- 城市化与城市现代化
- 文章编号：1009-6000(2003)-01-0040-03
- 中图分类号：X3 文献标识码：A
- 作者简介：颜文洪(1966-)：男，高级工程师，中山大学生命科学学院博士研究生，研究方向为生态学与城市生态学；邮编：510275。
黄向：男，中山大学生态学专业硕士研究生。
- 深圳城市化过程中城市代谢的演变
- Transformation of Urban Metabolism During Urbanization in Shenzhen, Guangdong Province
- 浏览量：
- 颜文洪 黄向
- YAN Wen-hong, HUANG Xiang
- 摘要：
深圳是小城镇向现代城市快速转变的典型个例，本文从生态系统代谢的角度描述在这一过程中发展与自然的压力、中间代谢物形成的原因，定量分析了深圳在这一转变过程中的输入输出的变化，探讨了在超负荷情况下城市生态可持续发展问题。 - 关键词：
中间代谢物；城市代谢；演变；深圳； - Abstract: Shenzhen is a classic case of rapid urban transformation from a small town to a modern metroplis.The paper analyses the pressure between natural ecology and regional urban development in detail during the rapid urbanization period in Shenzhen.Quantitative Methods of Urban Metabolism are used to describe the urban input and output, and urban sustainablities are also explored.
- Key words: inremediate metabolizing substance; urban metabolism; transformation; Shenzhen
- 深圳1979年3月建市，1980年8月设立经济特区，经过20年的快速发展深圳已由当时的小城变为现在的华南经济中心之一；至2000年底，人口由31.41万增加到432.94万（含流动人口308.02万），GDP由1.6亿美元增长到200.6亿美元，增长124.4倍，在此期间，其国内生产总值一直持续两位数的增长(1999年最低为14.1%，1991年最高为36.0%)，各方面变化很大，本文从生态学代谢的角度探讨这其间深圳城市环境持续性问题。
1 城市生态系统与城市代谢
1.1 城市是有生命的
城市是活的，微观上单个的人、动物和植物是生命体，宏观上城市作为一个整体来说，它是一个基于自然生态的人工系统，它要吸收、消化、排泄，它有个性，要发展、进化，城市的特质总在遗传和继承，动态性只是城市的一个方面，生命特征是城市的本质，人类要以善待生命的态度来对待城市。
1.2 城市生态系统与人类活动强度
城市是一个以人为绝对主导地位的生态系统，与纯自然生态系统显著不同。自然状况下，物质通过生命体之间进行循环利用，物质的合成、利用、降解机制是完备的，城市系统物质循环和能量流动方式被改变了，人成了决定性因素；随着经济的发展和城市扩张，人类活动强度不断增加，城市代谢的压力巨大。
1.3 城市代谢
代谢是生态系统的重要功能，包括物质的循环利用、能量的流动、信息的传递使用，一旦这中间的环节遭改变或破坏，生态系统的调节就会失衡；城市的运转也必须依赖大量物质资源、能量和信息流的保证，存在输入、消化、输出这些环节。
城市代谢产生的废弃物被循环使用或被迁移，但自然能力对废弃物的完全降解有限，中间代谢物形成不可避免，这就要求以人工的方式对这些问题进行补救，保证正常代谢。
2 深圳市城市生态系统的能量流动与消耗
2.1 城市建设中的能量消耗
地上地下的设施和建筑物需要大量的材料，材料在生产过程中需能量消耗，深圳2000年消耗的钢材能量为1371.76×1010千焦耳，每吨钢材耗能35.2×106千焦耳，城建所消耗能量各分项值见表1。
2.2 直接消耗的能源
深圳从建市开始就严格控制重污染型能源，提倡使用较清洁能源；工业上以电和燃料油为主，民用燃料以煤气石油液化气为主，2000年直接消耗的能量为7209.64×1010千焦耳，燃料结构为电力58.4%、燃料油28.9%、液化石油气3.2%、煤8.5%，2000年煤的使用量为21万吨，比1980年减少2万吨，燃料消耗的能量如表2。
2.3 食物携带的能源
就食物来说，包括粮食、蔬菜、水果、动物食品，这些能量用于维持城市居民生理活动，1980年本地系统可提供86%的食物能量，另外还有一部分能量输出，输出食物比输入食物量大，但2000年食物能量只有7%来自本地，93%源自其它自然生态系统（详见表3）。
2.4 与自然系统的差别
在自然生态系统中，能量的源头是阳光，人类可利用的光能只是其中极小部分，假设植物固定太阳辐射能的1%，在全部由森林和庄稼覆盖城市的情况下，深圳市区全年可固定太阳能468.5×1010千焦耳，但深圳直接消耗的总的能量达到7414.23×1010千焦耳，是自然状况代谢强度的15.8倍；另外还有更多的间接消耗的、以设施和建筑物存在的能量储存，可见其能量流动的剧烈改变和强度的大大增加，代谢消耗掉的能量 98.1%来自外界系统，本系统太阳能合成的只占1.9%。
3 深圳市城市生态系统的物质循环
3.1 外界输入的物质
城市系统依赖于大量的物质供应，绝大部分来自系统外，物质的循环不是封闭的，属开放型，2000年主要物质输入数据见表4。
2000年参与代谢的物质是1980年的17.15倍，对这些物质的消化吸收和分解压力成数量级增长。
3.2 物质的输出和中间代谢物
3.2.1 完全代谢与中间代谢物
80年代以前，深圳接近于自然生态系统，参与循环的物质经过自然降解，有机物如食物、动植物残骸经小动物和微生物充分分解成为二氧化碳、水、无机盐进入自然界，继续参与系统内的循环，系统机制稳定发挥，各个环节从合成、分解、再合成、再分解都是良性的，物质在循环的过程中较少产生废弃物；此后，输入到城市的大量外源性物质，一部分被作为基础设施和建筑物储存起来；一部分被完全消化分解成为二氧化碳、水和无机盐回到自然界而良性循环；在物质分解方式和机制没有变化的基础上，另一部分，其远远超过系统本身分解能力的中间代谢物进入下一轮的循环时就发生障碍，也即未经完全消化分解的中间代谢物直接或通过人工系统被迁移，在这过程中，城市中间代谢物排放到水体、大气和陆地上，以废水、废气和固体废物的形式出现，这些废物主要如表5所示。
3.2.2 废水中间代谢物
城市用水中少部分经蒸发、渗漏、产品携带而消耗，70%-80%以废水的方式排出。2000年深圳市用水量9.2亿吨，污水产生量为7.37亿立方米，工业生产产生的废水2.18亿吨，99%经处理后排放，但5.19亿吨的生活废水只有54%经过化学和生物处理。产生的废水中含有机氮15369吨，还有大量的磷、重金属等，中间代谢物的量已经远远超过生态系统的自然净化能力，19个水质监测点显示：超过国家V类标准的有16个，形成水环境破坏严重状况。
深圳建市迟，在污水的分解处理上吸取了其它城市的一些经验，99%的废水经处理后排放，以集中深海排放为主，有一部分进行了二级深度处理后排放，目前深圳沙头角有日处理能力10万吨废水的污水处理厂、福田有座日处理30万吨的滨河污水处理厂和日处理20万吨的罗芳污水处理厂、西部的华侨城科技工业区和南油工业区建造一座日处理能力74万吨的污水排海工程，这些投资超过了12亿元人民币。但是这些在处理量和处理深度上还远远不够；深圳另外有5座污水处理厂正在论证和建设中（罗芳二期、盐田、龙田、横岗、观澜）。
污水深海排放实质上是将消化不了的中间代谢物转嫁迁移，废水中未分解的营养物质（有机氮和磷等）大大加速了海洋藻类和浮游物种的增殖，1988年、2000年大规模海洋赤潮污染与珠江三角城市废水中中间代谢物直接相关。
3.2.3 固体中间代谢物
市民生活、建筑、商业等城市活动都会产生大量的固体废弃物。建筑过程中，20%的材料以垃圾的形式出现，虽然其中部分被再利用，但建筑垃圾仍是主要的固体废弃物；2000年工业固体废弃物产生量43.1万吨；市民每人每天产生的生活垃圾1.27公斤，年产生活垃圾201.9万吨，一次性物品的盛行导致生活垃圾急速增加，而且生活垃圾没有实行严格的分装制，垃圾问题越来越突出。
垃圾的处理采用焚烧和填埋两种方式，1987年深圳引进了我国第一套垃圾焚烧装置，余热用于发电，年处理能力10万吨，另外，盐田垃圾焚烧厂和宝安老虎坑垃圾厂正在兴建中。此外填埋仍然是主要处理方式，但会带来城市可用土地的减少和垃圾填埋出现的二次污染问题。在处理年产5.2万吨工业有毒固体废物方面，深圳专门投资近2亿元建设18公顷有害废物处置场，保证了工业固体废物的全过程管理。
3.2.4 废气中间代谢物
深圳污染物浓度连年上升，2000年全市二氧化硫日平均浓度为27微克/立方米，上升了14微克/立方米；氮氧化合物日平均浓度55微克/立方米，上升了7微克/立方米。深圳采取了许多措施控制大气污染，包括企业废气处理的强制性规定、调整燃料结构、能源成分的改变、使用无铅汽油、限制柴油车等。深圳工业企业的废气经充分处理后再排放，处理率超过了99%，2000年工业废气排放量667.2亿立方米。但深圳市空气趋坏没有得到根本控制。
3.3 与自然系统的差别
与自然生态系统物质的完全循环与动态平衡相比，城市系统的物质输入与输出是开放式的，大量的物质得不到充分降解以中间代谢物的形式出现；外源物质输入使用的量远远超过自然界的生产能力，人类对使用消耗这些物质的态度是尽量满足需要，而在同时，系统降解的能力和机制不变的情况下，必然导致有害废弃物的积累，必须通过人工的物化、生物手段进行弥补，使代谢状况尽量符合自然生态系统的代谢特征。
4 结论
分析城市代谢的特点可以透过各种人类活动和社会现象，找出城市系统与自然生态系统的偏离程度，为政策的制定和城市设计提供证据；1980年以后深圳发生了极大的变化，经济上创造了奇迹，但它消耗的能量和物质绝大部分是外源性的，城市活动强度大大超过了自然生态系统，必须采取补救措施完备城市的中间代谢物分解机制。
城市中间代谢产物的处理不可以采取转嫁的方式，废水的深海排放可以迅速地稀释废物，但这种途径并没有根本解决问题，这是一种潜在的危害，对此应该有足够的责任感，深圳83%的地面水体重度污染，所有的废水应该经过化学处理和生物治理。
2000年深圳环保投入30.68亿元，比上年增长15.3%， 其中基础设施22.04亿元、工业污染源防治3.68亿元、设施运行费用3.45亿元、环境管理服务费1.5亿元。但目前还存在一些不足：一是用于环境生态建设资金中直接用于废弃物处理的比例低，只有23%，二是总量只占GDP的1.84%，在发达国家，这个比例超过3%。
我国正在经历城市化的阶段，城市应该是生态可持续的、更适于人类生存与居住的地方。
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