宋代能源结构变迁原因探析

2019-07-11柴国生

中州学刊 2019年5期

摘要：宋代燃料结构发生变化，初步形成了封建社会中后期“北方多石炭，南方多木炭”的基本能源格局。煤炭的大量使用并非因森林资源枯竭导致“被动式”的以煤代薪。通过对燃料资源利用量与社会消耗量进行比较，可知宋代生物质燃料资源总体充裕，燃料结构变迁是因生物质燃料与社会持续发展的不适应性等诸多因素综合作用下的历史必然，比如燃料生产、运输成本等因素制约等。宋代煤炭对薪炭的替代地域和程度有限，未能改变农耕社会生物质燃料的基础作用和地位，也不足以引发推动社会实质性变革的“燃料革命”。

关键词：宋代;薪柴;煤炭;燃料结构

中图分类号：K244 文献标识码：A

文章编号：1003-0751（2019）05-0123-05

对于引发宋代燃料结构变迁的原因及其作用问题，学界有两种不同观点。对于原因，有研究认为是因森林資源枯竭，导致“燃料危机”爆发，迫使人们“被动式”的“以煤代薪”;①对于作用，学界普遍给予赞誉，认为煤炭在社会发展中起到了革命性的变革作用，发生了“燃料革命”。②也有研究对上述观点提出质疑，认为宋代发生传统“燃料危机”的结论与史实不相符;③煤炭的生产和利用“未达到使整个农业社会的经济发生改观的地步”④。宋代森林资源枯竭与否，是开展燃料结构变迁相关问题研究的前提和关键，但已有研究尚未对此进行深入论析。基于此，本文尝试对薪炭等燃料资源产出与社会消耗状况进行量化分析，进而对煤炭推广利用、燃料结构变迁的原因及其作用是否引发“燃料革命”等问题进行探讨。敬请方家指正。

一、宋代生物质燃料资源量与消耗量的比较

我国古代利用的生物质燃料主要有天然草木、人工草木、农业废弃物、退材劳薪和动物粪便等五类⑤。对宋代五类生物质燃料资源可持续利用量与社会消耗量进行估算比较，即可展现燃料资源枯竭与否，以及能否满足社会发展需要等相关问题。

1.天然森林合理樵采量

根据一个国家或区域的面积、森林覆盖率和森林再生状况，就可以估算出每年合理采伐森林能够获取的最大薪柴量，即年合理樵采量。⑥宋代疆域面积为264万平方公里⑦，天然森林覆盖率为27%—33%⑧。根据我国森林的资源及其分布状况，每平方公里森林年合理樵采量（即合理提供薪柴量）约为112.19吨，⑨折合标准煤为64.06吨。在可持续利用的前提下，宋代天然森林年合理樵采量为0.8—0.98亿吨，折合标准煤约为0.46—0.56亿吨。⑩

2.农业废弃物资源产出量

秸秆、糠秕等农业废弃物产量与粮食产量之间存在一定的比例关系，称为草谷比。根据相应作物的草谷比，知道一定耕地面积种植农作物的产量，即可估算出秸秆产出量。B11由于精耕细作技术水平与复种指数的不断提高，宋代秸秆产量随粮食产量的提高而增加。如赵蕃曰：“禾场皆槀秸，茅屋半蒿莱。”B12此外，宋代高秆作物棉花、大豆等得到推广种植。如“闽广多种木绵”B13。这就使得宋代作物的平均草谷比要大于小麦、水稻等主要粮食草谷比的最小平均值1。取1作为平均草谷比对宋代农业废弃物产出量进行估算，是较实际和严格的。折合标准煤系数同样取主要粮食作物麦秆与稻秆的平均值，为0.465（即1吨秸秆合0.465吨标准煤）。宋代粮食亩产量地域间差别较大，取平均产量3石/亩，合今278斤/亩;B14相应的秸秆产出量折合标准煤为0.065吨/亩。宋代垦田面积为7.2亿亩。B15因此，宋代每年的秸秆产量折合标准煤为0.468亿吨B16。

3.其他燃料资源赋存状况

各种人工林木、草本植物、退材劳薪、动物粪便等生物质燃料资源赋存量，从相关记载也可窥知一二。如宋代的人工林木种植形成了包括经济林、护堤林、边防林、园林、行道林、坟茔林木和薪柴林在内的庞大的人工林系统，草木植物如竹、蒿、茅、芦苇等资源赋存丰富，如“至道末岁收”“蒿二百六十八万余围”B17。“婺州竹园虚岁收孳生竹四十亿六千一百五十一万。”B18此外，木制舟车、农具、建筑枯朽或损坏后常被用作燃料。宋罗大经曰：“亭弊矣，正欲改造，更有一亭，可尽拆为薪。”B19方岳云：“夜半瓦鸣惊梦觉，悔将蓬笠当劳薪。”B20反映出劳薪来源多样。宋代设有专门的退材场，东京设有“东西退材场”，职责是“掌受京城内外退弃材木，抡其长短有差，其曲直中度者以给营造，余备薪爨”B21。宋太宗曾“调退材给窑务为薪，俾择其可用者造什物数千事”B22，反映出退材数量之大。动物干粪也是古人常用的燃料。如释宝昙说：“家有如山牛粪火，为君煨栗劝加餐。”B23欧阳修曰：“群牧司领内外坊监使副判官，比他司俸入最优，又岁收粪墼钱颇多。”B24罗大经曰：“（杨）存中乾没军中粪钱十余万。”B25说明动物粪便的使用和存量都是很大的。

4.燃料可持续利用量与社会消耗量比较

秸秆、糠秕等农业废弃物，除了用作燃料外，还有部分用作饲料、部分还田，且在收集中也存在一定的损失。据调查，我国农作物秸秆总量，还田和收集损失约占16.2%，饲料28.1%，造纸原料2.1%，可用作能源为53.6%。B26按照估算的从严原则，取50%为古代秸秆用作燃料的实际比率。那么，宋代每年可用作燃料的秸秆产量折合标准煤约0.234亿吨。古代应有一定面积的原始森林是没有被开发利用的。我国森林覆盖率在清末降至最小值12.5%。B27从严估算，假定宋代有10%的森林资源未遭樵采，实际被利用的为23%—17%。那么，宋代天然森林实际的年合理樵采量约为0.288—0.389亿吨标准煤。

古代人均能源消耗，龚胜生先生提出平均每人年耗柴0.5吨的观点，并指出是最低估算值。B280.5吨薪柴折合标准煤为0.286吨。据调查，中华人民共和国成立前苏、湖、嘉、杭地区农民平均每户4.5人，每天平均烧稻草7.5公斤，一年烧2700公斤，B29合人均年烧稻草608.5公斤，折合标准煤0.26吨。这两个数字比较接近，但0.26吨标准煤仅是农民的人均生活用能量，而非人均综合能源消费量。1980年，我国农村人均能耗（即人均综合能源消费量）为0.329吨标准煤，B3020世纪80年代我国农村实际的生产、生活状况与古代基本状况较为接近，0.329吨标准煤的年人均综合能耗应接近并稍高于古代的年人均能耗。因而，采用这一标准用于宋代能源消耗量相关测算，应是较为科学且可信的。

综上，宋代每年能够从天然森林及农业废弃物中实际获取的生物质燃料量约为0.522—0.623亿吨标准煤，可满足约1.59—1.89亿人口的能源消费。B31这是宋代人口高峰1亿人口数量的1.6—1.9倍。这仅是天然林木与农业废弃物两种资源量。如果考虑人工林木、各种草类、退材劳薪、动物粪便等燃料资源总量，宋代实际可利用的生物质燃料量应在年总消耗量的2倍以上。因而，宋代的生物质燃料资源相对社会发展需要而言，是较为充裕的。

二、古代燃料结构至宋代变迁的原因

能源发展史证明，能源结构的历次转变，主导因素是技术的进步，而不是能源的枯竭。B32这与相关研究认为宋代煤炭推广利用、燃料结构变迁，是因生物质燃料资源枯竭而迫使人们“被动式”的“以煤代薪”的经验性判断是不相符的。产生这种经验性判断，其原因是忽略了推动古代燃料结构变迁的诸多主客观因素。因此，宋代能源结构性变迁，主要因素是下列几种。

第一，薪炭与社会发展的不适应性驱动了宋代燃料结构的变迁。随着宋代部分城市和区域手工业生产规模的不断扩大，对燃料的需求自然不断增多。但限于有限的交通运输能力，以及生物质燃料体大质轻、热值低、不易大量储运等特点，必然出现燃料需求与供给不足的矛盾。如宋开宝三年（970）陈从信曰：“三司欲借民舟，若不许，则无以责办，许之，则冬中京师薪炭殆绝矣。”B33反映出开封薪炭等燃料供需平衡的脆弱状况。燃料供需矛盾在封建社会中后期成为都城的共性问题B34。这正是生物质燃料与社会发展不适应性的表现。忽略了这一根本因素，对于宋代东京等城市和部分手工业区显现的燃料安全问题，就容易从表象得出是因森林资源匮乏导致的燃料供给不足。优质燃料替代是应对燃料不适应性的根本办法。煤炭是薪炭之外唯一能够规模化采用且热值高、密度大、易储运的燃料，替代薪炭就成为历史必然。此外，同体积的煤炭与薪炭的理论热值比为1.659B35，即同一交通工具运输煤炭理论上相当于输送了1.659倍的薪炭。这对于有限的交通运输条件，煤炭替代薪炭是增加燃料供给的不二选择。因而，以煤代薪就成为应对宋代以及封建社会中后期部分城市和高耗能手工业产区燃料供需矛盾的必然选择。

第二，煤炭规模化采用技术的进步为其在宋代推广利用提供了前提和保障。利用煤炭的前提和关键取决于对煤炭各方面性能认识的广度和深度B36。宋代趋于系统和成熟的技术，保障了煤炭的规模化采用。宋代对煤炭成分有深入认识。如“丰城、平乡二县皆产石炭于山间，掘土黑色可燃，有火而无焰，作硫磺气，既销则成白灰”B37。反映出时人已认识到煤中含有硫等物质。宋代的煤炭开采，从河南鹤壁宋代古煤井遗址的发掘B38，以及河南禹县（今禹州市）神垕镇发现的北宋煤矿遗址B39，可以看出宋代具有较为成熟的煤炭规模化采掘技术。烧煤比柴火焰短，局部发热量大，灰属酸性，易结焦;在控制火焰方面，用煤比用柴困难得多。B40以陶瓷烧制为例，古代用煤烧窑全凭经验，王家广先生指出：“（800多年前）耀瓷在控制火焰这一问题上是有办法的，足见耀瓷烧造技术高。”B41耀瓷用煤烧造反映出宋代燃煤技术的成熟。

第三，宋代趋冷的气候、煤炭较高的热值和经济性推动了煤炭的利用。宋初气候趋于寒冷期，特别在960年、1070年、1110年等时段曾数度出现的罕见低温B42，仅北宋开封发生的雪灾就有12次之多，且多次致人畜冻死。B43如此寒冬，对燃料需求量大幅增加，再加上雨雪天气导致燃料运输受阻甚至中断，就更加剧了城市燃料供需矛盾，由于薪炭與社会发展中凸显的不适应性，就使得煤炭推广利用更为迫切。就煤炭与薪柴的有效热值，以及薪柴、煤炭在宋代售价而言，煤炭具有更高的经济性。如熙宁七年（1074）京师东窑务“出卖石炭，每秤定价六十文”B44。按宋制每秤15斤，煤炭的价格为4文每斤。这是目前所见宋代唯一关于煤炭价格的史料。B45除了宋初的木炭价格低于这个价格之外，宋中后期大多数地方的木炭价都要高于煤炭价格。大中祥符五年（1012）十二月，开封“三司出炭四十万，减市直之半以济贫民。时连日大雪苦寒，京城鬻炭者每秤钱二百，故有是命”B46。每秤100文，每斤6.6文，这个价格是朝廷赈济的价格，应该比较接近市场价。南宋淳熙年间，都昌县烧炭“每斤直钱五文至六文止”B47。宋代中后期木柴的价格也是较高的。如靖康二年（1127）正月二十三日，东京开封“官司增置粟米场、卖柴炭场，米不过三升，薪不过五十文，其值减市价数倍”B48。相较薪炭，煤炭更高的热值和经济性，城中居民在同样的条件下自然会优先选择购买煤炭燃用。这些因素推动了宋代煤炭推广利用的较大进步。

第四，人类对优质能源的不断探求是燃料结构变迁的根本驱动。古代各种优质燃料不断开发利用，都非因相应燃料资源的枯竭。如木炭烧制的商周时期，煤炭在中原地区得到利用的两汉时期，天然气应用于煮盐的蜀汉时期，都是森林资源富足的时期。焦炭炼制的宋代，恰是煤炭得到较大范围推广利用的开始。“炭，烧木余也。”B49木炭的烧制是古人在长期利用薪柴过程中，发现炭化的木柴优于其本身的特性，进而有意识地烧制木炭。在木炭烧制工艺的基础上，进而至烧制竹炭、炼制焦炭，这是古人认识、开发、利用优质燃料的基本规律。

三、古代煤炭、薪炭的结构消长与作用比较

厘清煤炭利用的地域及其对薪炭的替代程度，即能客观展现古代煤炭、薪炭在社会发展中的作用。

第一，古代煤炭利用局限于产地周边有限的地域范围。

煤炭自产地向周边辐射的远近，主要取决于产地周边水陆运输道路状况和交通工具的实际运输能力，以及生产运输成本等因素。“百里不贩樵”B50是古人在长期燃料贩运实践中总结出的基本规律。由运输工具和成本等因素决定，宋代煤炭的贩运基本遵循这一规律。煤炭的价格，熙宁七年（1074）东京的官方售价为每斤4文。B51宋代的运输费用，“依《图经》，每一百里一百斤，陆路，一百文;水路，泝流三十文，顺流一十文”B52。交通工具的速度，“陆行之程：马日七十里，步及驴五十里，车三十里。水行之程：舟之重者，泝河日三十里，江四十里，余水四十五里;空舟泝河四十里，江五十里，余水六十里。沿流之舟则轻重同制，河日一百五十里，江一百里，余水七十里”B53。百里的距离，往返二百里，车要7天左右，水运要3天左右。综合考量运输往返中人、畜、舟车的耗费，以及税收、生产成本和销售利润等因素，煤炭4文的售价允许的贩运距离，陆运基本在百里左右的范围。对于水运条件便利的少数城镇，运输距离则能够稍远。若非有便利的水运条件，“樵采稍远”就会使“薪水之价”数倍于常价。如环州“樵采稍远，薪水之价倍于诸郡，洪德、淮安镇尤甚”B54。草在宋代的售价通常在一围30文左右B55。熙宁七年（1074）“自渭州（今甘肃陇西）至熙州（今甘肃临洮），运米斗钱四百三十，草围钱六百五十”B56。渭州至熙州近1000里，运一围草需650文，是常价的20多倍，可见长距离运输费用之高。

第二，煤炭对薪炭的有限替代未改变生物质燃料的基础作用。煤炭在社会发展中主要应用手工业生产和日常生活两方面。宋代手工业门类中，一般认为冶铁业用煤炭程度最高且最广泛，甚至有人认为发生了“煤铁革命”B57。因此，冶铁业中煤炭的作用一定程度上能够反映宋代手工业用煤状况。对陕西、山西、四川等地区出土铁钱的含硫量测定分析表明，“即使在用煤炼铁鼎盛期（崇宁至政和年间），始终存在硫含量在0.1%以下用木炭炼制的铁钱。这一现象说明在宋代，陕西、山西、四川三个地区用煤炼铁一直都不是普遍的。由于山西和陕西的煤炭资源是全国最为集中的，可以推测，宋代全国用煤炼铁也不是普遍的”，“南宋经济发展水平远不如北宋，受煤炭资源的限制，冶铁（以四川出土铁钱为例）燃料可能不太依赖煤”。B58此外，宋代木炭一直是冶铸业的主要燃料，占到燃料结构的70%以上。B59从冶铁业的燃煤状况看，宋代手工业生产整体的用煤状况不会优于冶铁业，也不可能从根本上改变薪炭的基础性作用。

社会生活方面，根据燃料的获取途径，大体上可将利用人群分为农业人口和非农业人口。对于农业人口，燃料获取基本是自给自足。宋代非农业人口所用燃料多通过购买获得。东京煤炭利用与普及程度是非常高的，虽然宋人庄绰有“昔汴都数百万家，尽仰石炭，无一家然（燃）薪者”B60的感叹，但薪煤兼用一直是东京燃料的基本构成。如熙宗七年（1074）“勘会在京窑务，所有柴数于三年内取一年最多数，增成六十万束，仍与石炭兼用”B61。宋代后期的燃料管理机构中仍有“柴炭库”“软炭场”B62。东京与其他城镇相比，拥有最高的政治、经济地位与便利的水运条件，供应地怀州（今沁阳地区）的煤炭可顺流而下，且相距仅100多公里，尚且煤柴兼用，对于非煤炭产区的其他城镇，普及程度自然更低。

综上，对于社会发展所需要的燃料总量而言，煤炭所占的比重是有限的，其作用也远未达到引起革命性作用的程度。对此，王曾瑜先生曾有精辟论述：“石炭的普遍开采和利用，也并未在宋代文明中居于基础性的地位，因为宋代仍是一个农业社会。石炭的生产和利用虽促进炼铁、制瓷、酿酒等业的发展，却未达到使整个农业社会的经济发生改观的地步。”B63相较而言，薪炭为主体的生物质燃料依然是宋代乃至古代社会发展的基础性能源和根本保障。

注释

①这种认识在已有的研究中较为普遍。如罗伯特·哈特威尔的《北宋时期中国铁煤工业的革命》（《中国史研究动态》1981年第5期），许惠民的《北宋时期煤炭的开发利用》（《中国史研究》1987年第2期），赵九洲的《燃料消耗与华北地区丝织业的兴衰》（《中国农史》2014年第1期），王曾瑜的《中国古代的煤、石油和天然气》（《文史知识》2010年第1期）等。

②宫崎市定：《宋代的煤与铁》，中国科学院历史研究所翻译组：《宫崎市定论文选集》上卷，商务印书馆，1963年，第177—199页。

③B43王星光、柴国生：《宋代传统燃料危机质疑》，《中国史研究》2013年第4期。

④B63王曾瑜：《遼宋金的煤炭生产》，《锱铢编》，河北大学出版社，2006年，第109页。

⑤王星光、柴国生：《中国古代生物质能源的类型和利用略论》，《自然科学史研究》2010年第4期。

⑥年合理樵采量计算公式为：年合理樵采量=国土面积×森林覆盖率×每平方公里森林年合理提供薪柴量。

⑦宋岩：《中国历史上几个朝代的疆域面积估算》，《史学理论研究》1994年3期。

⑧B27樊宝敏、董源：《中国历代森林覆盖率的探讨》，《北京林业大学学报》2001年第4期。

⑨据《中国统计年鉴》（国家统计局，中国统计出版社，2001年）中“中国的森林总面积为1.337亿hm2，每年合理提供薪柴量约在1.5亿t以上，折标准煤86Mt”的数据算得。

⑩内容摘自国家统计局工业交通统计司、国家发展改革委员会能源司编：《中国能源统计年鉴——2004》，中国统计出版社，2005年，第301页。

B11草谷比数学公式为：草谷比=亩均农作物秸秆的发生量÷亩均作物产量。一定面积耕地的秸秆、糠秕产出量：秸秆资源产出量=∑（作物亩均产量×草谷比）。

B12B20B23北京大学古文献研究所编：《全宋诗》，北京大学出版社，1998年，第20580、38280、27128页。

B13方勺：《泊宅编》卷三，中华书局，1997年，第16页。

B14王通明：《“北宋人口一亿说”新考》，《云南师范大学哲学社会科学学报》1992年第4期。

B15漆侠：《宋代经济史》，中华书局，2009年，第59页。

B16内容摘自毕于运：《秸秆资源评价与利用研究》（博士学位论文），中国农业科学院农业资源与农业区划研究所2010年，第88页。

B17马端临：《文献通考》卷四《田赋四·历代田赋之制》，中华书局，1986年，考五七。

B18B56杨仲良：《皇宋通鉴长编纪事本末》，《续修四库全书》第386册，上海古籍出版社，2002年，第155页。

B19罗大经：《鹤林玉露·乙编》卷六，中华书局，1997年，第220页。

B21B22B33脱脱：《宋史》，中华书局，1985年，第3919、4349、9405页。

B24欧阳修：《归田录》卷二，中华书局，1981年，第25页。

B25罗大经：《鹤林玉露·丙编》卷五，中华书局，1997年，第322页。

B26王效华、冯祯民：《中国农村生物质能源消费及其对环境的影响》，《南京农业大学学报》2004年第1期。

参见樊宝敏、董源：《中国历代森林覆盖率的探讨》，《北京林业大学学报》2001年第4期，第60～65页。

B28龚胜生：《唐长安城薪炭供销的初步研究》，《中国历史地理论丛》1991年第3期;《元明清时期北京城燃料供销系统研究》，《中国历史地理论丛》1995年第1期。

B29采用陈恒力先生调查资料。参阅张履祥辑补，陈恒力校释：《补农书校释》，农业出版社，1983年，第120页。

B30中华人民共和国国家计划委员会交通能源司：《中国节能》，中国电力出版社，1997年，第99页。

B31满足燃料消耗总人数计算公式为：满足燃料消耗总人数≒年合理樵采总量÷年人均综合能耗。

B32《能源百科全书》编辑委员会、中国大百科全书出版社编辑部：《能源百科全书·能源》，中国大百科全书出版社，1997年，第6页。

B34唐长安已出现“薪炭不给”的状况，《旧唐书》，中华书局，1975年，第283—284页）宋代开封“生齿繁众，薪、炭之用，民所甚急”。元代“京师人烟百万，薪刍负担不便”。（权衡：《庚申外史》卷上，学海类编本）明代北京“经常缺乏薪火”。（利玛窦：《利玛窦中国札记》，广西师范大学出版社，2001年，第233页）

B35同样体积煤柴热值比的计算：假设有长a，宽b，高c，体积为V=abc的长方体容器，用两个同样大小的容器，一个放入薪柴，一个放入煤炭，直至放满。为计算方便，假定薪柴每根上下一样粗，各根的粗度、长短也均匀一致，平放入长方体内。木柴半径r、长度l，这样单根木材的体积为：V单=▲r2l，容器能够存放的木柴根数y就是：y=（a/2r）×（c/2r）×（c/l），而长方体内能够存放木材的实际体积为：V实=V单y。这样就可以计算出同样大小的长方体内存放煤炭与木材的体积比：x=V/V实。计算可知，x=1.273，即在同樣大小的容器内的煤柴体积比为一个恒定值。有了体积比，就可以根据煤、柴的密度计算出其质量比。通常状况下，大多数木材的气干密度约为0.3～0.9g/cm3。煤的散密度一般为0.5～0.75g/cm3。我们都取中间值进行测算，即木材的密度为0.6g/cm3，煤的密度为0.625g/cm3。因而，同样大小容器内煤与柴的质量比为：m=1.326。折标系数，薪柴是0.571，原煤是0.714。这样，同样体积的煤柴折合标准煤的比n=1.659，即同样体积大小的煤柴的热值比为：1.659。

B36吴晓煜：《中国古代煤炭科学技术的主要成就（下）》，《中国矿业大学学报（社会科学版）》2008年第3期。

B37谢维新辑：《古今合璧事类备要外集》卷五十五《产炭山间》，《四库全书·子部·类书类》第941册，上海古籍出版社，1987年，第725页。

B38河南省文化局文物工作队：《河南鹤壁市古煤矿遗址调查报告》，《考古》1960年第3期。

B39安廷瑞：《河南禹县神垕镇北宋煤矿遗址的发现》，《考古》1989年第8期。

B40B41王家广：《耀州瓷、窑分析研究》，《考古》1962年第6期。

B42参见葛全胜等著：《中国历朝气候变化》，科学出版社，2011年，第9—10页。

B44B54B61B62徐松辑：《宋会要辑稿》，1957年，第5758、1710、5758、3649页。

B45B55程民生：《宋代物价研究》，人民出版社，2008年，第537、536页。

B46李焘：《续资治通鉴长编》，中华书局，1985年，第1807页。

B47朱熹：《朱熹集》卷二十《论木炭利害札子》，四川教育出版社，1996年，第826—827页。

B48丁特起：《靖康纪闻》，周光培编：《历代笔记小说集成》第4册，河北教育出版社，1994年，第21页。

B49许慎撰，徐铉校：《说文解字》，中华书局，1963年，第208页。