解决能源问题：生态学原理在环境学导论中的应用

前面介绍了生态学原理在解决环境保护，人口和粮食问题方面的应用，本章试图探讨利用生态学原理解决能源问题的一些基本思想。

1. 控制人口，减少能源消耗

自然生态系统的任何种口，如果发展过快或对能量消耗过多，势必引起该生态系统的崩溃；这个原理也适用于人类生态系统。例如，假定全世界人口从1980年起都过着美国式的现代化生活，则全世界年人均耗能量比现在提高七倍；这相当于全世界的总耗能量为800亿吨左右。同时假定人口和能源均不再增加；那么，目前的石油和天然气储量仅够维持5～10年；煤的储量仅够维持25～40年。又如假定世界人口按每四十年增加一倍的速度增长，那么，经过五百年之后，太阳投射到地球表面的能量（相当于约1.8×106亿吨标准煤/年），即使全部用上也不足以供应人口对能源的年需求量。实际上，根本不可能全部利用上述的太阳能；因此，必须控制人口的增长，同时也要控制个人的能量消耗，不能无节制地提高生活水平或追求个人舒适与方便，这样才能使能耗与环境所能提供的能量相协调。

2. 太阳能是重要的能源

自然生态系统维持正常运转所需要的能量，全部来自太阳。人类生活所需要的能量比任何生物都多；但是到目前为止，即便是工业最发达的美国，所消耗的能源中有90％是化石能源。这些能源是几百万年前地球上的动植物被埋在地下，经过高温高压作用，转换而来的。就是说，化石能源也是一种过去储存下来的太阳能。据资料报道，在三天内投射到地球的太阳能量等于全世界煤、石油和天然气的确证储量，或相当于全世界每日能耗的九千倍。同时，太阳能是洁净的、用之不尽的可再生能源。因此它仍不失为人类社会极其重要的能源。据美国能源部和环境质量委员会估计，2000年美国直接或间接利用的太阳能可满足该年能源需求量的20～25％。又如第三章提到的生态农场（生态工程的一种）就可以不依赖化石能源，而通过植物的光合作用和农业废物的沼气化过程，从太阳能中获得可供农村或小城镇的能量消耗。这是太阳能解决能源需求的成功例子。如果与水电和风能、地热能等配合使用，或补充以少量化石燃料，情况将会更好。这样，就能解决地区广大的农村能源的需求问题。但是太阳能也有其缺点。首先，它的能量分散，能量密度平均仅约为1千瓦/米²；而且其数值还因地而异，变化辐度很大。最有利于收集和开发太阳能的地方限于南、北纬35°之间，这些地区太阳能的入射量是3～6×103千卡/米²·日，每年接受日照的时间是2000～2500小时。此外，太阳能投射到地表的过程中，还常受到不可预测的因素的干扰，具有不连续和不稳定的性质。

3. 多渠道解决能源供求的平衡

生态学告诉我们，稳定的食物网，其能量流动是多通道的。对于人口异常集中，生产高度发展和生活追求高标准的现代化人类社会，更不可能有任何一种能源可以独自满足这个庞大的能量需求，而需要多种能源同时并用。不但要直接利用太阳能，而且也要间接利用诸如水电、风能、潮流能、海洋温差能，生物质能、矿物能（化石燃料和核能）、地热能和垃圾能等。只有这样，才能满足对能源的需求，并使环境污染和破坏降到最低限度，以保证人类社会稳定地向前发展。(www.xing528.com)

4. 充分利用能源并减少浪费

任何自然生态系统中绿色植物所固定的能量，均被其自身、各级消费者和分解者所充分利用而没有丝毫的浪费。例如狮子捕到一只斑马供自己饱食以后，遗留下的残体，便由鵚鹰剥食得一干二净，没有一点剩余。可是今日的能源利用，不但直接燃烧时效率极低，只有15％左右，而且在热与机械能的转变中，由于受热力学第二定律、材料耐温性能、低温热源通常温度不能很低等等限制，其热效率一般都不高；如上一章所说，热电转换效率平均只有33％。因此，有大量余热可以加以利用。火电厂的高、低压蒸气和热水等，都可在其它工艺过程和商业区、居民区中找到其适当的用途，使热利用率尽可能提高。如果相反地任其排放到环境中，则不只浪费能量，又会造成热污染。至于将数量占全国固体废物80％以上的农、牧、渔、副业废弃物，直接燃烧或作垃圾沤肥，也是对能源的极大浪费；应该尽可能饲养家畜家禽以后，再进行沼气化并使有机、无机肥料还田。这既充分利用了有机质中固定的太阳能，也节约了生产化肥消耗的其它能源。

最后还应指出，近年来人们日益追求生活方便，许多产品一次用后即废弃掉，从而增加了能源的消耗。为此，有必要通过系统分析，全面比较产品的使用意义、能源消耗和经济效益，仔细规划一次过使用和经久耐用的产品类别和产量，以减少能源的浪费。

总之，节约并充分利用能源的路子宽广，对解决能源问题（供应问题和环境危害问题）的意义十分重大。例如我国为实现2000年工农业总产值翻两番，但能源供应尽最大努力也只能翻一番，另一番就得依靠节约和充分利用能源来实现。

以上介绍了利用生态学原理解决能源供应问题的几个基本观点。下面将简单介绍几种未来的和新的能源的供应、利用和环境影响等问题。