2010年9月26日星期日

哈佛亚太季刊 黄立安 粮食,水,能源和环境

核心提示权衡粮食、能源、水资源三个系统的关系的整体解决方案确实是中国自然资源管理,和任何可持续发展的经济和国家安全政策的未来方向


原文:The Food-Energy-Water Nexus
An Integrated Approach to Understanding China’s Resource Challenges
来源:哈佛亚太季刊 2010年春季刊
译者:Fuge
校对:@xiaomi2020

作者简介:黄立安(Julian L. Wong),是华盛顿的美国进步中心的高级政策分析师,专长是国际气候和能源政策相关的问题,他同时还是中国能源和环境问题的著名博客(www.greenleapforward.com)——“绿色大跃进”的作者。

水—能源—粮食的三角关系

腾飞的经济很快给中国带来了方方面面的资源挑战。中国集中了世界1/4的人口,但其可用耕地、石油和水源拥有率跟其人口相比,是极其失衡的。对任何想要自给自足的国家来说,此类自然资源都至关重要,但是中国困境特别严重,这不仅因为中国人口庞大,而且她还在经受着快速的城市化和气候变化,后两者让中国对粮食,能源和水资源的需求更为迫切。另外,我们不仅要理解水是农业的核心问题,还必须改变过去将每种自然资源的困境分开讨论的现状,而未能重视粮食、能源、水这三者的内部联系。本文则着眼于三者的关系,论证了要对资源管理采取更整合的应对策略的紧急需要。

长江的案例

中国的长江从西部青藏高原发源地,往东流入上海旁边的东海海域,总长度超过6,000公里,是世界上第三大长河。在中国史上,长江在文化、社会和经济上也一直扮演着重要角色。它是非官方的中国南北分界线,中途流经云南深谷,被授予为“联合国教科文组织世界遗产”,还是中国的农业和工业活动生命线,直至今日。长江流域的产出包括中国40%的谷物,1/3的棉花,48%的淡水水产和40%的工业产值1

不现在长江已经成了自己所创造的成就的牺牲品。过去30多年来,随着中国经济快速的工业化,长江已经从孕育生命和繁荣的“母亲河”变成了现在的“多病之身”,成为了不懈追求经济增长的发展局限的明证。它成了中国60%污染物的垃圾场,和太平洋最大的单一的污染源。2长江还承载着两个极具争议的大型水利项目:三峡大坝和南水北调,前者是世界上最大的水利发电设施,后者是前无古人、历时几十年的巨大工程,从水资源丰富的南方引水到北方,这两项工程都是缓解更重大问题的应对之方。三峡工程力图保障中国的能源安全,并在这个饱受温室气体之苦的世界里努力运用更清洁的能源,而后者则暗示出因中国不同区域的水资源的极度不均带来的无望。

这两个项目都耗资不菲:三峡工程的造价是300亿美元,而南水北调预计将是三峡工程的两倍3。两个工程都已造成了,或将造成千上万的居民背井离乡,重大的地形地貌变化,包括耕地破坏。更不要提,这两个项目对混泥土、钢铁、能源的消耗量何等惊人。它们说明了能源、水和粮食之间脆弱的联系。超于于长江意义的“粮食——水资源——能源三重难题”更是说明了这对中国的经济稳定与国家安全会造成怎样复杂和不祥的威胁。


水—能源
中国水资源匮乏,且分布极不均衡

气候变化现在是世界各国能源和环境计划的头号问题,也是中心问题。在几乎每个议题上,解决气候变化的讨论最终总会聚焦到我们的能源系统上,尤其是使用清洁能源替代我们对矿物燃料的需求以来。中国的电力中,有80%都是来自高污染的煤炭燃烧,比例惊人。同时,在对石油的消费方面,中国国内石油需求的一半要靠进口。而且因为中国不断增长的中产阶层拥有越来越多的汽车,这个需求还在不断增加。但是除了能源问题,想要应对气候变化还应考虑另外两个问题。中国敏锐地意识到需要能源多样化和减少温室气体,同时,也开始认识到,可替代能源也碰到了水资源和粮食体系的限制。

让我们从水资源说起。每种传统能源都要使用大量的水。中国的现实情况是,其水资源供应可能比能源本身更匮乏,难以自给自足。中国的人均拥有水资源量是2,200立方,仅仅是世界平均水平的三分之一。更让人惊讶的是它水资源分布的严重不均。中国南方拥有55%的人口,40%的耕地和84%的水资源4。而中国北方正好相反,有45%的人口、60%的耕地,而仅有16%的水资源。

考虑到各种能源对水资源的多样需求,这不是好消息,尤其是对中国北方而言。水资源和能源使用之间的权衡被称为“水—能源症结”或者简化为“水能”。任何能源都需要开采,比如煤炭、石油、天然气和铀,会造成重大的地下水污染,并耗尽地下水。发电不仅需要燃料,而且发电的每个环节都严重依赖水,比如蒸汽发电和系统冷却。核电站发电过程尤其如此,因为相比火力发电或可再生发电,它对冷却有更高要求,因此更是大量耗水的发电模式5。尽管这样,中国政府倾向将核电作为重大的替代能源战略。

水力发电展示出了水资源和能源之间最明显的联系。尽管水坝实际上不消耗水,或者改变水的物理化学性质,但是它们确实短暂地打乱了水的自然流动。由于缺少对各条江河用水权利的有效管理,水的超低定价也导致了滥用,尤其是占水资源消耗70%的农业用水。这种对水资源的过度利用威胁到了沿江水位,导致了主要江河的断流。1997年,黄河在全年中多数时候都未能流到渤海,严重地影响了沿海省份山东的农业产量。6

南水北调计划对水资源的转移和干旱发生频率的增加,将会增加水供应的不确定性,而且对长期的计划造成威胁,这项计划是到2020年,当前装机容量提高50%至300亿瓦。在从去年秋天到今年春天,一场长时间的干旱降临中国西南,许多水电站因为低水位而不得不停止发电。7从中期来看,气候变化可能产生讽刺性的相反结果——由于燃烧富碳的矿石燃料引发的气候变化,导致了喜马拉雅山的积雪融化,流进中国西南的水可能会有增长,接着就会迎来干旱导致的水量长期下降。水力发电的水资源使用和气候变化之间的复杂关系说明了水系统的复杂性,而科学家们还在力图对此能理解得更透彻。

中国目前石油消费的一半要靠进口满足。由于它快速扩大的汽车市场,对外国石油的依赖只会继续增大。政策制定者们没有忽视石油挑战,一直在寻找石油替代品。但是诸如生物燃料和通过液化煤炭得到的燃料同样面临着严重的局限。在粮食vs.燃料的辩论中,以粮食为基础的生物燃料在这一领域的讨论中总是难获青睐。而煤炭液化则会释放出大量的温室气体。另外,两种燃料的生产都需要耗费大量的水。最终,中国已经明智地停止了以粮食原料的生物燃料生产8和大部分,虽说不是全部的原本打算上马的煤炭液化项目9

在水能这枚硬币的另一面,开采、运输、提纯、水分配,以及废水处理的过程都是非常耗能的过程。例如,大规模的水利建设项目,像南水北调或者任何其它大的运河和水坝(三峡和其它的),都要用到大量的耗能巨大的混凝土和钢铁。中国也在试验海水淡化,把海水转化成适合人类使用的淡水。海水淡化可以看做是解决水资源匮乏的“万能妙方”,但是,前提是高成本和对能源的巨大需求可以被极大地降低。在那些为水处理工厂提供电力而建设的水电站中,对材料的使用同样需要能源投入,比如用来建冷却塔的混凝土。但是在分析水供应部分的能源消耗的时候,这部分很少被考虑在内。

粮食的终结?
粮食安全面临人口和城市化的压力
农业用水占了中国所有用水量的70%,但是对中国GDP的贡献仅占15%10。10农业部门对水资源比较挥霍通常都会归咎于扭曲的水价政策——跟工业和居民用水相比,农业部门从被严重低估的水价(每立方价格低于0.01美元)中获益——一些研究显示,单独提高水价可能会产生一些意想不到的后果:农民会减少粮食产出,或者为应对地表水的价格上涨而过度使用地下水。11但是,很明显,任何一种综合政策都会涉及到提升地表水使用效率策略。一种办法是升级灌溉技术,当前实行的灌溉办法非常低效,灌溉的水只有不到一半到达了庄稼。12以色列的现代滴灌技术被广泛使用,是值得了解的典型。在城市地区的水资源分布也显示出同样的低效率;现在亟需公共投资对城市的漏水水管和水龙头进行更换。

跟水资源一样,中国也缺乏耕地。中国要用世界耕地面积的7%来供养占世界20%的人口。按照目前的人口增长速度,到2025年,中国将会增加1.25亿人口。在这种情况下,中国需要将粮食产出扩大25%才能支撑这一增长,而且这个目标还要在不断增长的城市和郊区发展大量吞噬耕地的情况下实现。粮食安全不仅受到不断增长的城市化进程和已经存在的水资源短缺的威胁,而且还会受到对矿石燃料不断增长的需求引起的气候变化的影响。气候变化会导致气温上升,水资源短缺和土地沙漠化。最近的一个研究预计,在2050年,中国的农业产出相对于2000年将会下降23%。13这一下降趋势很难满足前面提到的提高粮食产出以供养新增人口的要求。

另一个让中国以加速度迎头撞上“粮食—水—能源系统”极限的是强大的人口趋势,尤其是快速城市化造成的人口分布。在1990年,中国只有26%的人生活在城市中。这个比例现在已经升高到了46%。预计到2030年,还有3.5亿人将会涌入城市。14这一人类历史上最大规模的农村到城市的人口迁移不是一个简单的自发的人口现象,而是有目的的政策引导的结果。这种政策制定的前提是城市中心是GDP增长的引擎。这个趋势不仅反映了城市不断增长的经济产出(以少于国家一半的人口产生了国家3/4的GDP),也反映出由于发展和不可持续的耕作方法让耕地变得稀少,因而农业的GDP贡献在下滑。

但是,在全球金融危机的复苏阶段,对城市中心有无限增长潜力的假设遭到了质疑。2009年初,作为全球经济衰退和中国出口市场的崩溃的直接后果,2,000万农民工因为无法找到工作,被遣返回自己的农村老家。与此同时,中国北部和中部正遭受近年来最严重的旱灾,影响了10,00万公顷小麦的灌溉和230万人的饮水。考虑到农村在中国现代政治史中的重要性,农村发展,至少在纸面上,总是中央政府经济发展的重中之重。但是在最近几十年来,工业化明显是发展的灵丹妙药。然而,当城市中心的经济机会即使只是短暂地遭遇困境,在中国政府的当前的考虑和各种文件中,农村发展政策又重新获得了重视。也许是时候来考虑进行无休止的城市化这种政策是否明智,重新思考农业在中国经济和环境未来方面的角色。可再生的农业代表的是可以让自然、社会和经济体制恢复活力,同时提高全国的气候、水和粮食安全。

前方道路

未来政策必须是整合的
在中国需找一个更清洁,更柔性的发展道路的时候,诸如风能,太阳能和地热能等新能源对中国有很大的吸引力。不仅是因为它们的低碳排放,更因为相对于化石燃料,这些能源使用少得多的水。但是,在使用太阳能和风力发电站取代化石燃料电站的时候,有必要降低将额外的温室气体排进大气。这种替换不能捕获排放进大气的温室气体,它也不能捕获那些已经积累下来的温室气体。

当人们作出各种各样的努力,利用科技手段捕获和隔离从电力工厂和其他的工业过程中排放的二氧化碳时,一种已经在数亿年的进化历史中被证明有效的自然解决方案就放在我们眼前:土地。土地是巨大的二氧化碳吸收库体,比地球上所有的植物和空气所能吸收的碳总和还要多。可再生的农业技术,比如营养栽培、有机肥和污泥应用,免耕农业、覆膜种植和作物轮种,能让退化的和沙漠化的土壤重新恢复生机,并相应地增加了土壤的碳封存,而这种土地在中国有357万平方公里之多15,同时也会增加土壤对谈的吸收。这种可再生耕作方式通过减少基于石化产品的化肥和杀虫剂投入,也可以解决另一个和农业和能源关联的关键问题。矿物燃料上的投入不仅支撑了对石油的依赖,当它们排进河流时候,也带来重大的水污染问题。

通过对粮食和农业系统的合理管理减少对气候变化和用水的影响的第二个重要方法就是降低肉类消费。牲畜活动释放出大量的甲烷、二氧化碳和其它温室气体。比如,牛粪,牛腹胀,嗳气占了人类活动产生的甲烷量的30%到40%。此外,肉类,尤其是牛肉是最低效率的的能量获取方式——生产一公斤无骨,可食用的牛肉需要消耗20公斤的饲料和15000升水16。尽管鸡肉和猪肉有更好的投入产出比,但是饲养它们对水和饲料的需求仍然很大。在一定程度上说,这些牲畜不是靠谷物喂养的,而是在牧场放牧,而牧场是以牺牲耕地为代价的。中国不断增长的肉类消费模式将会加剧粮食和水安全问题。虽然有些人会认为,控制个人的饮食已经超越了政府的职能范围,但是,如果把肉类生产真实的环境代价归入肉价的话,那么政府政策毫无疑问可以在影响到个人行为方面有所作为。

第三,不用说,对水资源管理的彻底改革势在必行。必须建立一个管理在各地区之间和各种用途之间的水的调配机构,引进水价机制,配合宣传来教育终端用户,尤其是教育农民,教给他们节水技术。

能源,水和粮食系统的相互作用很复杂。而在中国,考虑到三个系统资源的缺乏,这个相互作用就尤其重要。综合的治理政策才是核心,这个政策要强调系统中任意一个系统都要和其它系统有联系。这样,比如说,能源基础建设的决策不仅要考虑碳排放和空气污染的局限,而且还要考虑水和因这些项目而占用的耕地。这意味着在试着把水价理性化的时候,也要考虑对农民作物产出选择的影响。这也意味着,在试图改善粮食安全的时候,同时也要考虑在粮食供应链上能源和水的使用。权衡三个资源系统的关系的整体解决方案确实是未来自然资源管理,和任何可持续发展的经济和国家安全政策的方向。

原文注释

1  Xinhua News, “Water schools shed light on degenerating Yangtze,” April 11, 2009, available at http://english.peopledaily.com.cn/90001/90776/90882/6634777.html.  Id.
2   “South-to-North Water Diversion Project, China,” Water Technology, available at http://www.water-tech-
3   nology.net/projects/south_north/ (accessed April 20, 2010). “Protect Precious Freshwater Resources,” China Daily, December 28, 2006, available at http://www.china-daily.com.cn/opinion/2006-12/28/content_769401.htm.
4   See U.S. Department of Energy, “Energy Demands on Water Resources: Report to Congress on the Interdepen-
5   dency of Energy and Water,” December 2006, 38 available at http://www.sandia.gov/energy-water/docs/121-RptToCongress-EWwEIAcomments-FINAL.pdf.
   Rena Singer, “China’s yellow river, now a trickle, poses new threat,” International Reporting Project,” The Paul H. Nitze School of Advanced International Studies, John Hopkins University, December 31, 1998, available at http://www.internationalreportingproject.org/stories/detail/737/.
6   “Drought paralyzes power supply,” China Daily, March 24, 2010, available at http://www.chinadaily.com.cn/china/2010-03/24/content_9631695.htm.
7   Hong Yang, Yuan Zhou & Junguo Liu, “Land and water requirements of biofuel and implications for food supply and the environment in China,” Energy Policy 37 (2009), 1876-1885.
8   Zhang Qi, “Is it the end of the line for coal-to-oil in China?” China Daily, October 9, 2008, available at http://www.chinadaily.com.cn/bizchina/2008-10/09/content_7090441.htm.
9    “Major Agricultural Statistics 2008—Table 2.1: Share of agriculture in GDP,” Food & Fertilizer Technology Center, available at http://www.agnet.org/situationer/stats/21.html, accessed April 19, 2010.
10     Hong-yun Han & Lian-ge Zhao, “The Impact of Water Pricing Policy on Local Environment - An Analysis of Three Irrigation Districts in China,” Agricultural Sciences in China, Vol 6 Issue 12, December 2007, 1472-1478
11  Xinhua News, “China to improve irrigation efficiency,” October 26, 2009.
12    “Climate Change Threatens China’s Food Security, warns Greenpeace,” Greenpeace China, press release, October 15, 2008, available at http://www.greenpeace.org/china/en/press/release/food-security-climate-change .
13  McKinsey Global Institute, “Preparing for China’s Urban billion,” March 2008, available at http://www.mckinsey.com/mgi/publications/china_urban_summary_of_findings.asp.
14    Xinhua News, “China’s 646 counties suffer heavy water and soil loses,” January 25, 2009, available at http://english.people.com.cn/90001/90776/90882/6581089.html.
15     Vaclav Smil, “Water News: Bad, Good and Virtual,” American Scientist, Sep-Oct (2008), 399-407, 406, [also available at http://home.cc.umanitoba.ca/~vsmil/pdf_pub/American%20Scientist%202008.pdf]

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