定量的腐殖质。考虑到这一点，土壤系统熵就可通过下式来定量计算：
每亩腐殖质重量?DN??N?每亩产量?KN?S?每亩全氮重量?DN （9）
式中，DN为腐殖质和有机氮的矿化率，φN、KN分别为腐殖质和农作物种子的折能系数。按此，熵的意义就是不施肥的土壤每消耗单位重量土壤有机氮所带来的能源物质势能的损失，它是物质能量转换效率的表现。
由于上述土壤系统熵的计算方法排除了时空条件、作物种类以及其他偶然因素对评价土壤肥力的影响，因而可比性强.用这种方法评价土壤肥力，既反映了土壤的结构状况，也反映了输入能量的可用程度，实现了土壤肥力评价中生态效益与经济效益的结合，因而为评价土壤肥力，指导科学施肥提供了一个新的方法与途径。
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第6章 社会熵
6.1 熵原理与可持续发展观
热力学中的熵增加原理告诉我们，自从工业革命以来，人类在创造出巨大物质财富的同时， 也制造出巨大的熵值。目前遇到的能源问题，环境问题，人口爆炸等恰好印证了熵增加原理。社会财富的创造，消耗了别的物质的负熵，一部分转移到了产品中，一部分被浪费，而且生产过程排出正熵到环境中。日积月累，世界的熵正在增大，社会正走向无序。当地球处于“热寂”的平衡态，没有负熵可以利用时，世界处于一片混乱和无序之中。因此，对人类未来的展望，对发展
【5】
历程的深刻反思与刻苦检讨，已经十分必要。
1972 年的世界环境大会首次提出了——“可持续发展”概念。其含义是:“既满足当代人需要， 又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展。”在可持续发展中，人是中心，经济是基础，环境是前提。具体地说，这种中速低熵的发展观包括如下观点:首先， 要建立以人和环境为中心的基本思想，改变人和自然征服和被征服的关系，把其他生物摆到与人类平等的位置，实现人类社会和环境和谐共存。其次， 要改变资源利用方式，强调“开发与保护并重的资源利用观。要尽量保护不可更新资源、不超过可更新资源的更新能力、不超过资源环境的承载力。第三， 强调经济效益与生态效益并重，净利润必须把治理环境的费用包括进去。第四， 要强调优先发展“绿色科技”的科技进步观，即优先发展对环境有益、无害或只有轻微不良影响的科技，建立向环境直接或间接输入“负熵”的科技体系与发展机制，推进“绿色产业”发展。最后要建立“同舟共济”的全球责任观，人类只有一个地球，只有在全人类的共同参与下才能做到可持续
【6】发展。
人类思想的发展也不见得是一个进步的过程，它正朝着一个越来越复杂、抽象、浪费的状态发展。人类只有以熵定律作为新的世界观，来考察社会生活的各个方面，才能缓慢熵的增长和延缓走向“热寂”的速度。
同理，我们可以用“熵”这个概念来考察我国的现实社会。国富民强、我国的传统美德，强大的凝聚力等等都是存在社会中的“负熵值”，使我国（系统）
【9】的总熵（不安定因素）减少，形成稳定有序的结构，实现社会的安定。
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结 论
综上所述，熵理论在生命科学中的应用经历了一个由定性到半定量再到定量的逐步深入过程。而此过程中的关键环节是申农信息熵的引入，否则此类应用将永远停留在定性阶段。在讨论从热力学熵到信息熵的演化以及信息熵对一系列的生命现象的定性半定量解释后，如今熵定律已经不仅仅是在热力学范围内应用，它在信息、社会、生命等领域也给人们带来重要启示，使得人类在生产生活活动中，获取最大效益的同时尽量减少熵的增加，为人类社会的和谐与可持续发展提供科学的依据。
熵不仅是物理学中极为重要的物理概念，而且在数学，化学，宇宙学、生物学、信息论、控制论、经济学、社会学及各种工程科学等领域显露头角。
显然，在热力学中熵作为不可用能的度量、在统计物理学中熵是系统无序程度的度量、在信息论中熵是系统不确定程度的度量。这些定义都根据不同的研究领域、不同的熵计算公式所解释的。据不完全统计，目前至少有70-80 种熵分别应用于生命科学、系统科学、经济学、生态学、哲学、文学、艺术、历史学、语言学、宗教学等各个领域中。在不同的学科中，产生了许多的新的熵概念: 地理熵、气象熵、生命系统熵、农业系统熵、社会熵、经济熵、文化熵、人体熵、精神熵、思维熵、心熵、环境熵等等。在这些场合中，有些只是用作“无序程度”
【10】
的代名词， 描述过程的发展方向，用法是熵的本来意义的延伸。
在今天，熵被公认为当代物理学前沿中的五大重要概念之一。认识和掌握熵原理，对于我们能够用科学的思想及世界观去指导和调整人类的生产及生活行为，是十分必要的。
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