第二节 工业技术过程与生态系统演化的相似与区别

工业技术的演变与生物机体和生态系统对物质和能量的利用既有相似性又有区别。

工业系统与生物系统的相似性之一是当代工业系统还类似于“太初”〔即光合作用出现之前〕便已存在于地球那种持久性较差的生物系统。

头一批有生命的细胞获取能量，是通过经自然的过程（如雷暴，电击） 而在海洋中或粘土里形成的有机“汤”的发酵。发酵过程最常见的实例是糖分子为酵细胞所分裂而产生 CO2，以及乙醇再加上能量，而酵细胞便以此合成它自己的生物量。因此，以发酵为其基础的生命形式能在氢氰酸、硫化氢、一氧化碳等（对人类而言）有毒的化合物中生存，发展。此时二氧化碳作为一种废料日渐积累于原始大气层中。

此后，登上演化舞台的是压气性的光合作用（可能由含氰细菌完成）。它利用日光为能源，又以二氧化碳作为原料。这使得一种有机体依存于另一种有机体的环节开始出现，并产生了氧，使之作为“废料”也开始积累于大气中。

再后“需氧呼吸”（分解代谢）作用登场了。此种获取能量的方式比发酵方式远为有效（相差 35 倍）因此，发酵机体无法与呼吸方式竞争而退居二线。此后又出现了植物、动物。每一类型的有机体于是都处于利用其他类型有机体的生物量或所产生的废料的环境中，因而发生了一个封闭性的二氧化碳循环以及与此相关的氮循环。

当代工业系统是一种利用燃料燃烧和碳热还原的系统，这与太初的发酵机体十分相似，即它也是依靠一种相对来说效率不高的过程，把由当代继承下来的、富于能量的化合物（化石燃料）的储备转化为类似“生物量”的工业物资；在此过程中，工业系统同样创造着废料，主要为二氧化碳，而且规模极大。

就宏观水平而言，我们当前的工业、经济体系的确效率不高。我们的系统专赖以从环境中开采大量物质才得以生存。采掘原料过程之后便是加工过程，原料被变为种种形状的加工制成品。最后以最终产品的“消费”而告终结。以美国为例，除去尾矿，为露出矿物本身而揭去的矿渣，建筑施工过程中挪开的表层和深层土壤、以及诸如石、沙、砾等惰性建筑材料，美国经济每年要从本土采走 30 亿吨“活跃的”物质，平均合每个美国人 15 吨，而大气中的氧和淡水还不在此数之内。每年加工的活跃物质之中，75％是矿产， 属于“非再生性”一类，其余 25％属“可再生的”资源。后者之中绝大部分又要作为垃圾扔掉。这是因为食品与燃料不包含于耐用品之中，以金属制造的最终产品，很大一部分是“消费性商品”，例如瓶、罐、化学制品或电池和灯泡等这种“用完即扔掉”的产品。金属矿中至少有 80％是没人要的（铜矿石弃而不用者达 99％）。纳入耐用品中的活跃物质，扣除少数丢弃掉或破碎者外，每年则不过 1.5 亿吨，亦即总量的 6％，其余 94％则在开采后一两年内便都被变成了废物。除原材料外，还需要高质量的（现成的）大量能源才能推动这个体系运转。而这些能源的消费也是大材小用，而且一经使用便作为低温的热而被丢弃了。由此可见，工业体系的效率并不高。

工业与生物的分解代谢/组成代谢也有十分相近的地方。就生物体而言， 能量是由特殊分工的分子——主要是腺苷双/三磷酸脂（APP/ATP）携带的；

而在工业中，能量的携带者则要多一些：蒸汽、电、或诸如乙炔、氢、乙烯那样的高能化学中介物。生物体中存在着从诸如糖和氨基酸等简单的化学建构块组成大分子的合成过程，在工业中显然也存在着相应的过程。

另一方面，工业过程还不象生物界的循环过程那样形成一个所谓艾根的“超循环圈”（Hypercycle）。动物的消化过程，可以使复杂的大分子分解为其原来的组成部分以供有效率的再使用。自然生态系统与其相对应的功能，是由具备特殊作用的腐烂有机体完成的。相形之下，现代工业世界中消化自己丢弃给环境的废物与废热的功能却十分欠缺。它尚未达到仅仅依赖于最终来自太阳的、可以更新的资源就能生存下去的境界。由于工业过程现在还是经济体系的附属，因此，工业过程的废料、废热的治理费用被看作是不经济的，只有当环境质量使得经济投入受到较大影响时这种治理才被考虑。然而在废料总数已经大于经济统计数字中载明的粮食、木材、燃料和矿物的质量的状况下，作为使用技术的人如果再不考虑如何有效地转变技术体系使之形成循环圈，那么，人及其技术体系就会越来越迅速地逼近本来已经临近的危机阈限。

第三，技术系统与自然生态系统还有一个不同之处，那就是当把技术体系加之于自然系统之上而产生所谓“人工自然”的复合系统时，这种系统的生长不仅要受生态与进化规律的制约，同时还要受技术报酬递减规律的制约。以化肥与人工培育的优良农作物品种为例。我们知道，大量施用化肥对粮食增产曾起到巨大的促进作用，特别是人工培育的高产矮杆小麦和水稻对于化肥十分敏感。所谓“绿色革命”就是“化肥＋高产优良品种＝增产丰收”。然而施用化肥与增产的关联并不是无限度的。这种作用现在正在下降，尤以农业先进国家即那种以“能量集约型农业”为主的国家为甚。据测算，60 年代，化肥与粮食作用产量的响应系数为 1：8.3，70 年代降到 1：5.8，80 年代前期又降到 1：4。而凡是化肥施用量较少的国家，如阿根廷、印度等国， 响应系数就保持在较高水平上①。再譬如，美国在 1945 年时投入每千卡能量

可以生产 3.7 千卡热量的谷物，而到了 1970 的时投入每千卡能量只能生产

2.82 千卡热量的谷物，比率下降了 24％。按每千卡热量植物产品计算的粮食生产费用，美国这样的发达国家（38 美元/1000 千卡）要高于象印度这样的发展中国家（10 美元/1000 千卡）②。因此，在美国这样的发达国家虽然从1911 年起农业进入了工业化阶段，即以机犁代替马，而后在 50 年代又使农业主流变为依赖于农业化学药品、作物新品种和耗能省力的农业机器体系， 然而自进入 80 年代，据美国农业部估计有占全部农场主总数的 1％实行了他们称之为“可持续农业”的农业技术。所谓“可持续农业”就是：把有生态环境和土地保护意识的传统农业技术与现代技术结合起来，采用现代设备、合格种子、土壤、水分保持措施以及饲养管理牲畜的最新措施，重点放在轮种作物、建设土壤、使作物和牲畜多样化，并自然地控制病虫害等③。把这种体系与能量集约型的农业技术体系即耗能较高的农业体系加以比较，在“可变成本”（燃料、机器保养、种子、化肥、杀虫剂、劳力）、“固定成本”

（地产税、贷款利息等）、总投入成本、总现金收入，纯收益方面，为期两

① 陈敏豪：“自物经济与生态制约”，《科技导报》1990 年第 3 期 37—43。

② 〔美〕J.T.哈迪：《科学技术和环境》（中文版、科学普及出版社，1984 年）第 168 页。

③ 〔美〕J.P.Reganold，R.I.Papendick，J.F.Parr：“可持续农业”，《科学》（中文版）1990 年第 10 期。

年的两种类型农场的每英亩现金收大致相当，但由于可持续农业的投入费用要低，所以它的纯收入要高 22.4％。