基于能值分析方法的城市代谢过程——案例研究

刘耕源，杨志峰，陈 彬

(北京师范大学环境学院，环境模拟与污染控制国家重点联合实验室，北京 100875)

基于能值分析方法的城市代谢过程
——案例研究

刘耕源，杨志峰*，陈 彬

(北京师范大学环境学院，环境模拟与污染控制国家重点联合实验室，北京 100875)

城市代谢过程研究是实现城市生态规划和环境管理等实际工作优化与决策的关键理论问题之一。核算了1999—2006年北京代谢过程中能值通量和强度，并依照Eco-Indictor 99的划分标准，结合自然系统对污染物的自净化及污染对经济系统和生态系统的损害程度测度方法(DALY法和PDF法)，从城市代谢生产过程和消费过程研究城市代谢对人群健康和自然生态系统的影响，结果表明：(1)北京城市代谢过程大部分依赖于外部购买的不可更新资源的消耗；(2)外部购买的不可更新资源主要依赖于它省的资源供给，对国外资源利用很少，说明北京是一个本国资源依赖性的城市，而且这种依赖程度在不断增长；(3)当前过快的城市代谢过程主要由固定资产建设所拉动，随着北京基础建设程度放缓，这种高依赖性的代谢模式会的到一定的改变；(4)在考虑生态损失的情况下其可持续发展水平有5%的下降。该研究克服传统外在预警式评价方法的局限，综合评价城市生态系统内在代谢过程及代谢水平，为城市生态规划和环境管理提供更为有效的优化与决策依据。

北京；能值评价；城市代谢

城市是一个以人类活动为中心的社会-经济-自然复合生态系统，是一个具有多层次、多输入、多输出的耗散结构，它必须从外界获取物质和能量，不断输出产品和排放废物，才能保持稳定有序的状态。同时，城市犹如一个复杂的有机体，不断进行新陈代谢，实现整个系统的优化、循环和再生。

长期以来，中国城市所遵循的高投入、低产出、高污染的粗放型发展模式导致了严重的结构性隐患与环境问题，如高度依赖外界物质能源投入、物质与能源利用效率低、城市废弃物恣意排放、环境污染、生态破坏等。这些生态环境问题已对我国的社会经济发展产生了一系列惩罚性影响。城市生态环境问题的出现，与城市代谢不良密切相关，可以归结为城市生态系统日益增大的代谢流量，日趋复杂的代谢结构，不断降低的生态效率，持续恶化的环境影响。资源的过度使用及低效利用加剧了资源对经济社会发展的瓶颈制约，产业布局不合理及污染物不当排放导致了城市经济的结构性隐患与环境问题。另一方面，在未来相当长的一段时期内，我国城市人口仍将保持持续增长、城市化进程将进一步加快、产业结构进入快速转型期、经济总量继续以较快速度增长。毫无疑问，如果仍然沿用现有发展模式，必将更为强烈地影响我们赖以生存的自然生态基础，最终导致城市健康程度降低甚至生态系统崩溃。

由此，城市代谢全过程的研究成为实现城市生态规划和环境管理等实际工作优化与决策的关键理论问题之一，是解决城市生态与环境问题，维系健康稳定的城市生态系统的迫切需要。同时，由于城市中经济、社会与自然系统交互作用的复杂性，相应城市代谢过程的研究又必须聚焦于城市生态的系统层面，需要整合系统生态学、城市生态学和生态热力学等研究方法，从而有力地促进这些学科理论的交叉、创新和发展。然而，无论是国内还是国际，过去对城市代谢的研究仅局限于元素代谢或部分子系统过程的物质代谢研究，尚未建立城市代谢的完备机制，以及缺乏对代谢的过程、机理、通量、效率、结构和影响的全方位度量。这一缺乏主要源自两方面难题：首先是如何把一系列城市代谢不良问题纳入一个有机的、多层次、全方位分析体系；其次是如何通过过程拆解，定量各子过程的运转机理与互动关系。因此有必要顺应城市生态系统有机整体性的要求，采用多学科交叉，对城市代谢全过程进行整体评价，为城市生态规划和环境管理提供更为有效的优化与决策依据。

本文以基于“能值分析方法的城市代谢过程研究(1)——理论与方法”一文所提出城市代谢评价框架为基础，结合所选案例城市特点，进行城市代谢过程核算与评价，并提出城市未来发展的建议。

1 北京市基础能源资源流分析

北京，位于东经115°25′—117°30′、北纬39°26′—41°03′之间，地处欧亚大陆的东部边缘，隶属环渤海经济圈，西北部有丘陵南部为平原，占地面积16807.8km2。其拥有悠久的历史和政治和文化中心的地位，北京是中国最发达的城市之一，拥有集成的产业结构，包括电子、机械、化工、轻工、纺织和汽车制造业。与发展中国家的其他大城市一样，北京也面临着城市经济发展与社会生态相矛盾的问题，包括大的流动人口、农业土地丧失、资源短缺、高污染、生态环境恶化、灾害风险增加等。北京城市系统的演变，可以视为历史累计资源消耗和积累，这反过来又引起了城市的组织结构的变化。综上所述，这些密集的资源消耗在北京大部分都是从其他省市或者境外购买，本土开采比例异常小。此外，所有巨大能源资源的流动也伴随着巨大的服务和资金流向。

因此，作为具有丰富历史、庞大规模的省会城市，北京是一个连接中国和世界、传统与现代重要节点，而经历了全国鼎力支持打造的2008年北京奥运会也为全球提供了中国城市希望得到世界认可的典型案例。本研究选取北京作为案例城市。

2 基于能值的北京市代谢系统核算

本研究使用的能值基准是15.83×1024sej/a，引用的能值转换率做了相应的修正。由于篇幅限制，在此仅以北京市2006年数据为例，能值核算结果详见表1和2。

表1 2006年城市代谢系统能值流计算表

*太阳能值转化率定义为1 sej/J

表2 2006年城市代谢系统能值进口计算表

续表

项目Items单位Units原始数据Rawdata能值转换率Transformity/(sej/unit)能值转换率参考文献Reference能值Emergyvalue/(sej/a) 水果FruitJ/a2.30×10138.88×104[7]2.04×1018 肉MeatJ/a2.75×1095.31×106[5]1.46×1016 奶MilkJ/a2.36×10113.35×106[5]7.90×101713.2进口原材料Importedrawandprocessedmaterials 木材WoodJ/a1.51×10155.36×104[1]8.11×1019 铁矿Ironoresg/a4.68×10131.44×109[1]6.72×1022 建筑用沙石Sandandgravelg/a1.02×10131.68×109[2]1.70×1022 纸与纸板PaperandpaperboardJ/a1.20×10157.37×104[8]8.85×1019 丝SilkJ/a6.39×10111.12×107[1]7.18×1018 羊毛Wool,animalhairJ/a1.32×10147.37×106[1]9.70×102013.3进口商品Importedgoods 聚乙烯Polythene(PE)g/a7.30×10104.69×109[9]3.43×1020 聚丙烯Polypropylene(PP)g/a1.60×10104.69×109[9]7.51×1019 聚苯乙烯Polystyrene(PS)g/a1.10×10104.69×109[9]5.16×1019 其他焦炭化工产品Othercokechemicalsg/a2.54×10104.89×109[9]1.24×1020 其他石油化工产品Otherpetroleumproductsg/a1.16×10124.89×109[9]5.69×1021 钢铁Ironandsteelg/a2.70×10133.16×109[10]8.53×1022 铝和铝产品Aluminumandarticlesg/a1.20×10127.74×108[1]9.29×102013.4进口其他金属及金属产品Othermetalsandarticlesg/a2.16×10114.74×109[1]1.02×102113.5进口高科技产品、机器、电子产品(拆解成原始材料投入)Hi-techproducts,machineryandelectricalequip-ment 铁Steelg/a3.65×1093.16×109[10]1.15×1019 铝Aluminumg/a1.65×1097.74×108[1]1.28×1018 铜Copperg/a1.20×1093.36×109[9]4.05×1018 其他金属Othermetalsg/a4.20×1094.74×109[1]1.89×1019 陶瓷/玻璃Ceramics/Glassesg/a1.69×10103.18×109[9]5.37×1019 塑料Plasticsg/a6.09×1097.21×109[1]4.39×101913.6进口交通设备Transportequipment(拆解成原始材料投入) 铁Steelg/a1.88×10103.16×109[10]5.94×1019 铝Aluminumg/a3.21×1097.74×108[1]2.48×1018 橡胶和塑料材料Rubberandplasticmaterialg/a2.29×1087.21×109[1]1.65×1018 铜Copperg/a6.87×1083.36×109[9]2.31×101813.7进口计算机产品Computertechnology(拆解成原始材料投入) 黑色金属Ferrousmetalg/a1.25×1093.16×109[10]3.94×1018 二氧化硅/玻璃Silica/glassg/a1.62×1093.18×109[1]5.16×1018 铜Copperg/a4.36×1083.36×109[9]1.47×1018 塑料Plasticsg/a1.43×1097.21×109[1]1.03×1019 铝Aluminumg/a8.72×1087.74×108[1]6.75×1017 其他金属Othermetalg/a4.98×1084.74×109[1]2.36×101814进口劳力Importhumanlabor$/a7.30×1085.00×1012*3.65×102115进口相关服务Servicesassociatedtoimports(体现在进口材料与商品中) 来自其他省份Fromotherprovinces$/a1.80×10105.00×1012*9.02×1022 来自国外Import$/a1.05×10101.13×1012**1.19×102216旅游收入Tourism$/a2.30×10105.00×1012*1.15×1023

* 本研究计算得出，国家能值货币比；** 本研究得出，世界能值货币比

3 污染物的测定

本研究将对生态系统和人群健康有害的污染物列于表3[11- 12]中。城市代谢过程所排放的大气污染物包括二氧化硫、粉尘、氮氧化物和甲烷(引起呼吸系统疾病)、二氧化碳、氧化亚氮和甲烷(引起气候变化)，水体污染物包括水银、镉、六价铬、铅、砷、挥发酚、氰化物、石油、化学需氧量、氨氮。污染物的数据来源主要来自《北京统计年鉴2000—2007》、《中国环境统计年鉴2000—2007》等。

表3 所选取的污染物和环境影响列表[11- 12]

*COD和NH4-N所产生的生态系统损失由于缺乏相关数据，这里并没有考虑

4 污染物直接和间接影响损失核算

表4分别列出了用于污染物处理的额外的能值投入量。这里将针对城市中不同的代谢过程由于污染物直接和间接影响造成的损失进行核算与分析。

4.1 用于污染物处理的额外的能值投入量

用于污染物处理的额外投入的能值详见表4，可以看出，2006年，北京用于水污染处理和大气污染处理所投入的量较高，分别为1.43×1021sej/a和1.10×1021sej/a，总的污染处理投入占当年总能值投入量(U=4.69×1023sej/a)的0.41%，所占比例很小。而排放物循环使用量仅为1.31×1020sej/a，还有很大的上升空间。

4.2 用于稀释的生态服务直接能值投入核算

Ulgiati and Brown的一篇文章[15]中曾强调依托现有生物圈的循环过程提供自然消解环境服务的优势，这样可以避免要用于处理废物额外的投资需求(他们称之为“熵陷阱”)。但是达到这种只有很少或者根本没有额外资源投入的战略需要就要保证自然界可以吸纳这些生产副产品，一旦超过了其能给予的生态服务功能最大值便变得不可持续。需要稀释降解水中和大气中污染物的生态服务量核算表见表5。这里“可容忍浓度”值参照中国《地表水环境质量标准(GB3838—2002)》和中国《环境空气质量标准(GB3095—1996)》。另外，平均风速值假定为2.50m/s(北京平均风速)。

表4 2006年用于污染物处理的额外的能值投入量

结果表明，在2006年，北京消费过程所排放的水体污染物要高于城市生产过程，而两个城市代谢过程排放的空气污染物非常接近。生态系统用于稀释大气污染物所提供的服务能值要远低于稀释水体污染物。因此，北京需要放着重点在消费过程(家庭消费、交通运输服务以及其他服务行业)的水体污染方面。分污染物来说，大气污染物中需要提供稀释服务能值最大的为二氧化硫(3.95×1019sej/a)，同时，所有的水体污染物中，用于稀释的生态服务提供能值最大的是NH3-N，比生产过程需要稀释的生态服务提供能值大10倍以上。

表5 2006年需要稀释降解水中和大气中污染物的生态服务量核算

Rw-i: 稀释第i种污染物到可接受浓度的生态服务量

需要注意的是，本研究中，只是进行了一个环境吸收、稀释代谢过程副产物的粗略估算。这有一个前提假设是整个市区的生态服务是可以支撑稀释实际的污染到“可容忍浓度”。据统计，2006年北京地表水总量为7.6×108m3，而当年稀释需求水量为3.0×108m3，从总量上看是满足的，但是仍然存在环境背景值问题，或者即使不考虑环境背景值，北京水体也因为各种小型水库和公共供水设施阻碍水体的自然循环。换句话说，想用干净的水来稀释进行需求完全可能会超过当地现有的生态服务供给能力。

4.3 污染物排放引起的间接生态和经济能值损失核算

大气污染物对人体健康的影响包括呼吸系统疾病和气候变化等，水体污染物对其影响包括致癌效果和富营养化等[16]。在这里考虑6个空气中的污染物(二氧化硫，粉尘，氮氧化物，二氧化碳，甲烷，氧化亚氮)和8个水中的污染物(汞，镉，六价铬，铅，砷，挥发酚，氰化物，石油类)，其他污染物由于数据问题暂不考虑。

2006年，在城市消费过程中由6种大气污染物所造成人群健康损失为1.15×1021sej/a。水体污染造成的人群健康损失远远小于空气污染物城市消费过程中，氮氧化物和温室气体(二氧化碳)作为两个最大影响因素，总能值损失量为6.23×1020sej/a。二氧化碳和粉尘有最大的份额，但由于CO2不是国家污染考核指标，这可能是CO2造成人群健康损失最大的原因。

5 城市代谢演替分析

从表6中可以看出，自1999年以来，北京总能值使用量(U)以每年19.88%的速度不断增大，在2004年达到峰值(25.11%)，这与北京改革开放后以经济建设为中心的政策是相匹配的，这期间已逐步建立以加工业快速发展、市场为导向的经济体制，这使得北京能源、原材料、劳动力的消耗同步增加。

可更新资源(包括太阳能、雨水能、风能、地热能等)在此研究的时间尺度上是看作是一个常量。值得注意的是，为了避免重复计算，这里可更新资源只考虑了雨水能(最大项)。本地不可再生资源的使用波动，主要包括石灰石、砂石和铁矿石，而这些正是建筑类行业所需要的基本材料，由于北京近年来基础建设频繁，这部分的能值使用量远大于自然表土损失和退化土壤的侵蚀。

表6 考虑污染物造成的生态经济损失后北京1999年到2006年能值流核算表

表6中还罗列了2006年北京主要进口投入能值量。进口总额从1999年的1.51×1023sej/a跃升为2006年的3.49×1023sej/a。总进口的商品中，化石燃料从8.84×1022sej/a上升到1.35×1023sej /a，增长了1.52倍。建材(包括铁矿石、钢铁等)由4.32×1022sej/a增长到1.70×1023sej/a，足足增加了3.92倍。这表明近些年北京的经济发展越来越依赖于基础设施建设，这种趋势甚至取代了能源转化行业。而出口方面石油化工产品、矿产品机械与运输设备的能值最大。如表2所示，北京进口的服务能值达到2.04×1023sej/a，比1999年增长了4.04倍。由于进口量的急剧增大，使得能源自给率下降明显。另外，通过拆解进口来源，发现从其他省份进口的服务是从国外进口服务的7.6倍，这表明北京的进口仍然依赖于国内市场间的供需传递。而旅游和支付劳力也增长显著，相较1999年分别增大了2.58倍和5.52倍。1999年到2006年，煤炭仍是北京最重要的基础需求能源，可以看出2000年煤炭使用减少，而后急速增加，这应与北京备战奥运的大规模投入相关。与此同时，北京使用来自其他省市的石油稳步下降，从国外进口煤、石油增速明显，电力使用量也逐年增大(11%到13%)。与此同时，北京重视了对清洁能源的使用，天然气已跃居为第四大能源消费，其增长趋势与电力使用量相一致。不考虑体现在使用商品中的服务，钢铁和矿石的消费量所占比例最大，而与其相关的建筑用砂石消费也较高。而在表2中，考虑了体现在商品中的服务，可以看到，高新技术产品、机械和电气设备的增加明显，这也说明，北京的产品消耗种类在这几年发生较大变化，而高新技术产品背后所蕴含的巨大的劳动力和服务，使其也成为北京市物质消耗能值的第3位。

6 北京市能值指标分析

在本节中，通过能值指标的分析来考察北京代谢系统经济结构特点。

6.1 能值强度

能值强度指单位面积使用能值量，该指标用以描述城市经济活动或城市发展强度和集约程度。如表7所示，北京能值强度，从1999年的1.85×1013sej/m2增长到2006年的4.59×1013sej/m2，这表明，在过去几年中，北京保持了较快的经济增长，并取得了经济总量的新高。从计算数据中可以发现，这一增长主要是进口高能值转换的商品和服务所引起的。结合能值利用结构和北京人均能值利用量，可以看出，在北京所消耗的总资源，可更新资源输入非常少，大部分是从境外购买的商品和服务，这也意味着，当地居民的生活水平和城市经济的发展完全依赖于从外部资源购买。

表7 能值指标分析表

6.2 进/出口结构

对于城市生态系统，能值居民享有的福利也可以通过比较资源的进口和出口，这是通过两个比率占透露，一个是出口和进口之间的差额，另一种是进口/出口。

一个城市的出口和进口的能值之间的时间内超过净差额反映资源流向不同地区之间的贸易发生时的过程。评估能值帐户的交易，揭示了“真正的财富”的交流，因此，从传统的贸易原则，是相当不同的。相反，当出口大于进口，即出口与进口的比例如果是超过1，则反映城市出口真实的财富，这会被证明是一个“生态贸易”逆差；当进口高于出口，即该比率小于1，则意味着进口占主导地位的平衡，表现出一种良好的贸易状态。

从1999年到2006年，北京的出口/进口比率都是小于1。在此期间，北京工业的快速发展带来了快速的能源需求，使油耗增加从1999年的1.01×1023sej/a增加到2006年的1.90×1023sej。这些燃料的大部分是用于工业、建筑业和交通部门。在此期间，进口能值比的最大差异出现在2005年和2006年的出口能值上。

6.3 环境影响

环境负荷率(ELR)是本地的不可再生能值和购买能值(包括服务)与本地可再生能值的比值。相比一个成熟的自组织系统，环境承载力越高，表明其更多地依赖于间接的资源。北京环境承载率数值增加剧烈，从1999年的208增长到2006年的455。这种数据只是为今后的城市发展规划提供一个“生态中心”的价值而不是“人类中心”的价值观做铺垫，这一点后面会有相关的解释。

6.4 环境可持续发展指数

环境可持续发展指数是总的经济收益(EYR)与总的环境负荷(ELR)之比。该指标根据生态经济复合系统的特点，既考虑了从客观出发分析系统的环境压力，又考虑到了系统生产在人类社会经济中的实际作用，由此得出的能值可持续发展指数。非常明显，北京的可持续发展指数在不断下降，这也与人们常提到的仅凭外界的进口跟掠夺式的本地开发促成的城市不可持续发展不谋而合。

6.5 修正后能值指标综合评价

能值产出率(EYR)可以看出对本地资源的依赖程度，只有达到更多可更新资源的利用，才可能更好的确保城市的可持续发展。在这里重点查看由于考虑了污染物造成的生态和经济损失后对指标的影响，从表中可以看出，损失对能值产出率的影响不并不大，即使在1999年这种污染物排放较大的年份。而环境负荷率(ELR)的影响较大，环境负荷率进一步提高(ELR′)考虑污染物造成的生态和经济损失后，由于间接输入流主要是不可再生的能源，增加了相应的投入。

环境可持续指标ESI′值作为能值产出率和环境负荷率的比值，也发生了相应的变化。由于减少了产出比(EYR′lt;EYR)以及增加了负荷率(ELR′gt;ELR)的综合效应，可持续指数ESI′值显著下降，在1999年下降明显，达8.2%，2006年也有3.5%的降低，但基本的趋势并没有改变。研究也表明，由于污染物排放的影响，确实通过人群健康的影响和城市生态资本的损失大大拉低了城市代谢系统的可持续性。

对比近年来城市代谢的相关研究，其中Li and Wang 计算出北京家庭代谢能值总量为1.06×1016sej/a，ELR为104.60[17]；Zhang等计算出北京2004年能值总量为6.514 ×1023sej/a，ELY为531.23[18]。之前结果普遍结果都偏大，原因在于由于难以处理进出口复杂商品，这些研究中普遍是采用进出口货币量来折算能值量，这样与实际考虑商品种类和包含的劳动和服务价值要大的多(因为进口商品能值核算不应该乘以国内能值货币比)，而由于仅考虑污染物排放量，没有考虑污染物排放造成的损失量，所以计算出的ELR也偏大。

7 讨论与结论

本文基于作者以往研究，以北京为例，运用生态热力学的方法对北京市1999年到2006年的代谢过程进行热力学核算，对复杂商品的能值计算进行修正，并拆解了不同尺度的商品来源，研究了排放物的环境影响，但仅仅评价是不够的，主要问题还在于(1)概念模型仍然太简化；(2)多尺度嵌套体现在哪里；(3)如何理解结论中提出的“绝对比例的进口跟掠夺式的本地开发促成的城市不可持续”。

对环境和人类社会经济系统之间的关系可以很容易地被理解并且建模出一个整体的世界体系(见图1)，利用能路语言，来描述地区之间的能源和物质的流动，以及相应的控制(反馈)机制。这样可以很直观的来看出能量与物质的流动与汇集。

从之前的计算和分析的结果可以得出北京的一些并不超出我们预期的结论，如北京从国内其他省市的进口要比从其他国家进口高52.7倍；北京使用的能值总量远不及其所应该支付的货币量；北京极高的环境负荷远不是本地可更新资源可以消纳；而由于GDP和能值使用量的“挂钩”使得实现北京经济的发展在不可持续的道路前进一步(图1)。

图1 城市代谢系统在国家与世界体系中的地位与作用Fig.1 The urban metabolic system position and role in the national and world system

如图1所示，能值流从左至右从城市到国家最终实现全球累积，而货币流作为交易的反馈流与能值流逆方向流动。由于各个国家的资本情况不同，资本强的国家可以通过加速资本流运作实现更多的能值流的进入，这种不公平的交易可以看成是一种目的在于区域自我增强的新殖民主义倾向。而更多实际情况是由于贫困和资源分布的不均衡，财富很多情况的分配是取决于权利、关系而不是公平。从图1可以看出，这种权利控制线由右至左，影响着物质与能量向着区域流动，用以加强核心区域的自我累计。这也证明了中国依赖社会的复杂结构，凭借部分地区的政治和经济力量，通过技术转变进行中国(世界)市场转化，加速了一些产业核心区的能量流输入。

图1还从另一个角度说明了这种多尺度嵌套的效果和影响，上面是说总能值使用量上的控制，还有一个方面是污染物产生的影响。由于污染物的迁移和温室气体的全球影响，使得人们对污染物的考虑不能仅限于本地的自净与填埋，而要考虑其对于全国甚至全球的生态风险，也要考虑污染物在国家尺度和全球尺度的贮存和累积。

如上所述，用能值这样一个能量累计的概念并不是全新的，但是以此扩大出一个全新的基于世界体系的城市代谢理论，如“城市依赖理论”等，用以说明不同的城市可能定位于生产者或者消费者的不同角色，而在这种不公平不均衡的发展过程中，本身是什么角色并不重要，而是在于相互之间是什么样的关系。所以当看到城市绝对比例的进口跟掠夺式的本地开发时，它并不一定是不可持续的，而是形成了一种全国关联或者全球关联的聚团，而处于核心地位的城市通过经济、政治优势浓缩了周边的资源、人力及价值的创造，而真正的不可持续的是与它紧密关联的其他区域。本研究构建了城市、国家、全球多层嵌套模型，旨在通过能量流和交易过程形成全球关联的快照。而不同区域生产的产品离开生产者，它代表了一种类型的资源，但由于不同区域提供的产品体现服务不同，最终到达消费者之前，其最终的贸易值其实发生了巨大变化[19]。如资源型城市出口产品体现服务价值很低，高科技产品体现了巨大的服务价值。所以能值分析的方法可以统一真实物理量值和体现价值，实现人与自然界面的交互。本研究试图为城市代谢研究提供一个新的视角，为实现城市系统调控和整体规划提供一定的理论支持。

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Urbanmetabolismprocessbasedonemergysynthesis:acasestudyofBeijing

LIU Gengyuan, YANG Zhifeng*, CHEN Bin

StateKeyJointLaboratoryofEnvironmentalSimulationandPollutionControl,SchoolofEnvironment,BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China

The knowledge of urban metabolism process is a major step towards the design of sustainable development schemes and environmental management. This study systematic simulated and analyzed the mechanisms of Beijing urban ecosystem from a thermodynamic point of view. This assessment model review and compile existing data and studies on environmental issues available primarily at some sources, which include resource accounting and environmental impact assessment. The direct and indirect emergy demand was assessed based on airborne and waterborne pollutants dilution patterns, and concepts of Life Cycle Impact Assessment followed the DALY and PDF methods. Results pointed out (1) the development of economy in Beijing was closely correlated with the consumption of the nonrenewable resources and exerting rising load on environment; (2) of the total emergy use by the economic system, the imported nonrenewable resources from other province contribute most with increasing use from imported nonrenewable resources; (3) the rapid growth of society fixed capital investment drave Beijing′s economic development and GDP′S growing; (4)emissions greatly reduced the sustainability of the urban metabolic system by pulling resources for damage repair and for replacement of lost natural and human-made capital. Such a knowledge is a necessary pre-requisite to perform a reliable cost-benefit evaluation of urban sustainability strategies, and provide guidance to policy decisions.

Beijing; urban metabolism; emergy analysis

国家科技支撑资助项目(2012BAC05B02); 国家基金委创新研究群体科学基金资助(51121003); 高等学校博士学科点专项科研基金项目(20110003120031); 中国博士后科学基金面上资助项目(20110490014); 国家自然科学基金青年科学基金项目(41101564); 中央高校基本科研业务费专项资金; 低碳高端产业园区生态经济价值研究项目(26400150); 低碳高端产业园区标准构建项目(26400151)

2012- 04- 26;

2012- 10- 23

*通讯作者Corresponding author.E-mail: zfyang@bnu.edu.cn

10.5846/stxb201204260598

刘耕源，杨志峰，陈彬.基于能值分析方法的城市代谢过程——案例研究.生态学报,2013,33(16):5078- 5089.

Liu G Y, Yang Z F, Chen B.Urban metabolism process based on emergy synthesis: a case study of Beijing.Acta Ecologica Sinica,2013,33(16):5078- 5089.