王 進(jìn)，吝 濤

(1. 中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境與健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所， 廈門 361021；2. 廈門市城市代謝重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廈門 361021)

食物源CNP的城市代謝特征
——以廈門市為例

王 進(jìn)1,2，吝 濤1, 2,*

(1. 中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境與健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所， 廈門 361021；2. 廈門市城市代謝重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廈門 361021)

基于元素流分析原理，將食物源碳氮磷3種元素在城市系統(tǒng)中的代謝特征進(jìn)行耦合分析，追蹤以“食物消費(fèi)”、“廢物處置”、“人體代謝”為主要環(huán)節(jié)的食物碳氮磷代謝過程，發(fā)掘其中共同的代謝環(huán)節(jié)，明晰3種元素代謝路徑、代謝通量及其影響因素的差異，并對(duì)廈門市 1991—2010 年食物源碳氮磷城市代謝進(jìn)行案例分析。 結(jié)果表明，食物源碳氮磷城市代謝中通量最大的代謝路徑是“食物—食物攝入—人體糞尿—未還田糞尿—污水處理—污泥—污泥填埋—土壤”；食物源碳氮磷城市代謝主要引起土壤和水體的環(huán)境負(fù)荷加重；廚余垃圾中碳氮磷占食物源的比例分別為13.7%、32.2%、70.3%，在整個(gè)代謝過程中具有最大的減量管理潛力。提出優(yōu)化代謝過程、減少碳氮磷環(huán)境負(fù)荷的若干對(duì)策建議，包括增大食物的有效食用比例、資源化利用污泥和廚余垃圾等。

食物；碳氮磷；城市代謝；廈門

隨著人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以城市人口增加、城區(qū)建設(shè)擴(kuò)張為代表的城市化進(jìn)程正在世界范圍內(nèi)不斷加速[1]。中國(guó)在城市化過程中，城市空間范圍不斷擴(kuò)張，人口、GDP、城市化率不斷提高，物質(zhì)和能量的消耗量也隨之升高[2- 3]。城市生態(tài)系統(tǒng)不僅涉及自然系統(tǒng)，也涉及人工系統(tǒng)，城市經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和自然環(huán)境通過物質(zhì)與能量流動(dòng)相互聯(lián)系[4]。人類社會(huì)需要從自然環(huán)境中獲取所需資源，同時(shí)盡可能增大其代謝效率[3]。城市環(huán)境問題的本質(zhì)就是城市系統(tǒng)中代謝途徑或代謝效率出現(xiàn)問題[5]。城市地區(qū)的發(fā)展方向、發(fā)展結(jié)構(gòu)和發(fā)展速度，應(yīng)該根據(jù)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)作機(jī)制，作系統(tǒng)性分析與管理。城市代謝這一概念首先由Wolman于1965年提出[6]，其后由其他科學(xué)家發(fā)展完善[7- 8]，其研究重點(diǎn)放在城市的輸入和輸出上，將系統(tǒng)視為黑箱，并沒有對(duì)物質(zhì)能量在城市內(nèi)的代謝過程進(jìn)行系統(tǒng)研究。本文認(rèn)為今后城市代謝研究應(yīng)該進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)部，明晰代謝過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)、代謝路徑、代謝通量，以挖掘影響代謝過程的重要影響因素，為將來管理調(diào)控作科學(xué)支撐。

食物作為城市內(nèi)物質(zhì)能量的主要來源之一，對(duì)其相關(guān)物質(zhì)能量代謝過程研究是城市代謝研究的重要組成。居民食物消費(fèi)量伴隨城市發(fā)展和人口增長(zhǎng)成倍增加[9]。人們的食物消費(fèi)量在不斷增長(zhǎng)的同時(shí)，食物消費(fèi)模式和營(yíng)養(yǎng)狀況也隨之發(fā)生改變。中國(guó)城市化進(jìn)程導(dǎo)致生活方式和飲食偏好改變，主要表現(xiàn)在由糧食消費(fèi)轉(zhuǎn)向動(dòng)物性食物消費(fèi)[10]，且城鄉(xiāng)差異顯著[11- 12]。伴隨食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)改變，營(yíng)養(yǎng)元素流動(dòng)也在城市中發(fā)生改變。家庭作為基本的社會(huì)單元，其物質(zhì)能量輸入受食物消費(fèi)改變的影響巨大，是城市系統(tǒng)研究中最適尺度[13]。有學(xué)者計(jì)算美國(guó)明尼阿波利斯市、中國(guó)香港的食物消費(fèi)情況，發(fā)現(xiàn)食物消費(fèi)是碳氮磷元素進(jìn)入城市系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)[14- 16]。

食物經(jīng)過利用后，需要通過居民生活垃圾處理和污水處理或直接排放的途徑輸出食物碳氮磷輸出城市系統(tǒng)。有學(xué)者計(jì)算多倫多、曼谷、中國(guó)合肥食物源元素流動(dòng)情況，發(fā)現(xiàn)僅有少量能夠留在城市系統(tǒng)，大量食物碳氮磷元素輸出環(huán)境并造成環(huán)境負(fù)荷，如表1所示。從城市代謝角度分析，食物源污水是城市系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)元素的流失。從城市系統(tǒng)流失到土壤、水體等環(huán)境系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)元素可能造成嚴(yán)重的環(huán)境負(fù)荷。

碳、氮、磷3種元素是食物代謝研究中的關(guān)鍵組成，谷類糧食和禽畜肉中碳氮磷總含量分別為34.8%和28.2%。與氫氧元素相比，碳氮磷元素比例在各類食物和人體中的比例相對(duì)穩(wěn)定。碳氮磷代謝過程的研究有利于把握城市物質(zhì)轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)化的特點(diǎn)和規(guī)律，對(duì)解決一些重要的環(huán)境問題具有重要意義。碳代謝是應(yīng)對(duì)全球氣候變化的基礎(chǔ)，氮和磷是城市水體污染主要限制因子。以往研究主要以碳氮磷元素中的一種作為研究對(duì)象，忽視了3種元素之間的系統(tǒng)聯(lián)系，對(duì)于同時(shí)涉及多種元素的環(huán)境問題解釋欠佳，例如碳氮磷比例影響植物尤其是藻類的生長(zhǎng)過程，當(dāng)環(huán)境介質(zhì)中碳氮磷元素接近某一比例時(shí)，特定植物進(jìn)入其最適生長(zhǎng)階段大量繁殖并引發(fā)赤潮等系列環(huán)境問題[21]。本文基于對(duì)廈門市1991—2010年食物源碳氮磷代謝過程的物質(zhì)流分析，發(fā)掘其中共同的代謝環(huán)節(jié)，對(duì)城市食物碳氮磷代謝的物質(zhì)流體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行深層分析，追蹤以“食物消費(fèi)”、“廢物處置”、“人體代謝”為主要過程的食物碳氮磷代謝途徑，提煉食物代謝的主要環(huán)節(jié)以及影響因素，最后提出若干優(yōu)化代謝過程和減少碳氮磷環(huán)境負(fù)荷的對(duì)策建議。

表1 相關(guān)研究結(jié)果比較

1 研究區(qū)概況

廈門市位于福建省東南部，是我國(guó)東南沿海重要的中心城市、港口及風(fēng)景旅游城市。市域行政面積為1565 km2。1981年廈門的建成區(qū)面積僅為12 km2，2010年已擴(kuò)張至230 km2；戶籍人口從1991年的114萬激增至180萬。

在經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)的同時(shí)，廈門市居民食物消費(fèi)量伴隨人口增長(zhǎng)和人均GDP增加而增加，如圖 1所示，從1988年34.2萬t迅速增長(zhǎng)至2003年的51.0萬t，其后呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì)。圖 2顯示廈門市食物消費(fèi)碳氮磷總量歷史概況，碳氮磷各自的消費(fèi)量與消費(fèi)食物總量的變化趨勢(shì)基本一致，食物碳消費(fèi)量在2003年后出現(xiàn)下降，可能與膳食結(jié)構(gòu)中糧食比重下降有關(guān)。

2010年廈門市空氣質(zhì)量總體優(yōu)良，優(yōu)級(jí)率為42.7%，優(yōu)良率為97.5%。首要污染物為可吸入顆粒物，其次是二氧化氮，酸雨污染嚴(yán)重。2010年廈門市飲用水源地水質(zhì)達(dá)標(biāo)率為98.4%，飲用水源地水質(zhì)仍存在氮、磷的超標(biāo)現(xiàn)象；廈門海域水質(zhì)呈現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化，主要超標(biāo)污染物依然是無機(jī)氮與活性磷酸鹽。2010年廈門市生活垃圾產(chǎn)生量為94.45萬t，生活垃圾無害化處理率96.93%。生活污水排放量1.99億t，占全市廢水排放總量的81.71%。

2 研究方法

2.1 元素流分析原理

元素流分析(Substance Flow Analysis, SFA)是物質(zhì)流分析(Material Flow Analysis, MFA)中的一種[22]。物質(zhì)流分析依據(jù)質(zhì)量守恒定律，定量分析系統(tǒng)的物質(zhì)輸入與輸出及其背后的隱流問題，主要涉及物質(zhì)流動(dòng)的源、路徑及匯，是研究系統(tǒng)代謝過程對(duì)自然生態(tài)環(huán)境造成的直接和間接影響的有力工具[23]。由于城市尺度研究中存在城市系統(tǒng)的物質(zhì)數(shù)據(jù)缺乏且難以統(tǒng)計(jì)的特點(diǎn)，有關(guān)學(xué)者引入面向元素的物質(zhì)流分析。元素流分析研究在具體經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的特定化學(xué)元素或化合物流量的方法[24]。元素流的突出優(yōu)點(diǎn)是解決具體的環(huán)境問題，其開始于具體的環(huán)境污染問題，通過分析元素在系統(tǒng)中的流動(dòng)過程，探尋主要污染來源和關(guān)鍵元素流動(dòng)環(huán)節(jié)。

圖1 廈門市人口與食物消費(fèi)歷史概況Fig.1 Dynamics of food consumption and population in Xiamen from 1988 to 2010

圖2 廈門市食物消費(fèi)碳氮磷總量歷史概況Fig.2 Dynamics of CNP consumption in food in Xiamen from 1988 to 2010

2.2 城市居民食物源碳氮磷代謝路徑分析

完整的食物源碳氮磷元素代謝包括了城市社會(huì)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的代謝(食物消費(fèi)、人體代謝、廢棄物處理)和生物地球化學(xué)循環(huán)兩部分。本研究主要以食物消費(fèi)、人體消化吸收和廢棄物處理及再利用等城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)為系統(tǒng)邊界，忽略自然生態(tài)系統(tǒng)中復(fù)雜的理化作用。元素流從食物消費(fèi)開始，經(jīng)過城市居民的新陳代謝和城市污水和固廢處理系統(tǒng)，最后排放到環(huán)境介質(zhì)。系統(tǒng)的輸入端，是指城市居民食物消費(fèi)。系統(tǒng)的輸出端，包括留在城市系統(tǒng)內(nèi)部并參與構(gòu)成人體的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和排放進(jìn)入大氣、水和土壤等環(huán)境介質(zhì)的物質(zhì)。構(gòu)成人體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的主要來源是食物，若人體是食物代謝的唯一元素匯，人體碳氮磷比例應(yīng)與食物一致，然而實(shí)際兩者差異巨大。其主要原因包括兩點(diǎn):1)部分食物未被居民進(jìn)食，成為廚余垃圾；2)人體攝食食物經(jīng)選擇性吸收后形成糞尿等排泄物排出體外。因此，明晰人體新陳代謝及城市污水和廢棄物處理過程中的元素流動(dòng)特點(diǎn)，是本研究的重點(diǎn)。

(1)食物消費(fèi)環(huán)節(jié)

食物根據(jù)其是否能被人類食用，可分為可食部分和不可食部分?？墒巢糠滞ㄟ^進(jìn)食行為進(jìn)入人體代謝環(huán)節(jié)，不可食部分食物(包括食物的不可食用部分和被丟棄的可食部分)成為城市廚余垃圾進(jìn)入廢棄物處理環(huán)節(jié)。人體攝取的食物進(jìn)入人體代謝環(huán)節(jié)，經(jīng)過人體消化系統(tǒng)消化吸收，合成人體生長(zhǎng)發(fā)育所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，代謝產(chǎn)物通過排泄物排出體外，進(jìn)入廢棄物處理環(huán)節(jié)。

(2)人體代謝環(huán)節(jié)

人體代謝環(huán)節(jié)可細(xì)分為人體元素構(gòu)成、呼吸代謝和糞尿代謝3個(gè)子環(huán)節(jié)。氧、碳、氫、氮、磷、硫這6種元素是構(gòu)成人體生命基礎(chǔ)的主要成分，其主要獲取途徑為食物。人體產(chǎn)生的二氧化碳是人體生理代謝的結(jié)果。人在生命活動(dòng)過程中，需要不斷地消耗能量，機(jī)體所需要的能量主要來源于食物，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)氧化后所產(chǎn)生的二氧化碳通過呼吸作用排出體外。食物中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入消化道后被選擇性的消化、吸收，不能消化、吸收的物質(zhì)變成糞尿排出體外。

(3)廢棄物處理環(huán)節(jié)

由食物源產(chǎn)生的廢棄物主要分為廚余垃圾和居民糞尿兩部分，而兩者的處理方式又因城市化水平的不同而有所差異。一般而言，垃圾處理方式可分為分類回收、填埋、堆肥和焚燒4種。食物源所產(chǎn)生垃圾為廚余垃圾，含大量水分和有機(jī)物，分類回收和焚燒處理的難度巨大，因此其主要處理方式為填埋和堆肥，在城鎮(zhèn)地區(qū)以填埋為主，在農(nóng)村地區(qū)以堆肥為主。對(duì)于糞尿處理，城鎮(zhèn)地區(qū)糞尿經(jīng)過管道收集成為糞尿污水進(jìn)入污水處理系統(tǒng)。污水處理系統(tǒng)的尾水排出到自然水體，而處理過程產(chǎn)生的副產(chǎn)物污泥又通過填埋和焚燒進(jìn)行再處理。農(nóng)村地區(qū)糞尿主要經(jīng)過堆肥腐熟成為農(nóng)家肥料，直接施用于農(nóng)田。在填埋和堆肥、糞尿污水處理、糞尿堆肥的過程中，有機(jī)物質(zhì)在厭氧環(huán)境下發(fā)酵，產(chǎn)生甲烷、一氧化氮等氣體直接進(jìn)入空氣中。由于氣態(tài)化合物磷化氫在潮濕空氣中不穩(wěn)定，因而空氣中磷可以忽略不計(jì)。

2.3 食物源碳氮磷代謝通量分析

本研究在分析食物源碳氮磷元素代謝路徑基礎(chǔ)上，逐一量化各個(gè)環(huán)節(jié)元素流，即碳氮磷元素在各路徑中的通量。在元素流計(jì)算過程中，分為食物消費(fèi)、人體代謝和廢棄物處理3個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)元素守恒定律，整個(gè)碳氮磷元素代謝通量可用以下公式表示：

CNP食物=CNP人體+CNP大氣+CNP水體+CNP土壤

(1)

式中，CNP食物是指城市居民食物消費(fèi)碳氮磷，CNP人體是指食物經(jīng)居民消化吸收后儲(chǔ)存在體內(nèi)的部分，CNP大氣、CNP水體、CNP土壤指未被居民攝取和經(jīng)人體代謝后產(chǎn)生的碳氮磷途經(jīng)或未經(jīng)廢棄物處理系統(tǒng)后直接或間接排入環(huán)境介質(zhì)的部分，包括大氣、水體、土壤3種介質(zhì)。

食物消費(fèi)環(huán)節(jié)

(1)食物消費(fèi)環(huán)節(jié)中的元素守恒公式為：

CNP食物=CNP食用部分+CNP未食用部分

(2)

其中，CNP食物是指城市居民食物消費(fèi)碳氮磷，CNP食用部分是指居民消費(fèi)食物中經(jīng)過居民攝食行為進(jìn)入居民體內(nèi)的部分，CNP未食用部分是指居民消費(fèi)食物中未被居民攝食的部分，包括食物的不可食用部分和被丟棄的可食部分。

食物源碳氮磷總量計(jì)算公式為：

(3)

wiC,N,P=wi×αC,N,P

(4)

式中，WC,N,P為消費(fèi)食物的總碳氮磷量，wiC,N,P為食物類型i的碳氮磷消費(fèi)總量；wi為食物類型的消費(fèi)量，αC,N,P為食物類型i的碳氮磷含量。本研究將日常食物分為九類，包括糧食、植物油、蛋制品、水產(chǎn)品、蔬菜、酒及飲料、瓜果、奶制品、禽畜肉。根據(jù)《中國(guó)食物成分表》計(jì)算各類食物中的碳氮磷元素含量及元素比值，結(jié)果如表2所示。

(2)人體代謝環(huán)節(jié)

人體代謝環(huán)節(jié)中的元素守恒公式為：

CNP食用部分=C呼吸+CNP人體+CNP糞尿

(5)

式中，CNP食用部分是指居民消費(fèi)食物中經(jīng)過居民攝食行為進(jìn)入居民體內(nèi)的部分，C呼吸是指人體通過呼吸作用排放的碳元素，CNP人體是指食物經(jīng)居民消化吸收后儲(chǔ)存在體內(nèi)的碳氮磷元素，CNP糞尿是指食物經(jīng)居民消化吸收后經(jīng)糞尿排出體外的碳氮磷元素。

本研究假設(shè)研究區(qū)人群是由完全相同的“標(biāo)準(zhǔn)人”形成的集合?！皹?biāo)準(zhǔn)人”具有固定的體重、元素組成、新陳代謝效率，人口的增加或減少視作“標(biāo)準(zhǔn)人”數(shù)量增加或減少的過程。碳氮磷的累積隨“標(biāo)準(zhǔn)人”的增加而增加。人體元素構(gòu)成因性別、年齡等因素有所差異。有研究通過化學(xué)檢驗(yàn)的方法計(jì)算出70 kg成人體內(nèi)各種含量(表2)。由于人群中有老人小孩的存在，需根據(jù)研究區(qū)2010年人口普查數(shù)據(jù)計(jì)算人均體重。

表2 九類食物與人體中碳氮磷含量比較

在城市生態(tài)學(xué)研究中一般以人口數(shù)乘以人均凈呼出碳量計(jì)算城市居民二氧化碳產(chǎn)生量，計(jì)算公式為[25]：

人體呼吸的碳釋放量(t/a)=人口總數(shù)(人)×0.079(t/a)

人糞和人尿在性質(zhì)和成分上有很大的區(qū)別。在計(jì)算時(shí)應(yīng)分別計(jì)算人糞與人尿中碳氮磷元素含量。有關(guān)研究通過化學(xué)檢驗(yàn)的方法對(duì)人糞和人尿中的碳氮磷含量進(jìn)行了研究，本研究以文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)作為計(jì)算依據(jù)[26- 27]。

(3)廢棄物處理環(huán)節(jié)

廢棄物處理環(huán)節(jié)中的元素守恒公式為：

CNP處理前=CNP產(chǎn)物+CNP副產(chǎn)物

(6)

該公式概括表示污水處理、垃圾填埋、糞尿還田、污泥填埋、污泥焚燒等廢棄物處理過程中的元素轉(zhuǎn)移過程。式中，CNP處理前是指處理前廢棄物所含碳氮磷元素，CNP產(chǎn)物是指處理后主要產(chǎn)物所含碳氮磷元素，CNP副產(chǎn)物是指處理后氣體副產(chǎn)物所含碳氮磷元素。

由于廢棄物處理環(huán)節(jié)中涉及變量和公式數(shù)量較多，本文以附表形式表示(表3)。廈門對(duì)廚余垃圾處理方式主要為衛(wèi)生填埋。根據(jù)《2006年IPCC國(guó)家氣體清單指南》，對(duì)垃圾填埋產(chǎn)生的氣體需要計(jì)算CH4和CO2的排放量，其他氣體含量極少，可忽略不計(jì)。污水處理的元素去除率是指廈門市污水處理系統(tǒng)排入廈門海域的污染物元素含量與進(jìn)入污水處理系統(tǒng)前污水中的污染物元素含量的比值，碳氮磷去除率分別以進(jìn)水與出水中的COD、氨氮、總磷含量計(jì)算。假設(shè)污水處理廠當(dāng)年實(shí)行的排放標(biāo)準(zhǔn)全部達(dá)標(biāo)排放以表示出水污染狀況。整個(gè)污水處理廠的運(yùn)行過程中，考慮污水處理廠氣體的直接排放部分，采用聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)的質(zhì)量平衡方法計(jì)算碳氮元素從污泥到CH4、N2O氣體的轉(zhuǎn)換率?？紤]到IPCC僅提供牛、豬、家禽等牲畜的糞便排放特征，本研究選取食性與人最相似的單胃雜食性動(dòng)物豬的糞便表示人的糞便特征。

2.4 數(shù)據(jù)來源

本研究居民食物消費(fèi)環(huán)節(jié)的主要數(shù)據(jù)來自于《廈門經(jīng)濟(jì)特區(qū)年鑒》、《中國(guó)食物成分表》；人口數(shù)據(jù)來自于《廈門經(jīng)濟(jì)特區(qū)年鑒》；人體代謝環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)來自于人體生理相關(guān)文獻(xiàn)[26- 27]；廢棄物處理環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)來自于《廈門市環(huán)境統(tǒng)計(jì)及城考資料匯編》、《廈門市水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》、《2006年IPCC國(guó)家氣體清單指南》[28]。

3 結(jié)果與討論

3.1 食物源碳氮磷城市代謝路徑的耦合特征

對(duì)城市居民食物源碳氮磷元素流分析表明，食物是食物源碳氮磷元素城市代謝的源，系統(tǒng)中的碳氮磷元素通過居民食物消費(fèi)行為進(jìn)入系統(tǒng)，然后逐級(jí)分配到下一級(jí)的路徑，直至進(jìn)入本研究系統(tǒng)的匯——人體、大氣、水體和土壤，儲(chǔ)存在城市生態(tài)系統(tǒng)或移出城市生態(tài)系統(tǒng)的食物以外的物質(zhì)形式。圖3顯示食物源碳氮磷城市代謝的系統(tǒng)路徑。本研究不考慮城市范圍內(nèi)自然生態(tài)系統(tǒng)的生物地球化學(xué)循環(huán)過程。

表3 廢棄物處理環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)來源及計(jì)算公式

污水處理： CH4Emissions為計(jì)算年份污水CH4排放總量； TOW為計(jì)算年份污水中有機(jī)物含量；EF為排放因子；i為污水來源；R為計(jì)算年份回收的CH4量；B0為最大CH4產(chǎn)生能力，缺省值可取0.6 kg CH4/kg BOD或0.25 kg CH4/kg COD； MCF為CH4修正因子； N2OEmissions為計(jì)算年份污水N2O排放總量(kg N2O/a)；NWaste為排放到水生環(huán)境的污水中的氮含量(kg N/a)； EFWaste為排放因子(kg N2O-N/kg N)； 44/28為單位從kg N2O-N到kg N的轉(zhuǎn)化系數(shù)。

污泥填埋：W為污泥質(zhì)量； DOC為可降解有機(jī)碳，取決于產(chǎn)生該污泥的廢水來源、處理工藝，IPCC推薦值為干污泥的40%—50%，按污泥含水率80%計(jì)算，則濕污泥DOC含量為8%—10%，按10%計(jì)算； DOCf為實(shí)際分解的可降解有機(jī)碳比例，IPCC推薦取50%； MCF為甲烷修正因子，對(duì)于厭氧填埋場(chǎng)，可以選擇為100%；F為填埋氣體中的CH4體積比例，按50%計(jì)算； 16/12為CH4/C分子量比率；

垃圾填埋： ECH4為填埋產(chǎn)生的CH4量；ECO2為填埋產(chǎn)生的CO2量； MSW為城市生活垃圾總量；η為垃圾填埋率(本研究取100%)； DOCj為可降解組分j中可降解有機(jī)碳的百分比；Wj為可降解組分j的百分比；16/12為從CH4到C的轉(zhuǎn)化系數(shù)； 44/12為從CO2到C的轉(zhuǎn)化系數(shù)；50%為填埋氣中CH4和CO2各自所占的比例；R為CH4的回收率，廈門市運(yùn)行中的垃圾填埋場(chǎng)均未回收CH4，故取0值；OX為CH4的氧化比例，除了覆蓋有氧化材料的填埋場(chǎng)，其他管理或未管理的填埋場(chǎng)的OX缺省值為0。

糞尿還田：EF(T)為牲畜類別T的年CH4排放因子；VS(T)為牲畜類別T的日揮發(fā)固體排泄物； 365為計(jì)算年VS產(chǎn)量的基數(shù)；B0(T)為牲畜類別T所產(chǎn)糞便的最大甲烷生產(chǎn)能力； 0.67為m3CH4換算為kg CH4的換算系數(shù)； MCF(S,k)為氣候區(qū)k每種糞便管理系統(tǒng)S的甲烷轉(zhuǎn)化因子；MS(T,S,k)為使用氣候區(qū)S糞便管理系統(tǒng)T管理牲畜類別T糞便的比例； N2OD(mm)為源自國(guó)內(nèi)糞便管理的N2O直接排放；N(T)為國(guó)內(nèi)牲畜品種/類別T的頭數(shù)；Nex(T)為國(guó)內(nèi)種類/類別T每頭家畜的年均氮排泄量；MS(T,S)為源自國(guó)內(nèi)糞便管理系統(tǒng)S所管理的每一牲畜種類/類別T總年氮排泄的比例；EF3(S)為源自國(guó)內(nèi)家畜糞便管理系統(tǒng)S中的N2O直接排放的排放因子；S為糞便管理系統(tǒng)；T為牲畜的品種/類別； 44/28為(N2O-N)(mm)排放轉(zhuǎn)化為N2O(mm)排放

居民消費(fèi)食物首先分為可食部分和不可食部分?？墒巢糠滞ㄟ^進(jìn)食行為進(jìn)入人體，不可食部分食物(包括食物的不可食用部分和被丟棄的可食部分)成為城市廚余垃圾進(jìn)入垃圾處理系統(tǒng)。人體攝取的食物經(jīng)過人體消化系統(tǒng)消化吸收，合成人體生長(zhǎng)發(fā)育所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，代謝產(chǎn)物通過排泄物排出體外，進(jìn)入污水處理系統(tǒng)。城鎮(zhèn)和農(nóng)村在廚余垃圾和生活污水的處理方式上差異較大。城鎮(zhèn)廚余垃圾進(jìn)入垃圾處理系統(tǒng)，處理方式主要分為填埋、焚燒、再利用3種；農(nóng)村廚余垃圾以堆肥還田為主。城鎮(zhèn)糞尿進(jìn)入污水處理系統(tǒng)；農(nóng)村糞尿以堆肥還田為主。在垃圾填埋、污水處理、污泥填埋、污泥焚燒、糞尿還田等過程中，碳氮磷元素主要進(jìn)入水體和土壤，但由于處理過程中在厭氧條件下發(fā)生了復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，部分元素形成氣體排出處理體系進(jìn)入大氣介質(zhì)。

圖3 食物源碳氮磷元素流框架Fig.3 The metabolic flow of food-sourced CNP

碳氮磷元素在城市代謝過程中所經(jīng)歷路徑不盡相同：碳元素在人體代謝過程中以氣體產(chǎn)物二氧化碳形式排出體外，直接進(jìn)入大氣介質(zhì)，而氮磷元素均以固體產(chǎn)物為主，以糞尿形式排出體外。磷元素由于其氣體化合物化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，在系統(tǒng)中可忽略不計(jì)，因此涉及氣體排放的各個(gè)環(huán)節(jié)中均不考慮磷元素，而碳氮元素在微生物厭氧發(fā)酵的過程中會(huì)以甲烷、二氧化氮等氣體化合物的形式進(jìn)入大氣介質(zhì)。

3.2 廈門市食物源碳氮磷城市代謝通量的動(dòng)態(tài)特征

大氣、土壤和水體3種環(huán)境介質(zhì)中碳氮磷環(huán)境負(fù)荷量如圖4所示。

圖4 廈門市食物源碳氮磷城市代謝通量動(dòng)態(tài)特征Fig.4 Dynamic of metabolic flux of food-sourced in Xiamen

碳在大氣與土壤的負(fù)荷呈現(xiàn)相同的變化趨勢(shì)：分別從1991年的74859 t/a和14305 t/a波動(dòng)上升至2010年的149763 t/a和26404 t/a，年均增幅分別為3.53%和3.11%。而水體碳負(fù)荷表現(xiàn)出穩(wěn)定和緩慢上升的趨勢(shì)，從1991年的2187 t/a以0.55%的速度增長(zhǎng)到2010年的2440 t/a。

氮在3種環(huán)境介質(zhì)中的負(fù)荷呈現(xiàn)不同的變化趨勢(shì)。大氣氮負(fù)荷增長(zhǎng)緩慢，從1991年的427 t/a以3.59%的速度增長(zhǎng)到2010年的865 t/a。水體氮負(fù)荷2010年前增長(zhǎng)速度較快，從1991年的1556 t/a以2.07%的速度增長(zhǎng)到2010年的2345 t/a。土壤氮負(fù)荷增長(zhǎng)迅速，從1991年的3897 t/a以4.46%的速度快速增長(zhǎng)到2010年的9323 t/a。

磷在3種環(huán)境介質(zhì)中的負(fù)荷也呈現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)。因磷元素并無氣體存在形式，不產(chǎn)生大氣磷負(fù)荷。水體磷負(fù)荷增長(zhǎng)緩慢，從1991年的49 t/a以3.83%的年均增長(zhǎng)速度快速增長(zhǎng)到2010年的104 t/a。土壤磷負(fù)荷呈現(xiàn)直線穩(wěn)定上升趨勢(shì)，從1991年的406 t/a以4.86%的年均增長(zhǎng)速度快速增長(zhǎng)到2010年的1049 t/a。

人均環(huán)境負(fù)荷量反映人均食物消費(fèi)輸出到大氣、水體、土壤3種環(huán)境介質(zhì)的碳氮磷總量。碳氮磷3種元素均呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì)，其中人均食物碳輸出到環(huán)境介質(zhì)的總量最大，從1991年0.071 t 人-1a-1波動(dòng)上升至2010年的0.072 t 人-1a-1，年均增幅為0.07%。人均食物氮輸出緩慢上升的趨勢(shì)，從1991年的0.0045 t 人-1a-1上升至2010年的0.0051 t 人-1a-1，年均增幅為0.63%。人均食物磷輸出緩慢上升的趨勢(shì)，從1991年的0.00036 t 人-1a-1上升至2010年的0.00047 t 人-1a-1，年均增幅為1.34%。

3.3 廈門市食物源碳氮磷城市代謝通量的比例特征

圖5表示1991、2000和2010年食物源碳氮磷代謝過程中主要環(huán)節(jié)的碳氮磷元素通量。對(duì)各年份代謝通量分析發(fā)現(xiàn)，通量最大的代謝路徑為“食物—食物攝入—人體糞尿—未還田糞尿—污水處理—污泥—污泥填埋—土壤”。隨著時(shí)間推移，城市化率增大，人口增多，這一通路呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。以1991、2000和2010年3a平均值計(jì)算，食物源碳氮磷元素最終流向土壤的比例分別為13.1%、69.3%、87.3%。由于碳元素主要通過人體代謝以二氧化碳形式排入大氣，大氣碳占食物源碳的比例為84.5%。

人口增加、食物結(jié)構(gòu)改變和奢侈型消費(fèi)綜合作用造成的食物源總量增加，食物源碳氮磷消費(fèi)量分別從1991年的92279、5986、488 t上升至2010年的179140、12593、1173 t。隨著時(shí)間推移，流向水體介質(zhì)的氮磷元素比例逐年降低，食物源氮磷流向水體的比例分別從1991年的26.0%、10.1%下降至2010年的18.6%、8.8%，而食物源氮磷流向土壤的比例分別從1991年的65.1%、83.1%上升至74.0%、89.5%，出現(xiàn)向土壤介質(zhì)轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)。綜合上文氮磷元素在水體和土壤介質(zhì)的環(huán)境負(fù)荷量分析發(fā)現(xiàn)，盡管污水進(jìn)入城鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)的比例增加、元素去除率隨技術(shù)革新和排放標(biāo)準(zhǔn)提高而提高，水體環(huán)境負(fù)荷在總量上并未減少，反而呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)；元素流動(dòng)路徑發(fā)生了變化，原本流向水體的元素因?yàn)樘幚砑夹g(shù)改革轉(zhuǎn)移到土壤。

食物消費(fèi)的最終目的是攝取食物中的營(yíng)養(yǎng)，從結(jié)果看出，食物源碳氮磷元素流向新增人口體內(nèi)的比例下降，食物源碳氮磷轉(zhuǎn)移到人體以外的匯。新增人口體內(nèi)碳氮磷占食物源的比例極低，2010年分別為0.3%、0.5%、1.6%。食物有效利用率低與人體是一個(gè)開放系統(tǒng)有關(guān)，人體必須時(shí)刻不停地從外部環(huán)境獲取能量以維持自身體溫和其它正常生理活動(dòng)，這部分物質(zhì)和能源的消耗不可避免。由于食物的不可完全利用特點(diǎn)和居民過度消費(fèi)食物的現(xiàn)象，使得原本可利用的部分食物成為廚余垃圾，2010年廚余垃圾中碳氮磷占食物源比例分別為13.7%、32.2%、70.3%，這部分物質(zhì)和能源的消耗可以通過節(jié)約消費(fèi)減少。

4 結(jié)論

本研究運(yùn)用元素流分析法，對(duì)廈門市1991—2010年居民食物源碳氮磷元素物質(zhì)流特征及其環(huán)境負(fù)荷進(jìn)行了綜合分析。從環(huán)境負(fù)荷總量上看，大氣、水體、土壤三種介質(zhì)的環(huán)境負(fù)荷總量均隨城市化率和人口增長(zhǎng)同步增加，增幅最為明顯的是：大氣碳從1991年的74859 t/a增長(zhǎng)至2010年的149763 t/a；土壤氮從1991年的3897 t/a增長(zhǎng)至2010年的9323 t/a，土壤磷從1991年的406 t/a增長(zhǎng)至2010年的1049 t/a。表 1將本研究結(jié)果與相關(guān)研究進(jìn)行比較，由于研究區(qū)域和部分環(huán)節(jié)計(jì)算方法的不同，計(jì)算結(jié)果有所不同，但本研究建立了食物源碳氮磷城市代謝統(tǒng)一研究框架，使得不同區(qū)域、不同元素之間可作橫向比較。

食物源代謝過程中通量最大的代謝路徑為“食物—食物攝入—人體糞尿—未還田糞尿—污水處理—污泥—污泥填埋—土壤”。研究區(qū)的食物源碳氮磷主要引起土壤和水體的環(huán)境負(fù)荷，隨著城鎮(zhèn)化水平的提高，人口和食物消費(fèi)量的增加，使得進(jìn)入環(huán)境的碳氮磷元素總量隨之增加，盡管過去十多年里，研究區(qū)污水處理廠規(guī)模增大、污水排放標(biāo)準(zhǔn)提高，但仍無法逆轉(zhuǎn)土壤和水體中碳氮磷增加的趨勢(shì)。從比例上看，進(jìn)入水體的碳氮磷元素占環(huán)境總負(fù)荷量的比例逐年顯著遞減，而進(jìn)入土壤介質(zhì)的顯著增加。食物源碳氮磷流向人體的比例極低，2010年比例分別為0.3%、0.5%、1.6%；同時(shí)由于食物的不可完全利用特點(diǎn)和居民過度消費(fèi)食物的現(xiàn)象，食物源流向廚余垃圾的比例過高，2010年比例分別為13.7%、32.2%、70.3%，這使得食物源碳氮磷元素利用率更低。在制定政策減小研究區(qū)食物源碳氮磷的環(huán)境負(fù)荷時(shí)，可以從以下幾個(gè)方面考慮：(1)增大食物的有效食用比例，提倡節(jié)約型消費(fèi)，使原本進(jìn)入廚余垃圾途徑的食物碳氮磷流向人體；(2)資源化利用污泥。隨著污水處理率的提高，污泥的產(chǎn)量也越來越大，目前采取的處置方式是污泥堆肥。這種填埋方式的問題是污泥中的富營(yíng)養(yǎng)物在無防滲情況下進(jìn)入土壤介質(zhì)。從經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、資源的開發(fā)利用、城市生態(tài)環(huán)境的保護(hù)等方面來看，污泥處置的較理想出路是污泥制磚；(3)資源化利用廚余垃圾。城鎮(zhèn)廚余垃圾可通過堆肥、發(fā)酵等方法資源利用，生產(chǎn)肥料和飼料并輸入農(nóng)村進(jìn)行二次利用。

[1] Turner W R, Nakamura T, Dinetti M. Global urbanization and the separation of humans from nature. Bioscience, 2004, 54(6): 585- 590.

[2] Liu Y. Exploring the relationship between urbanization and energy consumption in China using ARDL (autoregressive distributed lag) and FDM (factor decomposition model). Energy, 2009, 34(11): 1846- 1854.

[3] Huang S L, Chen C W. Urbanization and socioeconomic metabolism in Taipei. Journal of Industrial Ecology, 2009, 13(1): 75- 93.

[4] Pickett S T A, Cadenasso M L, Grove J M, Nilon C H, Pouyat R V, Zipperer W C, Costanza R. Urban ecological systems: linking terrestrial ecological, physical, and socioeconomic components of metropolitan areas// Marzluff J M, ed. Urban Ecology: An International Perspective on the Interaction Between Humans and Nature. New York: Springer, 2008: 99- 122.

[5] Wu Y Q, Yan M C, Xu L F. Review on the research of emergy-based urban metabolism. Ecology and Environmental Sciences, 2009, 18(3): 1139- 1145.

[6] Decker E H, Elliott S, Smith F A, Blake D R, Rowland F S. Energy and material flow through the urban ecosystem. Annual Review of Energy and the Environment, 2000, 25(1): 685- 740.

[7] Sahely H R, Dudding S, Kennedy C A. Estimating the urban metabolism of Canadian cities: Greater Toronto Area case study. Canadian Journal of Civil Engineering, 2003, 30(2): 468- 483.

[8] Kennedy C, Cuddihy J, Engel Yan J. The changing metabolism of cities. Journal of Industrial Ecology, 2007, 11(2): 43- 59.

[9] Barles S. Feeding the city: Food consumption and flow of nitrogen, Paris, 1801—1914. Science of the Total Environment, 2007, 375(1/3): 48- 58.

[10] Feng Z M, Shi D F. Chinese food consumption and nourishment in the latest 20 years. Resources Science, 2006, 28(1): 2- 8.

[11] Luo T W, Ouyang Z Y, Wang X K, Miao H, Zheng H. Dynamics of urban food-carbon consumption in Beijing households. Acta Ecologica Sinica, 2005, 25(12): 3252- 3258.

[12] Wang W X, Wu K Y, Liu X W. Differences and trends of food-carbon consumption between urban and rural households: a case study of Anhui province. Resources and Environment in the Yangtze Basin, 2010, 19(10): 1177- 1184.

[13] Chakravarty S, Chikkatur A, De Coninck H, Pacala S, Socolow R, Tavoni M. Sharing global CO2emission reductions among one billion high emitters. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2009, 106(29): 11884- 11888.

[14] Fissore C, Baker L A, Hobbie S E, King J Y, Mcfadden J P, Nelson K C, Jakobsdottir I. Carbon, nitrogen, and phosphorus fluxes in household ecosystems in the Minneapolis-Saint Paul, Minnesota, urban region. Ecological Applications, 2011, 21(3): 619- 639.

[15] Baker L A, Hartzheim P M, Hobbie S E, King J Y, Nelson K C. Effect of consumption choices on fluxes of carbon, nitrogen and phosphorus through households. Urban Ecosystems, 2007, 10(2): 97- 117.

[16] Warren-Rhodes K, Koenig A. Escalating trends in the urban metabolism of Hong Kong: 1971—1997. Ambio, 2001, 30(7): 429- 438.

[17] Forkes J. Nitrogen balance for the urban food metabolism of Toronto, Canada. Resources, Conservation and Recycling, 2007, 52(1): 74- 94.

[18] Li G L, Bai X, Yu S, Zhang H, Zhu Y G. Urban phosphorus metabolism through food consumption. Journal of Industrial Ecology, 2012, 16(4): 588- 599.

[19] Yu Y, Cui S H, Zhao S N, Meng F X, Li F. Changes of residents nitrogen consumption and its environmental loading from food in Xiamen. Acta Ecologica Sinica, 2012, 32(19): 5953- 5961.

[20] Wang H N, Zhao X F, Tang L N, Cui S H, Li G L. Changes in phosphorus consumption and its environmental loads from food by residents in Xiamen City(Accepted). Acta Ecologica Sinica, doi: 10.5846/stxb201204180553.

[21] Nie Z Y, Liang X Q, Xing B, Ye Y S, Qian Y C, Yu Y W, Bian J Y, Gu J T, Liu J, Chen Y X. The current water trophic status in Tiaoxi River of Taihu Lake watershed and corresponding coping strategy based on N/P ratio analysis. Acta Ecologica Sinica, 2012, 32(1): 48- 55.

[22] Huang H P, Bi J, Zhang B, Li X M, Yang J, Shi L. A critical review of material flow analysis (MFA). Acta Ecologica Sinica, 2007, 27(1): 368- 379.

[23] Chen B, Yang J X, Shi Y, Ouyang Z Y. Framework and indicator system of urban material flow analysis. Acta Ecologica Sinica, 2010, 30(22): 6289- 6296.

[24] Shi L, Lou Y. Methodology and procedure for urban-wide material flows analysis. Research of Environmental Sciences, 2008, 21(4): 196- 200.

[25] Song Y C, You W H, Wang X R. Urban Ecology. Shanghai: East China Normal University, 2000.

[26] Yadav K D, Tare V, Ahammed M M. Vermicomposting of source-separated human faeces for nutrient recycling. Waste Management, 2010, 30(1): 50- 56.

[27] Karak T, Bhattacharyya P. Human urine as a source of alternative natural fertilizer in agriculture: A flight of fancy or an achievable reality. Resources, Conservation and Recycling, 2011, 55(4): 400- 408.

[28] IPCC. 2006 IPCC guidelines for national greenhouse gas inventories. 2006.Hayama, Japan: IGES. 2006.

參考文獻(xiàn):

[5] 吳玉琴, 嚴(yán)茂超, 許力峰. 城市生態(tài)系統(tǒng)代謝的能值研究進(jìn)展. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2009, 18(3): 1139- 1145.

[10] 封志明, 史登峰. 近20年來中國(guó)食物消費(fèi)變化與膳食營(yíng)養(yǎng)狀況評(píng)價(jià). 資源科學(xué), 2006, 28(1): 2- 8.

[11] 羅婷文, 歐陽志云, 王效科, 苗鴻, 鄭華. 北京城市化進(jìn)程中家庭食物碳消費(fèi)動(dòng)態(tài). 生態(tài)學(xué)報(bào), 2005, 25(12): 3252- 3258.

[12] 王文秀, 吳開亞, 劉曉薇. 城鄉(xiāng)居民食物碳消費(fèi)變化與差異分析——以安徽省為例. 長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境, 2010, 19(10): 1177- 1184.

[19] 于洋, 崔勝輝, 趙勝男, 孟凡鑫, 李飛. 城市居民食物氮消費(fèi)變化及其環(huán)境負(fù)荷——以廈門市為例. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2012, 32(19): 5953- 5961.

[20] 王慧娜, 趙小鋒, 唐立娜, 崔勝輝, 李桂林. 城市居民食物磷素消費(fèi)變化及其環(huán)境負(fù)荷——以廈門為例. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2013, 33(14): 4495- 4504.

[21] 聶澤宇, 梁新強(qiáng), 邢波, 葉玉適, 錢軼超, 余昱葳, 邊金云, 顧佳濤, 劉瑾, 陳英旭. 基于氮磷比解析太湖苕溪水體營(yíng)養(yǎng)現(xiàn)狀及應(yīng)對(duì)策略. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2012, 32(1): 48- 55.

[22] 黃和平, 畢軍, 張炳, 李祥妹, 楊潔, 石磊. 物質(zhì)流分析研究述評(píng). 生態(tài)學(xué)報(bào), 2007, 27(1): 368- 379.

[23] 陳波, 楊建新, 石垚, 歐陽志云. 城市物質(zhì)流分析框架及其指標(biāo)體系構(gòu)建. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2010, 30(22): 6289- 6296.

[24] 石磊, 樓俞. 城市物質(zhì)流分析框架及測(cè)算方法. 環(huán)境科學(xué)研究, 2008, 21(4): 196- 200.

[25] 宋永昌, 由文輝, 王祥榮. 城市生態(tài)學(xué). 上海: 華東師范大學(xué)出版社, 2000.

Characterizing the urban metabolism of food-sourced carbon, nitrogen, and phosphorous: a case study of Xiamen

WANG Jin1,2, LIN Tao1,2,*

1KeyLaboratoryofUrbanEnvironmentandHealth,InstituteofUrbanEnvironment,ChineseAcademyofSciences,Xiamen361021,China2XiamenKeyLaboratoryofUrbanMetabolism，Xiamen361021,China

Under the background of rapid urbanization process, cities need more and more substance and energy to maintain. The direction of material flow changes along with the urban development. Urban metabolism studies the material and energy flows arising from urban socioeconomic activities as well as regional and global biogeochemical processes. Food consumption takes an assignable part of substantial input and continues to grow with rapid urbanization process. The unutilized part of CNP (Carbon, Nitrogen and Phosphorous) in food may cause environment problems. The imbalance of urban metabolism is the root of environment problems. It is urgent to investigate the process of food-sourced CNP and to find out the ways to reduce environmental load.

Substance flow analysis (SFA) method focuses on the flow of a certain chemical element and considers all related transformation and transition of this element. Based on SFA method, food-sourced CNP metabolism processes in urban system were characterized systematically in this paper. We focused on three main metabolic processes (food consumption, waste disposal and human metabolism) to analyze the similarity and difference among the urban metabolism of food-sourced CNP substance. We found that CNP share many links in metabolic path but have its unique characteristic independently. After considering about these, we built up the framework of food-sourced CNP metabolism process and make it possible to study these three elements simultaneously and systematically.

We took Xiamen as a case city to trace the urban metabolism of food-sourced CNP from 1991 to 2010. We calculated the flux of food-sourced CNP metabolism in Xiamen, which starts from food consumption and ends in human body or emission to the environment.

The results showed that: 1) The most increasing environmental load of food-sourced CNP are carbon in air (from 74859 t/a to 149763 t/a), nitrogen in soil (from 3897 t/a to 9323 t/a) and phosphorous in soil (from 406 t/a to 1049 t/a); 2) The path with maximum flux is “food—food eating—human fecaluria—wastewater treatment—sludge—sludge landfill—soil”; 3) The urban metabolism of food-sourced CNP mainly resulted in the increasing of loading in soil and water body; 4) The part of food-sourced CNP that stored in human body is extremely low with the proportions of 0.3%, 0.5% and 1.6% in 2010; 5) The proportions of CNP in kitchen waste to that in food source were 13.7%, 32.2% and 70.3% respectively, which had great potential of reduction management.

Some advices to reduce CNP environment loading and optimize the metabolism process systematically were provided. The advices are: 1) increasing the edible rate of food and encouraging consume food in economy way; 2) utilizing sludge from wastewater treatment to produce bricks; 3) producing fertilizer with urban kitchen waste for rural use.

food; CNP; urban metabolism; Xiamen City

廈門市科技計(jì)劃項(xiàng)目(35O2Z20130037); 中國(guó)科學(xué)院重點(diǎn)部署項(xiàng)目(KZZD-EW- 16); 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41371540, 41201598)

2013- 02- 06; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2014- 03- 13

10.5846/stxb201302060250

*通訊作者Corresponding author.E-mail: tlin@iue.ac.cn

王進(jìn)，吝濤.食物源CNP的城市代謝特征——以廈門市為例.生態(tài)學(xué)報(bào),2014,34(21):6366- 6378.

Wang J, Lin T.Characterizing the urban metabolism of food-sourced carbon, nitrogen, and phosphorous: a case study of Xiamen.Acta Ecologica Sinica,2014,34(21):6366- 6378.