武昊彤,冼超凡,劉晶茹

1 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100085 2 中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100049

隨著城市化的快速發(fā)展,城市代謝相關(guān)研究日趨豐富[1]。城市代謝的概念最早于1965年由Wolman提出,他將城市的運(yùn)行比作生物體代謝,認(rèn)為城市代謝與生物代謝相似,都是從外界環(huán)境攝取物質(zhì)而后向環(huán)境輸出廢棄物的過程[2]。1988年Robert Ayres確立了物質(zhì)代謝的最初研究范疇[3-4]。2001年Harberl結(jié)合物質(zhì)流與能量流分析方法用于城市物質(zhì)代謝研究[5-6],此后城市代謝的研究方法逐漸統(tǒng)一。相關(guān)研究除了關(guān)注城市代謝與外界交互的循環(huán)過程,也開始通過模型建立來分析代謝系統(tǒng)的內(nèi)部循環(huán)特征,將過程和節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換為數(shù)學(xué)語言以明確城市代謝物質(zhì)、能量流的特性并進(jìn)行優(yōu)化[7- 9]。經(jīng)過多年發(fā)展,城市代謝理論及其分析框架已被廣泛應(yīng)用于分析城市人口、資源與環(huán)境的相互關(guān)系,識(shí)別城市生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)部過程[10],以尋求其中的沖突及潛在問題最優(yōu)解決方法。

城市代謝效率是城市代謝研究的重點(diǎn)內(nèi)容,其可為城市可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)參考[11]。城市代謝效率的概念來自于生態(tài)效率,經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織將其定義為：生態(tài)資源用于滿足人類需求的效率[12],廣義來看是系統(tǒng)產(chǎn)出與投入之比[13]。由于城市代謝過程涉及社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與自然子系統(tǒng)之間復(fù)雜的物質(zhì)能量流動(dòng),因此大部分研究都采取指標(biāo)體系法和模型分析法來分析城市代謝效率[13]。在研究方法方面,張妍等[11]綜合環(huán)境效率與資源效率構(gòu)建了城市生態(tài)效率的度量模型；同時(shí),也有學(xué)者[7]結(jié)合能值分析法,對(duì)城市物質(zhì)代謝通量、存量及效率進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(Data Envelopment Analysis, DEA)是一種能滿足多投入多產(chǎn)出指標(biāo)的模型,其將評(píng)價(jià)對(duì)象作為一個(gè)生產(chǎn)決策單元(Decision Making Units, DMU),能夠整合系統(tǒng)的投入和產(chǎn)出指標(biāo)進(jìn)行效率運(yùn)算,常被用于城市代謝效率評(píng)估。如相關(guān)學(xué)者運(yùn)用DEA模型針對(duì)不同形態(tài)/規(guī)模城市的代謝效率進(jìn)行分析,旨在從空間形態(tài)上優(yōu)化城市代謝效率[14]；有學(xué)者運(yùn)用能值分析結(jié)合DEA模型對(duì)我國典型城市的代謝效率特征及發(fā)展機(jī)制進(jìn)行分析,旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)城市資源代謝的調(diào)控[15]；也有學(xué)者通過DEA模型評(píng)價(jià)不同城市的元素代謝過程及其污染減排效率[16-17]。目前相關(guān)研究采用的投入指標(biāo)多以自然、社會(huì)與經(jīng)濟(jì)資源等指標(biāo)為主,而產(chǎn)出指標(biāo)常選取社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益等期望產(chǎn)出指標(biāo)或以廢水、廢氣和廢渣為代表的非期望產(chǎn)出指標(biāo),其主要是從資源投入是否能產(chǎn)出更大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益或更少的污染排放角度來闡釋城市代謝效率的高低,在指標(biāo)類型的選擇與數(shù)量上并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí),大部分研究多關(guān)注不同城市代謝效率間的橫向比較,較少縱向分析城市不同要素代謝效率的動(dòng)態(tài)變化及其對(duì)城市代謝整體狀況的影響,難以反映當(dāng)前城市代謝模式下的綜合效率。為了解城市代謝綜合效率評(píng)估所應(yīng)涵蓋的要素,有必要通過分析城市代謝效率研究進(jìn)展與發(fā)展趨勢、識(shí)別研究熱點(diǎn)及其涉及的要素,從中選出能反映城市代謝綜合效率的代表指標(biāo)。

CiteSpace是一款可用于科學(xué)文獻(xiàn)信息挖掘與可視化的應(yīng)用程序[18],已用于多個(gè)領(lǐng)域的文獻(xiàn)計(jì)量分析[19- 21]。本文擬先通過CiteSpace對(duì)城市代謝的研究進(jìn)展進(jìn)行梳理,識(shí)別城市代謝效率研究的熱點(diǎn),結(jié)合現(xiàn)有研究熱點(diǎn)所涵蓋的代謝要素,建立可反映城市代謝綜合效率的指標(biāo)體系,以城市代謝研究熱點(diǎn)地區(qū)深圳市為案例研究,評(píng)估其城市代謝的綜合效率,揭示其資源可持續(xù)利用程度,以期為同類城市的綜合效率評(píng)估提供方法參考,從而能為城市代謝管理的實(shí)踐提供科學(xué)支撐。

1 研究方法

1.1 文獻(xiàn)計(jì)量分析

文獻(xiàn)計(jì)量法于1969年首次被提出,是一種運(yùn)用定量的統(tǒng)計(jì)分析工具對(duì)發(fā)表文獻(xiàn)進(jìn)行分析從而獲得有價(jià)值信息的量化分析方法[22]。隨著各學(xué)科研究快速發(fā)展,越來越多的研究使用文獻(xiàn)計(jì)量分析方法回顧領(lǐng)域內(nèi)研究熱點(diǎn)與前沿,并使之可視化[22],使讀者能夠更直觀地了解學(xué)科的研究內(nèi)容,更好地把握學(xué)科發(fā)展的整體脈絡(luò)。因此,本研究先對(duì)城市代謝研究進(jìn)行文獻(xiàn)檢索,在檢索結(jié)果的基礎(chǔ)上加入代謝效率等關(guān)鍵詞匯進(jìn)行二次檢索?；谥袊W(wǎng)和Web of Science兩個(gè)數(shù)據(jù)庫,選取如物質(zhì)流、能量流和元素流等城市代謝研究所涉及的關(guān)鍵詞匯作為主題進(jìn)行檢索,時(shí)間跨度為1990年1月1日—2020年12月30日。經(jīng)過篩選,最終在中國知網(wǎng)中獲得723篇文獻(xiàn),在Web of Science中獲得1574篇文獻(xiàn),基于此再以“代謝效率”為主題進(jìn)行二次檢索,文獻(xiàn)計(jì)量分析在Citespace 5.7R5W版本上實(shí)現(xiàn)。

1.2 物質(zhì)代謝綜合效率分析

1.2.1案例研究地區(qū)

深圳作為第一批可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)新示范市之一,致力于通過實(shí)施資源高效利用為超大型城市可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮示范效應(yīng)[23],但目前極度依賴進(jìn)口資源來滿足日益增加的人口與經(jīng)濟(jì)規(guī)模,制約了城市的可持續(xù)發(fā)展。因深圳市同時(shí)具有“資源、空間小市”與“人口、經(jīng)濟(jì)大市”等特點(diǎn),往往被選為城市代謝研究的熱門案例地區(qū),自2000年以來已有相關(guān)研究對(duì)深圳城市代謝狀態(tài)進(jìn)行分析[11,24-25],研究對(duì)象涵蓋多種要素代謝過程。早期涉及城市代謝效率研究主要集中于能源與水等要素的消費(fèi)及其污廢排放,后續(xù)相關(guān)研究逐漸關(guān)注于特殊要素(如元素、信息、金屬等)代謝流的量化及其環(huán)境影響[11,26-27],大量前人研究可為深圳城市代謝綜合效率評(píng)估的開展提供數(shù)據(jù)參考。

1.2.2數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(DEA)

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(DEA)方法是基于線性規(guī)劃模型來平行評(píng)價(jià)決策單元綜合效率(具有相同類型的多投入與多產(chǎn)出指標(biāo))的一種非參數(shù)統(tǒng)計(jì)方法[28]?，F(xiàn)有研究大多采用傳統(tǒng)基于不變規(guī)模報(bào)酬與可變規(guī)模報(bào)酬模型,其主要能辨析出有效(效率值為1)與非有效單元(效率值小于1),但無法對(duì)多個(gè)有效單元作進(jìn)一步判別,而這對(duì)于表征時(shí)間序列的單元間比較尤為重要。超效率數(shù)據(jù)包絡(luò)分析模型的提出與改進(jìn)[29-30],可通過基于修正松弛變量的Super-SBM(slacks-based measure)模型來處理效率評(píng)價(jià)中可能出現(xiàn)的多個(gè)決策單元同時(shí)有效(效率值為1)而無法比較的情形,進(jìn)一步對(duì)DEA分析中大于1的有效單元繼續(xù)進(jìn)行評(píng)價(jià)和排序[31],更深刻地體現(xiàn)效率評(píng)價(jià)的本質(zhì)[30]。本文采用以上Super-SBM模型對(duì)城市代謝綜合效率進(jìn)行評(píng)估。該模型定義為假設(shè)城市代謝系統(tǒng)有n個(gè)決策單元,每個(gè)決策單元代表特定年份,都有m個(gè)投入變量和t個(gè)產(chǎn)出變量,投入向量和產(chǎn)出向量分別為x∈Rm,y∈Rt,定義矩陣X、Y為：

X=x1,···,xn∈Rm×n>0

(1)

Y=y1,···,yn∈Rt×n>0

(2)

在Super-SBM模型中,排除了決策單元(x0,y0)的有限生產(chǎn)可能性集[31]為：

(3)

Super-SBM規(guī)劃模型可以表達(dá)為：

(4)

(5)

(6)

x0=Xλ+s-,s-≥0

(7)

y0=Yλ-s+,s+≥0

(8)

(9)

式中,ρ*是決策單元超效率值,λ為權(quán)重向量。下標(biāo)“0”表示參與評(píng)價(jià)的對(duì)應(yīng)決策單元[31],x0和y0分別為待評(píng)單元的投入與產(chǎn)出向量,xi0和yr0為x0和y0的元素；m、t分別為投入、產(chǎn)出要素?cái)?shù)量。城市代謝過程往往需要資源投入來獲得產(chǎn)品產(chǎn)出從而獲得效益,這不可避免地導(dǎo)致了污染物排放等非期望輸出,在評(píng)估過程中可采取非期望輸出取倒數(shù)法處理非期望指標(biāo)[16-17],強(qiáng)調(diào)如何以更少資源消耗獲得較大的期望產(chǎn)出與較小的非期望產(chǎn)出。S-、S+分別代表松弛投入量和松弛產(chǎn)出量,其數(shù)量級(jí)影響著決策單元的最終效率,松弛變量越少且小表征決策單位綜合效率越高。在此模型中,當(dāng)0≤ρ*< 1,則被評(píng)單元被視為無效,在城市代謝綜合效率方面表現(xiàn)為低效,存在進(jìn)一步提高的空間,當(dāng)ρ*≥1時(shí),被評(píng)價(jià)單元有效,其在綜合效率方面表現(xiàn)為相對(duì)高效。

2 結(jié)果

2.1 城市物質(zhì)代謝效率研究進(jìn)展及熱點(diǎn)

圖1 1990—2020年發(fā)表的城市代謝研究英文文獻(xiàn)與中文文獻(xiàn)數(shù)量Fig.1 Number of published literatures related to urban metabolism in English or Chinese from 1990 to 2020

通過Web of Science以城市代謝相關(guān)的關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索可知,近30年來城市代謝研究一直穩(wěn)步發(fā)展,全球英文文獻(xiàn)數(shù)量逐年上升,截至2020年總量達(dá)到1574篇,且仍具有增長可能(圖1)。城市代謝研究相關(guān)的英文文獻(xiàn)大多發(fā)表在生態(tài)環(huán)境科學(xué)與資源利用(60.17%)、工程學(xué)(44.28%)、科學(xué)技術(shù)(25.92%)、燃料能效(11.82%)、水資源利用(7.75%)以及結(jié)構(gòu)與建筑技術(shù)(6.67%)等領(lǐng)域?？芍獓H刊物對(duì)于城市代謝研究更關(guān)注基礎(chǔ)理論,聚焦于生態(tài)環(huán)境、土木工程、系統(tǒng)科學(xué)等方面,且常涉及多學(xué)科交叉,形成不斷豐富的研究領(lǐng)域。

從英文文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量來看,中國學(xué)者發(fā)表的英文文獻(xiàn)以435篇的數(shù)量位列第一,近30年來其論文發(fā)表總數(shù)占比高達(dá)27.64%。美國、英國、意大利位列第二至第四名。值得一提的是,在1990—2010年的20年中,中國學(xué)者發(fā)表的英文論文數(shù)量僅有45篇,僅占該時(shí)段論文總數(shù)15.15%。而在2011—2020年,中國的論文發(fā)表數(shù)大幅提升,這十年間本研究領(lǐng)域超過三分之一的論文來自中國,成為本領(lǐng)域文章發(fā)表最多的國家。這表明中國的城市代謝研究起步雖晚,但是發(fā)展速度迅猛。中國的研究機(jī)構(gòu)發(fā)文數(shù)量遙遙領(lǐng)先,表明我國在城市代謝領(lǐng)域研究已有較強(qiáng)的國際影響力。

對(duì)由中國知網(wǎng)檢索得到的723個(gè)結(jié)果分析可知,近30年城市代謝相關(guān)研究的中文文獻(xiàn)發(fā)表經(jīng)歷了波動(dòng)增加趨勢(圖1),主要集中在2000—2011年階段,此后發(fā)文量保持相對(duì)穩(wěn)定,未出現(xiàn)上漲趨勢,與英文文獻(xiàn)發(fā)表量差距越來越大,2020年僅為英文文獻(xiàn)數(shù)量的五分之一。物質(zhì)代謝相關(guān)的中文論文多關(guān)注環(huán)境科學(xué)與資源利用(29.16%)、宏觀經(jīng)濟(jì)管理與可持續(xù)發(fā)展(21.31%)、建筑科學(xué)與工程(14.42%)等領(lǐng)域。綜上所述,環(huán)境科學(xué)與資源利用領(lǐng)域?yàn)槿虺鞘写x研究論文發(fā)表最多的領(lǐng)域,說明城市環(huán)境與資源問題仍是城市代謝研究關(guān)注的重點(diǎn)。

圖2 城市代謝效率相關(guān)文獻(xiàn)聚類 Fig.2 Clustering of literatures related to urban metabolic efficiency

在涉及城市代謝研究的文獻(xiàn)里,“代謝效率”這一關(guān)鍵詞匯在中文文獻(xiàn)中表述不多,其在部分文獻(xiàn)多以“代謝研究”、“排放強(qiáng)度”、“利用效率”等類似詞匯體現(xiàn),而在英文文獻(xiàn)中代謝效率研究大多包含“urban metabolism”、 “efficiency”等關(guān)鍵詞,表達(dá)較為一致,加之涉及城市代謝效率分析的英文文獻(xiàn)總量較多,導(dǎo)致中文與英文文獻(xiàn)檢索數(shù)量差別較大。因此,增添“代謝效率”作為關(guān)鍵詞,對(duì)相關(guān)英文文獻(xiàn)作進(jìn)一步檢索,并對(duì)篩選的文獻(xiàn)進(jìn)行聚類分析可知(圖2,表1),當(dāng)前城市物質(zhì)代謝效率的研究熱點(diǎn)主要涉及城市資源消費(fèi)效率及其可持續(xù)發(fā)展,分析要素集中于能源、碳氮元素及耐用物質(zhì)(主要為建筑材料)等,研究內(nèi)容多關(guān)注物質(zhì)能量代謝、產(chǎn)業(yè)生態(tài)、污染排放等內(nèi)容。

結(jié)合文獻(xiàn)分析可知,城市代謝過程通常由水資源、化石能源、營養(yǎng)元素以及若干耐用物質(zhì)(金屬、木材與石材等)在多個(gè)部門間的循環(huán)構(gòu)成[32],這些要素在滿足了城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)資源消費(fèi)的多元需求后,便以多種形態(tài)進(jìn)入環(huán)境,如能源消費(fèi)產(chǎn)生的碳、氮元素多以氣體形態(tài)向環(huán)境排放[8],而氮元素同時(shí)也通過食物與水資源消費(fèi)過程流失到水體[33-34],耐用物質(zhì)在城市環(huán)境中以固體形式存儲(chǔ)和流轉(zhuǎn),成為物質(zhì)存量或固廢[35]。而現(xiàn)有效率分析大多針對(duì)其中一個(gè)或一類過程進(jìn)行分析,少有研究包含上述多個(gè)投入產(chǎn)出過程進(jìn)行綜合效率分析。本研究根據(jù)案例地區(qū)相關(guān)數(shù)據(jù)的可獲得性,構(gòu)建相關(guān)投入產(chǎn)出指標(biāo)體系(表2)來評(píng)估深圳市2005—2017年期間城市代謝的綜合效率。指標(biāo)數(shù)據(jù)來源于《2006—2018年深圳統(tǒng)計(jì)年鑒》,《2005—2017年深圳市水資源公報(bào)》,深圳市政府部門官方網(wǎng)站以及近期發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)(表2)。

表1 關(guān)鍵詞聚類信息表

注：輪廓系數(shù)(silhouette)：聚類相似性度量,是簇的密集與分散程度的評(píng)價(jià)指標(biāo);輪廓系數(shù)的值在-1和1之間,該值越接近于1,簇越緊湊,聚類越好；對(duì)數(shù)似然比(log-likelihood ratio,LLR)：聚類標(biāo)簽詞提取算法之一, 在聚類里L(fēng)LR越大的詞越具有代表性

表2 城市代謝綜合效率的投入產(chǎn)出指標(biāo)體系

2.2 深圳城市代謝綜合效率評(píng)估

結(jié)合Super-SBM模型與上述指標(biāo)體系對(duì)深圳城市代謝綜合效率分析可知(表3),2005—2017年間綜合效率呈波動(dòng)狀態(tài)。相比2005年,深圳城市代謝綜合效率在2017年并沒有得到明顯提高。其中,大部分年份表現(xiàn)為DEA有效(效率值大于1),表明這些年份城市代謝過程取得了高效運(yùn)行。2006、2007、2011和2013年則表現(xiàn)為DEA無效(效率值小于1),相對(duì)于其他有效年份,這些無效年理論上可基于更少的資源消費(fèi)量,產(chǎn)出更多的經(jīng)濟(jì)效益和減少更多的環(huán)境污染輸出。通過投入產(chǎn)出松弛變量解讀可揭示各年的資源投入冗余量與經(jīng)濟(jì)或減排產(chǎn)出不足量(表3),在2008—2012年間,除了2011年,其余年份城市代謝綜合效率均優(yōu)且沒有投入冗余項(xiàng)。2011年綜合效率較低主要體現(xiàn)在當(dāng)年資源利用效率不高,如水、能源與建材等資源消費(fèi)沒有產(chǎn)出理想的經(jīng)濟(jì)效益,同時(shí)燃燒源溫室氣體與氮氧化物減排效率低?？傮w而言,研究時(shí)期深圳城市代謝高效年份較多,然而,相比2005年,2017年深圳城市代謝綜合效率并沒有得到明顯提高。

表3 城市代謝綜合效率及其投入產(chǎn)出的冗余與不足

相對(duì)于能源、食物與耐用物質(zhì)消費(fèi),深圳市在水資源利用效率上仍存在提高空間,在研究時(shí)期水資源投入冗余沒有明顯減少,很大程度造成當(dāng)年整體城市代謝低效；而深圳在經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出方面仍有潛力,目前城市資源消費(fèi)并未獲得最大經(jīng)濟(jì)效益,尤其是在2011年后,這一時(shí)期,深圳經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型還在持續(xù),在環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益方面仍未達(dá)到最優(yōu)化階段。對(duì)于污廢排放,深圳市碳氮減排效率有顯著提高,尤其2007年后深圳碳減排存在較少產(chǎn)出不足年份,且所需減排量也逐漸減少,這歸功于《深圳市國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展十一五規(guī)劃綱要》強(qiáng)調(diào)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化與廣推循環(huán)經(jīng)濟(jì),其促使減少化石能源消費(fèi)及其相關(guān)污染排放成為環(huán)境管理工作重中之重[40],從而促進(jìn)工業(yè)源溫室氣體與氮氧化物減排效率的提高。同時(shí),深圳市保持相對(duì)少的建筑垃圾產(chǎn)生量,但在2012年建筑垃圾減少不足量達(dá)歷年之最,這可能與當(dāng)年高房價(jià)驅(qū)動(dòng)下住宅擴(kuò)建與舊城改造浪潮開始有關(guān),建筑拆建與裝修改造導(dǎo)致大量磚石、金屬與木材等耐用物質(zhì)報(bào)廢為建筑垃圾[41]。

3 討論

目前深圳城市資源自給率很低,資源對(duì)外依賴性很大,尤其是食物、能源、淡水、沙石木材等關(guān)鍵資源,幾乎都需要區(qū)域之間的物質(zhì)流動(dòng)來支持深圳城市發(fā)展,上述資源要素的可持續(xù)消費(fèi)被認(rèn)為是解決目前大型城市人口膨脹、資源短缺和生態(tài)環(huán)境退化問題的關(guān)鍵所在[42]。近年,隨著《粵港澳大灣區(qū)發(fā)展規(guī)劃綱要》及《中共中央國務(wù)院關(guān)于支持深圳建設(shè)中國特色社會(huì)主義先行示范區(qū)的意見》等文件相繼出臺(tái),對(duì)深圳市可持續(xù)發(fā)展的先行示范作進(jìn)一步要求,其中對(duì)上述資源的可持續(xù)消費(fèi)都分別作了針對(duì)性要求。因此,提高城市物質(zhì)代謝效率,促進(jìn)資源可持續(xù)消費(fèi),對(duì)于深圳滿足“雙區(qū)”要求尤為重要。本文構(gòu)建的指標(biāo)體系能較好涵蓋上述資源要素,可整體反映資源稀缺型城市的代謝狀況。相較于早期針對(duì)深圳城市代謝效率的分析[11],本文效率評(píng)估方法不局限于單位GDP生產(chǎn)所需的水耗、能耗及其污廢排放所構(gòu)成的投入產(chǎn)出比值,而是整合多個(gè)關(guān)鍵要素的代謝效率進(jìn)行綜合評(píng)估,評(píng)估結(jié)果能從整體視角為城市可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)參考。對(duì)于深圳市而言,若以單位GDP產(chǎn)出所需的資源消耗或污廢排放來簡單衡量城市代謝效率,往往易得出城市代謝效率逐步提高等結(jié)論,畢竟深圳GDP增長率久位全國前列,且其經(jīng)濟(jì)增長與資源消費(fèi)已形成脫鉤關(guān)系[43]。相關(guān)前期研究也通過DEA模型嘗試結(jié)合多類投入產(chǎn)出項(xiàng)對(duì)深圳城市代謝效率及其環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行一個(gè)整體刻畫,但大都只關(guān)注于廢水、廢氣和固廢等比較籠統(tǒng)的非期望輸出指標(biāo),不能體現(xiàn)元素循環(huán)在城市食物、能源與水等必需資源消費(fèi)及代謝過程中的重要性[42,44]。對(duì)于深圳市這類受土地資源約束的超大型城市,其發(fā)展從“增量擴(kuò)張”逐漸轉(zhuǎn)為“存量優(yōu)化”階段[45],未來城市發(fā)展很大程度依賴于城市更新,會(huì)加劇和擾亂城市耐用物質(zhì)的代謝速率及穩(wěn)態(tài),城市代謝效率評(píng)估應(yīng)需同時(shí)涵蓋這一方面。

通過對(duì)城市代謝效率研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)識(shí)別,從中選取關(guān)鍵指標(biāo)形成綜合效率評(píng)估指標(biāo)體系,既切合當(dāng)前城市代謝效率研究前沿,又能相對(duì)滿足城市可持續(xù)發(fā)展要求。聯(lián)合國在《2030年可持續(xù)發(fā)展議程》中提出了17項(xiàng)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)(Sustainable Development Goals, SDGs)[46],本評(píng)估體系可綜合反映部分SDGs,如SDG1(消除饑餓),SDG6(清潔飲水與衛(wèi)生設(shè)施),SDG7(能源普及與提高能源效率),SDG9(基礎(chǔ)設(shè)施與工業(yè)創(chuàng)新),SDG11(城市與社區(qū)可持續(xù)發(fā)展),SDG12(可持續(xù)的消費(fèi)與生產(chǎn)模式),及SDG13(應(yīng)對(duì)氣候變化)。然而,該體系所需指標(biāo)易受數(shù)據(jù)不全或評(píng)價(jià)邊界模糊影響,導(dǎo)致應(yīng)用范圍受限。本文的結(jié)論提出僅是基于深圳市2005—2017年的投入產(chǎn)出數(shù)據(jù),未來還需更長的時(shí)間序列數(shù)據(jù)以及不同地區(qū)的研究結(jié)果來驗(yàn)證方法的適用性及其存在的誤差。

城市代謝效率評(píng)估是保障城市生態(tài)系統(tǒng)有序運(yùn)行的重要部分,其能為城市決策部門優(yōu)化資源配置,提前布局避免潛在生態(tài)環(huán)境問題提供科學(xué)參考,但從代謝效率評(píng)估階段過渡到城市代謝優(yōu)化階段仍缺乏管理抓手,仍需相關(guān)方面的研究來促進(jìn)城市代謝管理的有效“落地”,如城市代謝通量的常態(tài)化監(jiān)測,代謝過程的時(shí)序模擬及空間化,代謝效率評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)化及普適性等等。結(jié)合碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)和探索“無廢城市”建設(shè)將成為未來深圳城市代謝效率研究的關(guān)注熱點(diǎn),這為日后城市代謝綜合效率評(píng)估提供了改善空間,使其更好服務(wù)于未來城市代謝管理,本研究對(duì)于綜合效率評(píng)估方法的案例分析旨在為后續(xù)城市可持續(xù)發(fā)展評(píng)估邁出探索的一步。

4 結(jié)論

本文通過文獻(xiàn)計(jì)量分析,梳理了國內(nèi)外近30年的城市代謝效率的研究進(jìn)展,整合了代謝效率研究熱點(diǎn)所涉及的要素,以此建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系通過案例研究對(duì)城市物質(zhì)代謝綜合效率進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果表明：(1)環(huán)境科學(xué)與資源利用領(lǐng)域?yàn)槿虺鞘写x研究論文發(fā)表最多的領(lǐng)域,說明城市環(huán)境與資源問題仍是城市代謝研究持續(xù)關(guān)注的重點(diǎn)。城市代謝效率研究熱點(diǎn)關(guān)鍵要素包括能源、水資源、碳氮元素及耐用物質(zhì)(主要為建筑材料)等要素及其環(huán)境效應(yīng)。(2)通過案例分析,深圳城市代謝綜合效率在2005—2017年間呈波動(dòng)狀態(tài),多數(shù)年份城市代謝過程取得了高效運(yùn)行,但仍存低效年份,截止2017年,綜合效率并沒有得到明顯提高。在資源投入與效益產(chǎn)出方面,深圳市在水資源利用效率方面仍需提高；在當(dāng)前的資源消耗水平下仍有較高的經(jīng)濟(jì)效益提高潛力；同時(shí),深圳市在碳氮元素環(huán)境排放及建筑垃圾減排減產(chǎn)效率也有了一定程度的提高。(3)通過城市代謝效率研究的熱點(diǎn)識(shí)別,可明晰目前城市代謝綜合效率評(píng)估所需涵蓋的要素,由此建立評(píng)估體系可用于綜合效率評(píng)估的實(shí)踐運(yùn)用,盡管仍需后續(xù)不斷完善,但其能較全面反映城市資源利用效率的動(dòng)態(tài),可為日后城市可持續(xù)發(fā)展評(píng)估提供科學(xué)參考。