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人口,资源消耗与能量转换

2005-01-13 09:12 作者:邢海洋 2005年第3期
美国目前已经利用了40%这片大陆上被光合作用捕获的太阳能量。美国人均消费的物质和服务折合成能量是中国人均消费的47倍。

中国1/3的土地上,住着4倍于美国的人口。

美国目前已经利用了40%这片大陆上被光合作用捕获的太阳能量。美国人均消费的物质和服务折合成能量是中国人均消费的47倍。

我们如何来解决资源问题?

乐观的人口论者举的最多的一个例子是:马里兰州立大学的西蒙与斯坦福大学埃里奇打赌,看资源是不是会越用越少,把人类遏止在“发展的极限上”。西蒙是乐观派,认为人类社会的技术进步和价格机制会解决发展中的所有问题。埃里奇颇悲观,相信由于人口爆炸、食物短缺、不可再生资源的消耗、环境污染等原因,人类前景不妙,只有靠减少人口应对危机。

打赌的方法是学者式的,俩人选定了铬、铜、镍、锡、钨等5种金属,以1980年的可比价格为基准,看看10年后它们的变动。结果,到了1990年,这5种金属无一例外地跌了价。乐观派就此大肆传布他们的信仰:当资源变得稀缺的时候,价格机制会刺激人类寻找替代品,昔日不被看作资源的物质因而成为新的资源。沿着这个思路,我们可以举出许多资源:狩猎时代土地不是资源,后来变成人类最重要的资源;青铜时代铁不是资源,后来铁取代了铜。沿着这一思路,石油和煤炭永远没有枯竭的时候,因为耗尽之前,总会有更便宜适用的资源出现。现在,甚至水和空气都要付费方能大胆享用,恐怕也是这种思路的延续。

10年的时间验证如此严肃重大的命题似乎不够科学。并且,选取的赌具也不是和人类生存最相关的东西。人类作为自然界食物链里的一员,再进化也未脱离以低级别动植物为食品奔波的命运。人类的生存和繁衍,最终受到食物的制约。并且,从原始时代到现代社会,人口数字的爆炸式增长基本是和他能获得食物的能力相关的。在采集食物阶段,每公顷土地上每年只能出产0.4~20公斤的干物质,这些干果实里包含的能量,换算成能量单位每平方米约为840~41870焦耳。到了农耕时代,在没有化石燃料和化肥的帮助下,每公顷的干物质产量增加到50~2000公斤,有了上百倍的提升。

人的一生中,婴幼儿的体重增长和食物摄取关系最密切,一个婴儿在生长期,每增加一公斤体重,需要46万焦耳的能量。在原始社会靠采集为生的时候,使一个婴儿增长一公斤体重的土地可能是11~550平方米土地一年的果实,到了农耕时期,只要几平方米或者不到一平方米的土地就可解决了。马尔萨斯的人口论,饥荒是重要的限制人口的因素。正是因为人的生产力的改进,人口得以在历史的重要时段爆炸开来。150年前,人类开始使用化石燃料,改变了大自然能量转化的基本规律。过去,光合作用,太阳能转化为化学能是这个生态系统中惟一的获得能量方式,现在,化石能源为动力的机械取代了人力畜力,化肥更直接以营养的方式把百万上亿年前动植物储存的太阳能输送到作物中。因为有了额外的能量来源,每公顷每年的干物质产量又成10倍地上升。甚至有人预计,如果在浅海里养殖海藻,太阳能更直接地转化到有营养并且可食用的部分,食物产量还可以成倍地增长。

问题是,在这一能量转化工程中,效率却是低下得惊人。为了获得数倍的能量增长,人类投入的化石燃料往往要数十倍地增长。在发展中国家,平均一亩地中化石燃料的投入是太阳能的4倍;发达国家,化石燃料与太阳能的比值是40∶1;美国这一比值更高达90∶1。如此低下的转化效率是否能随着能源减少显著提升呢?答案是否定的,在大自然的任何形式的能量转化中,都伴生着能量的巨大浪费,拖拉机消耗的一升汽油中,只有少部分变成了使拖拉机移动的动力,其余的大部分变成热,散失掉了。同样的道理,大自然中食物链的能量传递也以惊人的速度递减,从植物到食草动物到食肉动物,生态系统中的能量在沿着捕食食物链的传递过程中,每从一个环节到另一个环节,能量大约要损失90%,也就是能量转化效率大约只有10%。

大自然安排了食物链中能量递减,为的是动物要运动,要捕食,从而消耗能量。人类依据供给和需求形成的价格机制却不能引导人类最有“效率”地利用能源。按90∶1的比率,美国人每消费含1卡路里热量的食物,消耗的化石能源将近10卡路里。按照食物产出,能量转化的规律,每一个卡路里的太阳能加90个卡路里的化石能源,田地里生产出9个卡路里的粮食。以美国人每天平均消耗3500卡路里粮食计算,35000卡路里的化石能源消耗掉了。美国人每小时的劳动产出是10万卡路里,每天的食物消耗也就只相当于美国人20分钟的劳动量。发展中国家则完全是另一种情景,假设那里的人民每天消耗2500卡路里的能量,生产这些能量的投入是25000卡路里。那里的化石能源和太阳能的比率是4∶1,为了获得4/5,也就是20000卡路里热量的能源,那里的农民必须工作5个小时以上,为维持饮食,发展中国家的居民花在食物上的劳动是美国人的16倍。

化石燃料的价格按供给和需求定价,而非它曾耗费的太阳能的成本定价的结果,使发达国家得以通过占有廉价能量,摆脱对食物生产的依赖。美国200年前,80%是农业人口,现在只有2%;欧洲250年前75%是农业人口,现在下降到10%。当然,因为把大自然数十亿年积累的能量“免费”再生到当代的农产品中,自1800年以来的200年中,扣除通货膨胀因素,食品价格事实上下降了高达90%,贫困人口也因而获益。如果未能透支远古时代的光合作用,很难想象工业革命后人口的爆炸式增长。

沿着食物链自下游向上游,能量迅速衰竭,按“10%”法则,一个以人为顶级的三层食物链,到了人类,聚集的能量只是庄稼作物的1%,是照到地面的太阳能的1‰。更不用说,一个4~5级的食物链的顶级,大型食肉动物寥寥无几。为养活尽可能多的人口,人类开垦林地草原,尽可能占有所有可耕种的土地,增加产量,同时也以挤压其他食物链的方法缩短食物链的链条。年鉴学派学者布罗代尔的《十五至十八世纪的物质文明、经济和资本主义》中描述亚洲国家的饮食,即每天以稀饭充饥;曹雪芹晚年诗句“举家食粥酒常赊”虽为困窘生活慨叹,在当时平民阶层也颇普遍。食粥、食海藻或是食肉,得出的地球承载人口的上限也就不同,有人居然算出了400亿和1500亿的数字。而60亿的人口,地球环境已经危机重重了。

人口分布似乎存在这1/5规律,最富有的1/5占有大多数社会资源。这个地球,富裕人口以美国为代表,以10亿计。美国人一年吃掉1500公斤粮食、265公斤的牛奶奶酪,美国人均消费的物质和服务折合成能量是中国人均消费的47倍。美国养活一个人的社会成本也高得离谱,加州人口组织的一项统计表明,洛杉矶每增加一个居民,城市就要增加17531美元的基础设施,旧金山和萨克拉门托,这笔费用分别是18915和16454美元。按照美国模式,世界只能养活10亿人。

生态意义上,美国以和我国相似的面积,养活不足3亿的人口,以目前水平,美国人已经利用了40%这片大陆上被光合作用捕获的太阳能量,再加上其他的,足以达到所有植物辛勤劳动一年的140%,他们已经在透支。这样的高能耗持续下去,100年后,子孙恐怕就不能像现在这样奢侈地生活了。自从1859年发现了石油,美国人就主要靠亿万年前的太阳能活着,我们种一亩的地靠的是1200小时的人工,他们才10个小时,剩下的就是往地里泼汽油,粮食生产实际上是在浪费资源。自然资源的地下水和土壤的再生速度也不敌美国人的生产速度,土壤的侵蚀速度是新生速度的18倍,地下水开采速度也超过补给的25%。生态意义上,美国国土只能承载现在人口的一半,1.5亿。

曾和索罗斯组建量子基金的罗杰斯骑摩托车在中国旅行,路过嘉峪关的时候发出感慨,他说,想想吧,中国1/3的土地上,住着4倍于美国的人口。他说1/3是因为,我国2/3的国土是高原和山地,不适合耕作居住。

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