自然资源学原理(第二版)课件.ppt

自然资源学原理,蔡运龙 编著（第二版）科学出版社2007.8,开设本课程的目的和意义,开设本课程的意义：通过本课程的学习，全面了解和掌握自然资源学的概念、原理、属性、演化过程、开发利用以及对生态环境的影响；了解自然资源学的学科地位以及与其他学科的关系等。当前全球存在的突出问题：就是人口、资源、环境与发展问题。如人口增长与资源短缺的矛盾、资源开发与生态环境保护的矛盾、人口增多也要占用更多空间以及对生态环境的直接和间接破坏的矛盾等。,绪论 自然资源学范式,一、自然资源学产生的背景 社会的发展、人口的增多，造成资源短缺、环境退化，进而引起为争夺资源引发战争和冲突。那么，解决自然资源稀缺和冲突的问题就成为社会紧迫需要。而社会的需要是科学发展的根本动力。因此，自然资源学应社会需求而生，并经由前科学阶段而逐步建立起科学范式。,绪论 自然资源学范式,二、科学范式的特点 第一，有一批志趣相同的研究队伍自觉或不自觉的组织起来研究某一领域亟待解决的问题；第二，具有相对稳定的“专业基质”（理论、方法与应用）；第三，有共同的研究内容和探索目标，而且这些研究者对所研究的内容、问题等看法比较一致；第四，有共同的典型案例和需要解决的问题；第五，对所要解决的问题提供了一些解决途径和选择标准。综上所述，自然资源学经过长期的发展，已经具备了科学性质并形成了自己的科学体系。但到目前为止，资源学还不是一级学科，还附属在其它科学之下。,第一节 自然资源学的形成和发展,一、自然资源学的前科学时期 1、史前时期的人与自然资源 2、自然资源的零星记载、描述 3、自然资源学的萌芽 二、自然资源学的发展与前沿 1、自然资源学的形成和蓬勃发展 2、当代自然资源学研究前沿 国家中长期科学和技术发展规划纲要（20062020年）中的重点领域及其优先主题：前三位的是能源、水和矿产资源、环境。3、世界资源研究所的研究指向,第二节 自然资源学的学科体系,一、自然资源问题的关联域 1、表象：人口过剩 引起当代自然资源问题最直接的原因：人口过剩。资源问题人口数量人均资源消费单位资源利用的环境后果 其中，人均资源消费包括直接消费和间接消费；单位资源利用的环境后果指环境污染、环境退化、资源存量的减少等，它与资源利用的方式有关。由此看来，资源问题与人口过剩（overpopulation）密切相关。,印度难奈“人口爆炸”,2010年2月5日，北京西站春运景象,第二节 自然资源学的学科体系,人口过剩 当一个国家或一个地区或全世界的人口对自然资源的压力过大，致使资源基础退化或耗损，并污染水、空气、土地，从而损害着人们生存环境（生命支持系统）时，人口过剩问题就产生了。中国2013年人口人口13.5404亿（不包括港澳台），印度已达12.1594亿，这些国家都存在严重的人口过剩问题。2011年世界人口超70亿。人口数量过多或人均消费过多，都会引起人口过剩问题。前者称之为人口数量过剩（people overpopulation）；后者称之为人口消费过剩（consumption overpopulation）。,2009年8月云台山红石峡,2011年8月云台山小寨沟,第二节 自然资源学的学科体系,人口数量过剩 是指一个地区（或国家）的人口数量多到超过了当地提供食物、水和其他重要资源以支持这些人生存的程度；当人口增长速度超过经济增长速度，或由于财富分配不平等，致使一部分人贫穷到无力生产或购买足够的粮食、燃料等生活必需资料时。这些均被称为人口数量过剩。如非洲的饥荒问题。人口消费过剩 指人口数量虽然不多，但人均资源消费过高以致引起显著的污染、环境退化和资源基础耗损。如美国、英国、德国和日本等经济发达的资本主义国家就存在着人口消费过剩。从这个角度看，富人比穷人对资源问题应付更多的责任。由此可见，人口数量过剩和人口消费过剩对消费资源正好截然相反。,第二节 自然资源学的学科体系,2、更深层次的因素 影响资源问题的因素不单是人口过剩问题，而是很多因素相互交织在一起形成的复杂综合体（见P12图0.1）。主要因素还有：人口的分布；科学技术（正反两个方面）；经济、政治和道德伦理等。,第二节 自然资源学的学科体系,二、自然资源学的学科结构与时空尺度 1、自然资源学的研究对象与学科结构 概括起来，自然资源学研究的对象主要是研究自然资源的特征、性质及其与人类社会的关系，它以单项和整体的自然资源为对象，研究其数量、质量、时空变化、开发利用及其后果、保护和管理等。单项自然资源研究各自从有关学科派生出来，已发展成较为成熟的科学体系，如水资源学、矿产资源学、土地资源学、森林资源学等（见P14图0.2）。整体（或综合）的自然资源研究，其发展历史较短，理论与科学体系上还未完全定型，其研究方法还在发展和完善之中。,第二节 自然资源学的学科体系,2、自然资源学的时空尺度：空间维与时间维 自然资源学的研究内容归纳为论题维、空间维和时间维。论题维：生态、经济、社会、政治、法律、伦理、技术等。空间维：不同空间尺度上要研究的问题是不同的，在研究中需要作明确的界定（如P16表0.1、0.2）。也就是说，不同的尺度要研究不同的论题。资源研究的宏观方面：一般是全球或国家尺度。如论题“国家资源可持续利用战略研究”。资源研究的中观方面：一般是区域尺度。如论题“区域自然资源问题研究”。资源研究的微观方面：一般是地点或地方尺度。如论题“自然资源利用工程技术研究”。,第二节 自然资源学的学科体系,以上三种尺度若混用，宏观政策会难以落实，微观技术也难以发挥综合效益。地理学是以区域性和综合性见长，在中观尺度问题的研究上有自己独特的优势。时间维：在时间尺度上，地理学更应重视近百年来（主要是工业革命以来）的自然资源问题变化过程，要区分未来近、中、远期的不同任务，搞好近期、中期和远期规划目标。在规划时要注意：近期起步的可行性、中期发展的可靠性和远期发展的前瞻性应相协调，以实现当前开发与长远持续发展的统一。,第二节 自然资源学的学科体系,三、与相关学科的关联 上述自然资源学研究的内容，也与其他学科密切相关。1、环境科学 广义理解的环境与自然资源学、生态学、地理学等有了广泛的交叉。2、国土经济学 国土经济学与资源经济学的联系：其结合点在“国土资源”。自然资源是国土资源的主要组成部分。但国土经济学与资源经济学也有区别：国土经济学比资源经济学范围更广，属宏观（总量）经济学范畴；而后者属微观（个量）经济学范畴。3、人类生态学 王发曾（1991）先生关于人类生态学的定义（P18），说明了人类生态学与自然资源学的研究密切相关。,第一篇 自然资源及其稀缺的性质,第一章 自然资源的性质第一节 自然资源的概念和类型 一、自然资源的概念 1、自然资源的概念“自然资源”中的“资”就是指“有用”、“有价值”的东西，即一切生产和生活资料。“源”就是“来源”或“源泉”。简单来说就是：自然界有价值的东西的来源。自然资源的概念很多，各有侧重，但诸多概念都有一个共同点：就是把自然资源看成是天然生成物，而把人类活动的结果排斥在外。实际上现在整个地球已经没有纯自然的了，都或多或少打上了人类活动的烙印，也就是说现在的自然资源中已经融进了不同程度的人类劳动结果。基于这一点，本教材给自然资源下的定义：自然资源是人类能够从自然界获取以满足其需要与欲望的任何天然生成物及作用于其上的人类活动结果。,第一节 自然资源的概念和类型,2、自然资源概念的含义（1）自然资源是自然过程所产生的天然生成物。（2）资源是由人而不是由自然来界定的。（3）人类的需要和人类的开发利用能力在不断发展，因此自然资源的范畴随着人类社会和科学技术的发展而不断变化。（4）人的需要与经济地位和文化背景有关。（5）自然资源与自然环境是两个不同的概念，但具体对象和范围又往往是同一客体。（6）自然资源不仅是一个自然科学概念，也是一个经济学概念，还涉及到文化、伦理和价值观。,第一节 自然资源的概念和类型,二、自然资源的类型 1、自然资源分类的多样性自然资源的分类方法很多，可从不同角度、不同目的来分类。1）根据自然资源的地理特征（即形成条件、组合情况、分布规律，以及其他要素的关系）分为：矿产资源（地壳）、气候资源（大气圈）、水利资源（水圈）、土地资源（地表）、生物资源（生物圈）五大类。这五大类还可进一步细分。2）常见的自然资源分类是分为可更新资源（renewable）和不可更新资源(non-renewable)。如生物资源属可更新资源，矿产资源属不可更新资源，等等。如P26图1.1。3）根据自然资源本身固有的属性进行分类：耗竭性资源和非耗竭性资源。如P26图1.2。,第二节 自然资源可得性的度量,自然资源可得性的度量：就是一种自然界的事物一旦被看作是自然资源，它能为人类利用提供多少数量。对同一种自然资源，由于采用的方法不同，所得的结论可能不尽相同。不同的资源类型使用不同的方法来度量。,第二节 自然资源可得性的度量,可更新资源的估算：已有了较为成熟的方法和技术手段。在当前的科学技术条件下，由于观测手段的丰富，观测精度的提高，观测网点的加密，以及数据处理技术的迅速发展，对全球性和区域性可更新资源的估算日益准确。比如全球太阳辐射能的收支、全球水量平衡、全球气候资源、全球土地资源、全球生物资源等，都已经有了明确的结论。今后的研究方向：是进一步提高精度，发展更先进的数学模型和方法，并逐步向动态监测、动态度量发展。不可更新资源的估算：由于它们空间分布的随机性，其分布规律远比可更新资源复杂，目前度量尚有很大的不确定性。,第二节 自然资源可得性的度量,一、不可更新资源可得性的度量 1、资源基础（resource base）资源基础是指矿产资源的潜在最大数量。估算某些特殊非燃料矿物资源基础的方法是，用这些矿物的元素丰度或者克拉克值（即化学元素在单位地壳中的平均含量g/t）乘以地壳的总质量。2、探明储量（proven reserves）是指已经查明，并认为在当前的需求、价格和技术条件下具有经济开采价值的矿产资源藏量。3、条件储量（conditional reserves）条件储量也是已查明的藏量，但在当前价格水平上，以现有采掘技术和生产技术来开采是不经济的储量。显然，这种藏量也不是静止不变的。,第二节 自然资源可得性的度量,4、远景资源（hypothetical resources）远景资源是目前仅作了少量勘察和试探性开发而尚未查明的储量，但可望将来有大的改观。如东海已生产出一定数量的石油和天然气，但并非全部潜在储油层都做了钻井探测，因此就是一个存在远景资源的地区。5、理论资源（speculative resources）理论资源是指那些被认为具有充分有利的地质条件，但迄今尚未勘察或极少勘察的地区可能会发现的矿藏。从概念中可以看出，理论资源比远景资源估计更粗略。6、最终可采资源(ultimately recoverable resources)探明储量、条件储量、远景储量和理论资源的总和统称最终可采资源。由于技术、市场和政策等多因素的不确定性，最终可采资源的估算更为粗略。,第二节 自然资源可得性的度量,二、可更新资源可得性的度量 1、最大资源潜力（maximum resource potential）是指在其他条件都很理想的情况下，流动性自然资源能够提供有用产品或服务的最大理论潜力。这个概念与上述不可更新资源的资源基础概念有类似之处。2、持续能力（sustainable capacity）持续能力是可更新资源实际上能长期提供有用产品或服务的最大能力，即不损害其充分更新的利用能力。3、吸收能力（absorptive capacity）环境媒介（大气、水、土地等）吸收废物而又不导致环境退化的能力。,第二节 自然资源可得性的度量,4、承载能力（carrying capacity）它是指一定范围内的生境（或土地）可持续供养的最大种群（或人口）数量。如土地人口承载力、旅游区的承载力等。应区别几种不同的承载能力：（1）生存承载力：即有足够的食物保证生存，但既不能保证所有个体的茁壮成长，也不能保证种群的最优增长，而且当周围环境稍有变动就可能造成灾难性的后果。（2）最适承载能力：即有充分的营养保证绝大多数个体茁壮成长。显然，最适承载能力小于生存承载能力。（3）容限承载能力：在容限能力水平上，地域限制迫使种群中的多余个体外迁，或对某些基本需要（如食物和繁殖机会）实行限制。,第三节 自然资源的基本属性和本质特征,一、自然资源的基本属性 1、稀缺性（1）一般来说，人类的需要是无限的，而自然资源却是有限的，即自然资源相对于人类的需要在数量上的不足，表现为“稀缺性”。（2）人口数量呈指数增长趋势，不仅说明人口数量越来越多，而且 增长的速度也越来越快。相对于人口数量的增长，自然资源显然是有限的。（3）在人口增长的同时，人类的生活水平也在不断提高。（4）考虑自然资源在空间分不上的不平衡，以及资源利用上的竞争，那么自然资源稀缺性的表现就更为明显、现实。,第三节 自然资源的基本属性和本质特征,2、整体性 各种自然资源相互联系、相互影响，构成一个整体系统。即人类在开发自然资源的同时，必然会改变或影响周围的环境。（1）对可更新资源的影响最为明显。如采伐森林资源，不仅直接改变了林木和植被的状况，同时必然引起土壤和径流的变化，也破坏了野生生物的生境，对小气候也会产生一定的影响。,毁林开矿,砍伐森林,第三节 自然资源的基本属性和本质特征,（2）各地区之间的自然资源是相互影响的。如黄土高原土地资源过度开垦的结果，不仅使当地农业生产长期处于低产落后、恶性循环的状况，也是造成黄河下游的洪涝、风沙、盐碱等灾害的重要原因。（3）对不可更新资源的利用也会影响周围的环境。如开采矿石使土地废弃，排出废物和消耗能源也不可避免地给环境带来影响。,非法采矿,黄土高原的水土流失,第三节 自然资源的基本属性和本质特征,3、地域性 因自然资源的形成服从一定的地域分异规律，因此其空间分布是不均衡的；与此同时，自然资源开发利用的社会经济条件和技术工艺条件也具有地域差异。4、多用性 大部分自然资源都具有多种功能和用途。如河流（发电、灌溉、航运）；森林（木材、燃料、经济收益、生态环境保护、林副产品、旅游、休憩等）。但并不是所有的自然资源潜在用途都具有同等重要的地位，而且都能充分发挥出来。因此，人类在开发利用自然资源时，需要全面权衡，遵循自然规律，按照生态效益、经济效益和社会效益统一的原则，借助于系统分析的手段，充分发挥自然资源的多用性。,第三节 自然资源的基本属性和本质特征,5、变动性（1）资源的概念、资源利用的广度和深度都在历史进程中不断演变。（2）自然资源加上人类社会构成“人类资源生态系统”，它在不断地运动和变化。与自然资源变动性有关的两个经济学概念：增值性：自然资源如果利用得法，可以不断增值。如将处女地开垦为农田，再将农地转变为城市用地，都可大大增加其价值。报酬递减性：当对一定量的自然资源不断追加劳动和资本的投入时，很快就会达到一点，在这点以后每一单位的追加投入所带来的产出将减少并最终成为负数。,第三节 自然资源的基本属性和本质特征,6、社会性 资源是文化的一个函数，即强调了自然资源中所附加的人类劳动而表现出来的社会性。由于科技的迅猛发展，当代地球上的自然资源或多或少都有人类劳动的印记。即使深埋在地下的矿产资源，边远地区的原始森林，表面上似乎没有人类的附加劳动，然而人类为了发现这些矿藏，为了保护这些森林，也付出了大量的劳动。因此，可以说自然资源附加的人类劳动是人类世世代代利用自然、改造自然的结晶，是自然资源中的社会因素。,第三节 自然资源的基本属性和本质特征,二、自然资源的本质特征 1、资源价值随人类需要和能力的发展而变化 自然资源从本质上是自然环境和人类社会相互作用的一种价值判断与评价，是以人类利用为标准的。正是人类的需要和能力，创造了资源的价值。2、不可更新资源的本质特征 不可更新资源最终利用的数量必然存在某种极限。对不可更新资源利用的一个关键问题就是管理问题，即时间上的最佳利用速率是什么？至今争论较多。,第三节 自然资源的基本属性和本质特征,3、可更新资源的本质特征 相当一部分可更新资源属于临界性资源，都可能被掠夺到耗竭的地步，甚至即使全部掠夺活动已经停止，供给流也不可能再自然恢复。如动植物、土壤和蓄水层等。非临界性的可更新资源尽管有人类活动干预也仍然可更新，但是其中某些会由于过度利用而暂时耗竭。如河中的水流由于过度提取而减少，水体降解废物的能力会由于太多的营养物和污水注入而毁灭，等等。可更新资源耗损和退化的许多问题之所以恶化，常常是因为它们为公共财产或公共场所，不能得到很好的保护。诸如飞鸟、水和空气等。,第二章 自然资源的稀缺与冲突,第一节 中国态势 一、自然资源基本特点 1、总量大，类型多 2、人均资源量少 3、空间分布不均 4、资源禀赋欠佳 5、资源潜力可观,第一节 中国态势,二、自然资源稀缺的挑战 1、矿产资源（1）供给保障程度不足 中国现有化石能源（煤、石油、天然气）储量中，三者总和折合成标准油当量占世界化石能源总储量的比例不足11%；还有其它主要矿产资源如铁、猛、铬、铜、铝土、钾盐等也都严重不足。（2）需求压力持续增大 中国正处于经济增长依赖于矿产资源消费同步增长的工业化中期发展阶段，加速大量消耗矿产资源是必然趋势。当前，中国自身的资源已很难满足庞大的矿产资源需求，许多重要矿产品需要大量进口，未来对国际矿产品市场的依赖会更强。,第一节 中国态势,2、耕地资源 食物安全的基础是耕地，但中国耕地资源面临的压力极其严峻。一方面，随着人口和人均消费的增加，对食物的需求在很长一段时间里将持续增长；另一方面，耕地却在不断减少。耕地减少的原因有四个方面：（1）中国正处在城市化、工业化高速发展时期，城市用地、工业用地、交通等基础设施用地不断扩展，不可避免地占用耕地；（2）水土流失、沙漠化等不可抗拒的因素不断毁损耕地；（3）农业结构调整、生态退耕等必要的土地利用变化也使耕地减少；（4）曾经对弥补耕地减少起到关键作用的宜农荒地开垦已经受到极大限制。,第一节 中国态势,3、水资源 由于人口的增加，中国各方面用水量也将增加，水资源形势相当严峻。现实情况是：中国水资源一方面严重短缺；另一方面又浪费严重，用水效率低下；且水污染相当严重。,干旱缺水,农田漫灌,清洗街道,水资源污染,第一节 中国态势,4、资源开发的生态影响 近年来的经济高速增长，相当程度上是以牺牲资源和环境为代价的。资源开发强度加大对生态环境造成深刻影响。主要是：（1）土地退化 沙漠化、土壤侵蚀、土地污染、盐碱化和潜育化、耕地生产力下降。（2）环境污染 环境污染已从城市向农村蔓延；全国城市大气污染程度有减缓之势，但污染面有所扩大，酸雨区则由北向南缓慢推进，面积逐渐扩大；城市生活垃圾迅速增加，工业固体废弃物污染日益严重。（3）生态功能降低 长江、黄河等大江大河源头地区生态环境恶化呈加剧趋势；水生态失调加重。,第二节 全球视野,一、自然资源的稀缺 1、能源与矿物原料 2、水资源 3、食物资源 未来农业资源保障食物的能力主要受3个因素的威胁：一是人均耕地面积的进一步减少；二是农业用地退化；三是全球气候变化对农业的影响。,非洲饥荒村民以田鼠为食,第二节 全球视野,二、资源的冲突与争夺 1、需求持续增长与供给限制的冲突 2、资源争端 许多重要资源的主要来源地或储藏地由两个或更多的国家共有，或者是位于有争议的边界地区或近海经济专属区。跨国河流：多瑙河、尼罗河、湄公河、幼发拉底河。大型储油盆地：80年代后期的伊拉克和科威特之争。近海专属经济区：中国和日本；中国和越南、菲律宾、马来西亚等南海领土和利益之争。3、“文明的冲突”还是“资源战争”文明的冲突：不同地区的宗教信仰及其安全政策；抗议或提出反对意见、辩论等。资源冲突的三个因素：全世界范围内需求的迅速膨胀、资源稀缺的日益显著以及资源所有权和控制权的争夺。,第二节 全球视野,三、资源消耗的环境后果 1、温室气体积聚与气候变化 工业革命之后，人类消耗自然资源的后果，曾经只出现在局部或地区范围，如城市烟雾、流域环境恶化，地区野生动物栖息地消失等。然而，目前，人类活动已给地球造成更大规模的影响，如气候变化、同温层臭氧耗损、全球氮循环变化、酸雨、雾霾等。未来若干年内，能源需求的增加和二氧化碳排放量的加大将是一个不争的事实。以二氧化碳为主的温室气体积聚的严重后果是全球变暖，可能对自然生态系统和人类社会，特别是农业生产造成重大影响。但影响的程度和进程，有些问题尚不清楚。,第二节 全球视野,2、土地退化 最常见的土地退化是水土流失：大约2/3是由于水蚀造成的水土流失，1/3是风蚀造成的。其它形式的土地退化：机耕造成土壤压实板结；土壤营养成分的耗竭；土壤污染；土壤盐渍化或盐碱化而造成作物生产力下降等。本人近年研究：三峡库区的土地退化研究；黄泛区的土地退化机制研究。,鸟瞰森林砍伐后的水土流失,三峡库区的水土流失,黄土高原的水土流失,第二节 全球视野,3、水环境与淡水生态系统退化 主要污染源：（1）不断扩大的城市化造成的生活污水；（2）工业生产过程中不断产生的废水；（3）现代农业中大量使用化肥、农药所造成的污染；（4）农业灌溉使一些河流的含盐量增加，土壤侵蚀导致河道淤积等。所有这些水污染问题，不仅导致可利用水资源的减少，而且还严重地影响自然界生态系统（如水生生物食物链）。化学品和营养物污染直接排入水体生态系统（地表或地下）导致水质下降，尤其是在发展中国家的城市和工业区附近，日益下降的水质对穷人造成更大的威胁。水污染破坏了很大一部分可利用的水资源，极大加剧了各地区现有缺水问题的严重性。大坝、引水渠、灌溉泵和其他的工程建设已经严重地改变了人类可以利用、支持水生生态系统的水量及其分布。但修筑水坝和开挖运河是对淡水生态系统威胁最大的两大因素，它们极大地影响到物种的数量和多样性。,第二节 全球视野,4、森林与物种多样性减少 人类活动使地球上的森林面积大面积减少，质量下降，且已严重影响自然界的生物多样性。此外，森林被砍伐后，从大气中吸收碳的能力就会丧失；而且林木燃烧、分解还会向大气排放大量二氧化碳。滥伐森林是大气中二氧化碳人为增加中仅次于燃烧化石燃料的第二大根源。5、生态系统健康的挑战 维持和改善生态系统健康仍面临诸多难题。如未来人口将继续增加，如何满足工农业用水的需求；如何满足食物安全；发展经济可能要排放更多的二氧化碳，如何减少气候变化对生态系统的影响；如何降低城市用地扩张、用水增加、空气污染和固体废物等产生的对生态系统的影响，等等。这些压力都是对生态系统健康的严重挑战。,第三章 从极限之争到可持续发展,从极限之争到可持续发展是意识形态的变化或理念的变化。大体经历了从悲观乐观悲观与乐观之争可持续发展阶段。第二次世界大战期间，金属矿产和能源矿产的探明储量迅速耗竭，特别是石油和铁矿等主要矿产资源面临枯竭。这个问题曾引起人们极大的忧虑，即悲观阶段。二战之后到50年代末，认为资源短缺会成为经济发展一大制约的论调在资金投入和技术更新面前似乎销声匿迹，即人们进入乐观阶段。60年代初至90年代，出现悲观派和乐观派之争。90年代末期，在悲观派“增长的极限”与乐观派“没有极限的增长”争论不休的时候，“可持续发展”的理念应运而生。,第一节 增长的极限,悲观派主要包括“太空船地球”说、“热寂”说和“世界模型3”1、“太空船地球”地球像一艘太空船，从物质循环的角度看其实是一个封闭的系统，自然资源和环境容量都是有限的，而以此为基础的人口数量和经济总量迄今仍呈无限增长趋势，这是一个根本性的冲突。如果这种冲突得不到调和，迟早会导致地球生命支持系统的崩溃。代表人物是鲍尔丁（boulding，1966）。他认为，在“太空船”地球中，人口和经济活动应该有一个适度规模。最理想的状况是，使物质流和能量流尽可能减少，能够适应“太空船”地球的资本储备，并能永续地均衡。即地球物质平衡原理。,第一节 增长的极限,熵值理论（补充）：熵（entropy）在控制论、概率论、数论、天体物理、生命科学等领域都有重要应用。1850年，熵首先由德国物理学家鲁道夫克劳修斯（Rudolf Clausius）提出，并应用在热力学中。而后美国数学家、信息论创始人克劳德艾尔伍德香农（Claude Elwood Shannon）第一次将熵的概念引入到信息论中来。熵表示物质系统状态的一个物理量(记为S)。在可逆微变化过程中，熵的变化等于系统从热源吸收的热量与热源的热力学温度之比，可用于度量热量转变为功的程度。熵（entropy）指的是系统的混乱的程度。熵用来表示任何一种能量在空间中分布的均匀程度，能量分布得越均匀，熵就越大。一个系统的能量完全均匀分布时，这个系统的熵就达到最大值，即熵流为零，熵值最大，系统无序；反之亦然。公式：dS=（dQ/T）。,第一节 增长的极限,2、地球能量循环与“热寂”说 代表人物是里夫金和霍华德。基于热力学第一、第二定律的基础上，于1987年提出了关于人口、资源和环境问题论调。这种观点认为：地球上的物质总量是固定的，既不可产生，也不会消亡。在所有地球物质中，只有富集到相当程度的那一部分才可以成为自然资源。而物质的富集需要能量，改变废弃物的形态也需要能量。自然资源是自然环境中具备有效能的物质，即低熵（或高负熵）物质；自然资源被利用后变成含有无效能的物质（即高熵废物）排放到环境中。也就是说，宇宙作为一个巨系统，熵值不断增加，越来越多的能量不再能转化为有效能（自然资源），一切运动都将逐渐停止，宇宙将走向“热寂”。,第一节 增长的极限,3、世界模型3 代表人物是梅多斯等人。1984年发表了增长的极限，将世界系统用一个计算机模型（世界模型3）来模拟未来。这个模型包括：（1）可供耕作之土地数量的极限；（2）单位耕地农业产量的极限；（3）可开发的不可再生资源的极限；（4）环境同化生产和消费产生的废弃物能力的极限。模拟研究得出以下结论：P76：1），2），3）。1992年梅多斯等人又发表了超越极限，并于2001年对上述结论进行了修正，得出如下表述：P77：1），2），3）。,第一节 增长的极限,二、悲观派的意义与缺失 1、积极作用（1）警示意义 悲观派被称为新马尔萨斯主义者。虽然很悲观，但它们的观点中包含有许多合理而重要的见解；而且在于，当西方发达国家沉溺于经济高速增长和空前繁荣的黄金梦想时，这种论证本身就起着先知式的启示作用，它指出了地球对人类发展的限度，以及超越这个限度的悲剧性后果，促使人们从根本上修正自己的行为，并涉及整个社会组织。所阐述的观点只是警告，不是悲观的预测，更非判决。（2）方法意义 这种全球实证研究在方法上开拓了新的方向。首先，用事实和数据作证据，说服力强。由于影响全球人口、资源、环境关系的因素错综复杂，增长的极限抓住了决定地球极限的5个基本指标：人口、农业生产、自然资源、工业生产和污染。然后，用系统动力学方法建立世界模型，并在建模的过程中，后面步骤出现的新信息会使前面的基本反馈回路结构得到修改和完善。,第一节 增长的极限,2、动态观念的缺失（1）悲观派关于自然资源极限的判断往往基于静态观念，忽视了自然资源的动态性质。例如，矿产资源的探明储量就是高度动态的。（2）悲观派的缺失还在于他们既忽视了人类的响应机制，也忽视了资源的文化性质。人类：不会把自然资源消耗到灾难性的极限；可以找到其替代物；还具有控制消费的能力，可以保护和循环利用资源，也有开 发可更新资源潜力的能力。,第二节 没有极限的增长,一、乐观派的主要观点与理论 乐观派对于自然资源稀缺和冲突的观点主要包括历史外推论、市场响应论和耗散结构论。他们都认为增长没有极限。1、历史外推论 历史外推论的代表人物是西蒙，1986年出版了没有极限的增长一书。认为历史和现实都表明，用模型技术的方法预测未来往往与历史的实际进展相去甚远；只有用历史外推的方法才是最切合实际的。他用历史资料、数据和历史外推法分析全球人地关系的前景，得出的结论是：人类的资源没有尽头，生态环境日益好转，恶化只是工业化过程中的暂时现象，未来的食物不成问题，人口将会自然达到平衡。乐观派主要是历史学家和经济学家，他们对科学技术寄予厚望。悲观派主要是自然科学家，他们不断指出科学技术的负作用和不能解决的问题。,第二节 没有极限的增长,2、市场响应论 市场响应论认为，悲观派的错误在于他们建构模型的方式实际上忽略了人类对极限的响应机制，特别是市场机制。例如矿产资源，在运作完善的市场经济中，任何已变得稀缺的资源产品之价格不可避免地会上涨。这种价格上涨立即会引发一系列的需求、技术和供给的响应（P83图3.1）。首先，由于用户转向较便宜的替代品，或采取节约、经济的措施，需求会减少。其次，价格的上涨和对稀缺的担忧都会为革新发明提供一种刺激。再次，价格的上涨将使原来开采起来不合算的矿藏变成经济的，将鼓励探寻新的供给源泉。市场机制将使消费不至于增长到自然极限而导致崩溃，而是随着价格的上涨相对平缓地终止。,第二节 没有极限的增长,3、替代作用 这种观点基于如下假设：任何资源产品总有替代品或总能找到替代品。替代可以有多种形式。首先是直接替代，即一种资源产品取代了另一种的作用。其次是技术或资本替代，即某种特定资源产品或服务的需要 由于技术或资本的发展和增加而减少。第三是重复利用和循环利用的替代作用。第四是产业结构或生活方式的变化改变了所需产品和服务的组合，也造成了另一种意义上的替代。,第二节 没有极限的增长,4、耗散结构论 乐观派的另一些代表人物普里戈金和斯唐热。他们应用耗散结构理论对“热寂”说进行反驳。按照熵定律，宇宙将走向“热寂”，地球将向无序发展。然而迄今地表自然界和人类社会的发展却是由简单到复杂，从低级向高级，从混沌到有序。事实正与“热寂”说的结论相反。原因是人地系统是一个开放的系统，不断地消耗来自外界的物质能量，同时不断地向外界扩散消耗的产物，这样形成足够的负熵流，使系统的总熵不增加，甚至减少。这样的开放系统就能够远离均衡态而产生有序、稳定的结构，其产生有序结构的运动过程就是自组织现象。人地系统是典型的远离均衡态的耗散结构系统，不仅在于地球表层不断与太阳和地下交换物质能量，而且在于人作为智能生物，具有一定的识别和调控负熵的能力，并会不断提高这种能力。,第二节 没有极限的增长,乐观派的积极意义与担忧 积极意义：对资源稀缺的观点强调了人的主观能动性作用，论证了科学技术进步、市场调节和社会变革等人类的适应战略可以对付自然极限问题，弥补了悲观派的不足。担忧：人类能否在实践上及时行动，正确应用科学技术（如原子弹和核武器的使用），采取适当的社会调节手段来弥补市场的不完备性，以防止自然极限成为社会经济发展的障碍。,第二节 没有极限的增长,二、对乐观派的挑战 乐观派关于市场过程将自行解决一切稀缺问题的论点，现实提出了一些挑战。根本的挑战有3方面：1、市场体系的不完备性 为了对需求、技术和供给变化做出响应，以便在时间上和空间上优化配置资源，市场需要完善的竞争机制，包括要求构成市场的企业按合理规定的方式行动以使其利润最大化，要求企业管理者具有无所不能的能力以预测未来的资源需求和价格水平，还需要避开政府的干涉。这样的条件在现实世界并不存在，也就是说，实践中的市场具有不完备性。,第二节 没有极限的增长,2、市场运作的结果很可能与社会的文化、经济、政治目标 不相符合 市场的目标，就是报酬最大化。但对社会来说，资源开发利用还需要满足一系列其他目标。例如，保障国家必要的战略资源、促进地区就业和发展、维护环境质量等，这些目标不可能依靠市场机制来实现。3、市场机制加剧了某些资源的稀缺（1）环境变化 资源开发意味着对环境资源的掠夺；资源开发和利用过程中的每一阶段，都会对环境产生影响。（2）可更新资源稀缺 技术进步和市场机制不能减少对可更新资源的压力；技术和市场机制不能保证可更新资源的持续可得性（世界很多脆弱的干旱、半干旱地区正受到增加农、牧业生产的压力）。,第二节 没有极限的增长,4、增长的社会极限 增长的社会极限包括2个方面：（1）福利的自我抵消限制了积累增长的愿望。一旦总体水平的物质丰富已满足了主要的生理需求后，经济增长的过程将变得日益难于满足人们的愿望。随着平均消费水平的上升，消费的日益增长既体现在个人方面也体现在社会部分，因此，衡量个人对商品和服务的满足程度，不仅依赖于人们自己的消费，而且还依赖于其他人的消费。例如，购买小汽车，教育投资等。（2）曾促进增长的原道德标准，例如，个人利益刺激、世界观和科技官僚的腐败制约了进一步增长。,第三节 可持续性,一、当代资源关注的回顾 1、关注经济增长的自然极限 2、关注资源稀缺的社会经济含义 二、走向可持续性 1、可持续性概念及其含义 可持续性概念：可持续发展是既满足当代人的需要，又不损害后代人满足其需要的能力的发展。含义包括：1）理想的人类生存条件；2）持久的生态系统状况；3）公平性（国家、地区、个人、代与代、人与其它生物等之间）2、人类的需求与发展,第三节 可持续性,3、限制因素及其可持续性（1）人口；（2）环境；（3）资源 4、平等与共同的利益（1）国际不平等（2）国家内部不平等（3）不平等是限制资源的可持续利用的障碍 资源分配的不公平会产生许多问题。如占有较少资源的人会过度利用其占有资源，不仅使资源基础受损，也对环境和发展造成有害影响；对资源的垄断控制会驱使那些没有参与垄断的人们过度开发稀缺资源。另一方面，当某一系统临近生态极限时，不平等变得更加尖锐。,第四章 自然资源稀缺的性质,第三章已经讨论过，无论是乐观派与悲观派之争，还是认同可持续发展，都是围绕一个核心问题，即自然资源的稀缺。稀缺是供给相对于需求的不足，所以要认识自然资源稀缺的性质，必须认识自然资源供给和需求的动态，前者随着社会和技术发展而演进，后者则呈指数增长。关于自然资源的稀缺，可从全球尺度上看的绝对稀缺和从区域尺度上看的相对稀缺，二者的性质不尽相同。,第一节 指数增长与资源动态,一、自然资源需求与指数增长 1、人的需要与自然资源 自然资源的概念是相对于人的需要与欲望而言的。关于人的需要和欲望可以分为5个层次：第一，基本的生理需要，即衣、食、住、行的需要最基本、最低层的需要；第二，安全的需要，希望未来生活有保障。如免于受伤害、免于失业、自然环境不退化等；第三，社会的需要，即感情的需要。如社交的需要，爱的需要等。第四，尊重感的需要，即自尊和需要受到别人尊重的需要。第五，自我实现的需要，即实现自己的理想、价值等的需要最高层次的需要。,第一节 指数增长与资源动态,1、人的需要与自然资源 后4种需要可通称为心理需要。显然，生理需要直接消耗自然资源；心理需要则间接需求自然资源，如湖光山色等风景资源可以满足人们的旅游愿望。从需要的角度来考察，人的需要或欲望通常认为是无止境的，而满足需要或欲望的资源是有限的。这样就会产生一对矛盾，即满足欲望与资源有限的矛盾。如何处理？正确的观点是：人的需要与自然资源的关系，以个人需要为基础，但个人的需要必须放在社会这个层面来考察。如计划生育问题，必须服从国家政策。,第一节 指数增长与资源动态,2、社会发展与资源消耗的指数增长 人类社会经历了慢长的历史过程，把各个社会发展阶段贯穿起来看，可以发现：人口数量、资源消耗、环境影响程度都呈指数增长。如人口增长的历史过程表现为指数曲线（P99图4.1）；不同社会发展阶段的人均能源消耗也呈现指数增长趋势（P99图4.2）；梅多斯等人（1984）在增长的极限一书中对世界化肥消耗、世界城市人口、世界工业生产、世界经济增长等都做过统计分析，结果表明它们都呈指数增长。2004年Steffen 等人做了一个全球性的研究全球变化与地球系统：压力下的地球。研究结果显示：近现代人类社会发展过程中的人口和城市人口数量、资本投资和GDP增长等都呈指数增长（P100-101图4.3）。,第一节 指数增长与资源动态,阿凡提与国王下棋的故事就是一个指数级数的和。这种指数级数开始的数量很小，但很快就会增长成巨大的数字。例如，人口增长计算公式：A（1r）n A现在人口基数；r人口增长率；n年数。如果人口按2的增长率，则总数翻一番只需35年。因此得出一个结论：凡