能量与文明农业生产的深层逻辑,未来农业发

能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只会从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到其它物体,而能量的总量保持不变。——热力学第一定律:能量守恒定律

迄今为止,人类文明经历了四个阶段:渔猎文明(原始文明)、农业文明、工业文明,以及如今的生态文明或信息文明。农业文明,又称农耕文明,是人类首次掌控自己命运的尝试,也是人与自然最为和谐共生的阶段。四大古国是农耕文明的典型代表,“男耕女织”可以视为中国农耕文化的起源。

能量的起源,则更为古老,从地球上没有人类之前,能量就一直来来去去。植物用它长高高,动物用它吃饱饱,山川因之绚丽,四海为之澎湃。能量一词,与时间一样,都是人类对既定事实的一种规矩化描述。“大到改变板块构造的力量,小到微小雨滴的累积侵蚀,能量无处不在。通过将太阳辐射的能量转换为植物质的光合作用,生命得以形成。”

加拿大历史学家瓦茨拉夫·斯米尔,在《能量与文明》一书中指出:能量是唯一的通用货币。要想达成任何目标,能量都必不可少。他对人类社会发展进程中,能量利用与文明生灭之间的关系,做出了系统解读,涵盖了能量起源、当前人类利用能量的极限,以及能量与文明的未来发展方向。

作为人类史上的第一种文明形态,农耕文明的发展与能量利用密不可分。纵观农耕文明的发展历程,可以发现农业生产主要包含三个部分:农作物品种、土地资源、耕种方式。从事农业生产的人被称为农民,收成的好坏用来农业生产的结果。随着耕种方式的改进,农业生产解决了大部分人的温饱问题,在农业生产的过程中,衍生出了祭祀(舞蹈的起源),天象(天文学起源)等活动,并创造了大量闲暇时间,人们用来研发科技,发展文化等。要想理解这种关系,首先要解决的问题是:能量来自哪里?

众所周知,太阳辐射(太阳光)是地球上一切生命得以形成的源泉。而科学研究表明,我们看到的太阳光,约30%左右被地表和云层反射,约20%被大气层和云层吸收,而另一半的大部分被地表吸收,转化为热能,辐射到太空。仅有不到0.05%的太阳辐射,被植物的光合作用转化,存储在体内。人体获得能量的基本方式,就是将植物体内储存的能量,以直接或间接的方式,转化为自身的能量,这个过程被称作吃饭。这也是农业生产在很长一段时期内,要解决的核心问题。

为了解决吃饭问题,一万年前的中国人,选择种植一切可以吃的植物。在长期的实践过程中逐渐积累经验,能量高、易吸收、能推广的农作物品种被选择了出来,例如“九谷”“六谷(稻、黍、稷、粱、麦、苽)”“五谷(《黄帝内经》中为粳米、小豆、麦、大豆、黄黍)”。在魏晋南北朝以前,以“北粟南稻”为主,隋唐以后麦类得到推广,逐步形成“北麦南稻”的格局(引自周跃中《试谈中国古代农作物种类及其历史演变》一文)。汉代也曾引入玉米、马铃薯等作物,如今在北方和西南地区大面积种植。

不同的农作物,对土地资源的需求也是不同的。马铃薯适宜在富含有机质的土壤,如沙壤土、黑钙土中栽培;小麦在微酸和微碱性土壤上都能较好地生长;玉米则比较亲近质地黏重的土壤;水稻则顾名思义,需要便利的水利条件。单纯强调土壤性质,很难保证农作物常年丰收。随着种植年份增加,土壤之中的无机盐和有机质,都会被植物吸收转化为自身能量。要想保证土壤中的能量足够农作物生长,农民需要做一件事:施肥。针对作物的不同需求,有机肥、磷肥、氮肥、复合肥等等,应运而生,各施所需。施肥,就是对能量的转移利用的一次有效尝试。

前面我们提到,农业生产主要包含三个部分:农作物品种、土地资源、耕种方式。在漫长的实践经验积累中,农民选好了农作物品种,针对不同农作物,土地也被精心选择并加以呵护。接下来,农民伯伯在种植农作物时发现:种植、收割、分离等过程中,只用手似乎有些麻烦,于是他们开始发明工具。人类正式通过工具影响“自主能量利用”过程的先河,由此而开。在公元前年左右,甘肃武威一带的齐家文化中,就出土了骨铲、玉石铲(挖土),石刀(收割),石质磨盘、杵、棒(加工)。这种粗糙的初级工具,让农民尝到了甜头,却也面临难以进步的窘境。直到商、周时代出现了青铜农具,春秋战国时期出现了铁制农具。这种工具材质的演变,极大地增加了农作物产量,也让农民开始思考另一个问题:解放自己。

耕种方式的改进,意味着农民对能量的利用率提高了。但如何才能在耕种过程中,消耗较少的人体自身能量?人们最先想到了替代,役畜进入历史舞台。这种方式一直延续,在改革开放之前的农村,役畜的多少还是影响农作物收成的关键因素。但役畜的使用,在能量的转换过程中,还是存在弊端。人们需要提供大面积的饲草,来为役畜充能,这意味着同等条件下,人类需要更多的能量去满足农业生产,而在能量转化过程中,会有大部分能量被浪费。就像汽车需要加油一样,能量始终在转换中,为人类提供便利,却也在整个过程中悄然流失。因此,人类想到了更好的能量转换方式:机械力与自然力。

工业革命的红利,让人类文明在过去的2个多世纪里,产生了质的跨越。集约式农场因此而生,工具的升级让大部分农民从农业生产中解放,他们有大量的时间研发科技,发展文化,跳广场舞。但工业革命的崛起,也意味着地球不可再生资源的大幅消耗。这个问题又回归到能量利用的两个关键:一是提高能量的利用效率,二是改善能量的来源。与此对应的,正是当前文明形态的两种方式:信息文明与生态文明。

未来农业发展的前景也将面临两个抉择:是选择不顾一切的机械化动力提升,还是在绿水青山的美好生态中和谐发展?唐朝筒车的发明,为农业发展提供了另一条路径,自然之力的使用,但毕竟自然终究无法受人类掌控,而机械、信息技术的操控之力,始终掌握在人类自己手中。

《能量与文明》为我们快速理解这个世界的运转方式,提供了一条简明的途径。以能量作为标尺,可以轻松地掌握人类文明的发展程度,进而把控未来社会发展的方向。但在人类运用能量的进程中,可以发现人类利用能量的效率在增加、成本在减少,浪费却也在增加。

人类发展需要的能量总量,与人类实际利用的能量总量之间,很难有“刚刚好”的平衡状态。这不免引起担忧:地球资源的消耗率远远大于产出率,未来人类对能量的需要将如何满足?或许,这也是生态文明被提出,与人类探索外太空的初衷吧。



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