Nature Cities速递：城市系统废弃物的产生遵循规模法则

关键词：城市科学，规模法则，城市生态系统，非线性

论文题目：Worldwide scaling of waste generation in urban systems论文期刊：Nature论文地址：https://www.nature.com/articles/s44284-023-00021-5

废弃物是地球生命和人类经济生产的自然副产品。生物系统已经进化到能够对废弃物再利用——像屎壳郎这样的生物填补了分解其他生物粪便的生态位——但废弃物问题仍然困扰着人类社会。

随着世界人口的持续增长和快速城市化——据联合国预测，到2050年，三分之二的人将生活在城市。城市产生的废弃物正在引发全球范围的危机。微塑料覆盖了整个地球并渗透到我们的身体中，废水污染了我们的水道，而温室气体排放则正在推动全球气候变化。

纽约大学助理教授、前圣塔菲Omidyar复杂性研究员Mingzhen Lu表示：“我们作为一个社会，往往忽视了我们生产的不愉快的一面。”Mingzhen Lu 和圣塔菲教授 Chris Kempes 是在《自然·城市》上发表的新论文的共同通讯作者，论文探讨了废弃物生产作为城市系统功能的问题。Chris Kempes说：“关键问题是随着系统规模的扩大，废弃物生产的效率是增加还是减少，以及由此产生的回收负担有多大。”

为了解答这个问题，作者们使用规模理论（scaling theory）来分析来自全球一千多个城市的废弃物产量，分为城市固体废弃物、废水和温室气体排放。规模理论已经被用于生物学，描述生物体生理特征如何随体重的变化而变化，在这里被用于理解废弃物生产如何随城市的增长而变化。Mingzhen Lu 解释说：“规模理论让我们能够提取出普遍的宽泛模式，并超越每个城市的个性。”

图1：（a）研究中观测的城市，（b-d）废水，废弃物，温室气体随城市人口的幂律增长散点图

结果显示，随着城市增长，废弃物生产有明显的差异。固体废弃物遵循线性增长——因为它与个人消费有关，所以与人口增长的速度相同。相比之下，废水生产呈现超线性增长，而温室气体排放按亚线性增长。换句话说，大城市相比小城市产生的液体废弃物更多，但排放的温室气体更少。结果表明，随着规模的扩大，排放有规模经济效益，因为增长通常带来更高效的能源和交通基础设施，但液体废弃物的超线性增长却不是好事。

图2：废水和温室气体的排放偏离幂律法则的部分，可通过降水和经济因素解释

图3：废水、固体废弃物、温室气体的幂指数随时间的变化

随着财富的增长，城市往往会偏离普遍的规模法则。人均GDP较高的城市会产生更多的废弃物，这凸显了废弃物生成和经济增长之间的关系。研究结果强调了需要一种新的废弃物科学，可以帮助预测城市生态系统的未来状态，并为减少废弃物和提高可持续性提供政策建议。研究结果表明了控制不同城市和全球城市系统废弃物产生的一般机制。该方法提供了一个系统框架，可用于揭示这些潜在机制，而这些机制可能是减少废弃物和追求更可持续未来的关键。

Mingzhen Lu说：“真菌找到了办法分解树木的木质素废弃物，并创建了持续数亿年的可持续生态系统。我们则是接收后丢弃——我们不能再忽视我们社会产生的废弃物。”

编译｜郭瑞东

城市科学读书会

详情请见：城市科学读书会启动：AI与因果交织的城市复杂系统

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