能量与文明：农业生产的深层逻辑，未来农业发展的前景

能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到其它物体，而能量的总量保持不变。 ——热力学第一定律：能量守恒定律

迄今为止，人类文明经历了四个阶段：渔猎文明（原始文明）、农业文明、工业文明，以及如今的生态文明或信息文明。农业文明，又称农耕文明，是人类首次掌控自己命运的尝试，也是人与自然最为和谐共生的阶段。四大古国是农耕文明的典型代表，“男耕女织”可以视为中国农耕文化的起源。

能量的起源，则更为古老，从地球上没有人类之前，能量就一直来来去去。植物用它长高高，动物用它吃饱饱，山川因之绚丽，四海为之澎湃。能量一词，与时间一样，都是人类对既定事实的一种规矩化描述。“大到改变板块构造的力量，小到微小雨滴的累积侵蚀，能量无处不在。通过将太阳辐射的能量转换为植物质的光合作用，生命得以形成。”

加拿大历史学家瓦茨拉夫·斯米尔，在《能量与文明》一书中指出：能量是唯一的通用货币。要想达成任何目标，能量都必不可少。他对人类社会发展进程中，能量利用与文明生灭之间的关系，做出了系统解读，涵盖了能量起源、当前人类利用能量的极限，以及能量与文明的未来发展方向

作为人类史上的第一种文明形态，农耕文明的发展与能量利用密不可分。纵观农耕文明的发展历程，可以发现农业生产主要包含三个部分：农作物品种、土地资源、耕种方式。从事农业生产的人被称为农民，收成的好坏用来农业生产的结果。随着耕种方式的改进，农业生产解决了大部分人的温饱问题，在农业生产的过程中，衍生出了祭祀（舞蹈的起源），天象（天文学起源）等活动，并创造了大量闲暇时间，人们用来研发科技，发展文化等。要想理解这种关系，首先要解决的问题是：能量来自哪里？

众所周知，太阳辐射（太阳光）是地球上一切生命得以形成的源泉。而科学研究表明，我们看到的太阳光，约30%左右被地表和云层反射，约20%被大气层和云层吸收，而另一半的大部分被地表吸收，转化为热能，辐射到太空。仅有不到0.05%的太阳辐射，被植物的光合作用转化，存储在体内。人体获得能量的基本方式，就是将植物体内储存的能量，以直接或间接的方式，转化为自身的能量，这个过程被称作吃饭。这也是农业生产在很长一段时期内，要解决的核心问题。

为了解决吃饭问题，一万年前的中国人，选择种植一切可以吃的植物。在长期的实践过程中逐渐积累经验，能量高、易吸收、能推广的农作物品种被选择了出来，例如“九谷”“六谷（稻、黍、稷、粱、麦、苽）”“五谷（《黄帝内经》中为粳米、小豆、麦、大豆、黄黍）”。在魏晋南北朝以前，以“北粟南稻”为主，隋唐以后麦类得到推广，逐步形成“北麦南稻”的格局（引自周跃中《试谈中国古代农作物种类及其历史演变》一文）。汉代也曾引入玉米、马铃薯等作物，如今在北方和西南地区大面积种植。

不同的农作物，对土地资源的需求也是不同的。马铃薯适宜在富含有机质的土壤，如沙壤土、黑钙土中栽培；小麦在微酸和微碱性土壤上都能较好地生长；玉米则比较亲近质地黏重的土壤；水稻则顾名思义，需要便利的水利条件。单纯强调土壤性质，很难保证农作物常年丰收。随着种植年份增加，土壤之中的无机盐和有机质，都会被植物吸收转化为自身能量。要想保证土壤中的能量足够农作物生长，农民需要做一件事：施肥。针对作物的不同需求，有机肥、磷肥、氮肥、复合肥等等，应运而生，各施所需。施肥，就是对能量的转移利用的一次有效尝试。

前面我们提到，农业生产主要包含三个部分：农作物品种、土地资源、耕种方式。在漫长的实践经验积累中，农民选好了农作物品种，针对不同的农作物，土地也被精心选择并加以呵护。接下来，农民伯伯在种植农作物时发现：种植、收割、分离等过程中，仅仅用手似乎有些麻烦，于是他们开始发明工具。人类正式开启通过工具影响“自主能量利用”过程的先河，由此而开。在公元前2000年左右，甘肃武威一带的齐家文化中，就出土了骨铲、玉石铲（挖土），石刀（收割），石质磨盘、杵、棒（加工）。这种粗糙的初级工具，让农民尝到了甜头，却也面临难以进步的窘境。直到商、周时代出现了青铜农具，春秋战国时期出现了铁制农具。这种工具材质的演变，极大地增加了农作物产量，也让农民开始思考另一个问题：解放自己。

耕种方式的改进，意味着农民对能量的利用率提高了。但如何才能在耕种过程中，消耗较少的人体自身能量？人们最先想到的是替代，役畜进入历史舞台。这种方式一直延续，在改革开放之前的农村，役畜的多少还是影响农作物收成的关键因素。但役畜的使用，在能量的转换过程中，还是存在弊端的。人们需要提供大面积的饲草，来为役畜充能，这意味着同等条件下，人类需要更多的能量去满足农业生产，而在能量转化过程中，会有大部分能量被浪费。就像汽车需要加油一样，能量始终在转换中，为人类提供便利，却也在整个过程中悄然流失。因此，人类想到了更好的能量转换方式：机械力与自然力。

工业革命的红利，让人类文明在过去的2个多世纪里，产生了质的跨越。集约式农场因此而生，工具的升级让大部分农民从农业生产中解放出来，他们有大量的时间研发科技，发展文化，跳广场舞。但工业革命的崛起，也意味着地球不可再生资源的大幅消耗。这个问题又回归到能量利用的两个关键：一是提高能量的利用效率，二是改善能量的来源。与此对应的，正是当前文明形态的两种方式：信息文明与生态文明。

未来农业发展的前景也将面临两个抉择：是选择不顾一切的机械化动力提升，还是在绿水青山的美好生态中和谐发展？唐朝筒车的发明，为农业发展提供了另一条路径，自然之力的使用，但毕竟自然终究无法受人类掌控，而机械、信息技术的操控之力，始终掌握在人类自己手中。

《能量与文明》为我们快速理解这个世界的运转方式，提供了一条简明的途径。以能量作为标尺，可以轻松地掌握人类文明的发展程度，进而把控未来社会发展的方向。但在人类运用能量的进程中，可以发现人类利用能量的效率在增加、成本在减少，浪费却也在增加。

人类发展需要的能量总量，与人类实际利用的能量总量之间，很难有“刚刚好”的平衡状态。这不免引起担忧：地球资源的消耗率远远大于产出率，未来人类对能量的需要将如何满足？或许，这也是生态文明被提出，与人类探索外太空的初衷吧。