高校校園生態(tài)系統(tǒng)可控性

1、高校校園生態(tài)系統(tǒng)可控性生態(tài)學(xué)報(bào) 第三十五卷 第二十一期 2015.11萬(wàn)皓、林智莉等上海大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院在環(huán)境問題日趨嚴(yán)重的背景下,人類一直在探索將城市生態(tài)系統(tǒng)改造成能夠自身循環(huán)、更好利用可再生能源、同時(shí)大幅減少排放的受控系統(tǒng),但由于該系統(tǒng)的復(fù)雜度太高,可控程度較低,其實(shí)現(xiàn)難度很大。 高校校園可視為比較典型的城市生態(tài)系統(tǒng)的子系統(tǒng),在合理的管控與現(xiàn)代信息技術(shù)的支持下,高校校園最有可能實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)可控化建設(shè)。對(duì)四個(gè)主要生態(tài)流(物質(zhì)流、能量流、人口流、信息流)在高校生態(tài)系統(tǒng)中的作用進(jìn)行理論闡述,針對(duì)具有中國(guó)特色、學(xué)生大規(guī)模集中居住的高校校園,提出了一種新的受控生態(tài)系統(tǒng)改造方案。 通過對(duì)現(xiàn)有校園

2、生態(tài)工程技術(shù)進(jìn)行組裝,完成校園生態(tài)系統(tǒng)基礎(chǔ)構(gòu)筑。 利用綜合的校園生態(tài)系統(tǒng)信息流管理平臺(tái)監(jiān)管校園物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)、人口流動(dòng),探討了可實(shí)現(xiàn)的高校受控生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)模式,最終提出了高校受控生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)的理論模型,以期達(dá)到高校校園物質(zhì)與能源利用效率最大化,降低碳排放,改善局部小型氣候群,進(jìn)而改善環(huán)境大氣候。 研究結(jié)果如能較好的應(yīng)用到實(shí)踐中,將為城市生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)提供重要參考,意味著現(xiàn)代生態(tài)學(xué)將為人類發(fā)展作出一定的貢獻(xiàn)。 摘要研究背景我國(guó)目前建有各類高校近2000多所,學(xué)生總數(shù)超過2500萬(wàn)人,各高校逐漸成為重點(diǎn)能源消耗大戶,建設(shè)綠色節(jié)約型高校勢(shì)在必行,此外,高校是高新科技的發(fā)源地,高校學(xué)生是未來社會(huì)的

3、精英,為這個(gè)群體提供生態(tài)服務(wù)有利于對(duì)未來社會(huì)生態(tài)可持續(xù)環(huán)境的友好發(fā)展打下思想基礎(chǔ)。 建設(shè)高校受控生態(tài)系統(tǒng)成為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的必然選擇。 中國(guó)高校整體可控生態(tài)系統(tǒng)化建設(shè)與國(guó)外分散式、開放式校園相較的優(yōu)勢(shì)是:中國(guó)高校普遍具有半封閉特征,大規(guī)模人群集中居住、活動(dòng)(約95%的學(xué)生宿居校園),形成“圍墻冶模式,其內(nèi)部可控性較強(qiáng)。 高校生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜多樣性促進(jìn)可再生能源利用,集中可控性實(shí)現(xiàn)了受控生態(tài)系統(tǒng)理論物質(zhì)能源管理模式和技術(shù)體系的創(chuàng)新。 由國(guó)內(nèi)外的科研與實(shí)踐可見,高校都是通過局部節(jié)能減排措施以達(dá)成某一單方面的可持續(xù)性發(fā)展建設(shè)目標(biāo),但未進(jìn)行整體規(guī)劃和可控化構(gòu)建,容易顧此失彼。 因此,形成整體可控化構(gòu)建有利

4、于平衡各項(xiàng)目標(biāo),本文進(jìn)一步提出受控高校生態(tài)系統(tǒng)的整體建設(shè)框架。 2001年北美432 所高校簽署 Talloires Declaration 協(xié)議,加入高?？沙掷m(xù)發(fā)展建設(shè)。 2005 年成立 SEI (Sustainable Endowments Institute),該組織實(shí)時(shí)記錄各大高校生態(tài)、節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展建設(shè)或改建狀況,形成定期匯報(bào)各大高校生態(tài)節(jié)能改造項(xiàng)目。 其中,耶魯大學(xué)、迪金森學(xué)院、美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)等實(shí)行了校園可持續(xù)性改造:構(gòu)建雨水管理系統(tǒng);生物鍋爐改造,發(fā)展生物柴油廠、大型校園地?zé)崮?新建或者改造樓宇必須符合綠色建筑評(píng)估體系高級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及以上要求;采取節(jié)能措施,如能源管理系統(tǒng)、電力計(jì)

5、量、節(jié)能照明、溫控等;從節(jié)能教育管理著手,通過可替代燃料校車改造,以及學(xué)生教職工乘車優(yōu)惠激勵(lì)政策。 高校受控生態(tài)系統(tǒng)理論模型受控生態(tài)系統(tǒng)是指受人工控制的規(guī)模較大的生態(tài)系統(tǒng),通過對(duì)輸入以及系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能的管理調(diào) 控,達(dá)到系統(tǒng)最優(yōu)產(chǎn)出。 校園生態(tài)系統(tǒng)的功能是由其中互相聯(lián)系、互相作用、互相促進(jìn)的物質(zhì)流、能量流、人口流、資金流和信息流 來完成的,這些流稱為生態(tài)流物質(zhì)流物質(zhì)流I.G.Mason等提出校園物質(zhì)循環(huán)的“零排放冶構(gòu)想,“零排放冶是一種理想狀態(tài),以高校生態(tài)系統(tǒng)作為實(shí) 踐地,構(gòu)建豐富層次的生態(tài)結(jié)構(gòu),增強(qiáng)其自我更新和抵抗外來干擾的能力,并形成小型生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部自循環(huán), 逐步實(shí)現(xiàn) “趨零排放冶。 高

6、校生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)主要包括水循環(huán),碳循環(huán),固廢循環(huán)。典型耗材循環(huán)碳循環(huán)水循環(huán)校園水循環(huán)校園水循環(huán)涵蓋市政供水系統(tǒng),中水系統(tǒng),雨水收集系統(tǒng)三方面。校園碳循環(huán)有機(jī)碳主要以食材的形式進(jìn)入校園,將后勤物流信息系統(tǒng)升級(jí)為定量化核算系統(tǒng),計(jì)算每天進(jìn)入校園生 態(tài)系統(tǒng)的含碳物質(zhì)總量,通過對(duì)購(gòu)入食材的總量與廚房產(chǎn)生的廚余垃圾與泔水的差值得出師生共消耗的物質(zhì) 總量,通過對(duì)食材的消耗和轉(zhuǎn)化形式的定量化分析,可以達(dá)到對(duì)校園碳循環(huán)進(jìn)行合理管控的目的。 另一方面, 校園綠化系統(tǒng)固定二氧化碳,運(yùn)用自然生態(tài)系統(tǒng)理論,通過對(duì)校園綠化面積和種類的分析以及氣候條件的分析,定量化得出校園綠化系統(tǒng)對(duì)碳循環(huán)的貢獻(xiàn)。 將有機(jī)碳的量化信息整

7、合到信息流系統(tǒng)中,形成校園生態(tài)系統(tǒng)受控碳循環(huán)。 高校耗材具有典型性、集中性、重復(fù)性等特征,人流物流具有周期性,倡導(dǎo)、組織學(xué)生進(jìn)行校園垃圾分類工 作,實(shí)現(xiàn)可回收垃圾的最大化分揀,形成校園垃圾分類系統(tǒng),提高利用效率的同時(shí)還可以將垃圾輸出量減 到最低;其次,以信息流為核心,結(jié)合電子商務(wù)等技術(shù)手段搭建二手物品交易平臺(tái),對(duì)自行車、書籍、電子產(chǎn)品等耗材進(jìn)行實(shí)時(shí)回收利用,在高校內(nèi)部形成自循環(huán);建立校園宣傳無(wú)紙化環(huán)境等等,這些舉措都可以 在降低物質(zhì)和能源輸入、減少?gòu)U棄物輸出的同時(shí)不影響甚至改善學(xué)生的生活質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)低碳環(huán)保的校園建設(shè)。 固體廢棄物校園典型耗材的循環(huán)能量流校園建設(shè)及運(yùn)行供能以市政供能為主,輔以太陽(yáng)

8、能、風(fēng)能等可再生能源,餐廚垃圾、生活垃 圾、生活污水等生物質(zhì)能可作為潛在的能源來源,通過技術(shù)組裝實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)化再利用。 高校市政供能以水、 電、煤、天然氣、成品油等為主,通過校園能耗使用平臺(tái),對(duì)校園內(nèi)各建筑、鍋爐等能量轉(zhuǎn)換設(shè)施進(jìn)行統(tǒng)一管理, 分析其用能特性,找出節(jié)能空間,并制定技術(shù)改造方案措施,以達(dá)到用能減量化的目的。人口流人口流作為生態(tài)流的核心,一方面人對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用;另一方面,以人為本的 思想指導(dǎo)下,建立良好的生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)對(duì)象是人類本身。 提升高校師生對(duì)生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)的參與度,形成 “3E(Environment,Education,Economic)良性循環(huán),將有

9、效地促進(jìn)新型高校受控生態(tài)系統(tǒng)的形成。 高校特色生態(tài)教育是輔助管控人口流的有效手段。 首先,現(xiàn)有的教育生態(tài)學(xué)表明,學(xué)校所具有的規(guī)模和 組織結(jié)構(gòu)、所提供的物質(zhì)環(huán)境、推崇的價(jià)值觀念、熔鑄的行為模式等等,構(gòu)成了受教育個(gè)體的學(xué)習(xí)情境,他們對(duì)受教育者行為造成了明顯的影響。 其次,生態(tài)舒適度的提高,讓人們感受到生態(tài)、節(jié)能帶來的便捷舒適的同時(shí),能夠讓人們直接、間接地受到環(huán)境熏陶,進(jìn)而影響人口流動(dòng)與人口的用能方式。 校園生態(tài)工程 校園生態(tài)工程的目標(biāo)是促進(jìn)自然界良性循環(huán)的前提下,充分發(fā)揮資源的生產(chǎn)潛力, 防治環(huán)境污染,達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益同步發(fā)展。 它可以是縱向的層次結(jié)構(gòu),也可以發(fā)展為幾個(gè)縱向工藝鏈鎖橫向聯(lián)系而成的網(wǎng)狀工程系統(tǒng)。校園生態(tài)工程利用自然能源作為輔能,充分發(fā)揮可再生資源的生產(chǎn)潛力,是受控校園生態(tài)系統(tǒng)的技術(shù)支撐。 總結(jié)總結(jié) 高校受控生態(tài)系統(tǒng)的核心是信息流,如圖7所示,校園生態(tài)系統(tǒng)中各生態(tài)流之間相互作用,通過物質(zhì)流、能量流內(nèi)循環(huán)模式對(duì)校園生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行可持續(xù)生態(tài)化建設(shè),對(duì)人口流動(dòng)的監(jiān)管,以及生態(tài)節(jié)能意識(shí)教育,促使高校形成高級(jí)受控生態(tài)系統(tǒng)。 高校校園受控生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)具有較高的可行性,本文作者及其團(tuán)隊(duì)正在以某大學(xué)為實(shí)踐地,將本文核心思 想校園受控生態(tài)系統(tǒng),