半岛厦门市城市代谢重点实验室研发关键技术 探索城市“生长”与“新陈代谢”

　　半岛坐落在杏林湾畔的中国科学院城市环境研究所（以下简称“城市所”），草木葱茏，生态环境优美。大门口处，伫立着一个形似灯杆的特殊采集设备，它已在园区中智能鉴别出58种鸟类的叫声。

　　这是依托城市所建设的厦门市城市代谢重点实验室正在进行的一项研究——智能声景感知与生物多样性研究，这项研究还进一步探寻声景与人的关系，助力城市的声环境精细规划。

　　除了声景，厦门市城市代谢重点实验室的研究领域还涉及水、能源半岛、建筑、交通半岛、废弃物利用等。“城市就像是一个有机生命体，我们研究城市系统内物质与能量的输入及输出、迁移、转化等过程与机制。”厦门市城市代谢重点实验室主任崔胜辉介绍，他们通过生命周期分析、物质流分析、生态热力学等方法，分析城市能源、交通、建筑、工业、家庭消费等领域的物质与能量代谢过程，为高效的城市发展与建设模式提供科技支撑。

　　在绿地上、湖边静着，啥也不干，能对人的身心健康产生什么影响？研究团队请来30名志愿者，他们戴上脑电图头戴式耳机、测心率手环，在厦门市15个公园的绿地或湖边进行了为期16天的实验。

　　“实验结果将为城市的绿地规划与原生湖泊河流提供决策参考。”研究人员金越男说。脑波及心率的测试结果表明，绿色空间（即开放式绿地）和蓝色空间（即湖泊河流边）相较于闭合空间或普通地面，在减压上更胜一筹。而且，身处草坪，比起在树木间，视野更开阔，减压效果更好。

　　探索城市环境与人的关系、人与自然和谐共生，是实验室研究的核心半岛。城市所副研究员李春明的声景感知项目研究，就把目光对准快速城市化导致的声环境退化，及其导致的人群健康和动物行为面临的风险。

　　“眼里看到的是风景，耳朵听到的环境就称为‘声景’。”李春明告诉记者，目前我国的噪声监测还是普遍使用分贝量这样的声压概念，事实上，声源结构也十分重要。城市所大门口的声景采集装置杆，他们在整个园区范围内共设立三个，实时传回的数据显示在李春明的电脑屏幕上：“声事件”“声多样性”“声均匀度”“生物声学指数”等要素值在声景在线监测与智能分析系统中实时跳动。

　　2023年4月21日，厦门市首次人工记录下厦门市新物种库页岛柳莺的踪迹。其实早在2021年2月21日，声景在线监测与智能分析系统就智能识别出并记录下这一新物种。李春明说，该系统的鸣声物种多样性智慧评估，有助于新物种的及早发现，便于提早做好保护。

　　“我们把园区看成一个微缩的城市进行研究，未来希望扩展到整个厦门市的声环境采集和研究，以此为范本支撑城市声环境的精细规划和生物多样性的智慧监测。”李春明说，他目前借助传感器网络、边缘计算、移动计算和深度学习技术，进行大尺度声景建模以及声景影响机制研究，已总结提出全球公众参与式声景感知和面向生态系统关键地区的智能声景感知等研究模型。

　　从气候到能源使用、从居住条件到出行方式、再从城市固废到建材生产与碳排放等，这些因素时时刻刻对城市的“生长”产生影响

　　如果把城市比作一个有机生命体，那么城市绿地就如同它的“肺”，能源就是它的“血液”，固废处理系统相当于它的“排泄系统”……从气候到能源使用、从居住条件到出行方式、再从城市固废到建材生产与碳排放等，这些因素时时刻刻对城市的“生长”产生影响半岛。

　　城市所副研究员刘宇鹏的计算机里，正在构建一个更智能、更宏大的城市“平行宇宙”——城市代谢模拟器。“城市化和城市扩张引发建筑在水平和垂直方向上的三维增长与更迭，伴随大量材料和能源的使用与消耗，形成了城市建筑的‘新陈代谢’。”刘宇鹏介绍，在这个初具雏形的“平行宇宙”中，分析了厦门市从1980年至2018年期间，城市建筑生长的“食量”“重量”“代谢产物”等趋势。

　　近40年间，城市年均“食量”200万吨，前20年多数“摄入”砂石和砖瓦，此后十几年则偏好钢铁和混凝土。城市的“重量”即“堆砌”在城市中的建材存量，也从城市化初期的快速增长到趋于稳定。随之而来的还有代谢的“副产物”——各种城市垃圾产生量持续增长。

　　此外，城市代谢模拟器还根据全市建筑屋顶大数据做了屋顶利用规划、建筑光伏用能效率等分析。“未来，实验室相关领域的研究成果和大数据，都可以集成在这个城市代谢模拟器中。”刘宇鹏说，通过模拟器建立起一系列的时空分析框架、方法和模型，可支撑城市建筑、家电和固废的高精度时空代谢过程模拟，实现了关键参数的自动化获取、智能反演和精准化评估。

　　“城市的生物地球化学过程被认为是导致全球环境变化的5种主要驱动因素之一。”崔胜辉介绍，高强度的城市人为活动所产生的各种废弃物，通过自身或携带物的迁移而进入大气、水体和土壤，从而影响从城市尺度到全球尺度的生物地球化学循环过程。

　　最近，城市所副研究员高兵正在研究城市厨余垃圾不同处置方式的经济效益和环境效应，为厦门市厨余垃圾资源回收提供更好的决策参考。“我们以厦门市厨余垃圾集中厌氧发酵产生沼渣和城市所的食堂厨余作为研究样本，模拟沼渣制肥与填埋、好氧制肥过程，再到田间应用的全生命周期，全面评估厨余垃圾不同处置方式的减污降碳和协同增效能力。”高兵介绍，从2021年4月8日开始至今，已完成15季叶菜类蔬菜试验。

　　实验结果显示，在农民常规种植基础上等量替代30%化肥氮，厨余垃圾好氧堆肥和厌氧沼渣肥与厦门市传统有机肥鸡粪相比，作物收获量差别不大，但每万元农产品的碳排放强度能减少20%-40%半岛。而且生熟厨余混合存放相比熟厨余单独存放，氧化亚氮排放量增加了44.4%。“因此，餐饮业厨余垃圾产生后直至被集中收运处理的时间内，要尽量避免生熟厨余的混合投放。”高兵建议。（文/图 记者 吴君宁）