神學論集104

四、能量品質
能量定義為可作功的能力。能量的轉變過程可用熱力學的第一與第二定律說明。熱力學第一定律，又稱為能量守恆定律（energy Conservation law），是指能量可以一形式轉另一形式，但不能被創造出或被消滅掉。例如，太陽光是一種能量形式；可被轉變成熱能，作功的能量，或在食物中的化學能等。但沒有太陽光的能量是被消滅了。熱力學第二定律，又稱為亂度定律（entropy law），指的是能量的轉變過程中，自然會趨向具有較大亂度的形式。例如，一熱物體中的熱能會自動的向四周較冷的環境中擴散。因為能量常會擴散為熱能（高亂度形式），沒有一種能量形式的轉變有百分之百的效率。例如，燃燒煤炭以產生蒸汽，煤炭中有部分的能量即轉變到蒸汽中，但也有一大部分的能量是轉變成熱能而散失到環境中。於生態體系中，生物能量的循流過程也是一樣；當生物能量以食物的形式，從一生物體流轉到另一物體中時，其中卻有一大部分的能量以熱能的形式散失。
較濃縮形式的能量（如石油），比較鬆散形式的能量（如陽光）有較高的作功能力，因此有較好的品質。一能量的品質，可以由要轉變到此能量形式，所須的另一種形式的能量之多寡而定。例如，在食物鏈的能量循流中，能量的量一直減少，但能量的品質可以說是相對的增加。圖2—6（a）即表示能量經由食物鏈的量與質的關係。在自然生態系的食物鏈中，由具106千卡∕平方公尺的太陽，一再地遞減到100千卡∕平方公尺，或更少的次級消費者（掠食者）；但相對的，其能量品質卻1上升到10，000個單位。圖2—6（b）顯示流量流轉至發電之過程。過程中能量之量一再減少；但能量之品質，能作功的能力，相對地一再提升。這些質與量的相對關係整理列於表2—9。

圖2-9各種能量形式之品質比較表（根據Odum and Odum, 1981之報告）

能量形式	太陽能單位（卡）	石化燃料單位（卡）
太陽光植物粗生產量植物淨生產量石化燃料水之位能電力	1．0 100 1000 2000 6000 8000	0．0005 0．05 0．5 1．0 3 4

（重點三十）因此，能量不能僅有量的大小，亦有品質的好壞。並不是所有每一卡能量都具有同樣的品質；因為不一形式但同量的能量，其作功的能力大不相同。

五、能量和貨幣
現代文明生活均有賴於高品質之持續供應。而高品質的能量，又需要更大能量去產生。因此，淨能量之觀念就甚是重要（如圖2一7）。淨能量所得，即等於由能量來源轉變而來的能量A，減去要維持此能量轉變流程所須之能量B。此能量B，又稱為能量處罰（energy penalty）。若要能長期有效的話，淨能量所得至少要有能量處罰（B）之兩倍；也就是產能上值（energy yield ratio），至少有2或以上。換句話說，能量問題不是在地球中還存有多少石油，而是有多少高品質能量可真正的獲得；當扣除能量處罰與轉變中之消耗，以及保護人類健康、和保育全地球維生體系的完整性後之所得。
圖2－7 淨能量的觀念。A（產出的能量）必要比B（為維持生產所須的能量）大，如此才能使能源和其轉換系統產出正的淨能量。

貨幣可能是人類最重要的一種發明；目前貨幣已成為社會各階層決策制定時之考量基礎。或根據在——社會中貨幣與能量流動是有密切相互關連；貨幣與能量是相互對流。只是貨幣可迴圈流通使用，但能量不行。然而貨幣是可以轉換成（已有考量品質的）能量單位，因為東西和服務的價值與其需要多少能量去生產它們，有著密切的關係。但很不幸的，如圖2—8，貨幣對自然資源只考量到其進入人類生產或服務過程時；對自然生態體系蘊育其資源的過程，並不考量其價值。例如，於圖2—8中，可看出，於整個海產物生產鏈中，目前貨幣體系只考量海產物之收穫與處理的部分；而海洋蘊育這些海產物所需之能量與功能，則完全成為此貨幣體系之外部成本。雖然可能有些經濟學不高興應用此方法，但是所有經濟學者都同意：當他們處理自然資源之分配時，都含有嚴重的「市場失靈」（market failure）的現象。於近二十年來，有許多學者致力於如何將市場和無市場價值的鴻溝打通；但是至今仍無真正實際之應
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用。人造之東西和人類的服務仍然是被給予最高的價值，然而（至少具有同等重要的）自然的東西與服務卻被忽略，或只是略加給予一些低估的價值。

圖2－8 傳統的經濟活動。海灣區蘊育魚類之功能並被付予應有的貨幣
        （鈔票）價值。海灣區對人類的實際價值至少是此區生產的魚
        獲量價值的十倍。實線表示能量的循流；虛線表示貨幣之流通
        （參考Odum，1983）

對維持人類生活重要的能量流動，目前的貨幣系統並沒有能包含所有的（圖2—9）。此圖中列出維持人類生活的兩種能量來源，及三種能量轉換系統。貨幣流通時，人們只是對都市工業系統所產生之科技產物，以及農業生態體系產生之東西與服務，付出貨幣。對同等重要的自然生態體系所產生的服務與東西，人們並不需要付出貨幣。
（重點三十一）如同Brown（1979）所說的，全球經濟終究是依賴於基礎生態體系，如海洋、森林、和農業。當這些資源衰退或受壓力時，世界的經濟同受傷害，各種服務或東西變得稀少，而且須要更多的代價去保護與生產；其結果將是世界性的通貨膨脹。
（重點三十二）雖然經濟學者與生態學者對市場失靈有著不同的認知與解決之方法，但是一般都同意經濟理論若能適當的加入生態能量之理論，將有可能將經濟體系提升至生態體系（維持生命的體系），作整合的分析。

圖2－9 人類的能源支援體系。由人工和農業生態系來的能量，貨幣流通大致配合能量的循流；但是來自自然態系的能量，並無貨幣配合（參考Odum，1983）。

第六節 生態學發展史
「生態學」的定位
    1866—1891 Haeckel，Ernst：第一個使用ecology（1866）。
    ∕Ecology as a part of physiology（生理學）
    ∕the economy of nature（自然的經濟）
    ∕total relationships of the animal both to its Inorganic and its organic envlrnment．
    ∕comple Interreations referred to by Darwin as the conditions for the struggle for existence．
    ∕字源取自eeo－nomlcs (ousehold＋management）
               eco－logy（the Study of household）
    1893 J．S．Burdon－Sanderson：President，British Ass．for Advancement of Science．
    ∕將Eco 成為<生物學>中三大部之一。
      ecology，Physlologo and morphology.
      生態學---philosphy of living nature．
    1900s Clements＆Cowles--plant ecology（植物生態學）
    生態學=生理學。
    1910s Adam（1917）＆Elton（1927）→animal ecologists
    生態學=new natural history（Adam，1917）
          =scientific natural history（Elton，1927）
    1949 Alicee et al．principles of anlmal ecology

of knowledge of ecology among scholors and philosophers
    1．由於內在的多元性→廣泛distortion of內容
    2. 缺乏historical studies
    Kuhn（1970）a developing Scientific discipline

of several separate trunks
      lacking a common initial rootstock
    1961 Andrewartha生態學=生物的分佈和豐富量之研究。
    1963 Odum，E．生態學=自然的結構和功能之研究。
    1980 Leo Simth，R．(1986）生態學=「生物與其生活環境」
的互動關係之研究。
生態學自然的經濟學。
    Odum，E.（1983）
生態學自然科學和社會科學的橋梁。
1990sStiling，P.D.（1992）生態學飲食以下五部分：
演化生態+行為生態+族群生態+群落生態+應用生態
Leo Smith,R.(1992)
生態學主要兩個根源：植物地理學和自然歷史學
Colinvau,P.(1963)
生態學=the Science of the universe(宇宙)（Hutchinson）
1、體系的繁雜和歧異之維持和來源之瞭解
2、生物一起生活的原則
3、生命如何受天擇影響
4、自然的經濟學
   Odum，E．（1993）生態學=生命與維生環境之關係。
    Krebs，C．J．（1994）生態學=決定「生物的分佈和豐富量」之互動的研究
    Where，How many，Why
Brewer，R．（1994）生態學 =「生物與其生活環境」的互動關係之研究。