《本科畢業(yè)生論文 有熱力學(xué)理論分析土壤系統(tǒng)的熵》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《本科畢業(yè)生論文 有熱力學(xué)理論分析土壤系統(tǒng)的熵（12頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、目 錄 目錄 ………………………………………………………………（Ⅰ） 中文摘要、關(guān)鍵詞 …………………………………………………（Ⅱ） 1、引言 ……………………………………………………………（1） 2、熵概念的提出 …………………………………………………（1） 3、熵的意義 ………………………………………………………（2） 3.1 熱力學(xué)熵 ……………………………………………………（3） 3.2 統(tǒng)計熵 ……………………………………………………（4） 3.3 信息熵 ……………………………………………………（4） 4、熵變的計算 ………

2、……………………………………………（5） 4.1可逆過程熵變的計算 ………………………………………（5） 4.2求解熵變應(yīng)注意的兩個問題…………………………………（5） 5、土壤系統(tǒng)熵 ……………………………………………………（6） 6、結(jié)束語 …………………………………………………………（9） 參考文獻 ……………………………………………………………（9） 英文摘要、關(guān)鍵詞 …………………………………………………（10） 摘要：本文根據(jù)熱力學(xué)中熵理論，來研究土壤系統(tǒng)的肥力。土壤系統(tǒng)熵越低表示土壤系統(tǒng)的肥力越高 。土壤系統(tǒng)熵值有穩(wěn)定性, 可作為土壤分類的

3、依據(jù)。因為熵值計算排除了空間條件和不同作物種類與其它偶然因素評價土壤肥力的影響, 因而可供比較應(yīng)用。土壤系統(tǒng)熵既反映了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)狀態(tài), 也反映了輸入能量的可用程度, 因此是土壤作為一個耗散結(jié)構(gòu)的基本性質(zhì)指標, 從而實現(xiàn)了土壤肥力評價中的生態(tài)效率和經(jīng)濟效益的結(jié)合, 并且為系統(tǒng)論土壤學(xué)的研究對象提供了認識的基礎(chǔ)。土壤系統(tǒng)熵和土壤信息量有同等意義，是對土壤系統(tǒng)進行最優(yōu)化反饋控制的依據(jù)。用熵這樣一個量來衡量土壤系統(tǒng)的肥力，有利于合理利用土地，提高肥力，減少能源的浪費。 關(guān)鍵詞：土壤系統(tǒng)，熵，土壤肥力，耗散理論 由熱力學(xué)理論分析土壤系統(tǒng)的熵

4、 一 引言 “熵”這個詞是由以善于構(gòu)思物理概念著稱的德國著名物理學(xué)家克勞修斯首創(chuàng)，它是熱力學(xué)和統(tǒng)計物理中特有的宏觀量. 隨著科學(xué)的發(fā)展和認識的不斷深入，“熵”這個物理學(xué)概念已滲透到了自然科學(xué)和社會科學(xué)的各個領(lǐng)域，涉及信息論、控制論、哲學(xué)、經(jīng)濟學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域中。杰里米·里夫金提出：熵是一種新的世界觀；偉大的物理學(xué)家愛因斯坦認為：熵理論，對于整個科學(xué)來說是第一法則；美國著名學(xué)者里符金贊譽熵理論將成為 21 世紀文明觀的基礎(chǔ)；英國文學(xué)怪杰斯諾也將理解和掌握熵理論的必要性喻為：一位對熱力學(xué)第二定律一無所知的人文學(xué)者和一位對莎士比亞著作一

5、無所知的科學(xué)家同樣糟糕. 追溯熵概念的提出，發(fā)展及其拓展，將極大促進人們對熵概念的全面理解，并運用熵理論正確指導(dǎo)人們的生產(chǎn)和生活實踐。 熵概念在土壤學(xué)和農(nóng)學(xué)中的應(yīng)用, 是新興學(xué)科《系統(tǒng)土壤學(xué)》的任務(wù), 為土壤肥力和農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工作效率提出了新的評判指標, 現(xiàn)根據(jù)接觸到的文獻, 簡單介紹一下實際應(yīng)用和檢驗的情況。 1989年河南農(nóng)科院土肥所李寶貴最早發(fā)表研究論文(得到北京農(nóng)大土化系陳倫壽、毛達如兩位教授支持, 農(nóng)村生態(tài)環(huán)境, 1989 年3 期),報導(dǎo)應(yīng)用土壤熵概念對河北曲周縣不同土壤試驗資料整理計算結(jié)果, 指出土壤熵的提出為確定系統(tǒng)土壤學(xué)對象提供了認識的基礎(chǔ), 熵級指標和陳清碩最早公布的結(jié)果一

6、致。同期河南大學(xué)地理系馬建華在自然地理土壤地理卷上發(fā)表論文引用土壤熵公式分析土地系統(tǒng)熵。 隨后北農(nóng)大植物營養(yǎng)學(xué)教授農(nóng)業(yè)部教育司司長毛達如和張承東、駱美貞發(fā)表論文《應(yīng)用“土壤系統(tǒng)熵”對土壤肥力的評判》, 引用河北曲周縣三種肥力的土壤進行了土壤系統(tǒng)熵計算, 認為土壤熵指標既可以評判土壤基礎(chǔ)肥力, 也可以在施肥后對土壤肥力進行綜合效果評判, 既能定性又能定量。 本文將從土壤肥力方面論述土壤與熵的關(guān)系。 二“熵”概念的提出 “熵”(entropy)是德國物理學(xué)家克勞修斯在1850年創(chuàng)造的一個術(shù)語，他用它來表示任何一種能量在空間中分布的均勻程度。能量分布得越均勻，熵就越大。如果對于我們所考慮的那

7、個系統(tǒng)來說，能量完全均勻地分布，那么這個系統(tǒng)的熵就達到最大值。 在克勞修斯看來，在一個系統(tǒng)中，如果聽任它自然發(fā)展，那么能量差總是傾向于消除的。讓一個熱物體同一個冷物體相接觸，熱就會以下面所說的方式流動：熱物體將冷卻，冷物體將變熱，直到兩個物體達到相同的溫度為止。如果把兩個水庫連接起來，并且其中一個水庫的水平面高于另一個水庫，那么，萬有引力就會使一個水庫的水面降低，而使另一個水面升高，直到兩個水庫的水面均等，而勢能也取平為止。 因此，克勞修斯說，自然界中的一個普遍規(guī)律是：能量密度的差異傾向于變成均等。換句話說，“熵將隨著時間而增大”。 對于能量從密度較高的地方向密度較低的地方流動的研究，

8、過去主要是對于熱這種能量形態(tài)進行的。因此，關(guān)于能量流動和功－－能轉(zhuǎn)換的科學(xué)就被稱為“熱力學(xué)”，這是從希臘文“熱運動”一詞變來的。 人們早已斷定，能量既不能創(chuàng)造，也不能消滅。這是一條最基本的定律；所以人們把它稱為“熱力學(xué)第一定律”。 克勞修斯所提出的熵隨時間而增大的說法，看來差不多也是非常基本的一條普遍規(guī)律，所以它被稱為“熱力學(xué)第二定律”。 熵是描述熱力學(xué)系統(tǒng)的重要態(tài)函數(shù)之一。我們知道，為了定量表述熱力學(xué)第零定律（即熱平衡規(guī)律）建立了溫度的概念；為了定量表述熱力學(xué)第一定律，建立了內(nèi)能的概念；與此類似，為了定量表述熱力學(xué)第二定律，才建立了熵的概念。熵的大小反映系統(tǒng)所處狀態(tài)的穩(wěn)定情況，熵的

9、變化指明熱力學(xué)過程進行的方向，物理過程的方向性用熵增加原理來表示，熵為熱力學(xué)第二定律提供了定量表述。 熵的概念比較抽象，初次接觸它，很難透徹了解。但熵的概念很重要，隨著科技的發(fā)展，很多學(xué)科都引入了熵的概念，所以對于熵的學(xué)習(xí)也顯得越來越重要，有人說，熵概念的重要性絲毫不亞于能量的概念。 三 熵的意義 熵是描述自然界一切過程具有單向性特征的物理量。熱傳導(dǎo)、功變熱和氣體自由膨脹等物理過程具有單向性（或不可逆性）特征，熱量能自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，但熱量從低溫物體傳到高溫物體的過程則不能自發(fā)發(fā)生；機械功可通過摩擦全部轉(zhuǎn)化為熱，但熱不可能全部轉(zhuǎn)化為機械功；氣體能向真空室自由膨脹，使本身

10、體積擴大而充滿整個容器，但決不會自動地收縮到容器中的一部分。德國物理學(xué)家克勞修斯首先注意到自然界中實際過程的方向性或不可逆性的特性，從而引進了一個與“能”有親緣關(guān)系的物理量---“熵”。 熵常用S表示，它定義為：一個系統(tǒng)的熵的變化ΔS是該系統(tǒng)吸收（或放出）的熱量與絕對溫度T的“商”，即 　　 （3.1） 當系統(tǒng)吸收熱量時，取為正；當系統(tǒng)放出熱量時，ΔQ取為負。這里我們定義的是熵的變化，而不是熵本身的值。這種情況與討論內(nèi)能或電勢能和電勢時一樣，在這些問題中重要的是有關(guān)物理量的變化量。 這樣定義

11、的熵是如何描述實際過程單向性特征的呢？以熱傳導(dǎo)過程為例，熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳向低溫物體，而不能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體。設(shè)高溫物體的溫度為T1，低溫物體的溫度為T2，在熱量ΔQ從高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體的過程中， 高溫物體熵變?yōu)椋蜏匚矬w熵變?yōu)?，總系統(tǒng)熵變?yōu)? （3.2） 因為T1＞T2，所以總熵變ΔS＞0，這表明，在熱傳導(dǎo)過程中系統(tǒng)系統(tǒng)的熵增加了。 熵是混亂和無序的度量。熵值越大，混亂無序的程度越大。我們這個宇宙是熵增的宇宙。熱力學(xué)第二定律體現(xiàn)的就是這個特征。熱力學(xué)第二定律還揭示了：局部的有序是可能的，但必須以其他地方的

12、更大無序為代價。 玻爾茲曼在研究分子運動統(tǒng)計現(xiàn)象的基礎(chǔ)上提出來了公式： 　　 (3.3) 其中，Ω為系統(tǒng)分子的狀態(tài)數(shù)，k為玻爾茲曼常數(shù)。 這個公式反映了熵函數(shù)的統(tǒng)計學(xué)意義，它將系統(tǒng)的宏觀物理量S與微觀物理量Ω聯(lián)系起來，成為聯(lián)系宏觀與微觀的重要橋梁之一?；谏鲜鲮嘏c熱力學(xué)幾率之間的關(guān)系，可以得出結(jié)論：系統(tǒng)的熵值直接反映了它所處狀態(tài)的均勻程度，系統(tǒng)的熵值越小，它所處的狀態(tài)越是有序，越不均勻；系統(tǒng)的熵值越大，它所處的狀態(tài)越是無序，越均勻。系統(tǒng)總是力圖自發(fā)地從熵值較小的狀態(tài)向熵值較大（即從

13、有序走向無序）的狀態(tài)轉(zhuǎn)變，這就是隔離系統(tǒng)“熵值增大原理”的微觀物理意義。 而根據(jù)熵的不同用途或意義又可以劃分為以下種類 3.1 熱力學(xué)熵 熵誕生于熱力學(xué)這門學(xué)科，1865年由克勞修斯首先認識并定名，其意為“熱量除以溫度的商”。它是描述熱力學(xué)系統(tǒng)平衡態(tài)的一個態(tài)函數(shù)，用公式表示為： 或 （3.4） 其中和分別表示初末狀態(tài)的熵值，是絕對溫度，是熱量，叫熵變。等號對應(yīng)可逆過程，大于號對應(yīng)不可逆過程。由此可知，在孤立系統(tǒng)中進行的過程，永遠使熵有增無減，對可逆過程，系統(tǒng)的熵不變，對不可逆過程，系統(tǒng)的熵總是增加，這叫熵增加原理。根據(jù)這一原理，以

14、熵變?yōu)榕袚?jù)，不僅可以判斷不可逆過程進行的方向和限度，而且還需要能給出孤立系統(tǒng)達到平衡的必要條件，即任何自發(fā)過程都是由非平衡態(tài)趨向平衡態(tài)，當系統(tǒng)達到平衡態(tài)，熵增加到最大值。從宏觀上講，熵是反映熱過程方向的物理量，是量度能量的退化或進化的。熵是不可用能的量度，一個系統(tǒng)的熵愈增，不可用能愈大。 3.2 統(tǒng)計熵 玻爾茲曼將熵與系統(tǒng)的熱力學(xué)概率聯(lián)系起來，建立了著名的玻爾茲曼關(guān)系式： （3.5） 式中Ｗ與系統(tǒng)任一給定的宏觀狀態(tài)相對應(yīng)，表示系統(tǒng)可能有的微觀狀態(tài)數(shù)，Ｋ是玻爾茲曼常量，其值為.若一個系統(tǒng)共有Ｗ個微觀狀態(tài)數(shù)

15、，按照等概率原理，每個微觀狀態(tài)出現(xiàn)的概率均為，上式可寫為： （3.6） 如以P表示概率，，上式可寫為： 。 玻爾茲曼關(guān)系式中的熵稱作統(tǒng)計熵，它是熱力學(xué)熵的微觀解釋。所謂熵，是反映系統(tǒng)宏觀態(tài)所具有的微觀狀態(tài)的數(shù)目或熱力學(xué)概率的量，熱力學(xué)概率愈大，表示系統(tǒng)的狀態(tài)愈混亂無序。因此，熵是系統(tǒng)無序度或混亂度的量度，孤立系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生的過程總是從熱力學(xué)概率小的狀態(tài)向熱力學(xué)概率大的狀態(tài)過渡，熵的增加意味著系統(tǒng)無序度的增加。 3.3信息熵 1948年信息論的創(chuàng)始人香農(nóng)從概率的角度給出信息量的定義。隨機事件出現(xiàn)的不確定度用其出現(xiàn)的概率來描

16、述，事件出現(xiàn)的可能性愈小，概率就愈小，而所含的信息量卻愈大；相反，事件出現(xiàn)的可能性愈大，概率就愈大，而所含的信息量卻愈小。若各事件概率分布不等，則信源提供的平均信息量H為： 　　 　 （3.7） 式中Ｈ稱為信息熵， 為某個事件出現(xiàn)的概率， 為事件所提供的信息量。在信息熵公式中有負號，表示系統(tǒng)獲得信息后無序狀態(tài)的減少或消除，或者說，一個系統(tǒng)的狀態(tài)越是有序，它告訴我們的信息就越多，狀態(tài)越是無序，它給我們的信息就越少，熵的增加就意味著信息的減少。所以玻爾茲曼說：“熵是一個系統(tǒng)失去信息的量度?！奔葱畔⒘肯喈斢谪撿兀畔?/p>

17、的失去為負熵的增加所補償。 四 熵變的計算 4.1 可逆過程熵變的計算 根據(jù)克勞休斯數(shù)學(xué)表達式可知, 如果兩平衡態(tài)間的過程是可逆的, 熵變可用 (4.1) 求得( S1 和S2 分別表示系統(tǒng)在1 態(tài)和2 態(tài)的熵) . 可逆過程熵變可通過n 摩爾理想氣體從初態(tài)1變化到末態(tài)2 求得.即 ( 1) 等溫過程 (4.2) ( 2) 等壓過程 (4.3) ( 3) 等容過程

18、 (4.4) ( 4) 絕熱過程 (4.5) 若系統(tǒng)經(jīng)歷一個可逆循環(huán)過程, 則由定義式得 （4.6） 即熵變?yōu)榱? 實踐證明, 在土壤— 植物— 環(huán)境這個大的體系中, 存在著能量及其轉(zhuǎn)換的關(guān)系,80年代中期,陳清碩提出以土壤系統(tǒng)熵來表征土壤肥力, 反映了土壤、植物與環(huán)境的結(jié)構(gòu)狀態(tài)以及能量輸入輸出的程度, 使傳統(tǒng)的土壤農(nóng)化和植物營養(yǎng)研究結(jié)果由特殊性上升到了普遍性, 為認識評價土壤的肥力水

19、平、植物品種的適種性、肥料施用的廣延性等方面提供了另一概念的理論依據(jù), 使以往孤立的試驗結(jié)果有了一個統(tǒng)一的比較分析標準。 4.2 求解熵變應(yīng)注意的兩個問題 ( 1) 判別熱力學(xué)過程是否可逆是解決問題的關(guān)鍵. 若為可逆過程, 直接用上面給出的公式求解; 若為不可逆過程, 必須明確不可逆過程中不變的狀態(tài)參量, 然后設(shè)計一個該狀態(tài)參量恒定的可逆過程求解熵變. ( 2) 若要完整地求解熵變問題, 必須熟練掌握各可逆過程中的過程方程、邁耶公式、比熱容等常用表達式. 五 土壤系統(tǒng)熵 根據(jù)耗散結(jié)構(gòu)理論提出表征土壤肥力的土壤系統(tǒng)熵的概念, 其定義是土壤系統(tǒng)中單位物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中的勢能耗損。對應(yīng)Sch

20、rodinger的負熵理論, 土壤系統(tǒng)熵越低, 土壤肥力越高。土壤系統(tǒng)熵可分為兩部分, 一是表征土壤基礎(chǔ)肥力的,命名為起始熵。另一是表征土壤人工肥力的, 指因化學(xué)氮素投入所引起系統(tǒng)狀態(tài)的變化, 稱為熵變,土壤系統(tǒng)熵是兩部分之和，是土壤生產(chǎn)力和系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率的綜合指標。 土壤系統(tǒng)熵值有穩(wěn)定性, 可作為土壤分類的依據(jù)。因為熵值計算排除了空間條件和不同作物種類與其它偶然因素評價土壤肥力的影響, 因而可供比較應(yīng)用。土壤系統(tǒng)熵既反映了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)狀態(tài), 也反映了輸入能量的可用程度, 因此是土壤作為一個耗散結(jié)構(gòu)的基本性質(zhì)指標, 從而實現(xiàn)了土壤肥力評價中的生態(tài)效率和經(jīng)濟效益的結(jié)合, 并且為系統(tǒng)論土壤學(xué)的研究對

21、象提供了認識的基礎(chǔ)。土壤系統(tǒng)熵和土壤信息量有同等意義，是對土壤系統(tǒng)進行最優(yōu)化反饋控制的依據(jù)。 土壤系統(tǒng)內(nèi)部各個要素間相互作用、相互制約，組成了一個非線性層次網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。土壤系統(tǒng)的運行的績效和持續(xù)發(fā)展是系統(tǒng)自組織作用和系統(tǒng)與環(huán)境的相互作用共同決定的。復(fù)雜自組織系統(tǒng)的熵變理論研究是目前國內(nèi)外關(guān)于系統(tǒng)效能評價的較前沿的研究，其動態(tài)地反映了系統(tǒng)的演化過程及發(fā)展趨勢，其中熵增理論揭示了封閉系統(tǒng)內(nèi)部各要素相互作用而導(dǎo)致系統(tǒng)的無序及效率遞減的規(guī)律，耗散理論則揭示了開放系統(tǒng)在與外部環(huán)境進行能量、物質(zhì)交換過程中，由混亂無序的初始狀態(tài)向穩(wěn)定有序的組織結(jié)構(gòu)進行演化的過程及系統(tǒng)效率遞增的規(guī)律。 耗散理論是由比利時物

22、理學(xué)家普利高津提出的。普利高津認為孤立封閉的系統(tǒng)是一個熵增加的過程，在一個孤立封閉系統(tǒng)中，由于組織自身的復(fù)雜性和環(huán)境的復(fù)雜性，使其演化充滿不確定性和混沌，從而導(dǎo)致有效能量遞減，無效能量遞增，系統(tǒng)從有序向無序發(fā)展，從而使系統(tǒng)效能不斷降低。系統(tǒng)熵增使封閉的系統(tǒng)績效逐步降低并最終走向衰亡。耗散結(jié)構(gòu)是指一個遠離平衡狀態(tài)的開放系統(tǒng)，它與外界環(huán)境不斷地交換物質(zhì)和能量，當這一外界條件達到閾值時，系統(tǒng)能從原有的混亂無序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N在時間、空間或功能上的有序狀態(tài)，這種在遠離平衡態(tài)所形成的新的有序結(jié)構(gòu)稱作耗散結(jié)構(gòu)。耗散結(jié)構(gòu)是一個負熵不斷增加的過程，是系統(tǒng)不斷從周圍環(huán)境引入能量、物質(zhì)以抵消系統(tǒng)內(nèi)部熵增的過程。一個

23、系統(tǒng)從無序到有序形成耗散結(jié)構(gòu)需滿足以下幾個條件：系統(tǒng)必須開放；遠離平衡態(tài)；系統(tǒng)各要素間非線性相互作用；漲落現(xiàn)象。 熵概念在土壤學(xué)中的應(yīng)用, 就是要解決能源物質(zhì)提供的能量在土壤系統(tǒng)中能轉(zhuǎn)換成多少功的問題。有機物質(zhì)是土壤中最主要的能源物質(zhì), 有機質(zhì)在土壤系統(tǒng)中的分解和合成, 就是一種能量的流動。形成的能流好比一條河流, 假設(shè)這條河流的單位質(zhì)量水體順坡往下流去,其位能就會不斷釋放出來并轉(zhuǎn)化為動能。部分因摩擦以熱能形式無效耗散掉, 由此獲得的動能, 是河流用以切割自身河道形成流網(wǎng)的主要動力。熱力學(xué)系統(tǒng)中的絕對溫度, 正好與河流系統(tǒng)中的高度（決定落差） 相當, 系統(tǒng)中的熱能則和河流系統(tǒng)中的位能相當,

24、采用這樣的類比法, 就可以獲得河流系統(tǒng)熵（）的定義) （5.1） 式中是河流熵, 是單位質(zhì)量水體的位能,,H為河流起點和終點的落差?；谕瑯拥睦碛? 我們也可想象土壤系統(tǒng)中藉能源物質(zhì)分解在單位面積上形成的養(yǎng)料物質(zhì)(或人工投入的物質(zhì)) 造成了濃度勢差, 就是相當于河流系統(tǒng)中的落差。物質(zhì)在轉(zhuǎn)化過程中伴隨能量流動, ，其中一部分做為輻射能的載體被作物吸收利用, 另一部分因“ 摩擦” 而不能被利用, 被作物利用部的能量就相當熱力學(xué)系統(tǒng)中的自由能。不能被利用的部 分就相當系統(tǒng)中的束縛能。因此，我們可以得到土壤系統(tǒng)熵的定義為

25、 （5.2） 式中表示土壤系統(tǒng)熵，為單位而積上因能源物質(zhì)分解形成的有效物質(zhì)或人工輸入的物質(zhì), 它是一個強度因素, 與熱力學(xué)系統(tǒng)中的溫度相當,為相應(yīng)的物質(zhì)勢能損失, 相當于河流系統(tǒng)中的位能損失和熱力學(xué)系統(tǒng)中的熱量。 對于土壤開放系統(tǒng), 熵變是由兩部分引起的,一部分來自外界交換的熵流（）. 另一部分是系統(tǒng)內(nèi)部的熵產(chǎn)生（） 我們有 （5.3） 要提高肥力,體系熵（）不增加，即, 此時,由此可見，只有熵流是負值才能實現(xiàn), 這正對應(yīng)著Schroding

26、e 提出的情況, 生命之所以存在是因為從環(huán)境中不斷得到負熵，, 或者說是吃進了“次序”。例如在光合作用中, 貯存能量 為112千卡/克分子，而其貯藏的自由能為120千卡/克分子，它比略高，即為負熵，因為過程中，和 三者的關(guān)系是 （5.4） 式中T 為溫度,出現(xiàn)負值, 是因為一個含有較大糖分子和較小氧分子的系統(tǒng), 比一個只包含有和 這樣的小分子來說, 顯得更為有序, 這樣, 光合作用實際是增加了系統(tǒng)的有序性, 即熵值的降低。即是從傳統(tǒng)土壤學(xué)的土壤肥力定義看, 所謂土壤肥力是指土壤生長植物的能力, 這種能力越強, 意味著

27、有利于光合過程，所以土壤肥力提高，土壤系統(tǒng)熵值必然降低。 根據(jù)Haken 的協(xié)同理論, 優(yōu)先發(fā)展的支配參量是系統(tǒng)穩(wěn)定有序化的基礎(chǔ), 忽視優(yōu)先會導(dǎo)致整個系統(tǒng)的混亂無序。在考慮土壤系統(tǒng)的支配參量時, 傳統(tǒng)土壤科學(xué)的長期研究提供了認識的基礎(chǔ)。早在上世紀末, 發(fā)生學(xué)土壤學(xué)的奠基人就提出土壤是巖石和植物交互作用的產(chǎn)物, 它在空間上的分布決定于氣候和地形條件, 它在時間上，決定于地區(qū)的年齡。威廉士指出土壤形成過程的本質(zhì)是植物營養(yǎng)元素地質(zhì)大循環(huán)和生物小循環(huán)矛盾對立的統(tǒng)一, 生物循環(huán)是矛盾的主要方面, 造成氮素和其它養(yǎng)料在地表層中的富集, 從而使土壤肥力得以形成和發(fā)展。巖石和風化母質(zhì)中缺少氮素, 因此在農(nóng)業(yè)

28、中, 除個別地區(qū)外, 土壤的氮素饑餓普遍成為生產(chǎn)中的限制因素。土壤中氮素的輸入累積和釋放輸出, 是土壤中最基本的質(zhì)量平衡方程的內(nèi)容。因為土壤中98% 的氮素都以有機質(zhì)的形態(tài)存在, 從而不用其它假設(shè), 就足以說明土壤有機質(zhì)（腐殖質(zhì)） 對肥力的貢獻。當然不是說有機質(zhì)越多越好, 有譏質(zhì)的大量累積經(jīng)常是土壤滯水被窒息從而損害了肥力。有機 質(zhì)或土壤腐殖質(zhì)是能源物質(zhì), 都有相應(yīng)的熱值, 例如噸土壤腐殖質(zhì)相當千卡能量(即每斤腐殖質(zhì)分解相當釋放焦耳能量，作為農(nóng)產(chǎn)品種子輸出, 每斤熱值因質(zhì)量不同相差有限約 焦耳。在沒有人工施肥的土壤中, 農(nóng)作物經(jīng)濟輸出是以消耗土壤腐殖質(zhì)能量為代價的。作為腐殖質(zhì)的接近一個常數(shù),

29、一定氮素的礦化相應(yīng)的分解一定量的腐殖質(zhì), 有了這些數(shù)據(jù), 就可以根據(jù)土壤形成過程中土壤內(nèi)能的變化公式得到土壤系統(tǒng)熵的計算式, 因為。所以 （5.5） 或者是 （5.6） 式中表示腐殖質(zhì)和有機氮的礦化率, ,， 表示腐殖質(zhì)和農(nóng)作物種子的折能系數(shù)，上式的物理意義是很明確的,分子所表示的是土壤的內(nèi)能減去自由能即做功的部分, 分母是腐殖質(zhì)釋放的有效氮, 相當于濃度勢差即熱力學(xué)系統(tǒng)中的溫度, 其意義是不施肥的土壤每消耗1斤土壤有效氮所帶來的能源物質(zhì)勢能的損失, 它表示土體性質(zhì)、作物基因勢與

30、環(huán)境條件的綜合作用，是土體--植物--環(huán)境系統(tǒng)中物質(zhì)能量轉(zhuǎn)換效率的表現(xiàn), 其意義和熱力學(xué)系統(tǒng)中熵的概念完全相同。 威廉士早就說過, 沒有不良的土壤, 只有不良的耕作方法, 肥沃的土壤不但要求產(chǎn)量高，而且投入的人工補助能量要少。在能源日益緊張的現(xiàn)代, 用這種認識來看待土壤肥力, 是完全必要的, 花費太大獲得高產(chǎn), 引起熵值大幅度上升, 這樣的土壤不應(yīng)當列入高產(chǎn)土壤的列。例如過去很多土壤培肥研究基點, 依靠大量投入物質(zhì)能量取得較高產(chǎn)量, 往往造成得不償失的后果。需知所費多于所當費, 或所得少于所可得, 都是浪費, 從而可見土壤系統(tǒng)熵的研究對計劃土壤管理的意義。一切土壤利用改良的措施, 都應(yīng)以降低

31、土壤系統(tǒng)熵為目的。因為熵值上升也意味著土壤信息量的減少, 說明系統(tǒng)中的信息傳遞可能發(fā)生障礙, 必須發(fā)展反饋控制, 才能使系統(tǒng)低熵優(yōu)化?，F(xiàn)代土壤系統(tǒng)工程用線性規(guī)劃做出改土計劃, 正是在能量輸入的約束條件下進行的, 其目的就是在確保增產(chǎn)的同時, 不提高土壤系統(tǒng)熵。 六 結(jié)束語 現(xiàn)今人類社會的發(fā)展, 科學(xué)技術(shù)的進步, 社會生產(chǎn)力的提高, 自然界都付出了代價, 那就是熵的增加, 人們可以因需要生產(chǎn)出低熵的產(chǎn)品, 可是同時也生產(chǎn)出了高熵的廢物, 人們可以使自己盡可能地生活在一個低熵的環(huán)境, 但也只是因為把高熵環(huán)境留給了別人, 系統(tǒng)本身的熵增無法避免,人, 當然不喜歡污染, 不喜歡災(zāi)害, 不喜歡愛到熵

32、的一切其它形式的報復(fù), 怎么辦呢? 我們要讓熵的產(chǎn)出盡可能的少, 盡可能地要克制, 要節(jié)約,要探求一個人類最佳且又合適的生活模式, 因為可提供我們的不可再生的資源的能源終究會枯竭, 還因為它會減少熵的產(chǎn)出, 我們要把自己, 他人和整個自然環(huán)境看成是一個整體, 要考慮今天,也要考慮明天, 我們一定要保護好自然提供我們的生態(tài)環(huán)境, 因為它是我們唯一可以通過接收太陽提供的能量把我們的熵降下來的命運之神. 參考文獻： [1] 張玉龍，熵的討論， 鄖陽師范高等?？茖W(xué)校學(xué)報，第25卷第6期 2005年 [2] 陳清碩，土壤系統(tǒng)熵，江蘇農(nóng)學(xué)院學(xué)報，01期 1984年?? [3] 賀會玲，

33、熵與生態(tài)環(huán)境，生物學(xué)通報，07期 2005年 ?? [4] 陳清碩，土壤熵、農(nóng)業(yè)熵受到實際應(yīng)用檢驗，南京農(nóng)專學(xué)報，01期 2000年 ?? [5] 張東，張寧，物理學(xué)中的熵理論及其應(yīng)用研究，北京聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版) , 01期 2007年 ?? The thermodynamics theory analysis of soil system entropy Abstract： This article by the entropy thermodynamics theory, the system of the soil fertility. Soil system en

34、tropy lower soil fertility that the system of higher. By the entropy of such a measure of the system of soil fertility, for rational use of the land, raising the soil, and reduce energy to waste. The entropy of the value of stability and a system for classification of the soil. Because entropy value

35、 for the space and different varieties of crops and other accidentally evaluation soil fertility, and for more application. Because entropy value for the space and different varieties of crops and other accidentally evaluation soil fertility, and for more application. Because entropy value for the space and different varieties of crops and other accidentally evaluation soil fertility, and for more application. Keywords ：Soil system，entropy，dissipative theory ，the system of the soil fertility。