为不断增长的人口提供动力的不可能挑战

1975年至2019年期间，世界人口平均每年增长8300万。2019年的增长是大约1.4亿出生与5700万死亡之间的差额。目前，化石燃料燃烧，水泥生产和森林砍伐产生的二氧化碳年排放量为400亿吨，其中近一半仍通过空气传播。因此，两个全球性挑战是稳定世界人口和稳定大气中的二氧化碳浓度。以下论据表明，在2100年左右世界人口达到顶峰的110亿之后，不可能将世界人口减少到可持续的30亿。

人口增长导致需要增加粮食产量。谷物是最重要的粮食和牲畜饲料作物。在全球范围内，谷物消费量的45％是人类消费的，35％是牲畜消费的；其余的则用于其他目的，包括种子，与汽油混合的乙醇以及啤酒，威士忌，伏特加酒和清酒等酒精饮料。

自1960年代以来世界谷物产量的增长主要归因于两项技术进步。第一个是Haber-Bosch氨合成，其中大气中的氮被固定为氨-具有光合作用，DNA，蛋白质和酶所必需的反应性氮。化学家Fritz Haber和化学工程师Carl Bosch分别于1918年和1931年被授予诺贝尔奖。Haber-Bosch氨的生产始于1913年，如今氮肥的消费量每年超过1.15亿吨，其中一半以上用于谷物。在中国境外，煤炭使用煤炭，合成氨依赖天然气。

第二个进步是始于1965年的“绿色革命”，这是在农艺师Norman Borlaug培育出比传统品种更坚固的矮化小麦品种后做出的，这是由于肥料用量增加而产生的单产更高。博洛格于1970年获得诺贝尔和平奖。伊利诺伊州农民莱斯特·普菲斯特（Lester Pfister）在1930年代育种的杂交玉米与博劳格的工作平行。国际水稻研究所于1966年推出了高产半矮稻。

从1950年的每公顷1.16公吨增加到2018年的4吨，全球谷物单产增加了两倍多。同期，谷物收割面积从6亿公顷增加到7.3亿公顷。如果从1992年到2017年平均每年每公顷52公斤的增产持续到2050年，那年的产量将为每公顷5.8吨，从而使产量增加到42亿吨。假定谷物收割面积没有变化。人口参考局预测，到2050年，全球人口将达到98.5亿，因此人均谷物产量将为420公斤，比目前的380公斤增加10％。世界谷物地区的年度氮肥使用量将增加至少50％。但是，由于全球变暖，人均粮食产量有可能保持在目前水平，甚至下降。

强调：化肥和矮化品种提高了谷物单产，在缺乏耕地的国家中人口不断增加（资料来源：世界银行）

绿色革命的成功带来了三个主要的生态问题：

1.在全球范围内，施用的氮中约有一半被作物吸收。其余的则以氨和一氧化二氮，温室气体或向地下水的沥滤形式挥发，导致河流，湖泊和沿海水域富营养化或形成藻类。这造成了鱼类无法生存的“死区”。

2.许多土壤缺乏营养。肥料可以弥补不足的氮，磷和钾，但很少或少量施用其他营养素。这些包括钙，镁，硫，铁，硼，锰，锌，铜，钼和镍。正如农学家劳埃德·埃文斯（Lloyd Evans）所说：“这些营养物质是大卫氏菌，可以使植物，畜牧业中的氮，磷和钾的无助症变得无能为力。”

3.大约40％的全球灌溉用水是通过从管井中抽水获得的。这导致了含水层的枯竭和地下水位的降低，从而导致了全球海平面的上升。

如果一个国家的人口占其耕地面积的比例不超过每公顷公顷两个人，那么就可以在没有氮肥或谷物进口的情况下，为其人口提供足够的食物。如果这个比率是世界16亿公顷耕地的平均值，那么世界人口将是32亿。要使世界人口减少到这一数字，就需要中国将其14.3亿人口减少到2.5亿，印度将13.7亿人口减少到3.4亿。日本每公顷有27人，埃及34公顷。这两个国家将不得不更大幅度地减少人口。到2050年，日本的1.26亿人口可能会减少到1.01亿，而埃及的1亿人口到2050年可能会达到1.66亿。

“每公顷2公顷”标准不适用于耕地面积极小的国家，例如新加坡，科威特，卡塔尔，巴林和阿拉伯联合酋长国。每公顷耕地少于两个人的国家包括俄罗斯，乌克兰，加拿大，澳大利亚和阿根廷。美国的比例刚刚超过2，世界平均水平肯定会在2023年达到5。人口的大量减少将需要一个多世纪的时间，每个妇女的生育率是一个妇女。韩国的生育率在2018年降至0.98，为世界最低;如果继续保持这一速度，两代人之后65岁以上年龄段的人口比例将上升到50％。很少有国家效仿韩国，甚至日本，其生育率是1.4。显然不可能将世界人口减少到30亿。

全球第二个挑战是大气中二氧化碳浓度的上升。1906年，瑞典科学家Svante Arrhenius计算得出，浓度翻倍（即百万分之300）会使全球平均表面温度升高2.1摄氏度。最近的估计有所不同，但是上升可能会超过2摄氏度，并且几乎可以肯定会超过1.5摄氏度，通常被认为是“安全”极限。浓度稳定在小于工业化前水平（百万分之280）的两倍的可能性很小。研究人员估计，2005年至2100年期间的海平面上升为650毫米，而两种方法的不确定性均为120毫米。最终上升可能达到3米，就像130,000年前的Eemian冰川间期那样。

正如许多环保主义者所建议的那样，将二氧化碳浓度稳定在现在的412 ppm，并以每年超过2 ppm的速度增长，达到450 ppm，这意味着将大部分可回收的化石燃料储备留在地下。世界将不得不在2050年之前完全淘汰化石燃料，这是不可行的。2018年，化石燃料发电厂的发电量占全球24800太瓦时的61％。乐观地预计，到2050年，化石发电将占全球44,000兆瓦时的发电量的43％。这意味着2050年基于化石的发电将超过2018年。

有一些措施可以使人口和二氧化碳的稳定更快地实现，但是在短期和中期，它们要么具有强制性，要么涉及较低的生活水平。化石燃料使人类获得了工业革命之前未曾梦想的科学技术进步。付出代价并不奇怪。

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