城市增长与地球环境的关系，本文主要内容关键词为：地球论文,关系论文,环境论文,城市论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
修回日期2007-05-10
〔中图分类号〕X321；N941.1 〔文献标识码〕A
〔文章编号〕1002-2031(2007)08-0007-05
当今的环境问题已由产业型公害向城市型公害转化，同时又进一步向地球环境问题方向转化[1]。在城市经济高速增长的背景下，产业结构逐渐向服务业转化，产业部门能耗比重减少，民生部门和运输部门的能耗比例不断增加，产业型公害将让位于城市型公害。近一个世纪以来，世界城市化进程加速，人类通过城市正在重塑地球表面，城市成为对地球环境影响最大的空间单元。
中国城市化从1996年开始进入快速发展阶段，经济全球化和经济转型是其基本特征。这期间，外资成为中国城市化的新动力，第三产业对城市化的贡献占据了主导地位[2]，城市型公害及其地球环境问题开始初显端倪。国内有关城市环境问题的研究大多侧重于环境对人体健康的影响方面，而关于其对地球生态的冲击少有关注。而可持续性的新型价值目标是致力于人类和生态系统的共同健康，为此，本文着重思考城市增长与地球环境的关系。首先从地球系统科学的视角，分析城市有机体与地球生态的关系，并进一步通过对资本支配城市化过程的分析，揭示城市扩张与环境约束之间矛盾的政治经济根源。在此基础上，探讨符合环境要求的城市运行思路。
一城市生存的自然通则
城市可以被视为一个人工生命体，有可计量的物质与能量流，它与周围环境相互作用，具有与真实生物一样的生存、繁殖和进化等生命特征。作为一种生命有机体，城市应该具有维持生命新陈代谢的功能，其生存运行必然遵循基本热力学定律。
1.总量守恒
热力学第一定律即能量守恒定律表明，能量与物质只能转化形态，不可能被创造或被消灭，在转化过程中总量守恒。城市作为有机消费体，输入=输出+Δ存量(存量的净变化)，如果物质输入大于输出，物质存量不断增长，城市生态表现为城市内部的
城市物质存量有一个从增长到稳定的过程。当城市有机体处在年轻时期，物质生产投入越多越好，表现为财富和人口的不断增长。当城市达到成熟的晚期阶段，更重稳定和质量，由于进出平衡，投入增加意味着维护系统稳定的成本相应提高，所以，生产投入不再成为城市发展的重点。
有机组织的生长总有极限。从长时段来看，城市发展最终要达到吞吐平衡阶段，即城市系统进(生育、生产)出(死亡、消耗)平衡，城市的人口和物质财富保持相对恒定的一种“稳态”。这种稳态经济的观点，最早由古典经济学家穆勒在1857年在马尔萨斯“人口论”的基础上提出[3]，认为人类经济将达到一个稳定状态，超越这一状态的经济增长是不可能的，为提高生活质量，人类的创造力应该用于发展艺术、文化和改善收入的分配。稳态经济观现在逐渐被接受，如人口存量的变化，据联合国发展署和一些人口研究机构预测，虽然未来全球人口数量是120亿还是150亿尚存争议，但人口存量最终会达到相对静止的状态[4]。
2.过程衰变
城市有机体运行必须由来自生态圈的能量一物质所维持，并最终由热力学第二定律所控制。热力学第二定律即熵增定律，显示所有系统都有一个耗散无序的自然趋势，城市作为一个吸收低熵的开放系统，依靠低熵度物质—能量的输入和等量高熵度物质—能量的输出得以维持，这一单向不可逆的衰变过程意味着资源(低熵)开采使用必然导致废弃物(高熵)的产生，城市代谢的上游端可能导致资源衰竭，下游端可能导致污染。城市的可持续生存应该控制在可以忍受的资源衰竭率和污染率的极限内。
热力学第二定律表明，生命有机体自发趋向熵增，最后熵最大达到死亡状态，只有不断从环境吸纳负熵，生命体才能存活或远离死亡。现实中，城市有机体并没有自发趋于瓦解，相反，一般情况下城市有序性(表现为社会经济的组织度和复杂度)还在提高，其原因也在于不断取自生态圈的负熵。但城市进化不能忽略的两个事实[5]是，第一，根据热力学过程的损耗性原则，任何能量的转化不可能有100％的效率，必然有部分能量被降解，经济中的负熵的生成总是少于从自然界摄入的负熵，这样总系统趋于熵增。第二，物质存量的生长是以自然资本的损耗为代价的，经济负熵(有序性)的生成，如资本积累、专利、知识不可能永远替代自然资本，自然资本终究是财富和人口增长的物质基础。人类生存也有赖于生态圈功能的持续。
二 城市生长的生态约束
1.盖娅假说理论
1979年，曾任美国国家航空航天局顾问的詹姆斯·洛夫洛克正式提出盖娅假说，他认为，一个外星球如果有生命，不在于它是否有类似地球上的核苷酸，而在于它能否有类似地球的一个稳态自调控系统。盖娅(Gaia)是古希腊神话中的大地女神，盖娅假说事实上是将地球看作一个具有自调控机制的有机整体，地球的自稳定状态正是来自地球内部因素的各种反馈调适作用。
盖娅假说思想意味着地球也是一个生命有机体。人类除了技术与文化的外部标志外，与生物圈的其他异养生物一样，是地球生态系统的消费者之一。生态系统中每一个栖息者都和其他的物种在一定程度上相互依存，每个物种的劳作不仅关系到自身和自身所处的小环境，也关系到全球。人类建造城市，成为城市系统的支配性物种，而城市自身只是总生态空间的一部分，每个城市的生存和生长依赖于200多倍于自身面积的分散于全球的生产性腹地[6]。所以，城市的持续扩张关系着全球的生态变化，即地球有机体的健康状态。
2.SOHO系统理论①
复杂系统理论将生物物理系统描绘为一个自组织开放系统(SOHO，serf-organizing holarctic opensystems)，系统松散存在，层序嵌套，即内部各系统受制于更高一层(子)系统，并与更低层子系统链组成。如细胞—器官—有机体和人—局部生态系统—生态圈—太阳系。各种SOHO系统的生长和保持需要从环境(母系统)输入能量物质，并将降解的能量物质(废弃物)输回环境(母系统)。如生态圈通过光合作用耗散太阳能，以红外射线重新发射回空间；经济生产摄取生态圈的化石能，将热、水汽、二氧化碳释放回生态圈。这意味着，所有高组织度SOHO系统的形成和生长(内部组织性提高)是以提高母系统的无序度为代价的[7]。
城市与地球生态圈都可以被看作这种复杂的SOHO系统，两者之间也构成一个潜在的层级嵌套关系。要保持生态圈(母系统)功能稳定，城市子系统必须通过负反馈，保持其资源输入和废弃物排出的速率与其母系统的生成和消化速率相一致。如果城市需求超出母系统的生成能力，或排出超出其消解能力，子系统的发展和生长(内部有序化)必将以母系统的无序为代价。这种城市与地球之间的层序关系潜藏着一种病理机制，城市从生态圈内部进行热力学意义上的耗散，从而造成输入—输出的代谢失衡，体现为资源耗竭和污染。
图1 城市增长与有限生态圈的关系
三城市的一种内在扩张机制
1.城市不可持续扩张的表征
复杂有机体的生长一般是有序的增长，远在达到资源局限所规定的极限之前，组织生长过程就会停止下来。如哺乳动物，其组织生长程序从内部规定了生长的极限，当组织达到预定功能，为了不破坏结构稳定性，生长会自动停止。但有一种生长是破坏性的，生长速度不可控制，并最终破坏结构的稳定性，导致组织瓦解[8]。众所周知，癌的特征就是细胞与组织的不可控制地增长，并最终摧毁其宿主——有机体的完整功能。
20世纪下半叶，经济全球化进程加快，全球资本主义体系开始形成，城市明显表现为一种凶猛诈取的生物特征，从内部加速着母系统崩溃。城市扩张表现出癌扩散的四个主要症状。
(1)快速无法控制的增长
资本的趋利性导致一种传动扩张机制，人与空间被资本支配，以促进大规模生产与消费。当资本与国家相结合，城市即被规划为一台消费机器，不断通过“占有空间、生产空间”来缓解资本日益积累和增长的矛盾。
(2)邻近组织的侵入和毁灭
癌细胞扩散，病理上是一个基因跳出，吸引周围组织，并进行功能运作。城市扩张表现为母城、新区、新城、再新区，不断向周围蔓延，形成离散分立和以消费为导向的城市集合体景观。
(3)转移
通过快捷廉价的运输和通讯系统，世界外围区也成为扩张基因滋生的温床。资本准随机到达地方，并由此启动发展进程，导致土地随机开发和再开发，城市空间剧烈碎分化，通过碎片反复复制这种扩张基因。
(4)同一化
制度干预将地球复杂生态转为单纯生产型文化景观，个体特征消失，经济文化特征全面统一化。远离全球生产系统就可能被边缘化，人类受制于这一压力，为促进其预期收益，必须经历成为消费者的文化单一化过程。
2.城市扩张的一种内部传动机制
人类发展史也是一种城市的扩张史。人类早期为了生存和更好的生活福利，通过农具和耕作技术促进粮食生产和人口增长，居住集中产生原料消耗和废弃物处置问题，继而导致土地贫瘠化，要求领土扩张。罗马帝国时期，一个城市会因为资源贫乏而开始对外征战，罗马的农神变成战神[9]。
近代以来，工业化尤其是20世纪下半叶开始的经济全球化，通过城市这种物质载体，加速和加深着全球的生态危机，而危机的根源正在于人类固有的这种内在增长机制。城市空间研究的政治经济学派从生产角度研究城市，侧重机理与冲突分析，提出在“经济萧条—城市重构—经济繁荣—新矛盾和危机”周期循环中，城市化过程成为资本不断扩张的一种主要工具，如戴维·哈威关于资本的三种循环运动的观点、勒菲费的剩余价值二次循环的观点。
戴维·哈威认为，城市化的本质是资本的城市化，城市空间的创建和生产的目的是实现资本的积累和利润。哈威描述了资本的三种循环运动[10]：第一，资本的第一循环过程，即工业资本的生产过程，由此导致资本过度积累，表现为商品过剩、资本闲置、劳动力闲置。第二，为应付资本第一循环产生的危机，资本被投向“第二循环”，包括投资于城市人造环境的生产、物质基础设施或其他固定资本项目上。但固定投资的回收期长，为追求新的更具生产力的固定投资项目，必须加速老投资项目的贬值甚至毁坏，空间结构由此不断被重新建构。虽然资本积累在城市生产领域得到增强，但继续积累的空间仍然有限。第三，资本开始向第三循环转移，转向科学技术研究和与劳动力再生产过程相关的社会开支(如健康、教育)，但投资仍不能消除过度积累的危机。第四，危机通过“空间整理”解决，即在全球寻找新的投资地方，投资转向不发达国家或地区。
勒菲费也认为，早期，工业化造就城市化，现在，城市空间生产控制工业化、经济增长和资本积累的基础[11]。剩余价值从第一次循环(生产领域)转到第二次循环(再生产领域)。第二次循环是由地方政府和国家政府组织的城市化空间的生产，这种生产通过资本集中和积累进一步扩展到全球层面。
总之，城市空间的生产和重构，类似于制造和改进一台机器，都是为了实现资本的高效运转，并创造更多利润。资本从工业领域(工业化)到城市空间生产领域(城市化)，进而再到全球工业和城市空间生产领域(全球工业化与城市化)。在资本整个扩张过程中，城市本身不断实现自我的增生扩散。生产扩展到越来越多的世界人口和资源，也加速了世界性全方位污染的蔓延和自然资源的耗竭。
四 环境可持续运行的可能思路
1.生态控制
城市作为一种巨型异养生物，其运行依赖于物质的代谢过程。代谢数量和速率(流通量和流通率)是维持运行的一种投入成本，获得的收益是城市的人口和财富规模。以下拟从成本一收益两方面提出城市生态效益的优化途径。
(1)成本的控制
根据物质不生不灭定律，产出量由需求投入量决定，城市生态问题从源头控制，就是减少代谢所吞进的物质数量。城市有机体通过消费代谢，将废物送回土壤和植物，只要不超越生态系统弹性回复能力，是不能恶化生态系统的，仍是可持续的。
即使进出平衡，存量恒定，但流通速率可高可低。对于环境，低流通率显然好于高流通率。如果要人为调控，以确保城市系统的低流通率，那么，对于人，低流通率(低生育率和低死亡率)意味着高生命期望。对于财富，低流通率(低生产率和低消耗率)意味着商品使用期限更长及花费在生产上的时间将更少，意味着更多的家务、文化娱乐、休闲的非工作时间(非物质经济)。
除了人口与财富的规模，耐用性也是控制流通速率和数量的一个因子。所谓耐用性，是指特定物品的可使用时间，耐用性最大化可以使资源消耗最小化，从而实现流量最小化。耐用性包括物品的回用率，所以流通率还取决于回收利用率。但这里有一个回收程度的选择问题：一方面，回收过程本身消耗能量，将产生热污染；而且，随着回收利用的产品越来越多，将达到一个收益递减为零的点。另一方面，如果不回收或回收太少，又会产生资源耗竭和非热污染的问题。因此，流通率最小化就是要在资源耗竭和污染之间选择一种生态成本最低的最佳组合，但生态成本不能完全以货币计算，因而这一成本的量化极其困难[3]。
(2)收益的选择
城市系统(财富与人口)的规模和组成是可变的。如果流通率固定，一种运行成本可以维持一个恒定系统。在一个整体恒定不变的系统内进行人口与财富之间的权衡，或者由小规模财富子系统和大规模人口子系统组成，或者由大规模财富子系统和小规模人口子系统组成。前者受维持生存所需的人均最小财富的约束，后者受维持系统财富的劳动所需最低技术要求的约束。实际选择取决于伦理上的判断[3]。
2.政策引导
城市线性代谢过程意味着可持续性的两个标准：投入(需求)与产出(结果)。环境问题主要源于上游需求与下游环境影响之间的失调。可持续性实践的一个思路就是，如何在满足人的需求的同时，保护环境，融入这种生态因素的宏观政策要求。
(1)环境极限
环境规定了某种人类活动的极限，在政策制定过程中，应考虑对生态系统的潜在威胁。人类不应为某一种特别利益或整体开发建设活动而打破环境容量的极限。但由于这些环境容量的极限很难确定，有必要使用预警原则。
(2)需求管理
“预测—提供”方法是一些基础设施规划的基础，如交通规划，预测需求增长—修建公路—保证实现预测的需求。需求管理的方法相反，通过各种有效方法从上游需求方来减少原料能源消费[12]。如通过提高回收再利用减少废物，或改善商品与服务的可获得性来减少运输量。如交通，机动灵活性的社会需求导致拥堵、污染等，可持续城市应集中于“可通达性”主题，而不是狭窄的“机动性”功能，要使需求方学会调整需求，这涉及更精确的和反应性的规划。
(3)环境效率
遵循“单位环境成本获得最大环境收益”的基本原则,提高环境效率的主要途径是提高耐用性，延长生命周期；改进资源保护技术，如提高能源效率或废热再利用；避免可再生能源使用速度大于自然系统的补充速度；封闭资源环；减少对不可再生资源的需求。
(4)福利效率
即单位环境成本获得社会经济最大利益，福利效率实质表达环境的社会要求，重视人的健康因素。城市要求具有多样性和“多种机会”，从而获得更大的满足生活方式需求的可能性。空间上不构成严格分割和特殊化，尤其不要仅通过大量化石能消费使用能力的差异而形成地理空间分割。
(5)平等
社会边缘和弱势群体处于环境恶劣地区，缺乏选择的权利。财富如果用于支持无穷增长的能源和材料的使用，用于支持环境破坏和给生态敏感区带来严重压力的活动(如旅游)，那么，财富本身就是环境问题。
注释：
①复杂系统理论所描绘的SOHO生物物理系统，这一观点最早来自Koestler(1978)作品中的holarchy的概念。Holons是指一个相对封闭的系统，如一个细胞、一个有机体、一个家庭、一个生态系统如同一个holon；而holarchy是holon相互依赖的嵌套体,如城市与地球生态圈的层级嵌套，构成一个holarchy。术语holarchy区别于术语“等级层次”(hierarchy)，其创制是为了表明系统间并不存在相对优越性的价值含义。