第三章 世界系统中的增长在一个圆圈的圆周线上开端和终端 是共同的。——赫拉克利特公元前500年

我们已经讨论了粮食、不可再生资源和吸收污染、维持人 口以及工业增长所必须的各个因素。我们已经考察了对每一个 因素的需求方面的增长率，以及供应方面的可能的上限。通过 对需求增长曲线做简单的外推，我们已经试图粗略地估计每一 个因素可以继续按现在的增长率增长多久。我们从这些外推得 出了许多有远见的人已经认识到的结论：人类的许多活动翻一 番的时间很短，而且大量活动已经翻了一番并会出乎我们意外 地很快接近那些活动增长的极限。外推现在的趋向是考察未来特别是近期未来的一种历史悠久的方法，当认为这个量不太受系统中到处发生的其他趋向影响时尤其如此。当然，我们在这里考察的五个因素没有一个是独立的，每一个因素经常同所有其他因素相互作用。我们已经提到了某些相互作用，人口没有粮食就不能增长；粮食生产是通过资本增长而增加的；更多的资本需要更多的资源；被抛弃的资源成为污染；污染扰乱人口和粮食的增长。而且，在一较长时期中，每一个因素也反馈影响它自己。例如，1970年粮食生产增加的速度，对1980年人口多少会有某些影响，它又会决定此后多年粮食生产必须增加的速度。

同样，今后几年资源消耗的速度，会影响必须维持的资本规模以及地球上剩下的资源数量。于是，现在的资本和可以得到的资源会相互作用，以决定未来资源的供求。人口、资本、粮食、不可再生资源，以及污染，这五个基本数量或标准，是由我们还没有讨论过的其他相互关系和反馈回路联系起来的。很清楚，不考虑其他所有因素，就不可能确定这些数量的遥远未来。然而，即使是这种比较简单的系统，也有复杂的结构。人们可能直觉地理解，它在未来会怎样表现，或者一个变量最终会怎样影响其他每一个变量。要达到这样的理解程度，我们必须扩大我们的直觉能力，使我们能同时了解许多复杂的相互联系的变量。我们在这一章里描述了规范的世界模型，做好走向理解这个复杂的世界系统的第一步。这个模型只不过是一种尝试，使上述已经存在着因果关系方面的五个标准的大量知识集合在一起，并且用相互连结的反馈回路来表示这种知识。由于这个世界模型在理解这个世界系统增长的原因和极限方面是如此重要，我们将详细地说明建立模型的过程。在创立这个模型时，我们依照四个主要步骤：1．我们首先列出了五个标准中间的重要的因果 关系和探索反馈回路结构。

为此，我们查阅了文献， 并与许多研究领域中的专业人员讨论所关心的领域 ——例如，人口统计学、经济学、农学、营养学、地 质学和生态学。第一步，我们的目的是要发现能反映 五个标准之间主要相互作用的最基本的结构。我们推 想，在理解了这个简单的系统以后，可以进一步详尽 描述这个基本结构，反映更加详尽的知识。2．然后，我们用可以获得的全球数据，尽可能 准确地为每一种关系定量。对于还没有做全球量度的 方面，就用有代表性的局部的数据。3．我们用计算机计算所有这些关系在时间上同 时的作用。然后，我们检验基本假定中数字变化的结 果，找出这系统行为的最关键的决定因素。4．最后，我们检验了各种政策对我们的全球系 统的影响。目前提出的这些政策正在加强或改变这个 系统的行为。这些步骤不必循序前进，因为新信息常常来自后一个步骤，会使我们回过头来改变基本的反馈回路结构。这不是一个不可改变的世界模型；相反，是一个逐渐形成的模型。随着我们的理解加深，而不断加以批判和使之现代化。现在，这个模型的总结，它的目的和局限性，它所包含的最重要的反馈回路，和我们为因果关系定量的一般程序如下。

这个世界模型的目的在第一个简单的世界模型中，我们只对人口—资本系统的主要行为方式发生兴趣。就行为方式来说，我们指的是系统中的变量（例如：人口和污染）随着时间进展而变化的趋向。一个变量可以增加、减少、保持不变、波动，或者把这几种有代表性的方式结合起来。例如，人口在有限环境中增长，能以几种可能的方式接近这个环境的最终承载能力。如下面所示：它可以用逐渐减低增长率的办法，平稳地调整到环境极限以下的一种均衡状态。或者它可以超过极限。然后，以平稳的方式或者波动的方式重新降低，或者它可以超过极限，而在这个过程中，靠消耗某些必需的不可再生的资源，来降低最终承载能力。这种行为在许多天然系统中已被注意到了。例如，鹿或者山羊，当没有天敌时，往往越过它们的界限在田野里吃草，使植被被侵害或破坏。创立这个世界模型的主要目 的，是要决定当这个世界系统达 到增长的极限时，这些行为方式 中，哪一种会最有代表性。这种 决定行为方式的过程是“预见”， 但是仅仅在这个词的最有限的意 义上使用它。这本书后面复制的产出图，展示了世界人口、资 本和其他变量的估算值，时间尺度从1900年开始，一直继续 到2100年。

这些图不是变量在未来的任何特定年份的值的确 切预见。它们只表示这系统的行为趋向。“预见”的不同程度之间的差别可以用一个简单的例子加 以最好的解释。如果你把一个球直线抛入空中，你可以肯定地 预言球的一般行为会是什么？它会以减速上升，然后反向并以 加速下降，直到球到达地面。你知道，它不会永远继续上升， 不会环绕地球的轨道运行，也不会在着陆以前绕三圈。我们用 现在这个模型所寻求的就是对行为方式的这种基本理解。如果 人们想要确切地预言一个向上抛的球会上升得多么高，或者确 切地预言这个球会在什么地方和什么时候到达地面，就必须根 据有关球、高度、风、最初抛出的力的精确资料做详细的计 算。同样，如果我们想要在百分之几的范围内预言1993年地 球上的人口规模，我们就需要有比这里描述过的模型更加复杂 得多的模型，我们也会需要有比现在可以获得的资料更加精确 而全面的资料。

因为我们在这个问题上，只对主要的行为方式感兴趣，第一个世界模型不需要很详细，因此，我们只考虑一般的人口，这个人口在统计上反映全球人口的平均特征；我们只包括一类长期存在、全球分布的污染物质，例如铅、汞、石棉和稳定的农药以及放射性同位素；我们正在开始理解，这类污染物质在生态系统中的动态行为；我们试图表示一种一般化的资源，它表示所有不可再生资源合在一起的储藏量。虽然我们知道，每一种资源会以它自己的特殊的标准和速度遵循一般的动态模式。在这点上，实现高度的集合，对于保持对模型的理解，是必要的。与此同时，它毕竟限制我们从这个模型得到所期望的信息。因为这个模型简单，并且不包含许多细节，因此，不可能回答细节问题。这个模型还没考虑国界问题。分布不均匀的粮食、资源和资本的数据，既没有明确地加以计算，也没有用图表表示其产出。世界贸易平衡、移居模式、气候的决定因素，和政治过程并没有特别加以处理。我们希望建立也能建立其他各种模型，以澄清这些重要的子系统的行为。（我们在研究过程中，已经为自己建立了许多子模型，以探索这个世界模型的每个部分的详细动态，这些研究的清单，见附录里。

）可以从这样一个高度集合的模型学到什么吗？这模型的产出可以认为是有意义的吗？从确切的预见来说，这种产出是没有意义的。我们既不能预言美国确切的人口，也不可能预言巴西的国民生产总值，以及2015年世界粮食总产量。我们不得不使用的数据对于这样的预测来说，当然是不充分的，即使我们的目的是通过它们做预测。另一方面，当达到极限时，理解人类社会增长的原因，增长的极限，以及我们的社会经济系统的行为是极其重要的。人类对这些系统的行为方式的知识是很不完备的。例如，现在还不知道，人口是否会继续增长，或者逐渐达到稳定，或者围绕着某个上限波动，或者急剧下降。我们相信，集合的世界模型是探讨这种问题的一种方法，这个模型利用在全世界都一样的人口、粮食、投资、折旧、资源和产量之间最基本的关系，这种关系适应于人类社会的任何部分或者整个社会。事实上，正如我们在这本书开始时指出的，用空间—时间上尽可能广阔的眼界来考察这样一些问题，是有好处的。当总的限度和行为方式已被了解时，就可以更加切合实际地询问细节问题，个别国家的问题，以及近期压力的问题。反馈回路结构我们在第一章里，通过一个图表说明产生人口增长和资本增长的反馈回路。

图23把它们画在一起了。考察图23中用图解表示的关系，也许是有帮助的。每年的人口由于当年出生总数而增加，由于当年死亡总数而减少。每年出生的绝对数是人口平均出生率的函数，也是人口规模的函数。死亡数与平均死亡率和人口总量有关。只要出生超过死亡，人口就增加。同样，一定数量的工业资本，按不变的效率起作用，每年就可能产生一定数量的产品。更多的工厂、机器，等等，将有助于增加资本贮存的投资。同时，每年有些资本设备将要折旧或被抛弃，要保持工业资本增长，投资率必须超过折旧率。在我们所有的流动图中，例如图23，箭头只不过表示一 个变量对另一个变量有某些影响，影响的性质和程度并没有详 细说明。这种影响当然必须在模型方程中定量。为简单起见， 我们常常忽略这张流动图中有几种滞后发生的因果关系。

这个世界模型的主要反馈回路，控制人口和工业资本的增 长。两个正反馈回路包含的出生和投资，导致人口和资本的指 数增长行为。两个负反馈回路包含死亡和折旧，趋向于调节这 种指数增长。不同回路的相对强度，取决于这个世界系统的其 他许多因素。 　　人口和工业资本之间的有些相互联系，通过农业资本、耕地和污染起作用。每一个箭头指出一种因果关系，这种因果关 系，可以立即发生或者经过滞后发生，可大可小，可正可负， 一切取决于每一类模型所包含的假定。在模型计算中，清楚地 包括了这种滞后。

人口和资本以许多方式互相影响，其中有些影响已在图 24中表示。工业资本的有些产品成为农业资本，如拖拉机、 排灌沟渠和化肥。农业资本和耕地的数量，强有力地影响着粮 食生产的数量。人均粮食（生产出来的粮食除以人口）影响着 人口的死亡率。工业、农业活动都可以引起污染。（就农业来 说，污染主要来自残留农药、引起贫瘠化的化肥，及造成土地 盐碱化构成的不适当的灌溉）。污染可以直接影响人口的死亡 率。也可以由于农产品在减少而间接影响人口的死亡率。图24中有几个重要的反馈回路，如果这个系统中其他一 切都保持相同，人口增加会减少人均粮食，并因此增加死亡 率，增加死亡绝对量，最后导致人口减少。这种负反馈回路用 图解表示如下。

另一种负反馈回路（表示如下）倾向于抵消上面表示的一 个负反馈回路。如果人均粮食减少到比人口所希望的值更低， 就会有增加农业资本的倾向，结果是未来粮食生产和人均粮食可以增加。

图25说明了这个世界模型中的其他重要关系。这些关系 涉及人口、工业资本、服务资本和资源。

人口和工业资本也受服务资本的水平（例如健康和教 育服务）和不可再生资源的储量的影响。

工业产品包括分配给服务资本的商品，如房屋、学校、医 院、银行，及其配套设备。这种服务资本的产品除以人口，得 到人均服务的平均值。人均服务影响健康服务的水平，并进而 影响人口的死亡率。服务也包括教育和研究控制出生等方法， 以及控制出生的知识和工具的分配。人均服务因此与出生率有 关。变化着的人均工业产品，对影响出生率的许多社会因素，也有值得注意的影响（不过典型方式是发生滞后）。每单位工业产品都要消耗一些不可再生资源的储量。随着储量逐渐减少，从地球上得到同样数量的资源就必需有更多的资本。因此，资本的效用降低（这就是说，要生产一定数量成品需要更多的资本）。图25中重要的反馈回路在下边表示出来。

图24和25中表示的关系，是这个世界模型中许多互相连 结的反馈回路的典型代表。其他回路包括耕地面积以及开发或 侵蚀的速度，产生污染的速度和环境使污染变为无害的速度， 以及劳动力和就业数量之间的平衡。图26使所有这些因素和多的因素都结合进去了，是一张表示世界模型的完备的流动。 （图26较为复杂，在网页上难以显示，按此下载图26压缩文件241K）定量的假定图26中的每一个箭头代表一种普遍的关系。我们知道，这种关系在人口—资本系统中是重要的或者是潜在重要的。事实上，这种结构是非常普遍的，它可以代表单个国家，甚至单个城市（加上移居和越界贸易流量）。要把图26的模型结构用于一个国家，我们就要用代表这个国家的数量来为这结构中的每一种关系定量。要描绘这个世界，数据就要反映整个世界的平均特征。在现实世界里，大多数因果性的影响是非线性的。这就是说，在因变量方面的一定变化，（例如，人均粮食增加10％）可以对另一个变量（例如，估计寿命）有不同的影响，它取决于第二个变量可能范围内的哪一点上发生变化。

例如，如果人均粮食均增加10％，已证明可增加估计寿命10年，那么人均粮食增加20％，其结果并不一定会使估计寿命增加20年。图27表示人均粮食和估计寿命之间的非线性关系。如果 只有一点儿粮食，少量增加，就可能带来人口估计寿命的大大 增加。如果已经有足够的粮食，进一步增加就只会有一点儿影 响，或者没有影响。这种非线性关系已经与这个世界模型直接 结合。（图27中的数据并没有以其他因素如注意健康来校正。在技术报告中提出 了对这种关系做统计处理的进一步的资料，及其与模型方程相结合的资料。）

人口的估计寿命，是人口所得到的营养的非线性函数。在 这张图表中，营养水平是用相当于多少植物热量（卡）来表示 的。从动物来源得到的热量，例如，肉或牛奶，则乘上一个转 换因子（大约是7，因为生产1卡来自动物的热量大约需要喂 食7卡热量的植物）。由于来自动物的食品，在维持人的寿命 方面有更大的价值，这种量度既考虑了食品的量，也考虑了食 品的质。图表上每一个点，表示平均估计寿命和一个国家在 1953年的营养水平。来源：M·塞佩德，F·豪塔和L·格隆德：《人口和食品》 （Population and Food）（NewYork：Sheed and Ward，1964）。

关于世界上各种因果关系知识的现状，既有完全无知的， 也有极其准确的。这个世界模型中的关系，一般处于确定的中 间区域。我们对这种因果性影响的方向和大小，确实知道一 些。但是，我们对它们很少有完全准确的知识。为了说明我们 在知识的中间区域上怎样起作用，现在，我们从这个世界模型 中，提出三个定量关系的例子。一个是经济变量之间的关系， 相对地说理解得比较清楚；另一个包含社会心理变量，对它研 究得已很充分，但难以定量；第三个与生物变量有关，到目前 为止几乎完全不知道。尽管这三个例子决没有构成这个世界模 型的完备描述，但是，这三个例子说明了我们用来建立这个世 界模型和使它定量的论据。人均资源利用随着世界人口和资本设备增长，对不可再生资源的需要会 发生什么？每年消耗的资源数量可以由人口乘以人均资源利用 率得到。人均资源利用率当然不是不变的。随着人口变得更加 富裕，每人每年就趋向于消耗更多的资源。下面是表示人口， 人均资源利用率和财富（由人均工业产品来量度）与资源利用 率的关系的图解。

财富（人均工业产量）和资源需求（人均资源利用率）之 间的关系，是由图28所示的非线性曲线表示的。在图28中， 资源利用是由1970年全世界平均人均资源消费量来规定的， 使之等于1。由于1970年全世界平均人均工业产量大约是230 美元。我们记住，曲线通过这一点由一个X标明，美国在 1970年人均工业产量大约1600美元，每个公民平均消耗的资 源接近于全世界平均人均资源利用量的七倍。这条曲线上代 表美国消费水平的点由一个+来表明。我们假定，随着世界其 余部分在经济上发展，基本上会遵循美国的消费模式——人均 产品增长是一条急剧的上升曲线，接着达到平衡。现在，在世 界钢铁消费模式里，就可以为这个假定找到证明（参看图 29）。尽管在钢铁消费曲线中有一些不同于图28中一般曲线的 变化，这是由于不同国家代表的经济结构和政治结构不同，但是，整个模式是一致的。

每人消耗的资源和每人的工业产出之间的关系，这个假设的模型是S型的。在没有实现工业化 的社会里，资源消耗是很低的，因为大多数生产是农业生产。随着工业化水平的提高，不可再生资源 的消耗急剧上升，然后变为在很高的消费率上趋于稳定。X点表示1970年全世界平均资源消耗率； +点表示1970年美国的平均消耗率。两个水平标度用人均工业产量和人均国民生产总值两者来表 示资源消耗关系。

1968年，世界各国人均钢材消费量遵循图28所示的一般S型模式。来源：钢铁消耗量取自《联合国经济和社会事务部1969年统计年鉴》（Steel Consumption from UN Department of Economic and Social Affairs，Statistical Yearbook 1969.）（New York：United Nations，1970）。人均国民生产总值取自《世界银行图表集》（World Bank Atlas）（Washington，DC：Goverment Printing Office，1969）。

人均铜和钢的消耗量，在美国随着总生产率上升，进入了一个迅速提高时期。在消费达到一个比较高的比率以后，接着是一个比较缓慢提高的时期。来源：铜和钢的消耗量来自《金属统计资料》（Metal Statistics）（Somerest，NJ:American Metal Market Company，1970，）。历史上的人口和国民生产总值来自美国商业部，《美国经济增长》（US Economic Growth）（Washington，DC：Goverment Printing office，1969）。 　　图30中所标绘的美国消费铜和钢的历史，提供了资源消费曲线的一般形式的附加证据。随着个人平均收入的增长，资源利用在两种情况下也上升。起初，急剧上升，然后平稳地上升，最后的较高的平稳时期表示物质占有的平均饱和水平。进一步增加的收入，主要花费在服务上，资源消耗支出较少。图28所示的这个世界模型所包括的资源利用S型曲线， 明显代表了当前政策。在模型模拟中，在任何时候都可以改变 这条曲线，以检验系统变化的结果（如资源的再循环），它会 增加，或者会减少每人消耗的不可再生资源的数量。

这本书后 面所示的实际模型的趋势会说明这样一些政策和结果。期望的出生率在任何人口中，每年出生数等于育龄妇女数乘以平均出生 率（每个妇女每年出生平均数）。也许有许多因素影响着人口 的出生率。事实上，研究出生率的决定因素是世界上许多人口 统计学家的主要工作。在这个世界模型里，我们已经确定了构 成出生率的三个主要因素——即最高的生物性出生率，控制出 生的效力和期望的出生率。出生率的这些因素间的关系用图解 法表示如下。

最高的生物性出生率是妇女在整个生育期中，不用控制生 育的方法所能生的孩子的比率。这个比率是由生物性决定的， 主要依人口的一般健康状况而定。期望出生率是人口实行“完 全的”控制生育的结果，而且只是有计划想要的孩子的比率。 控制生育效力量度人口可以达到期望出生率，而不是最高生物 出生率的程度。因此，“控制生育”的定义很广泛，包括居民 实行的控制生育的任何方法，包括避孕、流产和禁欲。应当强 调，完善的控制生育效力并不意味着低出生率。如果期望出生 率高，出生率也就会高。图31使人想到工业化应当是更加重的因素。

世界各国的出生率表明，随着人均国民生产总值的增加， 有一个有规律地降低的趋向。世界人口有一半以上在这张图表 的左上角表示出来。在那里人均国民生产总值低于每人每年 500美元，而出生率则从每千人每年40到50不等。这种趋向的 两个主要例外是石油出口国利比亚和委内瑞拉，在那里收入上 升是最近的事，而且收入分配很不平均。来源：美国国际开发总署（US Agency for Intermational Development），《人口援助计划》（Population Program Assistance）。（Washington，DC：Goverment Printing Office，1970）

世界上所有国家的天然出生率和人均国民生产总值之间的关系，惊人地符合有规则的模式。一般说，尽管宗教、文化或政治因素不同，随着国民生产总值上升，出生率就下降。这一条似乎是正确的。当然，我们从这张图中不可能得出结论，人均国民生产总值上升直接引起低出生率。可是，最终降低出生率的许多社会变化和教育变化，很明显同日益提高的工业化有联系。这些社会变化只是在一个相当长的滞后时期以后才典型地出现。出生率和人均国民生产总值之间的这种相反的关系，在反馈回路结构中起作用吗？大多数证据会指出，由于最高生物性出生率并不起作用。如果有区别的话，上升着的工业化，意味着健康增长，结果是可能出生的数量随国民生产总值增加而增加。另一方面，控制生育效力也会提高。而这种效力当然会对图31所示的出生下降做出贡献。可是，我们提出，国民生产总值上升的主要影响是在期望 出生率方面。图32表示这种认识的证据。这条曲线指出，对 家庭计划调查回答想要四个以上孩子的人的百分比，是人均国 民生产总值的一个函数。这条曲线的形状，除高收入所期望的 家庭规模略有增加外，与图31相同。

在17个不同的国家里，对家庭计划调查的回答，指出了他 们想要有多少孩子。希望要大家庭（四个或者更多的孩子）的 回答者百分比表明，与人均国民生产总值的关系可以与图31所 示的趋向比较。来源：伯纳德·贝雷逊及其他人：《家庭计划和人口规则》 （Family Planning and Population Programs）（Chicago：University of Chicago Press，1965。） 　　经济学家J·J·斯宾格勒已经用工业化过程中发生的经济变 化和社会变化，说明了出生率对收入的一般反应。他相信， 每一个家庭，都自觉地或者不自觉地把增加一个孩子的价值和 费用与这个家庭可以得到的专用于这个孩子的财力对照起来权 衡。这个过程导致关于家庭规模的一般态度随收入增加而变 化，如图33所示。

图解表明，决定家庭规模的经济因素，大体符合成本—利 润分析。曲线是总结了孩子的价值和费用同可用于养育孩子的 财力之间平衡的结果，都是工业化增长的函数。这种复合曲线 同图31和32中的曲线是相同的。 　　孩子的“价值”包括金钱的考虑。例如孩子对家庭农场或 商业的劳动贡献，以及当双亲年迈时最终依靠孩子的供养。随着一个国家的工业化，童工法、义务教育和社会保险条款，全 都在减少孩子具有的潜在的金钱价值。“价值”还包括孩子作为爱的对象，家庭姓氏的沿续者，家庭财产的继承者，和男子 汉象征等无形的价值。这些价值在任何社会里都很重要，报答 功能始终有积极的价值。在贫苦社会里尤其重要，在那里除了 个人满意几乎没有其他可供选择的方式。孩子的“费用”，包括供给孩子需要的必需品的实际货币支出，母亲专门用于照顾孩子的时间的代价，以及整个家庭的责任增加、自由减少。在传统社会里，孩子的费用是很低的。给新生孩子的住房并没有增添，外加的生活空间和可以得到的教育、医疗服务很少，衣食需要也很少；母亲一般没有受过教育，她的时间没有确定价值。这种家庭很少有自由去做妨碍孩子的任何事情。

父母为了照顾孩子而离家去找工作时，就有扩大了的家庭结构。可是，随着家庭收入增加，给孩子的就不只是基本的衣食需要。他们得到更好的住房和医疗照顾，而且，教育成为既是必要的也是昂贵的。旅行、娱乐和为母亲选择职业成为可能，而这一切同大家庭是不相容的。上述扩大了的家庭结构，随着工业化趋向于消失，何况代管孩子是很昂贵的。家庭专门用于孩子的“财力”一般都随收入而增加。收入很高时，随着收入进一步增加，价值—费用曲线趋于不变，财力曲线成为复合的期望出生率中的支配因素。因此，在富裕国家里，例如美国，期望家庭规模成为收入的直接函数。应当注意，“财力”部分是心理概念，在计划家庭规模时，现在的实际收入必须由对未来收入的预期来修正。我们已经用连接人均工业产量和期望的出生率之间的联系反馈回路来概括所有这些社会因素。图33的右面表示这种关系的一般形式。这种关系，并不意味着收入上升是期望的家庭规模的唯一决定因素，甚至是直接的决定因素。事实上，在人均工业产量和期望的家庭规模之间，存在有滞后，它表明这种关系需要一种社会调节，这种调节也许要一两代才能完成。而且，这种关系可以由未来的政策或社会变革来改变。

当这种关系继续有效的时候，它只不过反映出人类社会的历史行为。无论在哪里，经济发展了，出生率就下降。而在没有实现工业化的地方，出生率仍然很高。污染对寿命的影响在这个世界模型里，我们已经包括了污染会影响世界人口 的估计寿命这个可能性。我们用“污染的寿命乘数”来表达这 种关系，即用一个函数来表示估计寿命的乘数，否则就用预期 污染所起的作用来表示（根据粮食和医疗服务的价值），如果 污染严重得足以使估计寿命值降低到没有污染时的90％，乘 数就等于0.9。污染和估计寿命的关系图解如下：

关于污染对估计寿命的影响的全球资料很贫乏。关于特定的污染物质，例如，汞和铅，对人类的毒性的报导很慢才能得到。只有在空气污染领域里，才试图把特定的污染物质浓度同人口的死亡率在统计上联系起来。虽然还没有得到定量的证据，但在污染和人类健康之间，毫无疑问，确实有联系。按照环境质量委员会最近的报告：严重的空气污染事件已经证实，空气污染可以怎 样严重地损害健康，进一步研究所产生的日益增加的 大量证据表明，长期暴露在污染物质里，即使浓度 低，也能损害健康，并引起慢性病和过早死亡。对最 脆弱的人——老年人和那些已经患呼吸系统疾病的人 来说，尤其如此。与空气污染有联系的主要疾病包括 肺气肿、支气管炎，气喘和肺癌。随着全球污染水平提高，对人类寿命的影响会是什么呢？ 我们不能准确地回答这个问题。但是，我们确实知道，一定的 影响是存在的。我们在这个世界模型里，忽视污染对估计寿命 的影响的错误程度比包括它而用我们对污染量的最适当的猜测 严重。下面阐述我们研究“最适当的猜测”的方法，并用图 34予以说明。

污染的水平和人的平均寿命之间的关系，可以与许多不同 曲线相一致。曲线A表明，污染对寿命没有影响（正常的估计 寿命乘以1.0）。曲线B表示寿命随污染增加而增加（正常的估 计寿命乘以比1.0大的数）。曲线C、C'、C"反映了污染对寿 命的有害影响。这个世界模型所用的关系，形状像曲线C"。

如果污染的增长是现在的全球水平乘以因子100，对寿命绝对不会有影响。那么，图34中的直线A就是我们所探索的关系的正确表示，估计寿命与污染就会是无关的。当然，曲线 A是很靠不住的，因为我们知道，污染的许多形式对人体是有损害的。曲线B或者在曲线A上面浮现的任何类似的曲线甚至更加不可能，因为它表明，另外的污染会增加平均的寿命。我们可以预期污染和寿命之间的关系是负的，虽然我们并不知道表示这种关系的曲线的确切形状或斜率会是什么。标明c 的任何一条曲线，或其他任何负曲线，所表示的应当是正确的作用。在这种情况下，我们的步骤是：就一个变量对另一个变量可能有的影响，做几种不同的估计，然后在这个模型里检验每一种估计。如果这模型在一条曲线中发生变化的情况下很敏感，我们就知道，我们在对它做出结论以前，必须得到更多的信息。如果（在这种情况下）整个模型的行为方式并没有因为曲线中的变化而有很大改变，我们对它的形状就做一种保守的猜测，并在我们的计算中包括相应的值。我们相信，图34中的C"是最准确地描绘估计寿命和污染之间关系的一条曲线。

这条曲线假定，全球污染按10的因子增加，对寿命几乎没有影响，但是按100的因子增加，就会有很大影响。世界模型的用处上面讨论的关系只是组成这个世界模型的上百个因果链条中的三个。在这里选择这三个，是作为我们已经用过的那种信息输入和我们利用它们的方法的例子。在许多情况下，适用的信息是不完备的。然而，我们相信，以这种信息为依据的模型是有用的，即使在初期也有几条理由：第一，我们希望，每一种关系都作为假说来提 出，并强调它在整个世界系统中的重要性，我们就可 以引起讨论和研究，最终会改进我们必须使用的资 料。在这个模型的不同部分有相互作用的地方（例如 污染和人的寿命），强调这一点尤其重要，在这些地 方交叉的研究是必要的。第二，即使没有更好的资料，现在可以得到的信 息足以为这个世界系统形成有根据的和基本的行为方 式。这是正确的，因为，这个模型的反馈回路结构是 更加重要得多的整体行为的决定因素。比如反馈回路 定量的准确数字，正如我们在下面几页中看到的，即 使输入资料发生相当大的变化，通常也不会改变行为 的方式。数字上的变化很可能影响振荡周期、增长 率、或者崩溃的时间。

但是，它们不会影响基本方式 是振荡、增长或崩溃。（在没有来自观察和动态系统模型的广泛例子的情况下，重要的是结构而不 是数字，这是一个最困难的观念。为了进一步讨论它，请参看J·w·福雷斯特：《城市 动力学》（Urban Dynamics）的第六章（Cambridge,Mass:MIT Press,1969）。）由于我们只想用这个世界模型来回答行为方式问题，而不是作确切的预言，我们 首先关心的是反馈回路结构的正确性，其次才是资料 的准确性。当我们真的开始寻求更加详细的近期知识 时，确切的数字当然会变得重要得多。第三，如果任何级别上的决策者们已经能够对政 策选择进行充分确切的预言和科学上正确的分析，我 们当然不会为根据不完全的知识建成或发表一个模拟 的模型而伤脑筋。遗憾的是，今天在评价重要政策问 题上，还没有适用的完备模型。此刻，对于这种根据 不完全知识构成的模型来说，唯一可供选择的模型， 是建立在不完备的知识基础上的，是精神模型，是以 不完全的信息和直觉的混合物为基础的，当前大多数 政治决策后面都有这种直觉。

一个动力学模型处理一 个直觉模型同样是可以得到的不完备的信息，但是， 它允许把许多不同来源的信息，组织成一个可以精确 地加以分析的反馈回路结构。所有假定一旦集中在一 起，并被记录下来，就可以面临批评，并且可以检验 这系统对可供选择的政策的反应。世界模型的行为现在，我们要最后认真地考虑一下我们在这一章开始时提出的问题了。随着这个世界系统向它的最终极限增长，它的最有可能的行为方式是什么？随着指数增长曲线达到平衡，现有的什么关系会改变？当增长结束时，这世界会像什么？当然，对这些问题可能有不同的回答。我们将检验几种不同的选择，每一种选择取决于人类社会对各种增长的极限所引起的问题将如何回答所做的一整套不同的假设。让我们从假定未来在人的价值方面没有大的变化开始，在全球人口—资本系统方面，像它在最近100年中所起的作用那样，也没有大的变化。这种假定的结果，如图35所示。我们将把这种计算机输出称为“标准趋势”，并利用它同以遵循其他假定的趋势作比较。图35中水平尺度表示，从1900年到2100 年的时间。

我们借助于计算机标绘了八个量在时间上的进展：———人口（总人数）------人均工业产量（相当于每人每年美元数）_ _ _ 人均粮食（相当于每人每年公斤谷物）—·—·—污染（1970年标准的倍数）……………不可再生的资源（1900年保持的储藏量的一小部分）B 天然出生率（每千人每年出生数）D 天然死亡率（每千人每年死亡数）s 人均服务（相当于每人每年美元数）每一个变量按不同的垂直尺度标绘。我们故意略去了垂直 尺度，我们已经做出了有点模糊的水平时间尺度，因为我们想 要强调这些计算机输出的一般行为方式，而不是仅仅近似地知 道数值。可是，在这里使用的不同类型计算机的尺度恰好是相 同的，所以，很容易比较不同趋势的结果。

这个“标准”世界模型趋势假定，在历史上支配这个世界 系统发展的物质关系、经济关系和社会关系没有重大变化。在 这里标绘的所有变量，符合从1900—1970年的历史上的值。粮 食、工业产量和人口按指数增长，直到迅速地减少的资源基础 迫使工业增长减速。因为这系统中自然的滞后往往发生在工业 化高峰以后，人口和污染继续增长。由于粮食和医疗服务减 少，死亡率上升，人口增长最终停止了。

模型中的所有标准（人口、资本、污染，等等），从1900 年的值开始。图35中所标绘的变量以及这个模型中没有标绘 的其他许多变量，与我们知道的这些变量在历史上的值一般是 一致的。人口从1900年16亿上升到1970年的35亿。虽然增 长率逐渐下降，死亡率下降得更快，尤其是在1940年以后， 人口增长率提高了，人均工业产量、粮食和服务按指数增长。 资源基础在1970年大约仍然是1900年值的95％，但是，此后 随着人口和工业产量继续增长，资源基础令人注目地削弱了。显然，图35中所表示的系统的行为方式是过头的和崩溃的。在这种趋势中，因为不可再生的资源耗尽而发生崩溃，工业资本贮存增长到需要大量输入资源的水平。在这种增长过程中，它消耗一大部分可以得到的资源的储藏量。当资源价格上升和矿藏耗尽时，越来越多的资本必须用于获得资源，只剩下极少投资用于未来增长。最后，投资不能跟上折旧，工业基础崩溃，随之崩溃的还有依赖于工业投入的资金（例如化肥、农药、医院实验室、计算机，特别是机械化的能源）的服务和农业系统。这种形势就短时期而言尤其严重。人口因其年龄结构和社会调节过程中所固有的滞后情况，继续上升。

当死亡率由于缺少粮食和健康服务而上升时，人口最终减少。确定这些事件的确切时间是没有意义的，已知这模型是巨大的集合体而且有许多不确定的因素。而增长很可能在2100 年以前停止则是有意义的。我们已经试图在每一种不确定的情况下，对未知的量做出最乐观的估计，我们也忽略了不连续的事件，例如，战争或者时疫等事件，使增长结束的到来要比我们的模型所指出的更快。换句话说，这模型倾向于允许增长继续得比它在现实世界中可能继续得更长久。因此，我们可以有信心说，在现有系统没有重大变化的假定下，人口和工业的增长，最迟在下一个世纪内一定会停止。图35中表明了这系统因为资源危机而崩溃。如果我们对全球资源贮存的估计错了会怎样呢？在图35中，我们假定， 按1970年的利用率，全部资源的供应在1970年是250年。在 第二章中资源表的静态储量指标栏会证实，这个假定确实是乐 观主义的。但是，让我们变得甚至更乐观，并假定，新发现或 技术上的进展能使经济上可用的资源总量翻一番。图36表明 在这种假定下计算机所指出的趋势。图36中表明的增长和崩 溃的总的行为方式，同标准趋势中的行为方式是很类似的。

尽 管可以得到的资源总量翻了一番，不过因为工业按指数增长， 不用几年就足以消费那些附加的资源，因此资源还是会急剧地 耗尽。因此，工业产量下降，而且一旦资本密集的农业变得不 可能存在，粮食生产也降低。在这种趋势中，工业增长必然使 环境的天然吸收能力负荷过重。因此，死亡率由于污染和由于 缺乏粮食而上升。

为了检验这模型关于可用资源的假定，我们把1900年的资 源储藏量翻了一番，其他所有假定同标准趋势中的那些假定完 全相同。由于资源不是消耗得这么快，现在工业化可以达到一 个比较高的水平。但是，比较大的工厂以这样的违章在排放污 染物质，环境污染吸收机制饱和了。污染上升得很快，引起死 亡率略微增加。最后，当下降的工业产量不再能维持资本密集 的农业时，结果是粮食生产降低。尽管原来可用资源总量翻了 一番，这种趋势的结果仍是资源急剧地枯竭。

这个世界系统的未来是注定要增长，然后崩溃为凄凉的和 枯竭的生活吗？只要我们所作的最初的假定，即我们现在做事 情的方式不变，情况就是如此。我们有充分的证据证明人类有 独创性和社会有灵活性。毫无疑义，这个系统中很可能有许多 变化，其中有些变化已经发生。绿色革命在提高非工业化国家 的农业产量，关于控制生育的现代方法方面的知识在迅速地传 播。让我们用这个世界模型作为一种工具，检验有希望提高增 长的极限的新技术的可能产生的后果。

第四章 技术和增长的极限由于工业进步，社会在趋向什么最 终目的呢？当进步停止时，我们预期它 会使人类处于什么条件里呢？——约翰·斯图亚特·穆勒， 1857年

虽然，人类在有限的物质环境中努力奋斗的历史，包含着大量的失败事件，但是由于不断克服这种限制，成功地形成今天在世界上占优势的许多民族的文化传统。在过去300年间，由于一系列惊人的技术进展，人类创造了感人的记录，即已经把人口和经济增长的极限向后推移。由于大部分人类社会近期历史的不断成功，许多人期望技术上的突破，以使物质水平最大限度地继续提高成为十分自然的事情。这些人谈论未来时，对技术抱有明显的乐观主义。不论在原料方面还是在能源方面，都没有看到实 际的极限，不能期望靠价格结构的改变，代用品、技 术上预期的收获和控制污染来解决。现在地球上粮食生产的能力和追加粮食生产的潜 力是已知的，只要更加充分地利用现代技术，人类显 然已经掌握住在一二十年内把饥饿从地球上驱逐出去 的能力。人类掌握着巨大的、无生命的、用不完的能源， 并利用较少的海洋、空气、空间技术去做很多事情， 这些证明马尔萨斯是错误的。现在，人类可以在1/4 世纪中取得综合性的和经济上的成就。这些声明能同我们在这里讨论的增长的极限的证据一致吗？新技术会改变这个世界系统盛衰的趋势吗？

在接受或者拒绝这些从技术上解决人类问题的乐观主义观点以前，人们想要就新技术对全球以及对人口—资本系统中的五个相互连结的部分的短期和长期影响知道得更多一些。世界模型中的技术在这个世界模型中，“技术”不是单独的变量。我们没有发现把技术发展的动态含意集合和普遍化的可能，因为不同的技术是从这个模型的十分不同的部分出现的，并影响着它。避孕药丸、高产谷物、电视和海上石油钻井，全部可以被认为是技术的发展。但是，每一种技术发展，在改变这个世界系统的行为方面，都起着独特的作用。因而，我们必须在这个模型里分别表示每一种技术，仔细考虑它会怎样影响我们对这个模型要素已经做出的每一个假定，在这一节里，我们将提出研究全球长期“技术评估”方法的一些例子。能源和资源控制核裂变技术已经提高了即将来临的矿物燃料资源的极限，核中子增殖反应堆，甚至热核反应堆能相当大地延长裂变燃料如铀的寿命。这是否意味着人类已经掌握了“巨大的、无生命的、不可穷尽的能源”，能为其工业提供无限的原料呢？日益增加核动力的作用，对这个世界系统可得到的资源会有什么影响呢？

有些专家相信，丰富的能源会使人类有可能发现和利用其他很难得到的原料（例如，在海底）；处理贫矿，甚至普通的岩石；使固体废料再循环，收回其中含有的金属。虽然这是普遍的观念，但决不具有普遍的意义，正如地质学家汤姆斯·洛弗林在下面的引文中指出的：事实上，廉价的能源几乎不能减少采矿和处理岩 石所需要的总成本（主要是资源和劳动）。在普通的 花岗岩中，每单位金属所产生的大量不可用的废料 （比例至少2000比1），在蓝图上要比在矿区里更容 易处理……要使矿物重新有用，岩石必须用炸药粉 碎，为投入和重新获得矿物而钻井，并灌满含有专门 精炼的化学药品的溶液。于是，必须制定避免溶液损 失的条款，接踵而来的是地下水和地表水污染。这些 作用不会由于核动力而消除。可是，让我们假定，技术乐观主义者是正确的，核能会解 决这个世界的资源问题。图37表示在这个世界模型里包含这 个假定的结果。如图36所示，为了表示利用较低品位矿石和海底采矿的可能性，我们已经使可以得到的资源总量翻了番。 我们还假定，从1975年起，回收和再循环规划会使每单位工 业产品所需要的未经利用的资源投入减少到今天用量的1/4。

人们公认，这两个假定比现实主义更乐观。

在这个世界模型系统里，资源耗竭问题由两个假定排除 了：第一，“无限的”核动力会使可以利用的资源储藏量翻一 番；第二，核能会使广泛的再循环和代用计划成为可能。如果 这些变化是引进这个系统中唯一的变化，增长由于污染上升而 停止。

在图37中，确实没有发生资源短缺。人口增长是由于污 染而停止的。没有任何来自资源的限制，因而工业产量和服务 比他们在图36中下降以前有所上升。人口达到图36中同样高 的水平。因此，“无限的”资源看来并不是维持这个世界系统增长的关键。显然，如果要避免这个世界系统的崩溃，就要提供这种可用资源的经济动力，还必须伴随对污染的抑制。控制污染我们在图37中假定，核动力的出现，既没有增加也没有减少每单位工业产品所产生的平均污染量，核动力对生态的影响还不清楚。消耗矿物燃料的某些副产品，例如二氧化炭和二氧化硫会减少，而放射性副产品却会增加。资源再循环当然会减少固体废料的污染和某些有毒金属的污染。然而，转变到核动力对其他大多数类型的污染，包括大多数制造过程的副产品、热污染和由农业实践引起的污染，几乎没有什么影响。可是，一个很快就可以使用核动力的世界社会，大概有能 力用技术手段控制工业污染的产生。在工业化地区已经大规模 地发展和安装了控制污染的设备。比如说，在1975年，如果 制定了严格控制污染的政策，这个模型的行为会怎样变化呢？

一个日产2700吨的甜菜糖厂，当排放标准接近完全洁净 的时候，减少有机废料所增加的费用急剧上升。所需要的生物 氧（分解废料所需要的氧的量度）减少到30％时，费用小于每 磅1美元。减少超过65％，每磅需要20美元以上，减少达到 95％时，每磅需费60美元。来源：环境质量委员会第二个年度报告（Second Annual Report of the Council on Environmental Quality（Washington，DC：Government Printing Office 1971）。

严格控制污染并不一定意味着完全控制污染。因为有技术 上的和经济上的限制，要消灭一切污染是不可能的。在经济 上，控制污染的费用随着排放标准变得更加严格而上涨。图 38表示，一个制糖厂减少水质污染的费用是消除有机废料的 一个函数。如果工厂不允许留下有机废料，费用会比仅从排放 物中消除30％的废料大100倍。下面表6表示，美国城市减少空气污染的规划费用中有类似的趋向。表6 在一个美国城市中减少空气污染的费用减少SO2的百分率减少微粒的百分率规划的费用$（万）

522542667548692600

假定从1975年开始，减少图37的资源消耗以及减少从一 切来源产生的污染，都以4为因子，在图39中标绘了这个世 界模型的产量。减少到现在产生污染的速度的1/4，可能是不 现实的。因为费用很大，也因为消灭某几种污染，例如核动力 产生的热污染和放射性同位素、化肥流失和来自刹车衬垫的石 棉粒子等，很困难。为了用这个模型做试验的目的，我们假 定，在污染方面，全球很快能发生这样的锐减，这不是因为我 们相信我们现在的制度在政策上是可行的。正如图39所示， 控制污染政策在减少以前污染危机趋向方面，确实是成功的， 人口和人均工业产量，在图37中超过它们的峰值上升得很好， 而且，资源耗竭和污染决不会成为严重的问题。可是，过分的 方式仍然起作用，这时发生崩溃首先来自粮食短缺。

1975年，这个世界模型增加了技术上的进一步改良，以避 免以前模型趋势的资源耗竭和污染问题。在这里，我们假定， 每单位工农业产量所产生的污染，可以减少到1970年值的1/4。 资源政策像图37一样。这些变化直到可耕地达到极限为止，允 许人口和工业增长。随着资本转向粮食生产，人均粮食下降， 工业增长也慢了。

在图39中，只要工业产量在上升，每公顷土地的产量也继续上升（直到最高是1900年平均产量的十倍），新土地也开辟利用了。可是，同时，有些可耕地被用于城市工业，而且有些土地被侵蚀了，特别是被资本集约化的农业活动侵蚀了，最后，达到了可耕地的极限。在这一点以后，随着人口继续上升，人均粮食下降，当粮食短缺变得明显的时候，工业产品转向农业，以增加土地产量。可用于投资的资本较少，最后人均工业产量开始降低。当人均粮食下降到口粮水平以下时，死亡率开始上升，导致人口增长的终止。增加粮食产量和控制生育图39中的问题，既可以被看成是粮食太少，也可以被看成是人口太多。技术上对第一种形势的回答是要生产更多的粮食，也许通过进一步扩大绿色革命（发展高产谷物的新品种构成的绿色革命，已经包括在原来的模型方程里了）。技术上对第二个问题的解决，是要提供更好的控制生育的方法。1975年开始的这两个方面变化的结果，同我们已经讨论过的资源利用和产生污染一起，在图40、41和42中分别同时表明了。在图40中，我们假定，全世界的每公顷土地正常产量可 以进一步增加二倍。结果是粮食工业产品和人均服务大量增 加。

全世界人民每人平均工业产量在短期内接近于1970年美 国的水平。虽然严格控制污染的政策仍然有效，以致每单位产 品的污染减少到1/4，工业增长得很快，产品不久就增产四 倍。因此，尽管有控制污染的政策，污染的水平还是上升，而 且死亡率增加。此外，集约的农业实践引起土地侵蚀，并导致 粮食短缺。

要避免以前的模型中粮食危机的趋势，除以前诸图中的污 染和资源政策以外，土地平均产量在1975年翻了一番。这三项 政策的结合，为增长消除了许多强制因素，以致人口和工业达 到了很高的水平。虽然每单位工业产量产生的污染少得多，但 由于总产量上升，还是造成污染危机。此外，土地的集约利 用，导致土地侵蚀和食品短缺。

图41表示另一种技术政策从1975年开始，自愿实行完全 控制生育的政策。该政策不是要完全停止人口增长，只是防止生育不想要的孩子，出生率确实显著下降，而人口增长比 图39和40中更慢。在这种趋势中，增长是由于粮食危机停止 的，大约比图39中晚20年发生。

不是增加粮食生产，而是增加控制生育的效力，作为防止 粮食问题的一项政策来试验。因为，控制生育是自愿的，并不 改变任何价值，人口继续增长，但是比图39中更慢。不过，这 只使粮食危机推迟了一二十年。

四个同时起作用的技术政策被引进世界模型，目的是避免 过早发生增长或者崩溃行为。资源得到充分开发，75％的资源 获得循环利用。污染减少到1970年的1／4，土地产量翻一番。 通过有效的办法，生育得到控制，其暂时的结果是世界人均收 入几乎达到美国水平。最后，当资源枯竭、污染积聚、粮食生 产下降时，工业的增长停止，死亡率上升。

在图42中，我们同时采用增加土地产量和完全控制生育。 在这里，我们在这个世界模型的每一部分，利用一种技术政 策，以某种方式阻止各种增长的极限发生。这个模型系统是生产核动力，使资源再循环，开采最远的储藏量，抑制尽可能多 的污染物质，把土地的产量推向梦想不到的高度，只出生父母 积极想要的孩子，结果在2100年以前，增长仍然要结束。在 这种情况下，增长是由于三个同时发生的危机停止的。土地使 用过度导致侵蚀，粮食生产下降，资源由于繁荣的世界人口而 严重地耗尽（但不像美国现在的人口那么繁荣）。污染上升， 引起死亡率略微上升。单用技术上的解决，已经延长了人口和 工业增长的时间，但是并没有排除增长的最终极限。过分的方式这个世界模型有许多近似和局限，但对它趋向于产生一系列灾难，并没有过忧虑重重的详细论述。我们要再一次强调的恰恰是这些计算机的输出，没有一个是预言。我们并不希望，现实世界像我们已经在这个世界模型的任何一张图中所显示的那样，以崩溃方式出现。这个模型只包含人类活动的物质方面的动态陈述。