作者：张睿
出版社：中国经济出版社
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人口原理与二氧化碳问题：碳管理，而不仅是碳减排试读：
前言
对于人类而言，人的生命是无价的。
不可否认，“低碳”理念正深入人心，“低碳”生活逐渐成为人们重要的生活方式之一，并对国际政治经济新秩序产生着深刻的影响。碳排放总量的持续增长，会提升大气二氧化碳浓度，加剧温室效应，从而对自然环境以及人类社会产生一定程度的破坏。从这个意义上讲，减少碳排放总量有益于人类社会的可持续发展。
但是，碳排放总量增长引起的环境破坏，仅仅是二氧化碳问题对人类社会影响的一个侧面。它与社会科学中的重要问题之一——人口问题，有着天然的联系。
构成生物（包括人类在内）的物质成分——有机物，其关键成分之一是碳元素。而这些有机物形成的最主要已知途径，就是植物光合作用对二氧化碳的转化。因此，可以非常直观地联想到，碳排放总量的增长将会提高植物光合作用的效率，并带来植物（尤其是农作物）的增产。
这意味着，碳排放总量的增加，会提升二氧化碳浓度，从而可能带来全球农作物总产量的增产。这将极大地缓解人类社会可能面临的食物危机，并减少由此引起的饥荒、传染病甚至战争等给人类社会造成的巨大灾难。二氧化碳浓度的上升，或许正是尊重生命、保护生命的有效途径之一。
或许是“二战”后70年的和平，已经让我们淡忘了战争的威胁，一厢情愿地相信和平已经是一种理所当然的权利。但是，食物危机并没有离我们远去。在二氧化碳浓度不变的历史中，人口从低谷增长到峰顶，即食物危机的出现频率，往往不足100年。虽然随着二氧化碳浓度和人口规模同步增长，我们很难估测下次食物危机在何时出现，但可以想象，在人口基数如此庞大的情况下，一旦再次出现食物危机，其波及范围会更广，危害会更强烈。
关于碳排放损害自然环境的研究已经汗牛充栋，本书不再赘述。本书尝试在“低碳”理念的自然科学框架之外，从社会科学的角度，阐述二氧化碳问题与人口问题之间的关系，并以此为基础，在综合考虑碳排放产生的正面影响（缓解人口压力）和负面影响（破坏自然环境）后，从理论层面提出一个满足人类社会整体利益最大化的二氧化碳问题分析框架。
为此，本书的结构大致包括以下几个部分：①介绍人口问题的内涵。②阐述本书研究的基本前提，即全球人口变动的基本趋势是长期增长。③论述包括光合作用在内的一些基本假设，并由此出发演绎推理出一些定理。④以第三章得出的结论为基础，讨论二氧化碳浓度如何对人口规模形成限制，并导致人口规模在该限制水平附近产生波动，即人口原理。⑤利用中国2000多年人口史，检验第三章和第四章理论的可靠性。⑥结合几十亿年以来二氧化碳浓度变化的估计值，利用两次生物大灭绝进一步检验第三章和第四章理论的可靠性。⑦在综合考虑二氧化碳给人类社会带来的正面和负面影响后，讨论何种水平的二氧化碳浓度能够满足人类社会整体利益的最大化，并以此为目标，规划全球碳排放的总量，以确定在特定历史阶段中，应执行碳减排，抑或碳增排。这也就是碳管理。⑧进一步分析碳管理对人类社会的价值，尤其是在人类进入宇宙时代之后，对星际移民的影响。
其中，第二章的讨论属于方法论范畴，第三章的讨论属于自然科学范畴，第四章的讨论则属于社会科学范畴。毕竟笔者的学习经历更多的是局限于社会科学领域，在其他领域知识的掌握上难免存在不尽如人意之处，敬请各相关领域人士不吝提出宝贵的意见。第一章人口问题：自然环境与人口规模
人口问题历来充满争议。人口会不会无限增长？粮食够不够吃？总是公说公有理，婆说婆有理。下面我们不妨先来看看，公婆们都说了哪些理，为什么又有各自的道理。第一节 自然环境对人口规模存在限制吗[1]
全球人口规模：
1804年10亿，1927年20亿，1960年30亿，1974年40亿，1987年50亿，1999年60亿，2011年70亿……[2]
全球耕地面积：
1961年3888万平方公里，1974年4043万平方公里，1987年4199万平方公里，1999年4913万平方公里，2011年4905万平方公里……
仅从1960年至今，全球人口规模就增长了约133%，而全球耕地面积只增加了约26%。随着全球人口规模不断刷新历史纪录，我们不禁要问：自然环境能承受人口的快速增长吗？有限的土地能养活无限扩张的人口吗？
以史为鉴，可以知兴替。当人口超过自然环境所能提供的最大粮食产量之后，会发生什么？中国的历史这样记载：
还算处于可接受范围的，因为吃不上饭，或变卖财物，或外出流浪。“郑饥而未及麦，民病”（《左传·襄公二十九年》）；“后天下兵乱，加以饥馑，百姓皆卖金银珠玉宝物”（《魏书·后妃传第五》）；甚至因为粮食歉收，贵为皇帝的隋文帝也被迫带领群臣逃荒，“关中大旱，人饥，上率户口就食于洛阳”（《隋书·帝纪第二》）。
让人痛心疾首的是，因为饥饿不得不买卖亲人。“诏骨肉相卖者不禁”（《晋书·帝纪第四》）；“关中饥，至有鬻男女者”（《旧唐书·本纪第二》）；“有鬻子者，官为购赎还其家”（《宋史·本纪第七》）；“父卖其子，夫鬻其妻”（《元史·本纪第二十二》）；“赈陕西饥民，赎民所鬻子女”（《明史·本纪第十》）。
而最让人心悸的人间惨剧，莫过于中国2000多年历史中徘徊不去的阴影——“人相食”。“关中大饥，米斛万钱，人相食”（《汉书·高帝纪第一上》）；“京师饥甚，米斗金二两，人相食，死者太半”（《晋书·帝纪第五》）；“时仍岁大饥，民无积聚，贼俘人为食，其砲炙处谓之‘舂磨寨’”（《旧唐书·本纪第十九下》）；“河南府路以兵、旱民饥，食人肉事觉者五十一人，饿死者千九百五十人，饥者一万七千四百余人”（《元史·本纪第三十三》）；“淮、扬饥，人相食”（《明史·本纪第十六》）。
尽管当前全球并没有出现大范围的饥荒，并未引发那些不该发生的血淋淋的事情，推动粮食增产的科技进步（比如杂交稻）也层出不穷，但是我们真的能对此高枕无忧吗？这正是著名的人口问题所要做出的解答。它的核心内容是，自然环境对人口规模有限制吗？如果这一限制存在，我们该如何应对？这也是本书写作的目的所在。
他山之石，可以攻玉。我们先简单地回顾一下，对于这个备受争议的问题，前人都有哪些不同的看法。
[1]联合国（United Nations）.World Population Prospects：The 2012 Revision[R].http://esa.un.org/unpd/wpp.
[2]世界银行（World Bank）.World Development Indicators（WDI）数据库[EB/OL].http://data.worldbank.org/data⁃catalog/world⁃development⁃indicators.第二节 限制的形式
悲观论者坚定地认为，自然环境将限制人口的规模。那么，这一限制都有哪些具体形式呢？
一、食物与人口
最初，土地产出的食物总量，被认为是自然环境限制人口规模的具体形式。
坎蒂隆（Richard Cantillon）认为，限制动物繁殖的唯一因素是食物，土地能提供多少食物，人类数目就会以某种方式增长到这个极
[1]限。魁奈（Francois Quesnay）提出，人口自身具有破坏性的增长[2]能力，人口总会不停地增加。斯图亚特（James Steuart）则在此基础上指出，不断增长的人口规模最终将会在食物极限上上下波动，人口比食物更快的增长速度，会导致人均食物量日益消减；一旦食物总产量出现大幅回落，就将因人均食物量不足以维生而引发大规模的死亡；而当剩余人口所需低于食物总产量，人口又会再次开始新一轮的[3]增长。
马尔萨斯（Thomas Robert Malthus），这位极富争议色彩的学者在其《人口原理》中系统地整理了前人的思想。他认为，人口的增殖力无限大于土地为人类提供食物的能力，当人口规模超过土地提供食物的能力时，贫困和罪恶（包括饥馑、战争、传染病等）就会将人口[4]重新压缩至均衡水平以下。人口增殖力，主导着漫长历史中一次又一次自然与人口均衡的破坏和重构。
清朝洪亮吉（1746-1809）在其《意言·治平篇》中也表达了相似的思想，他写道，“试以一家计之：高、曾之时，有屋十间，有田一顷，身一人，娶妇后不过二人。以二人居屋十间，食田一顷，宽然有余矣。以一人生三计之，至子之世而父子四人，各娶妇即有八人，八人即不能无佣作之助，是不下十人矣。以十人而居屋十间，食田一顷，吾知其居仅仅足，食亦仅仅足也。子又生孙，孙又娶妇，其间衰老者或有代谢，然已不下二十余人。以二十余人而居屋十间，食田一顷，即量腹而食，度足而居，吾以知其必不敷矣。……或者曰：‘高、曾之时，隙地未尽辟，闲廛未尽居也。’然亦不过增一倍而止矣，或增三倍五倍而止矣，而户口则增至十倍二十倍，是田与屋之数常处其不足，[5]而户与口之数常处其有余也”。即粮食总产量的增加速度，远远比不上人口的增殖速度。
二、生活资料与人口
也有观点认为，不仅食物，其他生活必需品的影响同样不容忽视。温饱只是起步价，小康富裕才是人口规模的合理标准。自然环境限制人口规模的具体形式，应是包含食物和其他生活必需品在内的生活资料。
马寅初在《新人口论》中持这一观点。他认为，除了减轻粮食生产压力外，控制人口更重要的意义在于，社会总资本除了用于满足现有人口基本生存所需外，应将有限的剩余资本，用于提高现有人口的素质，通过提高劳动生产率，不断地改善文化和物质生活水平，而不是为更多的新增人口保障基本食物需要；即使能够保证社会成员的温饱水平，但生活水平（更多的其他生活必需品）长期无法得到改善，[6]也可能会引起社会成员的普遍失望和不满。这种失望和不满在积累到一定程度后，人们可能会采取一系列社会行动，引起某种程度的社会动荡，从而带来人口的剧烈波动。
三、劳动工资与人口
还有观点认为，前面两种限制形式，都是平均分配制度的产物。但个人实际收入更多地受不平等的收入分配制度影响。所以，劳动工资更适合作为自然环境限制人口规模的具体形式。
斯密（Adam Smith）认为，劳动工资是人口增加的原因，贫穷虽然不会阻止人们结婚生育，但不利于儿童的抚养；下层人民由于只能分配到较低的劳动工资，所以他们难以获得足够的生活资料，更可[7]能面临人口繁殖的限制，其途径就是让难以抚养的子女夭折。
洪亮吉同样考虑了收入分配的影响，他认为“又况有兼并之家，一人据百人之屋，一户占百户之田，何怪乎遭风雨霜露饥寒颠踣而死者之比比乎”，现实中存在的大量土地兼并现象，将使自然环境对人[8]口规模的限制变得越发严峻。
四、最根本的限制：食物
那么，在食物，生活资料，以及劳动工资中，哪个才是对人口规模最根本的限制呢？三者之间又是什么关系？
我们说，食物才是最根本的限制。它决定了人口规模所能达到的最大极限。
众所周知，人的生存离不开从食物中源源不断地摄取的物质和能量。当人均食物量低于维生水平时，虽然不会马上死去，也会逐渐变得虚弱，最终将在饥馑、战争、传染病，乃至自然灾害等因素的作用下死亡。只有当人口规模低于食物供给水平时，人们才能获得足够的食物，从而恢复健康的生活状况。我们把食物对人口规模的限制称为“食物限制”。
生活资料对人口规模的限制，我们可以称为“生活资料限制”。除了食物之外，其他生活必需品并不直接决定人的生存与否。所以，生活资料所影响的，是人们综合生活质量水平的高低。
劳动工资对人口规模的限制，我们可以称为“劳动工资限制”。劳动工资是经济总收入在不同个体间分配的结果。人们根据所分配到的劳动工资购买相应数量的生活资料。在绝大部分历史时期中，收入分配都以不平等的形式存在。而在不平等分配下，总有一部人能分配到更多的收入。这意味着，“劳动工资限制”水平总会或多或少地低于前两者。
我们做一个简单的计算，或许可以更直观地洞悉三者之间的关系。“食物限制”：假定食物的总产量为10，生存所需的最低食物水平为1，可得“食物限制”水平为10个人。“生活资料限制”：在“食物限制”中加入其他生活必需品（以电视机为例）因素。先假定电视机总产量为8，低于食物总产量10，最低生活质量水平包括1单位电视和1单位食物。可得，其他生活必需品对人口规模的限制为8个人，“食物限制”水平仍然为10个人。合并可得，“生活资料限制”水平为8个人。再假定电视机总产量为12，高于食物总产量10。合并可得，“生活资料限制”水平为10个人。这是由于，在“食物限制”下，只要人口超过10，就会因人均食物不足而产生死亡，并最终稳定为10个人。所以，“生活资料限制”水平恒小于或等于“食物限制”水平。“劳动工资限制”：先考虑不平等分配，假设生活资料（食物和生活必需品假定总产量相等）为10，分配结果为4，3，2，1。可得“劳动工资限制”水平为4个人。然后考虑完全平均分配，每人分配1单位生活资料，可得“劳动工资限制”水平为10个人。即等于“生活资料限制”水平。所以，“劳动工资限制”水平也恒小于或等于“生活资料限制”水平。
综上我们发现，决定人口规模限制的最根本因素始终是食物。“食物限制”是人口问题的最后一道闸门。在其他生活必需品和收入分配制度上，即使做出再大的努力，也无非是在“食物限制”决定的框架中打转转。甚至，如果我们只把劳动工资作为自然环境对人口规模的限制，很可能会陷入掩耳盗铃的窘境。如果只提高了劳动工资，而粮食总产量却没有成比例的增加的话，结果只能是僧多粥少，造成粮食价格暴涨。这也正是“米斛万钱”“米斗金二两”出现的根本原因。这对打破“食物限制”来说可谓南辕北辙了。
既然在悲观论者看来，自然环境对人口规模有决定性的限制，那么，为避免人口规模在均衡水平上下波动，让人类尽可能地远离贫穷与罪恶（饥馑、战争、传染病等）带来的深重灾难，通过各种手段积极主动地控制人口规模，尤其是出生率，就不失为一种积极应对人口问题的可行途径。
[1][爱尔兰]坎蒂隆.商业性质概论[M].余永定，徐寿冠，译.北京：商务印书馆，2009.
[2][法]魁奈.中华帝国的专制制度[M].淡敏，译.北京：商务印书馆，1992.
[3][英]斯图亚特.An Inquiry into the Principles of Political Economy[M]//（日）南亮三郎，编.人口论史——通向人口学的道路.张毓宝，译.北京：中国人民大学出版社，1984.
[4][英]马尔萨斯.人口原理[M].朱泱，胡企林，朱和中，译.北京：商务印书馆，1992.
[5]洪亮吉.洪亮吉集（第一册）[M].北京：中华书局，2001.
[6]马寅初.新人口论[M].北京：北京出版社，1979.
[7][英]亚当·斯密.国民财富的性质和原因的研究（上）[M].郭大力，王亚南，译.北京：商务印书馆，2009.
[8]洪亮吉.洪亮吉集（第一册）[M].北京：中华书局，2001.第三节 也许没有限制
当然，也有乐观论者认为，限制这种东西，基本上是不存在的。
食物的来源包括种植农作物，捕捞水产，捕猎野生动物，采摘野菜、野果等。无论是哪种类型的食物，都离不开其生长所需的土地（包括平原、丘陵、雨林等），或者水域（包括河流、湖泊、海洋等），但显然，无论是土地，还是水域，其总面积始终是有限的。因此，在当前人类足迹几乎已经遍布全球，我们已经很难在土地或水域总面积的扩张上取得长足进步时，食物总产量对人口规模是否存在限制，将更多地取决于各种类型食物的单位面积产量。
马尔萨斯的最核心观点就是，在土地面积难以持续增加的前提下，食物单位面积产量的增加速度，要大大低于人口增长速度。所以，人口规模终将超过自然环境的承载力。
乐观论者之所以坚持限制是不存在的，正是基于对马尔萨斯核心观点的异议：①食物单位面积产量的增长速度可能高于人口；②人口增长速度可能会逐渐减缓。因此，人口规模最终不会超过自然环境的承载能力。
第一，我们发现，法国1760年的人口数量为2100万，人均粮食450公斤，1840年人口数量为3400万，人均粮食832公斤；人口数量[1]增加了60%，而人均粮食却增加了近一倍。也就是说，在近百年的时间跨度中，食物单位面积产量增长速度，要大大高于人口的增长速度。
第二，马寅初认为：科学的进步，一方面会持续不断地提高食物的单位面积产量，另一方面随着生活水平的提高，生殖率也会逐渐降低。表1.1展示了八大工业国1960年以来的人口年增长率。因为发达国家人们的生活水平总是普遍高于发展中国家，所以我们可以把发达国家人们生殖率的变化看作一个国家内，生活水平得到提高以后，人们可能选择的生育行为的结果。我们发现，全球的八个主要发达国家的人口增长速度较半个世纪前大幅下降，甚至部分国家开始出现人口负增长。资料来源：世界银行（World Bank）.World Development Indicators（WDI）数据库[EB/OL].http://data.worldbank.org/data⁃catalog/world⁃development⁃indicators.
因此，如果食物单位面积产量增长速度能保持高于人口的增长速度，也许在自然环境对人口规模的限制问题上，我们真的有点杞人忧天了。
[1]江山.马尔萨斯人口论和新人口论的批判[M].上海：上海人民出版社，1958.第四节 孰是孰非
既然公说公有理，婆说婆有理，那么，哪种观点更符合客观规律呢？
人口问题争论的焦点，是人口规模扩大与食物总产量增长之间的关系。遗憾的是，作为一个社会科学问题，人口问题争辩双方的讨论始终局限在社会科学的框架下。这使得他们的结论难以完全与“科学”画上等号。关于这一点，我们在第二章会有更详细的讨论。
因此，在本书中，我们将以具备“科学”特征的论点为基础，逐步演绎和推理出对人口问题的结论。这个过程包括，人口问题是否存在，它是如何产生的，它又是如何运行的。第二章基本框架：人口变动的历史趋势
什么是“基本框架”？基本框架是我们每一个表述所暗含的前提（或语境）和方法（或标准）。它决定了这一表述能否准确地勾勒出目标事物的全貌。
比如，在“你是个好人”这个表述中，它的核心词是“好人”。但在不同的基本框架下，其真实含义将会截然不同。
在道德框架下，“好人”意味着，他的行为符合主流道德标准，比如乐善好施、舍己为人、见义勇为等。他将因这一评价而受到广泛的尊重。
但在爱情框架下，“好人”的评价，则往往表示一方缺少让另一方怦然心动的特质。一句“好人”，既包含了欲抑先扬的拒绝，也包含了欲语还休的歉意。被发好人卡，基本可以与悲剧结尾画等号了。
同样的，每一个理论问题的研究，也都需要在特定的基本框架下展开。人口问题的基本框架包含理论研究的起点和路径。第一节 起点：全球人口的历史趋势
人口问题基本框架的起点是指，全球人口的历史趋势，到底是不断增加，还是不断减少。
显然，如果全球人口的历史趋势是不断减少的话，人口问题也就不存在了。因为，越来越少的人口总量一定不会超过自然环境的承载力。只有当全球人口呈现不断增长的历史趋势时，才可能会衍生出人口问题的基本矛盾之一，即人口增长速度与食物产量增长速度之间的关系。人口问题也才被赋予研究的意义。
从整个人类历史来看，全球人口的总量在不断上升。在理论上证明全球人口规模持续上升，以及为什么这一趋势难以扭转，可能过于复杂，足以让笔者完成另一本书。但关于这一点的历史证据，可谓俯拾即是。这一点在第五章中具体展开，这里不再赘述。因此，我们先假定全球人口的历史趋势是不断增加，并将此作为本书中人口问题基本框架的起点。第二节 路径：“科学”的研究方法
明确了人口问题基本框架的起点，接下来就要寻找“科学”的研究方法。所谓研究方法，就是帮助我们认识客观规律的工具。这件工具的精度，即它的“科学性”，决定了我们能在多大程度上揭示客观规律。
那么，怎样构建研究方法的“科学性”呢？
第一，我们先要了解“科学”的标准是什么。“科学”的标准，简单地说，就是不变。不变，让我们能够根据规律，确切地预知事物在未来的变化。反之，一个规律在其他因素的干扰下表现出的不确定性越高，它的“科学性”就越低。
比如，不管是几亿年前，还是现在，不管是在撒哈拉沙漠，还是在喜马拉雅山，苹果总会落向地面（如果几亿年前没有苹果，石头也可以），而不是飞向宇宙。“苹果落向地球”这一规律，不会因时间和空间的变化而改变。因此，我们可以认为这一规律的“科学性”相对较高。当然，这一规律的有效依赖于特定的基本框架，即物体速度较低。当我们赋予苹果以第二宇宙速度（假设苹果不会因高速运动而解体），苹果就会飞离，而不是落向地球。
遗憾的是，在社会科学领域，很多规律往往显得“科学性”不足，因为它们常常随着空间或时间的改变而失效。比如在中国，如果男人戴个绿帽子上街，可能会让其他人对他产生一些不那么友好的联想；但在越南，戴绿帽子出门则被认为是男人生活幸福的象征。又比如，在过去漫长的岁月中，效忠皇权被中国人普遍认为是基本的道德准则之一；但现在，这一理念已然褪去了神圣的光环。
作为一个社会科学领域的问题，人口问题的本质，是人口（也可以引申为全部生命）增长和自然环境承载力之间的关系。这种关系存在的时间跨度，可以上溯到地球生命的起源，直至地球寿命的终结。因此，人口问题的研究，需要的是不低于“苹果落向地球”的“科学性”水平，而不能因空间或时间条件的改变，导致人口理论面目全非。
这就要求，人口问题的研究方法，必须具备足够的“科学性”。研究方法的“科学性”越高，研究得出的结论也就越“科学”。这也是当代各门类社会科学，纷纷采用数学研究工具进行研究的原因。研究者们希望通过数学来提高社会科学研究结论的科学性。
第二，具有较高“科学性”水平的研究方法，一般是指演绎法，而不是归纳法。它主要由以下几个部分组成：“科学”的基本假设，严密的演绎推理和经验事实的检验与修正。
首先，演绎法之所以比归纳法更具“科学性”，是由两者的自身特点决定的。所谓归纳法，就是从已经发生的历史中提炼出一般性的规律。这意味着，由此得出的规律，只能最大限度地解释过去，但并不一定能精确地预测未来。这是因为，归纳法所依赖的历史事实，并没有将事物未来可能出现的变化考虑在内。但演绎法是在基本假设的基础上，通过逻辑，演绎推理出事物可能发生的变化，并以经验事实检验和修正这种规律。因此，演绎法天然地具备预测未来的特征，能更少地受时间因素干扰，从而具备更高的“科学性”。
其次，我们在使用演绎法之前，需要寻找“科学”的基本假设。所谓演绎，总需要有个东西作为推理的基础。所以，基础越坚固，由此演绎得出的结论，其“科学性”水平也越高。
然而，基本假设却无法用演绎法得到。因为每个演绎，都需要基本假设。总是有那么一些基本假设，是矗立在所有规律之前的。有哲学家将这些最本源的基本假设，称为“不证自明”的“基本原理”。比如，作为科学研究的基本工具——数学，它的“基本原理”是“1+1=2”（如果这个公式是皓月，哥德巴赫猜想只能算萤火）。这个公式不可能用任何数学工具加以证明，因为所有的数学工具都是它演绎推理的产物。否则，就会陷入用结果来证明原因的循环论证的歧途。
因此，这些“不证自明”的“基本原理”只能用归纳法得出，并作为一个无法，也无须证明的假设，加以运用。
最后，在基本假设被确定后，接下来的步骤就是演绎推理和经验事实的检验。所谓演绎推理，就是从基本假设出发，根据逻辑形式合理地推断出事物可能的变化规律。经验事实检验，则是检验规律在多大程度上与客观事实相符。如果出现不符，就需要重新审视演绎推理的过程并做出修正，观察是否出现推理错误，或者还存在其他的可能性。
总的来说，研究事物的规律就好像建造一幢大楼，“科学性”就是大楼的高度。大楼高度越高，规律所能适用的范围就越广。但大楼高度越高，建造难度越大。首先，地基要坚实。地基好比是理论研究中的“基本原理”，与我们前面提到的基本框架的起点也有相似之处。地基越坚实，其所能承载的地面建筑就越高。其次，建筑施工还需要合格的原材料，包括水泥、钢筋等。这就好像理论研究中的基本假设。如果水泥标号不对，钢筋规格不足，都可能因承重不足而导致大楼的垮塌。再次，在所有材料都准备就绪后，施工方法也需要讲究技巧。它需要将合格的原材料按照力学的原理搭建成完整的大楼。这正是演绎推理的过程。最后，大楼建造完毕投入使用前，还有一道必要的工序，就是验收，也就是经验事实的检验。只有当大楼符合验收标准后，才能真正作为一个合格的建筑物投入使用。第三节 现有研究方法“科学”吗
既然，研究方法的“科学性”越强，研究得出的规律才能越“科学”，那么，在当前人口问题中，其研究方法的“科学性”水平又如何呢？
首先，我们可以简单地判断，那些根据几年，乃至上百年历史数据，不经演绎推理，直接使用归纳法得出的结论，其“科学性”水平相对较低。比如，马尔萨斯用美国的人口数据计算得出人口每25年翻一番，试图以此证明他书中的主要结论之一，即在不受外界条件限[1]制下，人口增长速度总是要高于食物总产量的增长速度的。但这一数字显然有夸大的成分。根据世界银行数据，1985年全世界总人口[2]仅比1960年增加59.39%，2010年则比1985年增加42.25%。人口增长率不仅每25年低于1倍，而且增长率呈现下降的趋势。江山的乐观结论虽然引用并对比了法国1760年和1840年的人口和人均粮食数量，但这种让人振奋的结果显然具有巨大的时代局限性。以中国为例（如表2.1所示），从近300年的时期来看，人均粮食产出在中间经历一次增长后，最终从1400市斤左右下降到816市斤。尽管这些数字并不一定精确，但它所反映的趋势却是明显的。因此，使用某个历史时期、某个国家的历史数据，就试图归纳并证明人口问题的真相，是徒劳无功的。资料来源：史志宏.十九世纪上半期的中国粮食亩产量及总产量再估计[J].中国经济史研究，2012（3）：52 66.
其次，虽然诸如马尔萨斯、马寅初等经济学家，也尝试过采用演绎法解答人口问题，但是，他们所选用的原材料（即基本假设）都或多或少存在一些不足，导致他们的人口原理大楼的质量，难以尽如人意。
马尔萨斯有两个基本假设，一是食物是人类生存必需，二是人类的情欲总是保持不变。由此演绎得出他的主要结论之一，即人口增长速度总是快于食物产量增长速度。但由于第二个基本假设的“科学性”不足，引起尖锐的争议，导致这一主要结论的可靠性受到广泛的质疑。
马寅初正是针对第二条基本假设提出了反驳。他认为随着经济的发展，人们的繁殖意愿反而会下降，并引用了发达国家的人口增长率作为佐证。以此为基本假设，他得出了与马尔萨斯完全相反的主要结论，即人口增长速度最终将不会超过食物产量增长速度。
但他的这一基本假设同样存在不足。如果经济越发达，人口增长率越低，那么占人口大多数的发展中国家，最终都能达到发达国家的经济水平吗？如果贫富差距始终无法得到彻底解决，发展中国家人口增长率居高不下，全球总人口增长率又如何下降呢？所以，马寅初的主要结论在理论上似乎也难以自圆其说。
正是由于当前人口问题研究中，基本假设的“科学性”仍然有待提高，因此，以此为基础各自演绎推理出的人口理论，自然呈现出公说公有理、婆说婆有理的百花争鸣的局面。这也是我们需要做出改进的地方。
[1][英]马尔萨斯.人口原理[M].朱泱，胡企林，朱中和，译.北京：商务印书馆，1992.
[2]世界银行（World Bank）.World Development Indicators（WDI）数据库[EB/OL].http://data.worldbank.org/data⁃catalog/world⁃development⁃indicators.第四节 本书的研究方法
为了能够最大限度地发现“科学”的人口理论，我们需要做好如下准备：“科学”的“基本原理”，“科学”的基本假设，严谨的演绎推理过程，客观事实的有效检验。
由于本章已经讨论了人口问题的“基本原理”，即全球人口的历史趋势是不断增加。因此，我们对后面的章节做如下安排：
第三章，整理基本假设，并在自然科学范围内得出一些重要的结论。
第四章，在社会科学范畴下，根据第三章的结论进行演绎推理，并得出人口原理。
第五章、第六章，经验事实的检验。
第七章，人口问题的解决方案——碳管理。
第八章，碳管理对人类社会的价值。第三章生命碳循环
首先要说明的是，笔者仅接受过高中及以下自然科学基础知识教育（很可能大部分也都遗忘了），目前主修经济学。进入大学，几乎没有接受过生物学、大气科学、地质学、化学、物理学等自然科学专业的系统教育。因此，在本章对自然科学问题的讨论中，主要运用一些中学教育中学习的基础自然科学知识，其中难免出现专业术语不准确、专业知识不深刻等问题。如果出现这些专业性问题，希望专业读者们能不吝赐教。
在本章中，将以一些自然科学基础知识作为基本假设。根据这些基本假设进行演绎推理，并得出一些后续研究需要的关键结论。由于这些基础假设的“科学性”程度较高，只要演绎推理的过程没有太大的疏漏，就可以认为由此得出的结论“科学性”也相对较高。
在本章的讨论中，均假设生产者的基因不变。这是由于：①当生产者基因产生变化时，生产者在既定大气CO浓度下通过光合作用转2化并固定CO的能力也可能发生改变，这会使演绎推理过程变得更加2复杂；②忽略该因素的影响，只会改变本章所讨论的生命碳循环“均衡”的水平，而无法否定该“均衡”的存在。因此，假设生产者基因不变，不会影响本章的理论讨论结果。第一节 基本假设
人类，作为地球上众多生命现象的一部分，同样遵循生命的一般规律。这些一般规律也是本书研究可以依赖的“科学”的基本假设。
一、假设（1）：光合作用和呼吸作用
地球上绝大部分生命，由碳、氢、氧等主要元素构成。这些生命[1]也被称为碳基生命。生命在出生、成长直至死亡的生命过程中，都离不开两个基本规律——光合作用和呼吸作用的直接或间接影响。
首先，光合作用是指生产者（包括绿色植物、某些光合细菌等）利用太阳光中包含的能量，将二氧化碳（CO）和水（HO）合成为22有机物。光合作用是目前所知的，将CO转化为生命形态有机物的主2要方式，也是大部分生物，尤其是人类赖以为生的物质和能量的唯一来源。
虽然也有极少部分微生物依靠化学反应，而不是光合作用生产有[2]机物，这被称为化能合成。甚至有最新研究表明，在西北太平洋黑暗的洋底存在着一个不依赖光合作用生产有机物的庞大生态系统，其[3]规模甚至超过地球表面的生态系统。但是，这些生态系统与依赖光合作用的地表生态系统，尤其是人类之间，很少产生直接的食物链关系。因此，它们的存在并不有损于光合作用对地表生物，尤其是人类的决定性意义。在下文中，研究所指的生物主要是指生活于地表，并以光合作用为有机物和能量唯一来源的生命现象，而不包括那些化能合成生态系统。
影响光合作用速率的因素主要包括光照、温度、CO、HO，以22及其他微量元素等。这里使用高中《生物》课本中，经过简化的光合[4]作用总反应式。
光合作用前后水分子之所以不相互抵消，是由于方程左边的水分子，在光合作用中被裂解为氢原子和氧原子，裂解产生的氧原子最终全部合成为氧气；而方程右边水分子中的氧原子则是来源于CO的裂2
[5]解。
这里不考虑更为复杂的光合作用结果，比如生产者产生的不同有机含碳化合物形式等，而使用葡萄糖（CHO）作为光合作用的唯6126一结果。
其次，呼吸作用是指，生产者和消费者都需要通过消耗有机物为各项生命运动提供能量。在呼吸作用中，有机物在产生能量的同时，分解并释放出CO和HO。这里同样使用高中《生物》课本的呼吸作22[6]用总反应式。
这里同样没有考虑更为复杂的呼吸作用形式，比如两种无氧呼吸等。
这里之所以使用这两个简化公式，是为了明确有机物中碳（C）原子的数量，以便让后面的推理过程更加简单和直观。演绎推理的最终结论，不会因为有机物中碳原子数量的不同而产生根本性的改变。
二、假设（2）：质量守恒定律
质量守恒定律是指，在化学反应过程前后，原子的种类保持不变，各种原子的数目保持不变，原子的质量也保持不变，只是不同类别原子之间进行了重新组合，所以化学反应前后的各物质的质量总和相
[7]等。
比如在假设（1）中，无论是在光合作用，还是呼吸作用中，参加反应的所有物质，在反应前后，都包含了6个C原子、24个H原子和24个O原子。只不过这些原子在反应前后，以不同的形式组成不同的物质。
但并不会有其他原子加入这一个反应过程，原子本身也不会发生改变。不会说在这6个C原子之外，又有另一个C原子很高兴地跑过来说，我们一起玩耍吧。然后C原子的总数量从反应前的6个变成了反应后的7个。又或者其中1个C原子与其他小伙伴合不来，然后一个人溜掉了，导致反应后只剩下5个C原子。此外，C原子在反应前后保持性质不变，不会说其中1个C原子因为当C原子太无趣了，于是大玩变脸，在反应后变成了H原子或O原子。
三、假设（3）：食物网的金字塔结构
食物链，是指光合作用产生的有机物及其蕴含的能量，以食物的形式，在不同生物之间进行传递；而食物网，是指不同食物链之间形[8]成的错综复杂的网状食物关系。除了生产者之外，其他生物都需要通过食物网，获得有机物及其蕴含的能量。
完整的食物网包括三种参与者：生产者、消费者和分解者。有机物在食物网的传递过程中，存在大量的损耗。这种损耗，既包括下级生物自身呼吸作用消耗的有机物，还包括上级生物无法吸收而产生的排泄物。由于下级生物有机物，尤其是其中蕴含的能量，无法完整地传递给上级生物，因此，食物网中的生物数量，尤其是能量总量，一般呈现出金字塔结构；只有当下级生物体积较大，而上级生物体积较小时，数量金字塔才可能出现倒置（比如生产者为树木，而上级消费者为植食性昆虫）；但能量金字塔绝对不会出现这种下窄上宽的情况。[9]如图3.1所示。图3.1 能量金字塔-2-1注：单位为kal·m·a；1kal≈4.18J。资料来源：吴相珏，刘恩山，主编.普通高中课程标准实验教科书·生物学·必修3[M].杭州：浙江科学技术出版社，2005.
四、假设（4）：全球碳循环
地球上的碳元素以存在形态为标准，被划分为五个圈层，包括大气圈、水圈、生物圈、土壤圈和岩石圈；碳元素在不同圈层的迁移转[10]化和循环周转，被称为全球碳循环。
其中，①生物圈中，碳元素以有机物的形态广泛存在，包括糖类、脂肪、蛋白质、纤维素等；②大气圈中的碳元素形态，包括CO、甲2烷（CH）等；③水圈中的碳元素形态，包括直接溶解于水体的CO，42-1-1以及以氢碳酸根（HCO）或碳酸根（CO）形式构成的各种无机33含碳化合物；④土壤圈中的碳元素，包括土壤空隙中的CO、各种生2物的有机物残骸等；⑤岩石圈中的碳元素，包括石墨、金刚石、煤炭、石油，以及各种无机含碳化合物等。
但是，碳元素的形态并不是一成不变的。在不同的条件下，碳元素将在地球各个圈层之间进行转移，即全球碳循环。
在全球碳循环中，与生命无关的碳循环过程包括：①大气圈与水圈。在气体分压差下，大气中的CO会直接溶解于水体，水体中的2CO也会不断挥发进入大气。②大气圈与岩石圈。CO溶于水可形成22碳酸盐，沉积并形成岩石；火山喷发会释放存在于岩石孔隙间的CO，2地质分化溶解后也会产生CO。2
与生命有关的碳循环过程包括：①生物圈与大气圈。即光合作用与呼吸作用，碳元素在有机物和无机物之间相互转化。②生物圈与土壤圈。生物死亡后，有机物残骸会进入土壤，一部分被微生物分解并释放出CO。这部分碳元素会在光合作用下重新进入生物圈。③生物2圈与岩石圈。有机物残骸的另一部分在分解之前被掩埋，成为有机沉淀物，并在长期地质演化过程中形成煤、石油、天然气等化石燃料。这部分碳元素则暂时退出了与生物圈之间的循环。
五、假设（5）：温室效应
温室效应是指地表热量在向外太空逃逸的过程中，会受到CO等2[11]温室气体的反射而减少热量散失的水平。其具体过程是，太阳的短波辐射穿过大气层为地面吸收；之后，地面吸收的和地球自身散发的热量以长波辐射形式再向外太空发射；而CO等温室气体能大量吸2收长波辐射，并将之再辐射回地球表面，导致热量逃逸水平降低，从而提高地面温度。据计算，如果没有大气层，地球表面平均年温度会[12]从15℃下降到-18℃。
也就是说，地球表面温度取决于两方面因素。一是热量的来源水平，即太阳辐射和地球自身散发热量的强度。二是热量的逃逸速度。CO等温室气体就像为地球建造了一个大玻璃房。玻璃厚度（CO浓22度）越大，热量逃逸速度就越慢，剩余热量所形成的地面温度也就越高。
六、假设（6）：全球水循环
水循环是指在太阳能和地球重力的作用下，地球上的水在陆地、海洋和大气之间通过吸收热量或放出热量，在固、液、气三态间转化[13]形成的循环运动。
其中，在太阳辐射作用下，陆地和海洋表面的水蒸发为气态水，生物的蒸腾作用也会释放气态水。水汽在运输过程中，满足低温条件和结晶时，以降水形式重新转化为液态水。此外，在高海拔或高纬度地区，液态水会在不同的温度下，在固态水（冰）和液态水之间相互转化。
[1]有科学家认为宇宙中还存在硅基生命等，由其他元素构成的有机生命，乃至非物质生命。至于为什么不叫氢基生命，或者氧基生命，限于笔者能力，没有找到权威的解释。
[2]孙晓霞，孙松.深海化能合成生态系统研究进展[J].地球科学进展，2010（5）：552-560.
[3]搜狐科学.大洋底惊现最大生态系统，不依赖光合作用而存在[EB/OL].搜狐网，http://it.sohu.com/20130319/n369344727.shtml.
[4]吴相珏，刘恩山，主编.普通高中课程标准实验教科书·生物学·必修1[M].杭州：浙江科学技术出版社，2005.
[5]文珊.浅析光合作用反应式[J].生物学杂志，1991（4）：47，23.
[6]吴相珏，刘恩山，主编.普通高中课程标准实验教科书·生物学·必修1[M].杭州：浙江科学技术出版社，2005.
[7]袁运开，主编.科学·初中二年级（八年级）（上）[M].上海：华东师范大学出版社，2003.
[8]吴相珏，刘恩山，主编.普通高中课程标准实验教科书·生物学·必修3[M].杭州：浙江科学技术出版社，2005.
[9]吴相珏，刘恩山，主编.普通高中课程标准实验教科书·生物学·必修3[M].杭州：浙江科学技术出版社，2005.
[10]于贵瑞.全球变化与陆地生态系统碳循环和碳积蓄[M].北京：气象出版社，2003.
[11]袁运开，主编.科学·初中二年级（七年级）（下）[M].上海：华东师范大学出版社，2008.
[12]陈泮勤.地球系统碳循环[M].北京：科学出版社，2004.
[13]朱翔，刘新民，主编.普通高中课程标准实验教科书·地理·必修1[M].杭州：浙江科学技术出版社，2004.第二节 引理
所谓引理（Lemma），是指为证明最终命题而被预先证明的中间命题。它本身也是定理的一种，只是它更大的意义在于推导出最终命题，而不是证明引理本身。为了推导出本章的最终结论，同样也需要得出如下引理。
一、定义：生命碳循环
根据假设（1）（光合作用和呼吸作用）、假设（2）（质量守恒）和假设（3）（食物网），将本书的关键词之一——生命碳循环定义为：
碳元素从无机物CO形态，经光合作用转化为有机物后，在食物2网的不同生物之间进行转移，并最终被重新分解为CO的循环过程。2
在生命碳循环中，有三个关键环节：①光合作用将CO转化为有2机物。它决定了从大气CO向生物圈输入有机物的总量。②有机物通2过食物网在不同生物间进行转移。③呼吸作用将有机物不断分解为CO并释放到大气中。它决定了生物圈向大气CO输出碳元素的总量。22
由于质量守恒，在生命碳循环中，有机物不会无中生有地进入，也不会杳无踪迹地退出。特定时间点上，生命碳循环的规模，即有机物积累形成的存量（包括可被分解但尚未完全分解为CO的有机物残2骸，但不包括石油、煤炭、天然气等很难被微生物分解并向大气释放CO的化石燃料），取决于该时间点之前，光合作用有机物输入的总2量和呼吸作用有机物输出的总量之差。
二、引理（1）：生产者光合作用净积累量的变化
根据假设（1）（光合作用和呼吸作用）和假设（2）（质量守恒）可得，生产者的光合作用净积累量（即单位周期内呼吸作用消耗的有机物和光合作用制造和积累的有机物数量之差）最终趋向于0。此时，碳元素在生产者（这里暂不考虑消费者和分解者的参与）和大气CO中的分布将达到均衡。2
生产者在一个连续的光照期内，吸收CO进行光合作用并制造有2机物。与此同时，生产者在一个连续的光照期和非光照期内（视为一个周期），也需不停地进行呼吸作用，消耗有机物并释放CO。随着2生产者的不断生长，在各种因素（比如非光合作用部位的比重越来越大，或生长周期进入衰老期等）的作用下，单位周期内，呼吸作用消耗的有机物数量和光合作用制造的有机物数量之间的差距，即光合作用的净积累量将越来越小，直至为零。这一点也得到了研究结果的证实。在处于有机物积累期的幼树中，约有1/3的光合作用产物被呼吸作用所消耗；而成年树木呼吸作用的消耗将急剧上升到光合作用产物[1]的70%～80%。
因此，在单位周期内，生产者光合作用净积累量大于零时，有机物的不断积累会为生产者成长提供充足的物质来源；而在单位周期内，生产者光合作用净积累量为零时，有机物积累停滞，生产者也会因缺乏足够的物质支撑而停止成长。
所谓光合作用净积累量为零，是指生产者有机物积累达到临界点。此时，即使生产者的光合作用净积累量大于零，但生产者因自身生长停止而不再需要更多的有机物，多余的有机物可能以各种方式流失掉。反之，根据假设（2），如果生产者在单位周期内，能始终保持光合作用净积累量大于零的话，那么，生产者内部源源不断的有机物积累将会为生产者的无限成长提供物质支撑。显然植物的无限生长，不太符合常识。水稻和小麦长成参天大树，这或许仍是一个遥远的梦想。因此，可以把生产者生长的临界点视为生产者有效的光合作用净积累量为零。
由此可得引理（1）：
单位周期内生产者的光合作用净积累量将逐渐趋于零，碳元素在大气CO和生产者中的分布将达到均衡。此时，在生产者内部，不会2有更多的CO转化为有机物，也不会有更多的有机物被分解为CO。22
需要补充的是，生产者吸收碳元素的途径，并不只是气孔一途。①苏联科学家发现，陆生植物通过根系能从土壤中吸收CO和碳酸2盐，转化为苹果酸；然后，苹果酸被运送到叶片，在去羧基酶的作用下重新分解为CO并释放到空气中，再被生产者重新吸收和利用；其2具体表现是，叶片在黑暗中会释放超过其呼吸作用应有数量的CO，[2]其超出的部分便是源自土壤中吸收的CO和碳酸盐。但目前尚无研2究能证明生产者碳元素需求的主要来源是这部分碳元素。②水生植物除了主要直接吸收溶解于水体的CO，还可以吸收极少量的碳酸氢2盐，以及水底沉积的有机物，在将其分解为CO后吸收并用于光合作2
[3]用。其中第一种碳元素来源于大气CO的溶解作用，可以被视为大2气CO的一部分；而水生植物的碳元素来源虽然与大气CO无直接关22系，但其所占比例较小。所以总的来看，大气CO仍是生产者光合作2用所需碳元素的主要来源。
三、引理（2）：大气CO浓度与生产者有机物积累总量2
根据假设（1）（光合作用和呼吸作用）和假设（2）（质量守恒）还可得出，决定生产者有机物积累总量水平，即生产者各单位周期内有机物积累数量总和的决定性因素之一，是大气中CO的浓度，2而不是大气中CO的数量。2
首先，生产者的光合作用速率主要取决于大气中CO的浓度，而2非CO的数量。这是由于，根据假设（1）和假设（2），光合作用每2产生1单位CHO，需要从外界获取6单位CO和12单位HO。假如612622生产者从外界吸收了6单位CO和20单位HO，那最终仍只能制造出122单位的CHO。剩余8单位HO将因C元素不足而不发生反应。反之61262亦然。这可被视为光合作用过程中的“木桶原理”，即生产者光合作用速率，由环境所提供的最低水平的元素种类（即短板）的数量决定。
而生产者吸收和利用CO的能力，在时间因素的作用下，将受到2[4]大气CO浓度的制约。当前大气CO浓度仅约为0.03%。理论上，22在大气CO浓度不变时，单位周期内生产者最大程度只能吸收和利用2（光照期内空气吸收量×0.03%）单位的CO，并以此为原料制造有机2物。
所谓巧妇难为无米之炊。这就像一家饭店某天只从市场上采购到1两肉，那在当天，这家饭店能炒个木须肉已经很勉强了，会被顾客抱怨只有木须没有肉；如果想做个烤乳猪，那就有点太欺负人了，会被那些无肉不欢的顾客投诉到消费者协会。同样的，如果因为大气CO浓度不足，生产者无法从大气中吸收更多的CO，又怎么能制造22出更多的有机物呢？
其次，当大气CO浓度决定生产者的光合作用速率时，它同时也2将决定生产者有机物积累总量的最高水平。所谓生产者有机物积累总量是指，当生产者光合作用净积累量为0，单位周期内生产者的有机物积累停滞时，生产者在所有周期中积累的有机物总量。通俗地讲，就是又到了收获的季节。
大气CO浓度将从两个方面影响生产者有机物积累总量的最高水2平。其一，当大气CO浓度改变后，每个单位周期内生产者光合作用2速率会有所差异。这意味着，在生产者光合作用净积累量为零前，每个单位周期内生产者的有机物积累数量也有所不同。其二，当大气CO浓度改变后，生产者将在不同的光合作用速率水平上达到光合作2用净积累量为零。这意味着，生产者的有机物积累将在不同的数量水平上停滞，这同样会对生产者有机物积累的总量水平产生影响。综合来看，在其他条件不变时，大气CO浓度将对生产者有机物积累总量2水平产生一定程度的影响。
由此可得引理（2）：
决定生产者的有机物积累总量水平的重要因素之一，是大气CO2[5]浓度，而不是CO数量。在一定范围内，大气CO浓度越高，生产22者的有机物积累总量水平也越高。
这一点也得到了研究结果的广泛支持。大气CO浓度上升会引起2植物的肥化效应，提高植物的净初级生产力（Net Primary [6]Productivity,NPP）。需要补充的是，大气CO浓度的提升对不同种2[7]类的植物（C和C植物）有不同的影响。研究表明，目前大气CO342浓度的不断增加还将给C植物的增产带来巨大好处，对C植物的增34产则没有显著影响，因为C植物在大气CO浓度较低时已经达到光合42[8]作用的最大速率。
四、引理（3）：生命碳循环的均衡
根据引理（1）（生产者光合作用净积累量）、引理（2）（生产者有机物积累总量）和假设（3）（食物网）可得，生命碳循环最终将趋于均衡状态。在均衡状态下，在单位时间（比如一年）内，生命碳循环中的有机物制造和积累的总量（相当于净初级生产量或干重[9]2，其单位通常为g/[m·a]，a代表年），与有机物消耗的总量相等。
生命碳循环中所有生物（包括生产者、消费者和分解者）生存所需物质和能量的唯一来源，是生产者经光合作用所制造和积累的有机物，这意味着，在单位时间内，生命碳循环中所有生物呼吸作用消耗的有机物总量，必须小于或等于生产者光合作用制造和积累的有机物总量。
这即是生命碳循环的均衡点。当所有生物呼吸作用消耗的有机物总量低于生产者光合作用制造和积累的有机物总量时，生物就能得到更多生存和繁衍的空间。反之，就会因为有机物供给不足而造成生物消亡。直至有机物消耗的速度再次低于或等于有机物制造之后，存活下来的生物才能得到充足的有机物供给。当生命碳循环处于均衡状态时，其生物数量规模达到最大。
一旦消费者数量超过这一均衡点，就会由于单位时间内生产者所积累的有机物不足以支撑消费者的呼吸作用需要而导致两种可能。其一，在生产者数量没有大幅减少的情况下，消费者数量显著下降，通过减少呼吸作用的有机物消耗总量，以重构生命碳循环的均衡。其二，在消费者数量没有大幅减少的情况下，通过涸泽而渔式的掠夺性采食，以大幅减少生产者数量（即生产者下一单位时间内制造有机物的数量基础）为代价，短期内满足消费者的有机物消耗总量。但这种方式的恶果是，由于生产者数量的大面积消亡，生产者在下一单位时间内的有机物制造能力将遭到极大的削弱，这将使消费者面临更大的食物危机，并终将引起更大规模的生物消亡。
而根据引理（1）和引理（2），决定生产者的光合作用速率和有机物积累总量水平的因素之一是大气CO浓度。因此，大气CO浓度22将在很大程度上决定生命碳循环的均衡水平。在一定范围内，大气CO浓度越高，生命碳循环将在越高的水平上达到均衡，生命碳循环2的规模也将越大。
由此可得引理（3）：
单位时间内，当生命碳循环中有机物制造和积累的数量与消耗的数量相等时，生命碳循环达到均衡。生命碳循环的均衡水平，即生命碳循环的规模，很大程度上取决于大气CO浓度。2
因此，可以在食物网金字塔的生产者之下，再加入大气CO。这2样就能构成生命碳循环的金字塔结构。如图3.2所示。图3.2 生命碳循环金字塔
五、引理（4）：与生命碳循环相关的三个碳库
根据假设（4）（全球碳循环），可以将与生命碳循环相关的全部碳元素划分为三个碳库，包括碳库一（与人类直接相关的碳元素）、碳库二（与人类以外生物直接相关的碳元素）和碳库三（与生物无直接相关的碳元素）。
根据假设（4），地球碳元素按照不同存在形态划分为五个碳库，包括大气圈、水圈、生物圈、土壤圈和岩石圈。这种划分方式的
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