2.3 城市新陈代谢的概念内涵

新陈代谢的概念来自于生物学。生物学中的新陈代谢指的是生物体与外界环境之间的物质和能量交换以及生物体内物质和能量的转变过程，它包括物质代谢和能量代谢两个方面：物质代谢是指生物体与外界环境之间物质的交换和生物体内物质的转变过程；而能量代谢则是指生物体与外界环境之间能量的交换和生物体内能量的转变过程。19世纪，生物学中的新陈代谢概念被马克思等学者延伸至社会学、经济学等学科中，此时的新陈代谢描述的是人类社会与环境之间的物质交换（Fischer-Kowalski，1997）。与马克思和恩格斯同时代的社会学家还从另一个角度：能量学角度思考社会代谢问题。他们用能量来解释社会进步过程和社会进步不同阶段的分异：消耗的能源越多，社会进步越大。社会进步建立在能量盈余（energy surplus）之上。首先能量盈余使得社会成长和（从而）社会分异成为可能，其次它为基本的重要需求之外的文化活动提供了空间（Herbert Spencer，1862）。

虽然新陈代谢思想的引入较早，但城市新陈代谢的概念提出却出现在20世纪60年代。1965年，Wolman在其著作中引入了城市新陈代谢（也叫社会代谢、物质代谢）的概念，认为城市系统的运作是一个新陈代谢的过程。作为一个复杂的开放性有机耗散系统，城市经济社会系统的基本运转过程之一即是新陈代谢。系统中，经济、社会、环境要素通过物质循环、能量流动及多种理化过程，形成一个连续的具有内在联系的统一过程。这种物质、能量、人力投入、产出及废物排放的过程即是城市的新陈代谢。拉博帕特（1971）在对社会经济代谢的研究中，提出城市社会经济代谢包括城市社会经济系统中的资源消费、能量流动、资本积累和废物排泄。认为城市代谢概念的提出为自然和社会学家研究人类社会和自然环境关系提供了有效的系统架构。步入20世纪90年代后，城市新陈代谢的概念被广泛用于测度城市-区域尺度的社会经济代谢（Boyden等，1981）。例如，城市新陈代谢是一种城市规划中的综合考虑资源投入、城市转型过程、废弃物排泄和居民生活质量相互关系的系统方法（Rotmans等，2000）。

之后学者们在对城市新陈代谢的研究中延伸了城市新陈代谢的内涵，指出其构成应包括城市社会经济系统中的资源消费、能量流动、资本积累和废物排泄四大组成部分（Rappaport，1971）。此时的城市新陈代谢概念已经不仅仅局限于城市物理结构和生境的直接变换、废气的释放和废物排放，人类的健康和福祉也被纳入到城市新陈代谢的内涵中（Alberti，1996；Newman，1999）。21世纪后，对城市新陈代谢的研究更加系统，国内也逐渐开展了相关的模型研究。张妍、马其芳等学者通过系统动力学、生态网络分析等经典模型的建构，系统研究了广州、上海、南京、北京等城市的城市新陈代谢效率和环境效益（吴玉琴等，2011；马其芳等，2008）。国内学者对城市新陈代谢的概念也进行了深入的探讨，如城市代谢研究是分析城市在人类各种活动影响下， 如何将取自自然系统的物质和能源进行转换、利用与处理的过程（吴玉琴，严茂超，2011）。城市代谢研究主要关注城市中的物质与能量的流向、流量、积累与代谢效率。代谢效率即代谢过程中单位投入与产出之比（李利，2011）。

值得注意的是，城市新陈代谢概念的发展过程中，社会代谢、产业代谢和生态系统代谢等概念与城市代谢既有重叠又有差异，表2-1即是对众多概念的解析。其中，社会代谢、城市代谢及生态经济系统代谢侧重于系统层面的物质、资源及能源投入与输出流分析，涵盖了系统边界内主要的要素代谢过程，如水、能源、土地等，分辨率较粗（张力小等，2011）。早期的社会代谢与物质代谢研究中，对于城市尺度的研究被称作城市新陈代谢。尤其是中观与微观尺度的具体物质流研究中，系统的空间边界并不确定；而近年来基于热力学定律的能值系统流分析逐渐兴起，成为新陈代谢研究的主流方法。

通过城市新陈代谢概念内涵的历史沿革及其与其他概念的差异分析可得：（1）城市新陈代谢是城市系统内资源和能源投入、吸收、生产、转化、排出的系统过程。（2）城市新陈代谢强调城市的资源、能源投入产出效率，尤其是在对城市投入资源和能源的基础上，宏观经济产出和对系统废弃物的处理。（3）城市新陈代谢的产生涉及区域、城市等多个空间尺度，城市及其腹地的资源和能源流的系统性分析是城市新陈代谢研究的核心问题。