产业生态学的展望

【专家解说】：产业生态学（Industrial Ecology IE) 最早是20世纪80年代物理学家Robert Frosch 等人模拟生物的新陈代谢过程和生态系统的循环时所开展的“工业代谢”研究； 　 N.Gallopoulos等人进一步从生态系统的角度提出产业生态系统和产业生态学的概念。 　 1991年美国国家科学院与贝尔实验室共同组织产业生态学论坛，对产业生态学的概念、内容和方法以及应用前景进行全面系统的总结， 　 贝尔实验室的C.Kumar认为：产业生态学是对各种产业活动及其产品与环境之间的相互关系的跨学科研究。 　 1990s以来产业界、环境科学和生态学界纷纷介入其理论与实践的探索。 　 国际电力与电子工程研究所（IEEE）在一份名为《持续发展与产业生态学白皮书》的报告中指出：“产业生态学是一门探讨产业系统、经济系统以及它们同自然系统相互关系的跨学科研究，涉及诸多学科领域，包括能源供应与利用、新材料、新技术、基础学科、经济学、法律、管理科学以及社会科学等”，是一门研究“可持续能力的可科学”。 城市人居环境规划方法的生态转型 讨论了城市环境问题的生态学实质，国际城市人居环境生态学研究动向，以及城市人居环境建设的生态转型方法。重点介绍了城市人居环境规划中的系统化、自然化、经济化、人性化趋势，并从观念与目标的转型，规划与设计的转型和技术与材料革新等方面探讨了城市生态建设的转型方法。 关键词：城市；人居环境；生态规划；转型；方法 1.城市环境问题的生态学实质 世纪之交，我国城乡正在开展大规模的人居环境建设。随着经济实力的发展和生活水平的提高，人们对城市在景观、人文、经济、建筑、交通、环境和生活质量方面的要求越来越高。城市建设不仅要体现科技进步，更要注重以人为本，创造更多的适宜环境，满足城市居民的生理心理需要和人居环境的可持续发展。综观当今城市的生态景观，在人们赖以栖息的建筑外面，满目水泥森林、屋顶景观、五彩阳台、塞车景观、垃圾景观和污水景观。掩藏在高楼大厦背后的却是危害城市居民身心健康的生态负效应：建材污染效应、能量耗散效应、气候热岛效应、水分流失效应、环境污染效应、建筑拥挤效应、景观压抑效应等。城市环境问题的实质是：资源代谢在时间、空间尺度上的滞留（人们从大自然索取的资源只有少部分变成产品并参与生态循环，多数滞留在环境中形成污染，如水体富营养化、大气污染、垃圾污染等）和耗竭（人们从大自然索取过多而投入、返回过少，导致生态系统的耗竭，如水土流失、地表沉降、湿地退化、景观破坏等）；系统耦合在结构、功能关系上的破碎（如条块分割、学科分割、景观破碎、过程断续等）和板结（如人口集聚、交通拥挤、土壤板结、热岛效应等）；社会行为在经济和生态关系上的短见（如行为的短期化、局部化和）和调控机制上的缺损（如体制、法规、政策、计划的战略评价、社会监督、信息反馈、绩效评估和能力建设等）。城市的核心是人，发展的动力和阻力也是人。正确处理好人与土地（包括地表的水、土、气、生物和人工构筑物）的生态关系是人居生态研究的核心任务。城市的表现形式是社区的格局、形态，而其神或魂却是生态的“生”字，包括生存能力（示范区的吸引力，离心力和竞争力），生产实力（从第一性生产到废弃物的处置），生活魅力（方便适宜的设施，丰富多彩的环境）及生境活力（风、水、花、鸟等自然生境和生物活力）。 人作为城市复合生态系统的主体，其日常生活活动对城市生态系统功能的好坏起着重要作用。人们往往只看到城市活动的物理过程，而忽视其生态过程；只重视城市设施的社会服务功能，而忽视其生态服务功能；只注意城市经济的生产效益而无视其生态效益；只看到污染物质的环境负价值而忽视其资源可再生利用的正价值。城市的生产、生活与生态管理职能条块分割，以产量产值为主的政绩考核指标和短期行为，以及生态意识不强、生态教育落后的国民素质，是我国城市环境恶化趋势得不到扭转的根本原因。 2.城市人居环境生态学的研究动向 当前，各国城市生态系统研究特别注重城市各种自然生态因素，技术物理因素和社会文化因素耦合体的等级性、异质性和多样性；注意城市物质代谢过程、信息反馈过程和生态演替过程的健康程度；以及城市的经济生产、社会生活及自然调节功能的强弱和活力。其中生态资产、生态健康和生态服务功能是当前城市生态系统研究的热点。这些研究正逐渐形成几门城市可持续发展的应用生态学分支：一是产业生态学，研究产业及流通、消费活动中资源、产品及废物的代谢规律和耦合方法，促进资源的有效利用和环境正面影响的生态建设方法。二是人居生态学，研究按生态学原理将城市住宅、交通、基础设施及消费过程与自然生态系统融为一体，为城市居民提供适宜的人居环境（包括居室环境、交通环境和社区环境）并最大限度减少环境影响的生态学措施；三是城镇生命支持系统生态学，研究城镇发展的区域生命支持系统的网络关联、景观格局、风水过程、生态秩序、生态基础设施及生态服务功能等。 尽管国际城市生态学的启蒙研究归功于美国的芝加哥人类生态学派，但国际城市生态学研究的主流却一直在欧洲。自19世纪末叶以来，快速的工业化城市化过程和高的人口密度迫使欧洲人不得不认真研究城市化、工业化带来的生态问题、过程、对策与技术手段。从霍华德的田园城运动到德国法兰克福的灵敏度模型，特别是1970年代以来以“增长的极限”为催化剂的环境运动和联合国教科文组织人与生物圈计划（MAB）倡导的城市生态研究，为西方国家城市环境的改善和生态功能的强化奠定了科学基础。 进入1990年代以来，城市生态学已成为城市可持续发展及制定21世纪议程的科学基础，各种类型的国际城市生态学术讨论如火如荼，仅1991年以来在美洲、澳洲、欧洲和非洲就举行了20余次国际生态城市学术讨论会。1996年6月的土耳其联合国人居环境大会专门制定了人居环境议程，提出城市可持续发展的目标为：“将社会经济发展和环境保护相融合，在生态系统承载能力那去改变生产和消费方式、发展政策和生态格局，减少环境压力，促进有效的和持续的自然资源利用（说、土、气、生、林、能）。为所有居民，特别是贫困和弱小群组提供健康、安全、殷实的生活环境，减少人居环境的生态痕迹，使其与自然和文化遗产相和谐，同时对国家的可持续发展目标做出贡献。 澳大利亚的Halifax生态城是在Adelaide市外60km的一片17h㎡退化的农田上建设的。当地居民通过社区自助性开发方式进行生态恢复、治理水土流失，并向传统房地产商挑战。首期开发了一片2.4 h㎡混合功能居住区，居民800余人，90%的技术是对区内及区域环境良好的，70%的植物种是当地种。区内综合开发了各种节水、节能、节物的生态建筑技术，包括太阳能供热水、制冷、取暖、自然采光、中水及雨水利用技术，选用对人体无毒、无过敏、节能、低温室气体排放的建筑材料等。其发起人Joan Bourne太太患癌症30年，通过这种生态建设活动及健康的人居环境，其生理和心理健康明显增强。Whyalla生态市在Adelaide市北400km，占地15 h㎡，居民2.6万人。该地原是一个废弃的钢铁工业基地，通过各种生态恢复措施，如人工湿地，废水回用，垃圾堆肥，太阳能的利用以及生态建筑的规划设计与社区参与型管理等进行生态建设。城市形态和格局一反澳大利亚传统方式的殖民地形态的城市布局，按Kevin Lynch提出的3种城市形态进行生态设计。其生态建设的12条原则是：退化生态系统的恢复；适应当地生态型；在环境容量限度内开发；防止城镇摊大饼式外延；优化能源结构和效率；创造和促进新的经济增长点；提供卫生、安全的人居环境；社区共生；基础设施及社区服务共享；历史文化的延续性；突出多样性的文化景观，修复和支持生态基础设施。 生态建设中的“生态”是人与环境间高效和谐的生态关系的简称，它既是一种竞争、共生和自生的生存发展机制，又是一种追求时间、空间、数量、结构和秩序持续与和谐的系统功能；既是一种着眼于富裕、健康、文明目标的高效开拓过程，也是一种整体、协调、循环、自生的进化适应能力；既是保护生存环境、保护生产力、保护生命力支持系统的长远战略举措，也是一场旨在发展生产力的技术、体制、文化领域的社会革命，是一种走向可持续发展的具体行动。 城市生态建设的生态不是回归自然的原始状态，也不是人间仙境式的理想生态，而是积极意义上的发展生态。生态建设既要立足于环境的保护，又要着眼于企业经济和当地社区的可持续发展。现阶段我国生态建设的重心应放在力度和稳度并重的发展上。有别于环境保护主义和环境掠夺主义，城市可持续能力包括生存适应能力、生产进化能力和生态整合能力，三者缺一不可。 城市生态建设的宗旨是通过生态规划、生态设计与生态管理，将单一的生物环节、物理环节、经济环节和社会环节组装成一个有强生命力的生态系统，从技术革新、体制改革和行为诱导入手，调节系统的结构与功能，促进全市社会、经济、自然的协调发展，物质、能量、信息的高效利用，技术和自然的融合，人的创造力和生产力得到最大限度的发挥，生命支持系统功能和居民的身心健康得到最大限度的保护，经济、生态和文化得以持续、健康的发展，促进资源的综合利用，环境的综合整治及人的综合发展。 我国城市生态建设的目标包括： ⑴促进传统农业经济向资源型、知识型和网络型高效持续生态经济的转型，以生态产业为龙头带动区域经济的腾飞； ⑵促进城乡及区域生态环境向绿化、净化、美化、活化的可持续的生态系统演变，为社会经济发展建造良好的生态基础； ⑶促进城乡居民传统生产、生活方式及价值观念向环境良好、资源高效、系统和谐、社会融洽的生态文化转型，培育一代有文化、有理想、高素质的生态社会建设者。 3.城市人居环境建设的生态转型方法 我国城市生态建设急需4类生态转型：从物理空间需求向生活质量需求转型；从污染治理需求向生理和心理需求转向；从城市绿化需求向生态服务功能转型；从面向形象的城市美化向面向过程的居民身心健康和城市可持续发展的转型。推动城市的生态转型就是要促进城市产业从产品经济走向服务经济，都市景观从均一性的物理景观走向多样化的生态景观，城市文化从人定胜天的掠夺文化走向天人合一的共生文化，实现有中国特色的社会主义市场经济条件下城市的可持续发展。 当前，一个生态城市建设的热潮正在我国兴起。其实，任何一个居住城市都是自然和人文生态结合的“生态”城市，只不过有些生态合理，有些城市生态而已。居住区不只是一类避雨遮阴御寒的人类栖息地，也是人类与地理环境（地理、水文、气候、）、代谢环境（物质流、能量流）、生物环境（有益、有害生物）、社会环境（服务设施与水平）、经济环境（就业环境、房产市场）和文化环境（历史的延续性、标识性）的生态关系。 城市人居环境建设的主要任务就是要调节其自然生态和人文生态基本要素间的生态关系，包括水（水量、水质、水灾、水利）；火（能量、能值、大气、气象）；土（土壤、土地、景观、地理）；木（植被、作物及其它生命有机体）；金（矿产、营养物、产品及废品流）等自然生态要素以及人口（数量、质量、供给、需求）；人力（劳力、智力）；人文（技术、体制、文化）；人心（价值、信仰、伦理、道德）；人气（购买力、集聚效应、环境）等人类生态要素。 城市人居环境建设的生态转型包括心件(Mindware)、软件(Software)和硬件(Hardware)的转型。 3.1观念与目标的转型 首先要转变城市决策、规划、管理人员、企业家和普通市民的城市化、现代化观念，重建城市人居环境系统化、自然化、经济化和人性化的生态理念。 天人和一的系统观：针对传统城市建设中条块分割、学科分离、技术单干、行为割据的还原论趋势，引进生态学以及中国传统文化中的整体、协同、循环、自生的复合生态系统原理，重视景观整合性、代谢循环性、反馈灵敏性、技术交叉性、体制综合性和时空连续性。 道法自然的生命观：营建一种朴实无华、多样性高、适应性强、生命力活、能自我调节的人居环境，具有强的竞争、共生、自生的生存发展机制；强调水的流动性、风的通畅性、生物的活力、能源的自然性以及人对自然的适应性和低的风险。 巧夺天工的经济观：以尽可能小的物理空间容纳尽可能多的生态功能，以尽可能小的生态代价换取尽可能高的经济效益，以尽可能小的物理交通量换取尽可能大的生态交通量，实现资源利用效率的最优化。 以人为本的人文观：最大限度地满足居民身心健康的基本需求和交流、学习、健身、娱乐、美学及文化等社会需求，诱导和激发人们的自然境界、功利境界、道德境界、信仰境界和天地境界和融合与升华。 理想人居环境应实现以下的生态建设目标：整合性（地理、水文、自然及人文生态系统的时空连续性、完整性）；多样性（物种、景观、建筑、文化及生态系统的多样化和异质性）；进化性（随自然和社会环境的变化以及人的需求及社会经济地位变化的进化适应、自组织、自调节能力）；自然性（水、气的自净循环能力、环境安静度、土地和土壤自然度、生命活力）；畅达性（水的流动、风的流通、物能流和滞竭再生和人的交流程度）；标识性（自然生态与人文生态特性的显示度）；和谐性（内与外、形与神、标与本、虚与实、近与远）；经济性（资源利用效率、成本、市场竞争力）。 3.2规划与设计的转型 生态规划与设计是人居环境建设的关键，人的空间生态需求包括了居住空间、活动空间、绿色空间和美学空间。计算容积率时不能只考虑居住空间的容积率。绿是生命之道，城市绿化不止是一个乔、灌、草合理布局的植被绿，而且是一种包括技术、体制、行为在内的内在绿；结构、功能、过程的系统绿；以及竞争、共生、自生的机制绿在内的生态系统工程。实现小区物理空间（绿色空间（植被）、蓝色空间（水体）、白色空间（建筑）与灰色空间（道路与构筑物））、代谢空间（水、热、气、电、食物、废弃物）、服务空间（商饮、教育、医疗、娱乐）、交流空间（信息、交通、社交）和文化空间（文化氛围、社区安全、精神生活）等多维人文生态空间与自然生态空间在时、空、量、构、序层次的系统和谐性是生态规划的核心任务。 生态规划的任务就是要以尽可能小的物理空间容纳尽可能多的生态功能，以尽可能小的生态代价换取尽可能高的经济效益，以尽可能小的物理交通量换取尽可能大的生态交通量。以小区规划为例，城市人居环境建设正从传统的物理规划走向生态规划，实现以下几个转变：从绿地到绿体：屋顶花园、中空花园、立面绿化、底层公园；从占地到造地：恢复被占土地的部分生产和生态功能，改善小区的水文循环和局地气候；从静态到动态：风与水的流动性、生物的多样性、小区建设的滚动发展及居民选择的；从排污到用废：减少小区的物耗、能耗和水耗，废弃物在小区内最大限度的资源化，减小对城市生活污水和垃圾处理的市政压力；从单调到多样：改善小区水泥景观、屋顶景观、阳台景观、交通景观、垃圾景观、污水景观、街市景观；维持城市的生物多样性，景观的多样性、建筑多样性和文化多样性；从结构到功能：从空间居住功能到自然及社会生态服务（自净再生、绿色生产、休闲养生、人际交流、示范工程）功能，提供适宜于人的室内外栖息环境，保障居民身心健康；强化小区的自然生态和社会生态安全、减小生态风险，诱导小区生态文明，加强社区人文生态交流，提高居民的生态意识和参与能力；从形态到神态：建筑风格的整合性、与环境的融合性、风水及景观的自然生机、建筑物和构筑物的自然及人文生态内涵，从点（单体建筑、标识建筑和示范工程）、线（二龙戏珠、南北绿线加中轴线）、面（屋顶花园、底层公园、中空花园、立面绿化和边缘立面）、体（景观、建筑和生态系统的整体形象）四方面体现生态景观的灵与神；从建筑设计到生态设计：充分尊重和利用小区的景观资源和生态资产，利用自然生态和人类生态的边缘效应原理和整体、协同、循环、自生原理进行设计。 3.3技术与材料的革新 当前，人居环境建设正面临着一场技术与材料领域的重大革新。我国城市生态建设雅俗共赏、土洋结合、新老兼顾的一些重点技术包括：建筑结构、形态、功能的生态整合技术；建筑用地生产与服务功能的空间生态恢复与补偿技术；废弃物的就地经济处理、循环再生技术；可再生资源、能源、水的开源与节流技术；健康建材（对人体和生态系统无害或有益）的研制、开发与推广技术；绿体的入户、上楼和屋顶景观、水泥景观的改造技术；室内外生命空间的活化、美化、自然化技术；以及小区环境的适应性进化式生态管理技术。与人居环境建设有关的生态工程也正在国内外兴起，如： ⑴结构活化生态工程：将生态学原理应用于建筑结构设计中，赋予建筑以生命活力。使建筑具有当地文化特色，适应当地自然条件。充分体现自然、采光、隔热、制冷、绿化、美化及其他生态工程原理对建筑结构的要求。 ⑵能源优化生态工程：充分利用太阳能、生物质能等可再生能源作为建筑能源，降低对矿物能源的消耗。以太阳能供热、制冷及动力系统为主要目标，生物质能可考虑作为太阳能供热的辅助能源。 ⑶生态建材产业工程：生态型建筑材料主要指建筑材料来源的可再生性、本土化、易得性；建筑材料生产及使用工程中对环境的影响的最小化；以及对人体健康的无害化。建筑材料对建筑本身的安全性、节能性、经济性、对内外环境设计的适应性等。 ⑷生态智能系统工程：主要指按自然生态和人类生态原理及信息技术设计的居住小区的通信系统、控制系统、安全系统及服务系统等智能化综合服务网络。可按不同消费水平设计不同档次的生态智能系统。 ⑸废弃物再生生态工程：垃圾处理分为干垃圾和湿垃圾两部分，干垃圾收集到小区外进行处理，湿垃圾采用庭院式小型发酵装置进行处理，生产的肥料用于小区绿化等方面。粪便可采用大、小便分离马桶系统（干式和沼气发酵式），特点是卫生、方便、节水、节能、经济。 ⑹活水净水生态工程：采用卫生净水供应系统，保障人饮用水卫生安全。设计雨水利用系统保证地下水的有效补充和水资源的充分利用。采用无动力厌氧和耗氧结合的分散式污水处理及中水回用系统使水资源得到充分、合理的利用。便静水为动水，死水为活水、污水为净水、废水为利水。 ⑺景观生态工程：建筑的外观标识性及生态空间的营造。如绿色空间和建筑绿化、动植物生境和生物多样性的营造、水景观和其它人工景观的特异性、外观的易维护性、公共空间的美化、对当地自然环境的亲和性、适应性等。充分体现地域特点，当地自然生态景观、建筑风貌和本土历史文化融为一体，独具特色。 ⑻居室生态工程：建筑内部的光、温、湿、气的控制，内部环境及设施的舒适性、无害性、方便性、经济性及生态合理性（内部的美化、绿化、自然性的体现、废弃物处理设施的优化设计）。 ⑼土地恢复与再造生态工程：在生态小区引进城市农业和庭院经济，对建筑的屋顶、中层及立面营造绿色立体空间，在一定程度上对建筑占用土地的原有生物生产或生态服务功能进行恢复，对系统的生产经济效益进行补偿，为居民提供一种接近自然的。 ⑽社区生态工程：以人体生态学、社会生态学、环境工程学、美学、心理学原理为基础，针对不同阶层和年龄人群的生态需求，进行社区人居环境的生态设计和管理。使人和自然、人和人得以和谐共生，使居民的生理、心理和文化需求都能得到满足，使建筑工程和自然生态及社会生态环境达到高度的和谐。