1.5.2　乡村绿色人居单元的科学基础

通过对现状的反思可以看出，架构新的物质和能量代谢体系，是本书针对现有的人居环境建设模式提出的改良方法。一种代谢体系若要运行的良好，必须具有一个相对完整且独立的系统，因此在本书的研究过程中需要借助系统论的基本思想。另外，生物学和生态学基本原理与本书构建核心有着紧密的关联，既是本书的研究过程中的重要依据，也契合本书的研究目的。为了后文更清晰地阐述乡村绿色人居单元的含义，有必要在此之前将这些原理对本书的引导作用进行简要说明。

1）系统论原理

（1）系统的整体性和层次性

整体性是系统最基本的一种特性。系统之所以成为系统，首先必须要有整体性。钱学森认为：“系统是由许多部分组成的整体，所以系统的概念就是要强调整体，强调整体是由相互关联、相互制约的各个部分所组成。系统工程就是从对系统的认识出发，设计和实施一个整体，以求达到我们所希望得到的效果。”可见系统整体性的重要性及其实践意义。

层次性是指，由于组成系统诸要素的种种差异，包括结合方式上的差异，从而使系统组织在地位与作用、结构与功能上表现出等级秩序性，形成了具有差异的系统等级。层次的概念就是用来反映这种差异的不同系统等级或系统中的等级差异性。系统是由要素组成的，一种系统被叫作系统，实质上是相对于它的子系统即要素所言，而它自身则是上级系统的子系统，也就是上级系统的构成要素。由此可见，系统与其子系统之间是一种整体与部分、系统和要素之间的关系。

还原论认为宇宙是一个机械系统，最终都能还原为在一个决定性力量控制之下的个别微粒的行为，从而简化研究对象，以便更容易、更清晰地解释科学的结果。在针对一些有机生命系统的分析中，简单的分解和还原无法解释复杂系统或有机整体的功能和性质，所以必须站在系统整体性的水平上，综合了解系统发生、发展、演变的过程，才有可能真正把握事物的内在规律。

本书的研究思想和当前城市无限扩张的模式大相径庭，其核心是倡导利用自身资源构建小规模整体系统，该系统又作为上级系统的子系统，既要在各层级构建完整的系统，又要区分不同层次，使各层次之间相互关联、相互制约。因此在研究过程中需要同时利用“整体”和“还原”的方法，既要统一系统的整体思想，保证系统的协调发展，又要将复杂系统中的子系统孤立出来，研究其组成成分，而层次性原则恰好能作为连接两者的桥梁。

（2）控制论系统

控制论主要用于研究包括人在内的生物系统和包括工程在内的非生物系统，以及两者之间的系统内部联系、控制、组织、稳定、计算及其与周围环境的相互反馈作用。本书的研究对象是以生活、生产为主的生物系统和以基础设施为主的非生物系统，以及将生物系统和非生物系统融为一体的系统架构方式，因此控制论是必要的借助手段。

（3）社会、技术、空间的协同论

系统的协同论指出，当一个系统的内部结构、功能和使用方式协调发展时，其整体效应往往大于各部分效应的简单加和；相反，若各部分之间不能协调发展，其整体效应也会大大降低。由于本书研究对象的实质是一个复合且具有特定目的的生态系统，因此在研究过程中，必须在整体观念的指导下，深入分析系统内各子系统的性质、特点及相应关系，统一协调局部与整体、当前与长远、资源开发利用与环境保护之间的关系，在满足人的需求的同时，保障生态系统的良性循环和稳定发展。

生产、生活、生态是立足“人”这个核心，提炼性地描述人与所生活的环境间需求与限制的完整关系的一组结构性要素。向上，它能够对应可持续发展理论的社会、技术和空间，通过对三方面关键要素的合理抽取和重组，成为核心价值的承载者；向下，分别对应农业、住区、自然三大系统，以之作为物质载体；面向城市农业实施层面，可以打散重组为社会、技术与空间三个实践的保障性要素（图1.18）。实现社会、技术、空间三系统的协调发展，不仅要构建与功能相匹配的结构，也需要各系统之间的运行规律一致，只有充分考虑相互之间的关联性与协调性，才能保证系统整体的稳定运行和最大效率。

图1.18　社会、空间、技术三系统之间的协同作用

2）生物学原理

（1）自生原理

自生原理包括自我组织、自我优化、自我调节等一系列机制。生物的自生作用维持了系统相对稳定的结构和功能，使其能更好地适应对系统施加胁迫的周围环境，同时，系统也能经过一系列过程，提高环境的适宜程度。自生原理在传统自然村落中有明显的体现。它们像生命体一样，具有良好的机理与形态，与自然环境高度融合，并按照符合自然环境要求的形式生长。自生原理是对环境适应性的最佳阐释，如果人居环境能达到自我生长与调节，依靠自身生产养分和能源，也能够利用自身消化废物，便不会为外界带来环境和资源压力。

（2）细胞原理

细胞是生物体形态结构和生命活动的基本单位。其自身是一个完整的生命体，内部要素众多，结构同样复杂且互相之间存在高度协同作用。不同类型的细胞通过协同作用聚集在一起构成器官，而不同的器官最终构成生物体个体，由细胞到生物体个体的构建过程体现了一个系统如何由最低级最简单的单位通过层层的协同作用构建出最高级存在形式。细胞的生长方式不是个体的无限扩大，而是通过分裂的方式进行，说明细胞自身的系统机能存在限值，细胞只能在限值以内才能保持健康状态，如果超出这个范围，就会分裂出新的细胞，也就是一套新的系统。细胞的这些特性构成了一个具有完整机制的生物体，这种生存与发展方式在各个研究领域中都有一定的借鉴作用。

（3）生态学原理

①生态系统的物质循环和能量流动。生态系统是指在一定的自然区域内，所有生物与非生物之间由于不停地进行物质循环和能量流动而形成的一个相互影响、相互作用并具有自我调节功能的统一整体。所有的生态系统都是由非生物环境、生产者、消费者和分解者四种基本要素组成，各组成要素之间通过物质的传递构成了生态系统的营养结构。营养结构具有循环性，具体表现为：生产者利用太阳能将有机体维持生命体征所需的要素从无机物的形式转化为有机物，被初级消费者食用之后，以层级的形式流向高级消费者体内，最后，动植物残体被微生物分解利用，以无机物的形式归还环境，供生产者再利用（图1.19）。物质的循环过程中必定伴随着能量的流动：生产者将太阳能转化成自身的化学能，通过食物链的作用，能量能够在各级生物之间进行单向递减的流动过程。

图1.19　生态系统的物质循环（左）和能量流动（右）

物质和能量带动了生态系统的运行，两者的区别在于：物质能够以不同的形式存在，用循环的方式不断参与到生态系统中，而能量在逐级转移过程中存在损耗，最终会完全消失。《中国传统农业生态文化》一书中详细描述了耕田施肥的整个过程，表明在农田不断耕作的情况下，只要及时补充各种养分，就可以保持土壤的肥力和农业的持续发展；而合理利用能量流动能够帮助人们调整生态系统中各要素之间的关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。所以在现代乡村人居环境系统的营建中，不要只把它看作一个承载人类生存的机制，更应当作是一个可以不断更新的有机体，而实现这一过程，有赖于农业有机废物的充分利用，这对于我们理解乡村人居环境建设具有非常现实的意义。

②食物链原理。食物链是生物之间通过食与被食而连接起来的链状营养关系，其功能是把生物与非生物、生产者与消费者、初级消费者与高级消费者连成一个整体，将系统中的物质与能量从植物开始，逐级转移到大型肉食动物。生态系统中不同的食物链相互交叉，形成的复杂的网络式结构叫作食物网。生态系统中的物质流动和能量循环都是通过食物链和食物网进行。

食物链原理是生态学中一个十分重要的科学原理，其中蕴含了很多深层次的启示：如果改变食物链某个节点的内容，那么在该节点之后会相应得到不同种类的生物；如果让食物链中某个节点增大或减小，那么其后多个节点也会进行相应的变化；只要遵循生物学规律进行架构，食物链就会有多种组合形式。实际上，食物链原理和生态系统中物质能量的流动属于同一个流动过程，只是食物链是具象的表达，而物质与能量属于抽象的表达。在产业生态学中，为了优化生态系统内物质、能量的流动和转换过程，往往会利用增加环节或者改变链条流向的方式调节食物链的结构。同样，在人居环境建设过程中，只要构建适宜的食物链，将系统内部的各种废弃物都作为食物链上的一个环节加以利用，那么人居环境建设里的资源环境问题就能够很容易解决。

③生态学原理的基本特征。虽然地球上不同自然环境的外貌千差万别，导致自然生态系统也各有不同，但它们具有共同的生态学原理基本特征。首先是无任何废弃物产生。在生态系统中，物种与物种之间形成复杂的食物链和食物网，能量、物质在生产者、消费者、分解者及环境之间流动并能够被逐级利用，无任何废弃物产生。其次是自我维持和调控能力。任何一个自然生态系统中的生物与其环境条件在经过长期进化适应后，都能使系统具有自动协调、控制和维持相互协调关系的能力，并在面临环境变化时保持相对稳定。第三是一定的地域性特征。生态系统包含地域和空间的概念，不同的空间生态条件下存在与之相适应的生物类群，反映了一定的地域性特征。最后是健康与可持续发展特性。自然生态系统为人类的生存与发展提供了良好的物质基础和生存环境，支持着全球生命系统。