城读│人口、农业、能源、经济和环境转型如何塑造了现代世界？

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人口、农业、能源、经济和环境转型如何塑造了现代世界？

人类如何改造了地球，并危及其未来？

Vaclav Smil, 2021. Grand Transitions: How the Modern World Was Made, Oxford University Press.

Sources: 

http://vaclavsmil.com/2021/03/05/grand-transitions-how-the-modern-world-was-made/

https://www.washingtonpost.com/outlook/humans-have-rapidly-remade-the-earth--and-imperiled-its-future/2021/03/11/d72163c2-75fb-11eb-948d-19472e683521_story.html

关于如何用数据理解世界，有两位学者不可错过。一位是已故的瑞典学者汉斯·罗斯林（详情参阅 城读 │纪念汉斯·罗斯林(Hans Rosling)：用跳舞的统计数据教我们认识世界），一位是捷克裔加拿大学者瓦茨拉夫·斯米尔。罗斯林善于用动态可视化方法呈现数据，斯米尔善于从复杂现象中归纳出惊人的数据和事实。例如，斯米尔估算“中国在2011-2013年三年内消耗的水泥数量超过美国在整个20世纪消耗的水泥量”（详情参阅 城读 | 中国城市化消耗了多少物质？）。

再如，怎样定量测算人类主导地球的程度？1800年，地球野生哺乳动物的总重量依然大于人类饲养动物的总重量。1900年，随着野牛的消失，人类饲养的牛群在牧场上游荡，单是牛的总重量就达到所有剩余野生哺乳动物的两倍。2000年，人类饲养动物的总重量达到野生哺乳动物总重量的20倍。只用了百余年时间，地球就从半野生状态变成一个全球农场。

20世纪，全世界耕地扩张约40%，养活了增长将近4倍的人口。由于化肥、拖拉机和工业化农场用碳基燃料取代了阳光和人力，农业消耗的能源是1900年消耗水平的90倍。这一碳基能源转变有多重要？斯米尔估算，如果没有生产氮肥的能源密集型工艺，世界将近一半的人口会饿死。

阅读斯米尔的书，可以对世界有一个更准确的认识。我们现在所生活的世界：出生率下降、食物丰富、能源使用密集、经济全球化，高度流动性，移动通讯、全球气候变暖……现代世界的运作如何成为可能？斯米尔在新书《大转型：现代世界的形成》中论述，现代世界的形成，是由一连串相互联系的快速转型所决定：人口转型、农业转型、能源转型、经济转型和环境转型。并且，第五种转型将决定前四种转型的真正成功或最终失败。人口转型、农业转型、能源转型、经济转型和环境转型影响着文明的各方各面：改变人口动态、改变农业实践和粮食生产、改变能源资源的选择及其能源转换的规模和效率、改变工业生产的范围和速度、改变服务业、改变贸易强度、改变财富分配，改变环境状况， 从而推动传统人类社会转型为现代社会乃至后现代社会。在书中，斯米尔采用大量数据分析人口、营养、能源、经济和环境转型的变量、过程和结果。

人口转型

在人口结构转型之前，人均寿命低，出生率和死亡率双高，人口增长缓慢，且人口年轻。当人口开始转型，死亡率首先下降，出生率也下降，导致人口增长加快，随后再次放缓，走向低出生、低增长和人口老龄化。

目前除了撒哈拉以南非洲以外，世界主要地区基本都完成了人口转型。在公元1000年以前，全球人口增长率低于0.05%，在第二个千年的前半期，人口增长率增加一倍，达到约0.1%。16世纪，人口增长率再次翻倍，至18世纪上升到约0.2%，19世纪翻了两番，达到0.8%；1960年代达到2%的高峰，之后开始下降，20世纪的平均值为1.35%。

农业转型

几乎所有的前现代社会中，绝大多数的素食饮食（通常80%以上，甚至90%以上的食物能量来自于植物）由少数主食作物主导。以四种主要谷物（小麦、大米、小米和玉米）为主，热带地区和安第斯高原则加上块茎作物，以各种豆类（扁豆、豌豆、豆类和大豆）为辅。

农业转型带来更密集的投入、新作物、新的农业实践和更高产的畜牧业。主食作物的改良品种得益于农业机械化率的提高、合成肥料的定期施用，广泛灌溉，以及各种杀虫剂的使用，减少了此前极高的收获前的作物损失。农业现代化带来了前所未有的产量（比传统农业高出一个数量级，即十倍的差距）。高产消除了饥荒，保证了丰富的高质量食品供应，并可以将更多的粮食收成用于饲养动物，从而提高人均肉类、蛋类和乳制品的供应。

农业生产的扩张和远未完成的集约化，加剧了一些长期存在的问题（干旱地区的土壤侵蚀，硝酸盐的浸出），并引起了新的环境问题，从大规模单一作物种植的影响到土壤重金属污染的风险。农作物和畜牧业也是生物多样性丧失和温室气体排放的主要来源（大约占温室气体总通量的20-30%）。

农业转型最明显的环境标志是农业用地的大规模扩张。世界农业用地在两个世纪内几乎翻了六倍，从1700年的约2.6亿公顷增加到2000年的15亿公顷，此后又进一步缓慢增长。

用于耕地和牧场的土地现在已经达到48亿公顷以上，占世界无冰地表将近40%，仅比北美洲和非洲的面积之和略低。

能源转型

能源转型包含三个主要组成部分：从植物量到化石燃料，从有生命到无生命的原动力的快速转变；现代社会的电气化；以及能源使用的日益多样化。这些转变伴随着能源转换效率的提高和能源密度的下降，不过能源生产和使用依然产生过多废物。

能源转型之前的传统社会依靠低效使用的生物燃料（木材、木炭、秸秆、干粪）作为唯一的热源。这些燃料的燃烧在明火或低效的壁炉或简陋的炉子中进行，通常浪费了90%以上的能源，并造成高水平的室内空气污染。这种污染至今仍影响着低收入国家的20多亿人。

通过比较煤炭开始供应一个国家整体能源的5%（该份额标志着大规模煤炭开采的起飞点）和煤炭提供一半以上能源的时间间隔，可以追踪木材向煤炭的能源转型过程。法国用了75年（1800-1875年），瑞典用了55年（1855-1910年），俄罗斯/苏联用了大约50年（1885-1935年），美国用了41年（1843-1884年），日本用了31年（1870-1901年），而中国只用了14或15年（1950/1951-1965年）。

尽管煤炭在全球一次能源供应中的份额在二战前就已停止上升，但在20世纪上半叶，煤炭一直是最主要的能源来源。

要理解向依赖化石燃料的现代高能源社会转型的规模，最好的办法是分析化石燃料在20世纪的增长程度，以及2000年至2020年的相对增长。对最终能源使用的计算显示，1900年和2000年之间的供应乘数如下：煤炭4.7，原油199，天然气538，化石燃料消耗大约上升了15倍。而在21世纪的头20年，煤炭和碳氢化合物的使用进一步大幅增加，煤炭增幅略高于70%，原油增幅约为25%，天然气增幅超过60%。这些增长表明，在全球范围内，向化石燃料的转型尚未完成。 

21世纪的头18年，全球能源使用量增加了近50%，其中约85-90%来自化石燃料。尽管目前到处都在呼吁去碳化，但人类社会仍然是一个以化石燃料为主的文明。

能源转型过程往往是缓慢的，而且涉及的基础设施越多就越慢。例如美国的高速公路和炼油厂，从大豆到硅芯片的全球贸易网，以及印度的燃煤发电厂。的确，太阳能和风能正变得更便宜，但我们仍然面临储存的技术瓶颈。如果没有电池革新，高度变化的风能和太阳能无法满足城市的能源需求，而世界人口正日益向城市集中。如果要在2050年养活新增的数十亿人，工业化农业需要比现在多覆盖数亿英亩的土地，要在农业中消除大量能源浪费和化肥污染不太现实。

经济转型

传统经济受不确定的粮食收成和不足的能源供应所限制，经济增长率低下，经常性的衰退期（通常由长期暴力冲突或大流行病造成）与停滞期或微弱的收益交替出现。在公元前的第一个千年里，全球经济产品的年平均增长率仅为0.01%。因此，几个世纪以来，人均收入和累积的家庭财富平均数一直很低，经济以自给自足的粮食生产为主，80%以上甚至90%的人口生活在乡村，从事农业生产，只生产少量盈余以支持规模有限的城市。

经济转型改变了主要经济部门的贡献，这些转变是由人口、农业和能源转型所推动的。传统经济需要80%以上的人口从事粮食生产；现在，所有富裕经济体的这一份额都不到5%。英国和德国（农业现在只雇用1%的劳动力）以及美国、瑞典和荷兰（2017年的份额为2%）或法国和日本（为3%）已经完成这一经济转型；中国（2017年为18%）已经相当发达，印度（43%）仍有很长的路要走；乌干达（69%）或卢旺达（66%）尚处于早期阶段。

1980年至2019年期间，中国水泥产量增长了近28倍（占全球产量的54%），中国平板玻璃产量增长了38倍（占全球总量的近70%），原钢产量增长了27倍以上（占全球总量的53%）。

环境转型

人口、农业、能源和经济转型使人们开发更多的地球资源，包括矿物（化石燃料、矿石、包括沙子和石头在内的建筑材料）、植物量（食物、饲料和工业作物、生产木材和纸浆的木材）和海洋生物量（从小型甲壳动物到大型鲸鱼）。这些开发造成自然生态系统的大规模退化：森林砍伐；土壤侵蚀；空气、水和土壤污染以及生物多样性的丧失。

环境转型前的环境退化和资源开采造成的影响是局部的、区域性的，但是，农业、能源和经济转型的结合导致了广泛的环境恶化，并出现了两种全球问题。第一种是指人类活动造成的环境退化无处不在，如土壤侵蚀、荒漠化、森林砍伐和生物多样性的丧失，以及从含水层过度取水、微粒及气体污染和重金属对土地的污染。第二种是指当人为影响遍及世界各地，造成真正的全球影响。人为排放温室气体造成全球气候变化是环境转型最重要的后果。

几乎所有影响土地覆盖和土地使用的变化都涉及环境退化（森林砍伐减少了生物多样性，集约化耕作加速了土壤侵蚀，不透水的表面有助于形成城市热岛）。

受人类行为影响的土地总量约为90亿公顷，占所有非冰川土地的67%。亦即，三分之二的非冰川土地现在已经受到人类活动不同程度的影响：人类已经成为一个无可匹敌的改变土地的物种。

人口、农业、能源、经济和环境五种大转型创造了现代世界，其中既有令人钦佩的进步和改善，也有令人担忧的社会经济分化和环境问题。现代文明的成就激发了希望，并为我们解决问题的能力注入了信心，但对进步的叙述不应忽视许多根本的限制和不良趋势，其综合影响将使未来的重大转型变得异常艰难。人类依然是地球生物圈中的动物。如果土壤肥力崩溃，或者淡水供应、海洋生物、授粉者或气候稳定性崩溃，那么人类也会崩溃。

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