可持续发展的连接点：导论托马斯?E.格拉德尔，埃斯特尔?范德富特可持续发展的组成要素在考虑可持续的可能性时，我们往往是站在理解人类面临的问题的立场上。若干年前，舍恩胡贝尔等人（2004）定义了什么是地球系统的转换和抑制元素，并且举例说明了一种脆弱性框架。克拉克等人（2004）提出的希尔伯特地球系统科学计划帮助构建了讨论框架，但这并没有被视为实现可持续性的良方。这一大纲，或者说是一组问题，聚焦于地球系统知识需求的增大。然而，在23个问题中，只有一两个能够应对可持续性的另一半挑战：量化可持续的世界在现在和未来的需求，量化限制来回应地球系统的定义，并了解如何运用这些信息去支持通向可持续之路的具体行动与方法。尽管如此，大多数与可持续性相关的话题都被学术界详细地（即使是孤立地）讨论过。例如，波斯特尔等人（1996）讨论了人类占用地球淡水供应的问题。类似的还有诺维奇等人（1998）耗时五年的研究课题能源的限制以及未来能源的供应方式，蒂尔顿（2003）再一次将矿产资源作为独立的议题加以研究。其他类似的研究同样可以被列举出来，但这一切想要传达的核心信息是：与可持续相关的专题领域的研究，一般没有考虑到与之相关的领域构成的限制。工程师们喜欢将他们的职业称为一种集中于限制条件下的设计，并且在发现一系列并存的限制时，对设计进行优化。对于地球系统而言，包括但不限于它的人类层面，它受到的限制是很多的，而且各不相同，我们希望优化的是整体的性能，而不是单独对某一组成元素进行优化。具体解决其中一些问题所面临的挑战，不仅涉及正投入使用和已在使用的资源流，而且与储量、使用率、流通的信息有关。现有的数据是不一致的：一些资源的储量、尚未开发的资源和那些正在开采的资源已经得到确认，然而对于其余的资源来说，常常存在一定程度的不确定性。在理想条件下，资源的等级是已知的，它们的变化也在监测之中，因此，资源使用达到极限的方式可以被量化表示。如图1.1a，例如对于一趟持续七天的太空旅行，可以应用这种量化方式，储量是已知的，使用率是已知的，未来使用情况可以被预估，飞行何时结束也是可以确定的。所以只要计划使用总量不超过储量，完全可以维持可持续性。现在如图1.1b，地球太空船版本的图表，在这里，储量没有被充分量化，大致的数量级已知，但是具体的数量是一个关于经济、技术、政策的复杂函数（例如，油的供应量随着它的价格、新的提炼技术和环境限制而变化），这意味着储量不是一个固定值，它的数量具有被改变的潜质。资源使用率同样不尽相同，正如政府间气候变化委员会（IPCC 2008a）对未来气候变化生动展示的那样，更不必提通勤交通随着油价的变化而发生改变。然而考虑问题的出发点是一致的，我们能够在多大程度上量化任何关于构成地球资源可持续性基础的因素。评估的主要复杂因素是，不能一次只考虑一种地球资源，必须顾及很多相关性和潜在的矛盾。其中的一个范例就是水，这一对于人类生命和自然十分必要的资源。我们将水用于饮用、工作、烹饪，但是它也被用于生产食物，使工业生产过程得以进行。可以通过海水脱盐淡化来提供更多的水，但在另一方面，又是一个高能耗的过程。我们的能源是否足以支撑这一新的方式？因此，这个问题变成了化众多参数的问题和决定如何才有可能的问题。如果与可持续相关的个别关键资源的数、范围的确定工作没有做到最好，这将不可能成功；孤立地理解资源潜力同样是不够的。系统的挑战了解如何以最好的方式沿着通往可持续的道路前行，与了解不可持续的水平和类型相比，是一个未被具体解决的问题。可持续是一个系统性难题，典型的零散的方法无法有效解决，例如，地球有足够的矿石来满足技术需求吗？有足够的水源供人类使用吗？我们该如何维护生物多样性呢？全球农业是可持续的吗？虽然这些都是重要的问题，但这些问题都没有解决复杂的系统问题，也没有提供一条主要而明确的前进线路，在一定程度上来说，这是由于这些问题都是密切相关的。图1.2可能有助于我们将可持续的挑战更加形象化，可持续的必备物质在图中用长方形表示，需求则用椭圆表示。可以明显看出，在所有必备物质和需求之间存在着潜在的联系。惯例与专业化促进了对特定的椭圆和所有的长方形，或者是特定的长方形与所有椭圆的关注。我们能设计出一种方法，将所有内容作为一个系统来探讨吗？并以此来为优化整个系统，而不仅仅是优化系统的某些部分而设计一系列连贯的行动打好基础？应急反应自然系统的一些特点常常令分析者混淆，其中之一就是应急反应，甚至根据有关某一系统等级的详细知识也不足以预测其他系统等级内的反应。心跳就是一个明显的例子，在最低等级，心脏由细胞组成，这一点在生理学和化学的角度都被广泛描述。细胞层次的心电活动导致了更高一级的节奏性活动。然而，更准确地说，整个心脏的节奏性搏动是无数导电性细胞间隙连接的作用，并且同时被器官自身的三维体系和结构调节（Noble 2002）；细胞层次不可预知的性能，突然在器官层次出现。生态系统也常常显现出应急反应，这种反应出现于从相对稳定的状态转为另一种状态的系统中（Kay 2002）。一个普通的例子是浅水湖，常常是双稳态的（图1.3）：假如营养物质含量低，湖水表现为清澈；假如营养物质含量高，湖水通常是浑浊的。二者之间的转化不是循序渐进的，但是一旦临界点被跨越，速度就会加快。这种反应与生物交换有关。当营养条件满足了食藻类动物的需要，浑浊度会减轻，然而当一些营养条件满足了食底泥动物的需要时，也可能使浑浊度加重。浑浊度，尤其是从一种不可预知的状态转换为另一种状态，这种转换，一方面是由系统的整体状况造成的（例如，水温、水深），另一方面是由特定类型及数量，且随系统改变而改变的生物体造成的（van Nes et al. 2007）。这是因为湖水是一种更高层次的成分的一个组成部分，并且受其影响，正如图1.4中显示的那样。应急反应也是人类系统的特点之一。以移动电话为例，这种复杂的技术于20世纪80至90年代被发明，最初需要的固定位置基站很少，这种电话价格昂贵，并且和公文包一样大。手机的使用及支持手机的基础设施大部分是可以预测的，原本预计这种电话的使用者是适度数量的医生、旅行销售员和其他不方便使用地上通信线的人群。然而在2000年前后，由于技术水平的提高，移动电话的体积更小，价格也更便宜。家长为孩子和他们自己购买手机。突然之间，在任何地方打电话给任何人变为可能。移动电话的需求量如火箭般上升，尤其是在发展中国家，电话技术的提高使这些国家几乎免去了安装地上通信线的必要。结果，一种新的社会行为模式在毫无预兆与计划的情况下产生了。手机的故事在这里是有一定关联的，因为可持续性最终都与人类、资源、能源和环境有关。成千上万的手机生产需要多样且大量的材料以使产品功能最优化。由于它们快速更新换代，用于制造手机的钽曾一度供不应求。为了填补供应的缺口，在南非，人们以粗糙的技术手段开采钶钽铁矿，在开采过程中对环境造成了极大破坏。世界范围的手机网络正在试图探讨一种新的应急反应：通过简单的回收技术，从被扔掉的手机中回收贵重金属再利用。这种社会技术性活动在手机数量很少的时候并不存在，然而，一旦它们的数量增多，回收网络就达到了一个新的、无法预知的状态。适应性周期为解释人类自然系统的进化和过渡提供了相当广阔的视角。考虑一下阿什顿（2008）对波多黎各巴塞罗纳塔的工业生态系统进行的更为全面的描述。这一制度在20世纪40 和50年代遭受了重大冲击，当时制糖业出口显著下降，农业用地也大幅减少。从20世纪50年代中期到1970年，朝向以制造业为基础的工业的转变，使该岛经济复兴，岛上能源基础设施大量增加，而原先几乎完全依靠进口化石燃料。在接下来的20 年里，制药业不断发展，工业体系开始攫取波多黎各有限的淡水资源。目前，即2009年，制造业正在收缩，这可能意味着新一轮周期的崩溃。很明显，这涉及有关工业的短期和长期可持续性、水、能源、农业、土地使用、社会行为、政府政策和环境影响的环环相扣的问题。同样明显的是，这些问题总是单独处理的，其中一些问题的长期结果并不理想。瞄准正确的目标位于图1.4中间的汽车系统展示了可持续性面临的许多挑战。即使是对汽车系统的粗略评估也表明，人们的注意力正集中在错误的目标上，这说明了一个基本的事实：一套严格的技术解决方案不太可能完全缓解一个在文化上已经根深蒂固的问题。改良交通工具，诸如燃料使用、尾气排放、回收利用等方面，在这些方面大量的精力都被浪费了，人们对于它们的投入是惊人的。但是，与我们一贯的理解相反的是，最多的精力（就这个系统而言）应该被投入到最高的层次上：技术基础设施与社会结构。想想使用汽车需要的两大系统成分对能源和环境的影响，首先，建成基础设施的建设与维护公路与高速公路，桥梁和隧道，车库与停车场，这些都会带来巨大的环境影响。其次，建设和维护这些基础设施耗费的能量，自然区域在这一过程中被扰乱甚至破坏，材料需求的数量从聚集到填充于沥青都是汽车文化需要，且是由于汽车文化而产生的。此外，汽车是石油产业及其精炼、混合、运输分配的首要消费者，因此造成如此多的环境影响的原因正是汽车。一些基础设施建设和能源生产的公司正致力于减少对环境的影响。但是这些他们所期望的技术和管理上的进步，并不能抵消文化模式和汽车使用产生的需求。汽车产生的最终影响，也是最根本的影响，可能是人口分布的地理格局，而汽车是这种格局得以形成的主要的动力。尤其是在人口密度极低的高度发达的国家，例如加拿大和澳大利亚，汽车导致了居住和商业发展不可持续的分散格局。潜在的公共交通廊道缺少足够的人口密度，使得这类区域的公共交通不经济。甚至在一些绝对人口密度看起来很经济的地方也是如此（例如在美国新泽西州人口密集的郊区地带）。交通基础设施的格局一旦建立，在短期内就很难改变，假如没有特殊原因，住宅和商业建筑在几十年内不会变动。整合社会与科学对可持续性本质的理解本能地转向了物理参数，正如本书上的大部分案例，大多数的文章主要与一种或其他四种资源中的一种有关：土地、不可再生资源、水和能源。在这些显而易见的问题中，与其中每一种资源都有关的是：我们拥有足够的资源吗？然而，这个问题不仅仅关乎能源供给（大部分是物理参数），也与需求有关（主要与社会因素有关）。城市中的大部分地区的需求十分旺盛，特别是在市区，需求在迅速增长着。中国和印度的新兴城市就是鲜明的例子，但在发展中国家的世界里，期望的财富增长与城市化水平的提升使需求虚高。已经证实，城市居民对各种资源的人均消耗量高于农村居民（e.g.，Van Beers and Graedel 2007；Bloom et al. 2008）。城市居民需要更小的居住空间，利用能源的方式也更为高效。空间的紧凑使供应回收更为高效，更易于资源再利用。然而，城市属于污染中的点污染源，这常常超出了生态系统自我净化的能力。不管对于资源的需求等级如何，需求经常由个人和个人所在机构的影响决定。在本书中，对人类已在掌控的资源关注得还不够，大部分原因是由于定量分析较少，而且很难与可持续的量化观点结合起来。这种方法不应解释为缺少相关的社会科学主题，而是由于它包含的内容太具有挑战性。最终，社会科学和自然科学应该与可持续相关行动的研究（也可能是已实施）充分结合起来。我们发现这是一个挑战，但是很少提及如何面对这些挑战。整合理解的作用到2050年，现代技术能养活90亿人口的世界吗？是的，可以，假如能为农业部门提供充足的土地、能源水、先进技术设备和合适的管理体系。到2050年，能源能满足90亿人口的需求吗？是的，可以，假如能为能源部门提供充足的土地、水、先进的技术设备和合适的管理体系。到2050年，水资源能满足90亿人口的需求吗？是的，可以，假如能为水利部门提供充足的能源和先进的技术设备。到2050 年，不可再生资源部门能够提供先进技术部门所需的材料，以满足90亿人口的需求吗？是的，可以，前提是能为这一部门提供充足的土地、能源、水和合适的管理体系。是否能够以量化的、系统的方式探讨这些重要的、重叠的需求，以使这个星球朝着长远的可持续方向发展呢？这是一个关键的问题，并且是以下章节讨论的主题。我们注意到一个有趣的现象，至少在进行第一次整合量化管理的尝试时，可以获知一些信息，这些信息与搞清国家物资账目的最新成果息息相关（e.g.，NRC 2004；OECD 2004）。在一些国家，现有的账目正在初步成型之中，当其内容与实现或接近实现可持续性所需的进展相一致，并考虑如何监测这些进展时，将展现出它的重要性。我们通过这个论坛来探索个人与可持续的重要组成部分的联系，现在已经至少有了一个初步的样式。本书探究的是，当我们把它们假设成一个整合系统时，应该进行怎样的优化。正如我们所知，对于我们人类种族的生存和地球的可持续，这是一个主要的挑战。没有什么比这更值得探索的了。
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