科学技术在人地关系中的作用*，本文主要内容关键词为：科学技术论文,作用论文,关系论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
人地关系中人类处于主导方面，人的能动作用首推科学技术。随着科学技术的发展，人地关系的表现也不断变化。人类数量的增长和消费水平的提高，总会受到地球生命支持系统承载能力的限制；而科学技术不断开拓自然资源的新领域，提高生态系统的承载能力。人类社会发展每一阶段上出现的人地冲突，都靠一定的科学技术机制来解决。今后能否协调人类与环境的矛盾，也在很大程度上取决于新的科学技术机制。
人类与地理环境（或地球）相互作用的关系，称为人地关系。显然，当代人类在人地关系中的作用远大于其它任何组成部分，可以说整个人地系统的持续性都维系于人类行为之上。而科学技术集中反映了人类对地理环境作用的能力，是人地关系的重要媒介。
1 人类社会各发展阶段的科学技术与人地关系
1.1狩猎─采集社会
狩猎─采集社会中的人类还属于“自然界中的人”，他们通过适应自然来求得生存。但他们已经能够用简单的工具劳动，由此，源于自然界的人类开始了与自然界的分离。
早期的狩猎者和采集者为了生存，已具有初步的天气知识和找水知识，发现了很多可食或可药用的动植物，会用石头和动物骨头制作原始武器和工具。后期的狩猎者与采集者逐渐改良了他们的工具和武器，出现了矛、弓和箭，还学会了使用火和陷井，学会了焚烧植被以促进可直接食用的植物和被猎动物喜食的植物的生长。但总的看来，此期人类仍然主要依靠自己的肌肉力量来与环境抗争。
这样的科学技术水平决定了当时的社会结构、生活方式和人地关系。考古发现与人类学研究都证明(Hughes,1975)，大多数狩猎者和采集者都以小群聚居的方式生活，他们一起劳动以获得必要的食物维持生存。猎狩者多为男人，采集者多为女人。在热带地区，生存方式以采集为主，故盛行母系氏族社会。在寒冷地区，植被极其稀少，食物来源主要是狩猎和捕鱼，所以这些地区多为父系氏族社会。当一个部落的人口增加到一定程度，在步行范围内已不能获得充足的食物时，整个部落就会迁移到另一个地方去；或者部落化整为零迁徙到不同的地区去。虽然生育率不受控制，但成活率很低；此外，杀婴作为一种控制人口的手段普遍存在，人的平均估计寿命只有30岁。这使得人口规模与食物供应基本能保持平衡。虽然火的使用造成了一定的环境影响，但人口不多，又四处迁徙，所以这种影响远未超出自然界的恢复能力。
1.2农业社会
(1)野生动植物的驯化
人类历史上一个重要的转折点是对野生动植物驯化的开始。考古学的证据显示，最早的植物栽培很可能是从水热条件较好的热带森林地区开始的，那里出现了刀耕火种的生产方式。这还只是农业的雏形，称之为生计农业(subsistence farming)，一般只种植足以养家糊口的作物，仍依赖人的肌肉力量和石器棍捧(Hyams,1976)。这意味着那时的人类只能小规模种植，对环境的影响仍然相对较小。狩猎部落也开始喂养捕获的动物，这是畜牧业的发端。
(2)畜力、金属犁和灌溉对农业发展的促进
真正的农业是随着兽力的使用和金属犁的发明而出现的，这不仅大大提高了作物产量，也使人类有能力耕种更大片的土地。肥沃的草原土壤由于其浓厚而缠结的根系，原先是不能靠人力耕种的，这时也能够加以开垦了。于是农业向草原地区扩展，这很可能是人类文明中心转移的一大动因(Hughes,1975)。人类发现了灌溉技术，对水作为资源的认识有了很大的发展，并进一步提高了作物产量。这种靠兽力和灌溉支持的农业通常能收获足够的粮食以保证日益增多的人口的生存，甚至有时还会有富余供出售或储存起来以应付天灾人祸。显然，男性农夫比男性狩猎者生产的食物更多，因此生计农业向真正农业的发展标志着父系统治盛行起来。
(3)以农业为基础的城市社会的出现
农业的发展对人类社会结构有五方面的重要影响：
①由于食物供给更多、更稳定，人口开始增加。
②人类越来越多地清理和开垦土地，开始了对地球表层的控制和改造以满足人类的需要。
③由于相对少量的农业劳动者就可以生产出足够的粮食，除养家糊口外，尚有剩余供出售，于是城市化过程开始了。很多以前的农民迁进了永久性的村庄，这些村庄逐渐发展成小镇和城市，并成为贸易中心、行政中心和宗教中心。
④专业化的职业和远距离贸易发展起来，村镇和城市中以前的农民学会了诸如纺织、制陶、制造工具之类的手艺，生产出手工制造的商品用以交换食物和其它生活必需品。于是资源得以流通，自然资源开发利用的环境影响也扩散开来。
⑤促成了对管理阶层的需要，以调节和控制商品、服务和土地的分配。土地所有权和水的占有权成为很有价值的经济资源。于是争夺资源的冲突增加。统治者和军队掌握权力并夺取大片土地，强迫农奴和无地的农民生产粮食，修建灌溉系统，建造庙宇殿堂，很多古代文明就是这样建立起来的。
(4)人地关系
比之狩猎－采集社会和生计农业社会，以农业为基础的城市社会对环境的影响要大得多。若干文明中心出现了，人口日益增加，需要更多的食物，需要更多的木材作燃料和建筑材料。为满足这些需求，大片森林被砍伐，大片草原被开垦，许多野生动植物的生境被破坏而退化，乃至导致某些物种的灭绝。已开垦地区经营管理不善常常使土壤侵蚀大大加速，森林进一步遭受破坏，牧区出现过度放牧，使曾为肥美草原的地方变成沙漠。水土流失导致河流、湖泊和灌溉渠道的淤塞，很多古代著名的灌溉系统就这样遭至毁灭。环境退化使历史上一度辉煌的若干古代文明衰落乃至消亡，例如美索不达米亚文明(Rzoska,1980)，中美洲的玛雅文明(Culbert,1973)和中亚丝绸之路沿线的某些古文明。农业的发展意味着人类已从狩猎者和采集者那种“自然界中的人”变成了农民、牧民和城市居民这种“与自然对抗的人”。人类对待自然的态度的这种变化具有深远的意义，很多学者认为这就是今天资源与环境问题的发轫。
1.3工业社会
(1)蒸汽机的发明与化石燃料的利用
工业革命，是人类历史上最重大的文明进化事件，也是人与环境关系史上的一个里程碑。自此，小规模的手工生产被大规模的机器生产所取代；以牲畜为动力的马车、犁耙、收割机的以风为动力的帆船被以化石燃料为动力的火车、汽车、拖拉机、收割机和轮船所取代。
这些技术革新和发明，在几十年内就使欧洲和北美以农业为基础的城市社会转变为更加城市化的早期工业社会。工业社会（包括后来更先进的工业社会）的基础，从本质上说来就是依靠科学技术进步不断提高人均能源消耗量。农业、制造业、交通运输业等都大量使用靠燃烧煤和石油提供动力的机器，替代那些曾经由人力和兽力做的工作。这就大大提高了生产力，促进了商品流通和贸易，对自然资源的开发利用及其环境后果也产生了革命性的影响。
工业发展使流入城市（同时又是工业中心）的矿物原料、燃料、木材、食品等物资大大增加。其结果是，提供这些资源的非城市地区环境退化、资源耗损；而城市地区则被这些资源利用后的排泄物──烟尘、垃圾和其它废物所污染。
在农村，以化石燃料为动力的农业机械，以不可更新资源为原料的化肥，以及新的植物育种技术，大大提高了农作物的单位面积产量。农业生产力的提高又使从事农业的人数大为减少，于是大批农村人口迁入城市，城市化进一步扩展，废气、废水、废渣和躁声在城市里蔓延开来(Clayre,1977)。
(2)现代科学技术的迅猛发展
第一次世界大战后，效率更高的机器和规模更大的生产技术发展起来，构成后期工业社会的基础。后期工业社会有以下特征：
①生产极大增长；同时利用广告之类的手段人为地制造需求，刺激消费，从而使消费也极大地增长。
②对不可更新资源（如石油、煤、天然气、各种金属）的依赖大大增加。
③合成材料出现，部分替代了天然材料；而很多天然材料在环境中的分解是非常缓慢的。
④人均能源消耗急剧上升。
后期工业社会在自然资源开发利用上所取得的成就使生活在其中的大多数人都获得了可观的利益。例如，发明并大量生产了许多价廉物美的新产品；人均国民生产总值显著上升；农业工业化，使农业劳动生产率大大提高，少数农民就可以生产出满足全社会需求的农产品；卫生、健康、营养、医疗条件大为改善，出生率得到控制，人均期望寿命也显著提高；由于健康条件、生育控制、教育水平、人均收入、老年保险等方面条件的改善，人口增长率也逐渐下降。
(3)人地关系
发达工业社会在给人类带来巨大福利的同时，也使业已存在的资源问题和环境问题更趋尖锐，并且产生了一些新的问题，这些问题已威胁到人类自身的生存和发展，并且在各种尺度上都存在：
①地方尺度上，如污染物甚至有毒物渗入地下水。
②区域尺度上，如森林破坏、土地退化、空气污染。
③全球尺度上，温室气体（二氧化碳、甲烷等）在大气中累积和澳氧层破坏所引起的全球气候变化，一些物种已经灭绝，某些资源近于耗竭。
工业化使人类与自然对抗的能力大大提高，人们越来越脱离自然、脱离土地，人们（尤其是城里人）的一个错觉──人类的作用在于征服自然──更加强化了，工业社会中的人更是“与自然对抗的人”。很多评论家指出，只要人们继续持有这种世界观，人类就会继续滥用地球生命支持系统，资源问题和环境问题还会进一步恶化。资源和环境基础的崩溃已使许多古代农业文明衰落，在发达的工业社会，农业的工业化、不断扩展的采矿、城市化等等也使得表土、森林、草原、野生生物等可更新资源不断退化，不可更新资源渐趋耗竭，环境污染日益严重，这会不会导致工业文明的衰落呢？
2 人类在人地关系中的优势地位与能动作用
掌握科学技术的人类是唯一在生态圈中占优势地位的物种，其实人的优势地位并非不可动摇，如果人类滥用其支配权，就会导致人地系统的崩溃。为了维护整个人地系统的持续性，有必要认识人在生态圈中的这种优势地位是如何确定的，认识人类的优势地位表现在哪些方面。
2.1人口数量
一般物种的种群增长由于受到各种限制因素的制约，其总数在增长到一定的时候大致维持在系统对该物种的承载能力之下，种群增长曲线呈S形（图1）。其所以如此，是因为若干限制因素（也称为环境阻抗）不允许种群按自身的生物潜力曲线增长。若无此类因素，任何生物的增长潜力曲线都会呈J形，产生出可怕的绝对数量(Boughye,1968）。
图1 种群增长曲线（据Simmons,1981）
然而迄今人口的增长历史表明，人类是唯一呈指数增长的物种，而且在今后相当长的一段时间内人口数仍呈J形增长（图2）。虽然从理论上讲全球应出现一种地球生命支持系统可以维持的稳定的人口水平，而且就国家或地区而言也有了人口数稳定在某一水平的实例，但世界人口增长曲线什么时候会呈S形，现在尚不很清楚。因此，在种群规模和增长方面，人类显然已在全球生态系统中占据绝对优势，并将继续发展这种优势。人类之所以能达到这种优势地位，与其其它的优势地位是有关系的。
图2 人口增长曲线（据Trewartha,1969）
2.2人类的适应能力
几乎所有物种都局限于适宜的生态环境内，例如大象只能生存在热带，北极熊仅出现于寒带。而人类则在几乎全部地球生态系统中都能生存。这是由于人类具有极强的适应能力，包括生理上的适应能力和文化上的适应能力。按著名地理学家卡尔·苏尔（Sauer,1963年）的看法，人类最宝贵的适应能力是其消化能力，这使人类能吃各种各样的食物。人处在食物网中任何消费者级别上都能生存，因此某一食物链的中断对人类的影响不大，他们可以转向另外的食物链。
2.3人类的意识和智力
人类是唯一具有反射性意识能力（即增强自己智力的自觉性的能力）的物种。由于有了这种意识，某些潜在的限制因素所造成的问题，对人类来说只不过是用文明手段适应环境就可以解决的问题。例如天气太冷不适于生存，只需穿上衣服就能解决。人类又是唯一具有主观能动性、能有意识地计划和控制自己行为的物种；是唯一靠教育传授本领和知识的物种，因而能使每一代人的智慧、经验和技术得以积累，使文明和技术不断发展。因此，人类已部分地从本能和天然遗传中得到解放，其进化的动力主要是在文化方面而不是在生物学方面。人类与其它物种的最大不同之处，在于人类具有通过改变自己的文化（尤其是发展科学技术）而不是通过改变物种的遗传因素来改善自己与环境的关系的能力。
2.4人类的社会化大生产和现代科学技术
当代人类在生态圈中的优势地位的最重要方面，在于已形成社会化的大规模生产力，并且掌握了似乎无所不能的科学技术。人类可以靠社会化生产和科学技术大规模提高食物产量，解除食物资源短缺的限制；靠科学技术在极地建造温室，解除不利气候的限制；靠科学技术控制疾病，大大提高人类寿命，降低死亡率；甚至可以在一切生物皆不能生存的太空和外星创造出适于人类生存的环境。人类的社会实践活动已深刻地改变了自然系统的形态、结构，影响着它的前途和命运。人的行为和活动已具有了全球规模，就其威力和对自然系统的影响而言，堪与地质力量和达到地球的太阳能相比。
3 人地关系冲突与协调的科学技术机制
3.1人类指数增长的性质
由于科学技术的进步，人类活动及其后果呈现出指数型的增长。把历史上各个时期的人口数量标示在坐标图上，我们得到一条J形曲线（如图2）。有人对不同历史阶段的人均能源消耗也作过估算，把各数值标绘在坐标上，得出如图3那样的一条曲线，显然，这也是一条J形曲线。
图3 人类各文化发展阶段的人均每日能源消耗（包括直接消耗与间接消耗，据Miller,1990）A:原始人，B:采集─狩猎社会，C:早期农业社会，D:后期农业社会，E:早期工业社会，F:一般现代工业社会，G:美国现代工业社会。
此外，《增长的极限》一书对世界化肥消耗、世界城市人口、世界工业生产、世界经济增长等都作过统计分析，把不同时期的数值在坐标图上连接起来也都得出了J形曲线（米都斯，1984）。这些J形曲线其实是指数曲线，所以学术界把呈J形曲线的增长称为指数增长。这种指数级数常常给人无足轻重的感觉。它开始的数量很小，但很快就会增长成巨大的数字。例如人口增长，2%的增长率似乎并不大。但若干年以后的人口数是：A(1+r)[,n]
式中A为现在的人口基数，r为增长率，n为年数，按2%的增长率，总数翻一番只需35年。凡呈指数增长的事物，其数量翻番的时间约为70÷增长率百分数
由此看来，一直呈指数增长的人口数量、资源消耗和环境影响程度若继续下去，总有一天会到达地球生命支持系统的极限。
3.2地球承载能力的演进
人类社会进化过程中，人口不断增多，生活水平不断提高，因而对自然资源的需求不断增加；另一方面，人类认识能力尤其是科学技术不断进步，关于自然资源的概念也不断发展，人类对自然资源的开发利用，在种类、数量、规模、范围上都不断扩大（中国自然资源研究会，1985）。在石器时代，铜不是资源；在青铜器时代，铁不是资源、狩猎─采集社会里，土地、水流就象阳光、空气一样，并不被看作资源。随着农牧业的兴起和灌溉技术的利用，土地、水也就成为资源了。生物工程技术兴起以前，生物基因未当作资源，但它现在是一个重要的资源。在人类生活水平较低的时期和地区，人们主要注意温饱，资源的概念是物质性的；而当生活水平提高后，人们就把风景、历史文化遗产、民俗风情等审美性的事物也当作资源了。五十年代以前，石油都采自陆地；现在人类已在海洋开采石油。其它资源的开采范围也在向海洋扩展，未来的人类很可能会到月球、火星上去开采资源。“洪水猛兽”曾被看作灾难，但当人类有能力驾驭它们以后，也可以变为资源。
另一方面，正如今天大部分十分珍贵的资源在几个世纪以前被认为毫无价值一样，当年很有价值的资源在今天看来可能也没有什么价值。例如某些作为染料用的植物，在染料化工发展起来以前曾是很宝贵的资源，但现在已无太大价值了。
总之，人类社会进化过程中对自然资源和自然条件的认识和开发利用能力不断发展，促使地球承载能力不断演进，从而不断化解地球生命支持系统施加于人类社会发展的极限，这当中的关键机制就是科学技术。
3.3人地关系协调的科学技术机制
随着科学技术的进步，人类社会不断发展，人与地理环境的冲突也不断升级，而人类又依靠科学技术的进步来调整这种冲突。科学技术在人地关系中的作用可谓“成也萧何，败也萧何”。
当自然生态系统不能维持狩猎──采集社会的人口生存时，人类开始了对野生动植物的驯化，并发现了兽力和发明了金属犁、灌溉技术，从而解决了危机并进入农业社会。很多当代原始部落由于没有出现这一科学技术机制而停滞在初级社会阶段。可以推知，历史上由于没有发现和利用这一科学技术机制而沦于消亡的原始部落也不少。农业社会后期又出现了新的人地冲突，人类调整这个冲突的关键科学技术是机器生产和化石能源的使用。若干古代农业文明的消亡和衰落的原因，从某种意义上看正是没有找到这一机制，从而不能解决人口增长与地力耗竭的矛盾。现代人类依靠这一机制步入工业社会，使人类文明得以维系并大大发展。但现代社会中又出现了人口爆炸、资源耗竭、环境恶化的威胁，要解决当代的人地矛盾，仍寄很大希望于科学技术的发展。
未来社会已经在某些国家初见端倪，被称为信息社会或后工业社会。未来社会中人口将被控制在适当水平，对不可再生资源的依赖程度将减少，可再生资源将得到持续利用，环境将得到治理和保护从而实现人地关系新的协调。达到这些目标，以下高新技术将起决定性作用：新能源新材料技术、生物技术、信息技术、环境保护技术、太空技术、海洋开发技术等等。
*本文得到国家自然科学基金资助。