资源利用效率的不断提高表明：即使是在污染加重的情况下，技术也能修复环境。

技术已使我们能够拓展我们的生存空间和改造地球。1909年Peary乘雪橇到达北极，而在1911年Amundsen又到达南极。改善了的航运条件和能承受浮冰的船只，使人类和狗能以接近极地。不到一个世纪后，我们担心的是极地地区的环境纯度和对它们起保护作用的臭氧层。我提出的根本问题是：曾经征服过地球的技术是否也能够拯救地球？

为了回答这一问题，我打算对技术能为四种主要的资源——能源、材料、土地和水——做些什么的当今发展趋势进行考察，我集中讨论这些资源利用的演化效率（evolving efficiency）。经济学家将这些 · 资源连同劳动力和资本一起称之为“生产要素”。

通常，技术同环境的关系，是通过对所有的设备和机器进行评估来加以考虑的。它们是：汽车、油船、核电站、风车、废水处理厂、喷雾罐和链锯。我在研究这些问题时采用的是比较基本的方法。结果表明：通过提高我们的资源的生产率，可能会大大减轻环境的负担。

对技术在这方面所起的作用，存在着两种基本的看法。一是，技术成就本身具有自毁性。技术使人类的小生境（human niche）具有伸缩性。如果我们解决了一些问题，我们的人口就会增长，就会造成进一步的，而且最终会变成不可克服的问题。征服死亡是发展中国家面临的首要问题。公共卫生措施和现代医学可以降低死亡率，而出生率的下降速度要慢得多，因此人口就会膨胀。在本文结尾时，我将讨论技术与人口的关系。人口问题总是一个难以逾越的障碍。

第二种观点是，对抗-技术是人类智慧贫乏的表现。人类创造出手枪和氢弹，它们可以用来杀人。我们可以将科学技术用来为人类的生计和舒适以及对地球有价值的目的提供商品和服务。但是，技术既可成为做好事，也可成为做坏事的动力。某些人可能会觉得少一些这样的动力，生活反而会过得舒心一些。

一种次要的，容易对付的论点是：引进技术带来的未意料到的后果会降低它的价值。经过氯气处理的碳氯化合物解决了冰箱的爆炸性和低效问题，但是在将这种技术引进40年后却发现它引起了危害生命的同温层泄漏。适当的对策是一种反馈系统：早在某种技术有希望进入社会的初期就对它进行评估，然后观察它会引起什么样的意外事情，并且对它们加以改进以适应人们变化的需要和爱好。

我将利用来自美国的最详尽的资料来勾画出一幅全球的图画。

能 源

能源系统，从开采煤矿发展到将电能转变成使读者能阅读我这篇文章的人造光。在环境科技专家看来，有两个核心问题限定了能源系统。首先是效率在不断提高吗？其次是，用来将能量传送给最终用户所使用的碳在减少吗？

几千年来，能量效率可能在许多部门都在不断提高。让我们来想一下为改善火炉和烟囱而出现的所有设计和设备，或者考虑一下汽车和灯具的改进。大约在1700年，就开始了对建造有效的发动机的探索，开始时用的是蒸汽。在300年中，发电机的效率已由表观极限的1%提高到50%左右，后者是靠现在的燃气机达到的。燃料电池可以将能效提高到70%。这需要50年时间来完成。在300年后，物理定律可能会最终阻止我们的发动机的进步。

改进发动机的努力进行了几百年，而每隔10年灯就变得愈来愈亮起来。一种新的设计，打算用微波来轰击硫。一只只有高尔夫球大小的灯泡就能够产生100只高强度汞蒸汽灯产生的同等的光。它的光的质量可以同太阳光媲美。在下一个世纪，可能会找到能在黑暗中看得见东西的新方法。例如，一种同太阳眼镜完全一样的夜间眼镜，只要用几毫瓦的能量就可以看见夜间的物体。

能源系统的脱碳（decarbonization）情况又如何呢？碳之所以事关重大，是因为它会使肺为黑，引起空气污染和油泄漏，并引起气候变化。碳也是硫、重金属和在髒的化石燃料中粘附在它上面的其他对环境有害的物质的替代物。碳同氢结合在一起，像木材（和其他的生物量）、煤、石油和天然气一样进入能源经济。就每一能量单位而言，木材最重，其次是碳、煤，而后是石油，以天然气为最轻。

可以用几种不同的方式来测量脱碳的程度。研究表明，能源系统胶碳的长期速率大约为每年0.3%，丰富的天然气、效率高的汽轮机和节约的最终使用装置，有希望在今后数十年中提供更多的含碳较少的能源。

铀也有脱碳作用。在1993年末，共有432座在运，转的核反应堆，差不多提供了全世界电能的20%。即使是在1994年列为在造的48座核反应堆中的一部分不再投入使用，其余的核反应堆也能保证核能对脱碳继续作贡献。具有伤害性和衰变很难而且很慢的辐射性反应堆产物，和有潜在可能性的强烈爆炸物，自然也应该被安全地隔离起来。太阳能源也有脱碳作用，但仍继续受到在能量储存和运输方面的障碍的困扰。

也把脱碳看成是在一系列国家的经济中降低碳的强度。以碳的公斤数同国内生产总值之比作为量度，并考虑燃料木材和其他的可再生能源的情况，我们研究过的包括土耳其、泰国和中国以及英国、德国和日本等在内的一些国家的脱碳工作几乎是齐头并进的。这些国家从不同的时间和不同的状况起步，但一俟它们开始了脱碳的努力，它们前进的速度几乎是一样的，而且迄今看来是不可逆转的。在1970~1993年间，即使是大量使用天然气的美国，它的收入同碳用量之比也翻了一番多，而它每年的脱碳速率仍达到3%。从中国每美元产出消耗约3公斤碳而日本和德国则不到0.2公斤碳这一差距，可以看出世界上大多数国家的经济状况同先进的实践之间的差距。中国和印度的经济再现了日本、美国和欧洲在19世纪工业化刚开始时的情况。

从根本上讲，脱碳遵循一种可燃烧元素之间的技术竞争的轨道前进。在碳氢化合物中，用来生产能量最合要求的并不是碳而是氢。在世界燃料配合比中，氢同碳的原子比例的演变，显示了能源市场被位于元素周期表首位的元素——氢渐渐地而且是不可动摇地渗透。

所有这些分析说明，在今后100年中，人类将把大部分的碳从它的经济系统中排除出去，而通过天然气转变成一种氢“代谢作用”。有幸的是，氢是一种无形的物质。它可以从某些储量丰富的物质如水中提取，可以取代大多数目前正在使用的固体、液体和气体燃料，而且它的燃烧产物水蒸气不会造成污染。今后几十年将会看到一种氢工业的蓬勃发展。日夜都在寻找市场出路的热核能源，可以有效地将天然气气流还原（Steam-reform）成氢气和CO₂，后者又可以永久性地注入它来自的气田。再后来，热能、核能或太阳能可以干净地分解水。

当然，氢需要一个帮手——电力，以便在一个清洁的能源系统中，在隔开一段距离的地方进行运作。自从爱迪生在1880年前后开创了大规模生产的工业以来，电力系统在两次每次延续约50年之久的高峰期中发展起来，这些高峰期与经济增长的长周期是同步的。一个经济增长的新高峰期会很快出现，在其中电力不仅可以为更多的信息产品提供动力，而且也为更多的采用线型发动机的运输系统提供动力。不久将在汉堡和柏林之间开通的磁悬浮列车为此开辟了道路。

综合对效率和胶碳进行的分析看到的从印度到韩国、法国的国家能源系统正在朝着正确的方向——微散发（micro-emissions）前进这一事实，使很多人都感到惊喜。道路虽漫长，但我们走在一条光明的大道上。

土 地

在所有的人类活动中，农业最广泛地改变环境。农作物和牧草占据了至少1/5的陆地面积，它至少有城镇和道路所占的总面积的10倍那么大。农业吞食森林，使湿润的土地枯干，使栖息地消失，而且在激烈的“绿色战斗”中只偏爱某些植物而对其他的植物则掉以轻心。

每公顷的产量是土地的生产率和土地利用效率的量度。到1940年为止，大多数作物的每公顷产量增加无几，但更多的人口需要更多的土地来养活。在过去的半个世纪中，对世界上主要的谷物-玉米、大米、大豆和小麦而言，作物与土地之比快速而且全球性地提高了。

包括拖拉机、种子、化肥和灌溉在内的一系列革新，再加上适时的信息交流和有组织的市场，使土地的作物产量提高，养活了几十亿的人口而并没有清理新的土地用作农田。事实上，自本世纪中期以来，全世界的农田总量保持稳定不变。发展中国家农田面积的扩大抵消了欧洲和北美洲农田面积的缩小。

当本世纪即将结束时，在土地利用方面地球正处在一个历史性的转折点。高产的普及和有效的利用土地，使几个世纪以来发生的自然界遭受破坏的情况得到确实的好转。

社会渐渐产生了一种惧怕增加食物供应的潜力会趋向衰竭的心理。实际上，农业生产的新领域仍旧十分广阔，甚至还没有依靠采用新的分子技术的植物工程。几十年来在爱荷华州，谷物产量稳步提高，中等的谷物生产者的单位面积产量只能达到该州的主要谷物生产者的单位面积产量的一半，而全世界的谷物单位面积产量仅为爱荷华州产量最高的农场主的20%左右。自1960年以来，谷物生产者的生产率并没有多大的变化。在爱荷华州，中等的农场主要比现代化水平至少落后30年。

即使是在那些作物高产的普及工作进行得不十分快的地方，高产效果累积起来也是相当可观的。以印度为例，通过提高小麦产量，农民节省了4200万公顷农田，大约相当于一个瑞典和美国加利福尼亚州那样大的面积。就全球而言，自1960年以来，通过增加构成全部热量的一半以上的谷物产量节省下来的土地面积，等于亚玛逊盆地。

片面地将注意力集中在土地上，使人产生这样一种担心：我们努力保护的自然界可能会受到副作用的损害。事实上，高效利用的土地比低效利用的土地要求更多一些的整治和精耕细作。保护繁茂的树林需要更多一些的杀虫剂，而比稀疏的树林要求的除草剂少一些。繁茂的树林还能够更好地保护土壤不受侵蚀。目前，在许多地区产量的提高靠的是优化投入来实现的：逐步利用氮肥和磷肥并减少肥料的总用量。总的来说，我们采用的对土地进行精心管理的做法，可能会减少食物生产带来的副作用。这种副作用大多数是同使用的农田一起扩张的。

为了未来人口的需要，对未来的耕地持什么样一种观点才算是合理的泥？将来每人每天的热量需要可能是在3000卡（对素食者而言）和6000卡（包括肉食在内）之间。让我们来设想一下，一个100亿的人口（几乎为现在的2倍），在保证同样范围的人均热量需要的前提下，为了保持土地的天然状态或其他的目的可能需要节省多少耕地面积？如果农民们不能够将全球的平均产量从现在的每公顷2吨谷物当量加以提高，人们就会不得不将他们每天的热量消耗降低到3000卡，以避免进一步扩大耕地面积。但是，爱尔兰小麦和美国玉米目前每公顷的平均产量已高达8吨。如果农民能将全球每公顷农田的平均产量提高到5吨，那么100亿人口平均起来就能够享用6000卡的热量，从而可以节省目前的14亿公顷耕地面积的1/4。节省下来的这1/4土地的面积相当于阿拉斯加的2倍。如果将来的农田的平均产量能达到美国今天的玉米生产水平，吃美国标准饭菜的100亿人口就能将相当于澳大利亚大小的耕地节省下来，使之变成荒野。

事实上，在1900-1994年间全世界每公顷谷物的年产量提高了2.15%。如果这样的增长趋势能照常继续下去，大约到2060年每公顷耕地将生产出8吨谷物。从美洲的大平原到中国的大平原，将一些大大小小的农场改变成树林和草地，将是今后几十年和以后渐渐扩展开来的一种重要的环境特点，而且各国政府将会热心地去寻找理由来资助农业进步，以防止耕地面积的缩小快于改进耕作方法所能允许的速度。

（未完待续）

[American Scientist，1996年3~4月号］