中國科學院城市環境研究所門口的智能聲景採集設備。

　　研究人員在田間做廚余垃圾資源回收還田利用相關實驗。

　　坐落在杏林灣畔的中國科學院城市環境研究所（以下簡稱“城市所”），草木蔥蘢，生態環境優美。大門口處，佇立著一個形似燈杆的特殊採集設備，它已在園區中智能鑒別出58種鳥類的叫聲。

　　這是依托城市所建設的廈門市城市代謝重點實驗室正在進行的一項研究——智能聲景感知與生物多樣性研究，這項研究還進一步探尋聲景與人的關系，助力城市的聲環境精細規劃。

　　除了聲景，廈門市城市代謝重點實驗室的研究領域還涉及水、能源、建筑、交通、廢棄物利用等。“城市就像是一個有機生命體，我們研究城市系統內物質與能量的輸入及輸出、遷移、轉化等過程與機制。”廈門市城市代謝重點實驗室主任崔勝輝介紹，他們通過生命周期分析、物質流分析、生態熱力學等方法，分析城市能源、交通、建筑、工業、家庭消費等領域的物質與能量代謝過程，為高效的城市發展與建設模式提供科技支撐。

　　用耳朵“看”的景觀

　　探索城市環境與人的關系、人與自然和諧共生，是實驗室研究的核心

　　在綠地上、湖邊靜靜坐著，啥也不干，能對人的身心健康產生什麼影響？研究團隊請來30名志願者，他們戴上腦電圖頭戴式耳機、測心率手環，在廈門市15個公園的綠地或湖邊進行了為期16天的實驗。

　　“實驗結果將為城市的綠地規劃與原生湖泊河流提供決策參考。”研究人員金越男說。腦波及心率的測試結果表明，綠色空間（即開放式綠地）和藍色空間（即湖泊河流邊）相較於閉合空間或普通地面，在減壓上更勝一籌。而且，身處草坪，比起在樹木間，視野更開闊，減壓效果更好。

　　探索城市環境與人的關系、人與自然和諧共生，是實驗室研究的核心。城市所副研究員李春明的聲景感知項目研究，就把目光對准快速城市化導致的聲環境退化，及其導致的人群健康和動物行為面臨的風險。

　　“眼裡看到的是風景，耳朵聽到的環境就稱為‘聲景’。”李春明告訴記者，目前我國的噪聲監測還是普遍使用分貝量這樣的聲壓概念，事實上，聲源結構也十分重要。城市所大門口的聲景採集裝置杆，他們在整個園區范圍內共設立三個，實時傳回的數據顯示在李春明的電腦屏幕上：“聲事件”“聲多樣性”“聲均勻度”“生物聲學指數”等要素值在聲景在線監測與智能分析系統中實時跳動。

　　2023年4月21日，廈門市首次人工記錄下廈門市新物種庫頁島柳鶯的蹤跡。其實早在2021年2月21日，聲景在線監測與智能分析系統就智能識別出並記錄下這一新物種。李春明說，該系統的鳴聲物種多樣性智慧評估，有助於新物種的及早發現，便於提早做好保護。

　　“我們把園區看成一個微縮的城市進行研究，未來希望擴展到整個廈門市的聲環境採集和研究，以此為范本支撐城市聲環境的精細規劃和生物多樣性的智慧監測。”李春明說，他目前借助傳感器網絡、邊緣計算、移動計算和深度學習技術，進行大尺度聲景建模以及聲景影響機制研究，已總結提出全球公眾參與式聲景感知和面向生態系統關鍵地區的智能聲景感知等研究模型。

　　城市“生長”模擬器

　　從氣候到能源使用、從居住條件到出行方式、再從城市固廢到建材生產與碳排放等，這些因素時時刻刻對城市的“生長”產生影響

　　如果把城市比作一個有機生命體，那麼城市綠地就如同它的“肺”，能源就是它的“血液”，固廢處理系統相當於它的“排泄系統”……從氣候到能源使用、從居住條件到出行方式、再從城市固廢到建材生產與碳排放等，這些因素時時刻刻對城市的“生長”產生影響。

　　城市所副研究員劉宇鵬的計算機裡，正在構建一個更智能、更宏大的城市“平行宇宙”——城市代謝模擬器。“城市化和城市擴張引發建筑在水平和垂直方向上的三維增長與更迭，伴隨大量材料和能源的使用與消耗，形成了城市建筑的‘新陳代謝’。”劉宇鵬介紹，在這個初具雛形的“平行宇宙”中，分析了廈門市從1980年至2018年期間，城市建筑生長的“食量”“重量”“代謝產物”等趨勢。

　　近40年間，城市年均“食量”200萬噸，前20年多數“攝入”砂石和磚瓦，此后十幾年則偏好鋼鐵和混凝土。城市的“重量”即“堆砌”在城市中的建材存量，也從城市化初期的快速增長到趨於穩定。隨之而來的還有代謝的“副產物”——各種城市垃圾產生量持續增長。

　　此外，城市代謝模擬器還根據全市建筑屋頂大數據做了屋頂利用規劃、建筑光伏用能效率等分析。“未來，實驗室相關領域的研究成果和大數據，都可以集成在這個城市代謝模擬器中。”劉宇鵬說，通過模擬器建立起一系列的時空分析框架、方法和模型，可支撐城市建筑、家電和固廢的高精度時空代謝過程模擬，實現了關鍵參數的自動化獲取、智能反演和精准化評估。

　　“城市的生物地球化學過程被認為是導致全球環境變化的5種主要驅動因素之一。”崔勝輝介紹，高強度的城市人為活動所產生的各種廢棄物，通過自身或攜帶物的遷移而進入大氣、水體和土壤，從而影響從城市尺度到全球尺度的生物地球化學循環過程。

　　最近，城市所副研究員高兵正在研究城市廚余垃圾不同處置方式的經濟效益和環境效應，為廈門市廚余垃圾資源回收提供更好的決策參考。“我們以廈門市廚余垃圾集中厭氧發酵產生沼渣和城市所的食堂廚余作為研究樣本，模擬沼渣制肥與填埋、好氧制肥過程，再到田間應用的全生命周期，全面評估廚余垃圾不同處置方式的減污降碳和協同增效能力。”高兵介紹，從2021年4月8日開始至今，已完成15季葉菜類蔬菜試驗。

　　實驗結果顯示，在農民常規種植基礎上等量替代30%化肥氮，廚余垃圾好氧堆肥和厭氧沼渣肥與廈門市傳統有機肥雞糞相比，作物收獲量差別不大，但每萬元農產品的碳排放強度能減少20%-40%。而且生熟廚余混合存放相比熟廚余單獨存放，氧化亞氮排放量增加了44.4%。“因此，餐飲業廚余垃圾產生后直至被集中收運處理的時間內，要盡量避免生熟廚余的混合投放。”高兵建議。（文/圖 記者 吳君寧）

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