1、第二章第二章 工业生态学理论框架工业生态学理论框架与研究方法与研究方法w主要内容：主要内容：w工业生态学的基本概念及理论依据工业生态学的基本概念及理论依据w工业生态系统与自然生态系统的对比分析工业生态系统与自然生态系统的对比分析w工业生态系统的进化过程及现代工业发展模式工业生态系统的进化过程及现代工业发展模式w实现工业生态化的方法及实施途径实现工业生态化的方法及实施途径第一节第一节 工业生态学的概念及理论基础工业生态学的概念及理论基础 工业生态学是一门新兴的综合型交叉学科，是生态、环工业生态学是一门新兴的综合型交叉学科，是生态、环境、能源、经济、信息技术、系统工程等多学科交叉融合而境、能源、经
2、济、信息技术、系统工程等多学科交叉融合而形成的。作为生态工业的基础学科，它研究的是工业系统与形成的。作为生态工业的基础学科，它研究的是工业系统与自然环境之间的相互作用及相互联系，为工业系统与自然环自然环境之间的相互作用及相互联系，为工业系统与自然环境间的协调发展提供全新的理论框架及具体的、可供操作的境间的协调发展提供全新的理论框架及具体的、可供操作的方法。方法。一、工业生态学定义一、工业生态学定义二、产生背景二、产生背景 纵观解决环境问题的途径和方法，大体可分为3个层次：第1层：是废物的末端治理及达标排放；第2层：是清洁生产，着眼于废物的源减少及清洁工艺和清洁产品的替代，重点是单个工业企业的生
3、产过程；第3层：是生态工业，它考虑到不同生产过程之间的物质集成和能量集成，以实现废物的循环利用和能量的高效利用。末端治理对环境污染的防治是无奈和短视的行为。它可能对工业带来的负面影响是：a.末端治理需要较多的投资，且建设周期长运行费用高，经济效益低，给政府和企业带来沉重的经济负担，并且理所当然地转嫁到消费者身上；b.生产过程中本来可以回收利用的材料没有得到回收利用，而且随三废”排入环境或填埋掉，造成资源和能源的极大浪费及二次污染等，使环境污染加剧；c.末端处理处置废物也带来环境风险，如废物填埋、贮存过程中可能造成的污染泄漏等；d.落后的生产工艺、设备可能使工人处于有毒、有害的工作环境中，生产的
4、产品可能使用户的健康受到损害。近近20年来年来,工业生态学经历了萌发、诞生和蓬工业生态学经历了萌发、诞生和蓬勃发展等几个阶段。勃发展等几个阶段。1、萌发阶段、萌发阶段 2020世纪世纪6060年代末，日本政府通产省的工业机构咨询委年代末，日本政府通产省的工业机构咨询委员会下属的员会下属的“工业工业-生态工作小组生态工作小组”在在19721972年年5 5月发表月发表“工工业生态学：生态学引入工业政策的引论业生态学：生态学引入工业政策的引论”的报告。的报告。19831983年，比利时的政治研究与信息中心出版了年，比利时的政治研究与信息中心出版了比利比利时生态系统：工业生态研究时生态系统：工业生态
5、研究专著。专著。他们认为，工业社会他们认为，工业社会是一个由生产力、流通与消费、它所用的原料与能源以及是一个由生产力、流通与消费、它所用的原料与能源以及所生产废料等构成的生态系统，可运用生态学的理论与方所生产废料等构成的生态系统，可运用生态学的理论与方法来研究现代工业社会运行机制。法来研究现代工业社会运行机制。三、工业生态学的产生与发展三、工业生态学的产生与发展2、工业生态学的诞生、工业生态学的诞生 19891989年年9 9月，由美国通用汽车公司的研究部副总裁罗伯月，由美国通用汽车公司的研究部副总裁罗伯特特福罗什福罗什(Robert Froseh)(Robert Froseh)和负责发动机研
6、究的尼古拉和负责发动机研究的尼古拉斯斯加罗布劳斯加罗布劳斯(Nicolas Gallopoulos)(Nicolas Gallopoulos)在在科学美国人科学美国人上发表的题为上发表的题为可持续工业发展战略可持续工业发展战略文章中正式提出了文章中正式提出了工业生态学的概念。两位作者在这篇文章中提出：工业生态学的概念。两位作者在这篇文章中提出：“在传在传统的工业体系中，每一道制造工序都独立于其他工序，通统的工业体系中，每一道制造工序都独立于其他工序，通过消耗原料生产出即将被销售的产品和相应的废料；我们过消耗原料生产出即将被销售的产品和相应的废料；我们完全可以运用一种更为一体化的生产方式来代替这
7、种过于完全可以运用一种更为一体化的生产方式来代替这种过于简单化的传统生产方式，那就是工业生态系统。在这样的简单化的传统生产方式，那就是工业生态系统。在这样的工业生态系统里，能源和材料的消费被最优化了，工业生态系统里，能源和材料的消费被最优化了，一个过一个过程的排放物可以作为另一个过程的原材料。程的排放物可以作为另一个过程的原材料。”3、蓬勃发展的阶段、蓬勃发展的阶段 20世纪90年代初，美国科学院举行多次会议，对工业生态学的概念、内容、方法和应用前景等问题进行了研讨，形成了工业生态学的基本框架。美国电信企业AT&TAT&T官员AllenbyAllenby，于19921992年首次完成了工业生态
8、学博士论文的答辩。19931993年，清洁生产杂志(Journal of Cleaner production(Journal of Cleaner production，J JCleaner prod.)Cleaner prod.)出版，该杂志经常刊发有关工业生态学研究的文章。19931993年6 6月29 29 日，日，美国成立了可持续发展总统委员会(PCSD)(PCSD)。该委员会于19961996年1010月17171818日在VirginiaVirginia召开了有关工业生态学的重要研究领域生态工业园区(eco-industrial parks)(eco-industrial par
9、ks)的工作会议，对生态工业园区的定义、建设原则、美国生态工业园实践的情况做了研讨。19961996年，全球发行的生命周期评价杂志(the international(the international journal of life cycle assessjournal of life cycle assessmentment，IntIntJ JLCA)LCA)面市，它专门刊载工业生态学研究内容之一的生命周期评价的研究论文。19971997年，麻省工学院出版了全球第一份工业生态学杂志(journal(journal of industrial ecology)of industrial e
10、cology)，专门发表工业生态学的研究论文。1997 1997年，美国环境科学与技术(environmental science and(environmental science and technology)technology)杂志发表了“2121世纪研究的优先领域”专题报告，介绍了今后2020年需要加强关注的6个优先领域：经济与风险评估，环境监测与生态学，环境中的化学品，能源系统，工业生态学，人口。19981998年1111月，美国矿产资源局(USGS)(USGS)认为物质与能量流动的研究对于正在形成的工业生态学领域的研究具有重要的意义。20002000年，美国跨部门工作小组发表了题
11、为“工业生态学美国的物质与能量的流动”的报告，对工业生态学和物质与能量流动的关系做了阐明。20002000年在世界范围内成立了工业生态学国际学会(the(the international society for industrial ecology)international society for industrial ecology)。目前在欧美30来所大学内设有工业生态学的课程。近年来，冠以工业生态学的研究文章、专著不断涌现，有关工业生态学的网站不胜枚举。工业生态学的理论研究与实践在国外正在蓬勃开展，一门新兴的学科正在形成。4、工业生态学的特点、工业生态学的特点（1）以系统论的观点来分
12、析、解决问题；）以系统论的观点来分析、解决问题；（2）以产品及其服务为核心展开研究；）以产品及其服务为核心展开研究；（3）多学科交叉，渗透；）多学科交叉，渗透；（4）采用定量分析方法；）采用定量分析方法；（5）可操作性强；）可操作性强；（6）强调科技的推动力作用；）强调科技的推动力作用；（7）具有相当的潜力，富有挑战。）具有相当的潜力，富有挑战。工业生态学认为工业生态学认为一个工业生态系统，完全可以像一个工业生态系统，完全可以像一个生物自然系统那样循环运行：植物吸取养分，生成枝一个生物自然系统那样循环运行：植物吸取养分，生成枝叶，供草食动物享用，草食动物又为肉食动物所捕食，而叶，供草食动物享用
13、，草食动物又为肉食动物所捕食，而它们的排泄物和尸体又成为其他生物的食物，一个生产单它们的排泄物和尸体又成为其他生物的食物，一个生产单元可以以另一个生产单元的产品或副产品（废弃物）为原元可以以另一个生产单元的产品或副产品（废弃物）为原料进行生产等等。料进行生产等等。温带草原生态温带草原生态系统的部分食物网系统的部分食物网四、工业生态学的理论基础四、工业生态学的理论基础（一）生态学原理（自习）（一）生态学原理（自习）（二）生态经济学原理（二）生态经济学原理 1、长链利用原理、长链利用原理 生态经济学认为各种资源的开发和利用之间，存在着生态经济学认为各种资源的开发和利用之间，存在着链状和网状链状和网
14、状的生态的生态经济关系，且长链与短链的结构相比，循环转化环节增多，既有利于系统稳定，经济关系，且长链与短链的结构相比，循环转化环节增多，既有利于系统稳定，又有利于物质的多次利用，可以提高系统的生产力。又有利于物质的多次利用，可以提高系统的生产力。2、生态经济系统的生态阈限、生态经济系统的生态阈限 如果生态因子或经济因子的变化超过生态经济的忍耐限度（生态阈值），如果生态因子或经济因子的变化超过生态经济的忍耐限度（生态阈值），会使生态系统的反馈调节作用失控，系统不能自动得到补偿，就会引起环境破坏、会使生态系统的反馈调节作用失控，系统不能自动得到补偿，就会引起环境破坏、生态失衡等一系列问题。生态失衡
15、等一系列问题。3、价值增值原理、价值增值原理 加环增值：加环增值：通过增加一个或几个转化效率高的环节来延伸产业通过增加一个或几个转化效率高的环节来延伸产业加工链，从而提高生态资源的利用率，扩大产品品种，生产更优的产品，实现价加工链，从而提高生态资源的利用率，扩大产品品种，生产更优的产品，实现价值增值。值增值。减环增值：减环增值：在经济生产过程中，适当减少加工链，采用高新技在经济生产过程中，适当减少加工链，采用高新技术替代，使经济产出水平较低的生产环节被更高水平的生产环节取代，以获得更术替代，使经济产出水平较低的生产环节被更高水平的生产环节取代，以获得更高的附加值的产品。高的附加值的产品。差异度
16、增值：差异度增值：即通过产品的品种、外观、功能的差异、季节差即通过产品的品种、外观、功能的差异、季节差异、地域差异和习惯差异等，使价值和价格相背离，达到价值增值的目的。异、地域差异和习惯差异等，使价值和价格相背离，达到价值增值的目的。（三）系统工程学原理（三）系统工程学原理 利用系统工程学的特征：利用系统工程学的特征：整体性：整体性：指系统是由两个以上元素组成的有机整体。指系统是由两个以上元素组成的有机整体。相关性：相关性：指系统各元素之间相互作用、相互依赖的关系。指系统各元素之间相互作用、相互依赖的关系。目的性：目的性：指系统要有明确的目标与特定功能。指系统要有明确的目标与特定功能。适应性：
17、适应性：指系统对环境变化之适应程度。指系统对环境变化之适应程度。等级结构性：等级结构性：指系统本身又可以分为许多等级层次的子系统。指系统本身又可以分为许多等级层次的子系统。处理具体问题遵循以下三个原则：处理具体问题遵循以下三个原则：整体性：整体性：系统内部的整体性和时间上的整体性系统内部的整体性和时间上的整体性综合性综合性:系统是多元素的组合，具有多种属性系统是多元素的组合，具有多种属性最优化：最优化：处理系统问题时，应尽可能做到准确、严格、按科学处理系统问题时，应尽可能做到准确、严格、按科学规律办事。要求有一个严格的工作步骤和程序，同时还应尽可规律办事。要求有一个严格的工作步骤和程序，同时还
18、应尽可能进行定量分析。能进行定量分析。（四）信息科学与技术（四）信息科学与技术 信息技术包括通信、计算机、多媒体、自动控制、视频、遥信息技术包括通信、计算机、多媒体、自动控制、视频、遥感等技术。信息科学是各子系统和元素间相互传递信息的关键纽感等技术。信息科学是各子系统和元素间相互传递信息的关键纽带，其是否畅通及速度的快慢直接影响各子系统和元素间的链条带，其是否畅通及速度的快慢直接影响各子系统和元素间的链条的稳定性。而技术是系统中提高运行和资源利用率的重要保障。的稳定性。而技术是系统中提高运行和资源利用率的重要保障。内容包括内容包括:1、阐明信息的概念和本质（哲学理论）、阐明信息的概念和本质（哲
19、学理论）2、探索信息的度量和变换（基本信息论）、探索信息的度量和变换（基本信息论）3、研究信息的提取方法（识别信息论）、研究信息的提取方法（识别信息论）4、澄清信息传递规律（通信理论）、澄清信息传递规律（通信理论）5、探明信息处理的机制（智能理论）；探究信息的再生理、探明信息处理的机制（智能理论）；探究信息的再生理论（决策理论）论（决策理论）6、阐明信息的调节原则（控制理论）、阐明信息的调节原则（控制理论）7、完善信息组织理论（系统理论）、完善信息组织理论（系统理论）信息、物质和能源是构成现代社会资源的三大支柱。信息、物质和能源是构成现代社会资源的三大支柱。第二节第二节 工业生态系统及其进化工
20、业生态系统及其进化一、工业生态系统一、工业生态系统（一）工业生态系统的概念（一）工业生态系统的概念 工业生态系统是依据生态学、经济学、技术科学以及系统科工业生态系统是依据生态学、经济学、技术科学以及系统科学的基本原理与方法来经营和管理工业经济活动，并学的基本原理与方法来经营和管理工业经济活动，并以节约资源、以节约资源、保护生态环境和提高物质综合利用为特征保护生态环境和提高物质综合利用为特征的现代工业发展模式，的现代工业发展模式，是是由社会、经济、环境三个子系统复合而成由社会、经济、环境三个子系统复合而成的有机整体。的有机整体。（二）工业生态系统的特征（二）工业生态系统的特征 1、人工的开放式的
21、复合生态系统人工的开放式的复合生态系统，与环境之间时刻进行着，与环境之间时刻进行着物质、能量与信息等的交换。物质、能量与信息等的交换。2、有经济的加入，有经济的加入，即需要一定的资金投入，在获得产品的即需要一定的资金投入，在获得产品的同时有一定经济效益产生。同时有一定经济效益产生。3、能源资源耗量大，物质循环、转化快。能源资源耗量大，物质循环、转化快。4、兼有社会、自然两方面的属性。兼有社会、自然两方面的属性。5、要想使工业生态系统持续稳定的运行，需要、要想使工业生态系统持续稳定的运行，需要强有力的制强有力的制度保障。度保障。二、自然生态系统及其特征（一）自然生态系统结构：可分为种群、生物群落
22、和自然生态系统3个层次。工业生态系统 历程：生态系统内部的生物生长、发育、成熟和死亡的过程。产品自然生态系统进化的主要特征：1、生态能量学特征：幼年期生态系统的总产量要大于其群落呼吸量，成熟期二者接近。2、食物网发展过程特征：结构简单、直线状 牧食食物链为主 复杂的网状结构。3、营养物质循环的特征：由主要营养物质如N、P、K、Ca等的生物地球化学循环向更封闭发展（系统内循环）。4、群落结构上的特征：由某物种或小类群占优势到生物多样性的增加、复杂化。5、稳态成熟期生态系统的特征：生物多性指数越大系统的稳定性就越高，生物间的共生关系就越发达。（植物）（植物）生态系统的能量流动图解生态系统的能量流动
23、图解:阳光阳光养分养分生产者生产者(植物植物)呼吸呼吸初级消费者初级消费者(植食动物植食动物)呼吸呼吸次级消费者次级消费者(肉食动物肉食动物)呼吸呼吸分分 解解 者者呼吸呼吸三级消费者三级消费者(肉食动物肉食动物)呼吸呼吸分析分析”塞达伯格湖的能量流动图解塞达伯格湖的能量流动图解”,思考下列问题思考下列问题:2.从第一营养级流入第二营养级的能量从第一营养级流入第二营养级的能量,占生产者所固定的能量占生产者所固定的能量 总量的百分比是多少总量的百分比是多少?从第二营养级流入第三营养级的能从第二营养级流入第三营养级的能 量量,占初级消费者所同化的能量总量的百分比是多少占初级消费者所同化的能量总量的
24、百分比是多少?3.流入某个营养级的能量流入某个营养级的能量,为什么不能百分百的流向后一个营养级为什么不能百分百的流向后一个营养级?1.对于每一个营养级来讲对于每一个营养级来讲,输入和输出的能量是否相等输入和输出的能量是否相等?某个湖的能量金字塔某个湖的能量金字塔:随着等级增加，物种数和生物量都减少随着等级增加，物种数和生物量都减少 宇宙中有两类系统，宇宙中有两类系统，一类是封闭系统，即系统和周围环一类是封闭系统，即系统和周围环境之间没有物质和能量的交换，一类是开放系统，即系统和境之间没有物质和能量的交换，一类是开放系统，即系统和周围环境之间存在物质和能量交换。周围环境之间存在物质和能量交换。除
25、了宇宙之外，除了宇宙之外，自然界自然界所有的系统都是开放系统，生态系统就是一种开放系统，所有的系统都是开放系统，生态系统就是一种开放系统，但但各生态系统的开放程度却有很大不同，例如一个溪流系统开各生态系统的开放程度却有很大不同，例如一个溪流系统开放的程度就比一个池塘系统大得多，因为在溪流系统中，水放的程度就比一个池塘系统大得多，因为在溪流系统中，水携带着各种物质不停地流入和流出。携带着各种物质不停地流入和流出。（三）生态系统的反馈调节和生态平衡1、反馈调节、反馈调节反馈反馈就是系统的输出变成了决定系统未来功能的输入；就是系统的输出变成了决定系统未来功能的输入；当生态系统某一成分发生变化，它必然
26、引起其他成分出现一当生态系统某一成分发生变化，它必然引起其他成分出现一系列相应变化，这些变化又反过来影响最初发生变化的那种系列相应变化，这些变化又反过来影响最初发生变化的那种成分。成分。p正反馈：系统中某一成分的变化所引起的其他一系列变化，正反馈：系统中某一成分的变化所引起的其他一系列变化，反过来加速最初发生的变化的成分所发生的变化，使生态系反过来加速最初发生的变化的成分所发生的变化，使生态系统远离平衡状态或稳态。统远离平衡状态或稳态。p负反馈：使生态系统达到或保持平衡或稳态，结果是抑制负反馈：使生态系统达到或保持平衡或稳态，结果是抑制和减弱最初发生变化的那种成分的变化。和减弱最初发生变化的那
27、种成分的变化。在自然生态系统中正反馈的实例不多，下面我们举出一在自然生态系统中正反馈的实例不多，下面我们举出一个加以说明：如果一个湖泊受到了污染，鱼类的数量就会个加以说明：如果一个湖泊受到了污染，鱼类的数量就会因为死亡而减少，鱼体死亡腐烂后又会进一步加重污染并因为死亡而减少，鱼体死亡腐烂后又会进一步加重污染并引起更多鱼类死亡。因此，由于正反馈的作用，污染会越引起更多鱼类死亡。因此，由于正反馈的作用，污染会越来越重，鱼类死亡速度也会越来越快。从这个例子中我们来越重，鱼类死亡速度也会越来越快。从这个例子中我们可以看出，正反馈往往具有极大的破坏作用，但是它常常可以看出，正反馈往往具有极大的破坏作用，
28、但是它常常是爆发性的，所经历的时间也很短。从长远看，生态系统是爆发性的，所经历的时间也很短。从长远看，生态系统中的负反馈和自我调节将起主要作用。中的负反馈和自我调节将起主要作用。负反馈是比较常见负反馈是比较常见的一种反馈，它的作用的一种反馈，它的作用是能够使生态系统达到是能够使生态系统达到和保持平衡或稳态，反和保持平衡或稳态，反馈的结果是抑制和减弱馈的结果是抑制和减弱最初发生变化的那种成最初发生变化的那种成分所发生的变化。例如，分所发生的变化。例如，如果草原上的食草动物如果草原上的食草动物因为迁入而增加，植物因为迁入而增加，植物就会因为受到过度啃食就会因为受到过度啃食而减少，植物数量减少而减少
29、，植物数量减少以后，反过来就会抑制以后，反过来就会抑制动物数量。动物数量。2、生态平衡、生态平衡 生态系统通过发育和调节所达到的一种稳定状态，生态系统通过发育和调节所达到的一种稳定状态，它包括组成、结构和功能的稳定和能量输入、输出上它包括组成、结构和功能的稳定和能量输入、输出上的稳定，这就是生态平衡。的稳定，这就是生态平衡。p在反馈机理的作用下，生态系统能够自我调节和在反馈机理的作用下，生态系统能够自我调节和维持自己的正常功能，并在很大程度上克服和消维持自己的正常功能，并在很大程度上克服和消除外来的干扰，维持自身的稳定，但这种自我调除外来的干扰，维持自身的稳定，但这种自我调节功能是有一定限度的
30、，节功能是有一定限度的，当生态系统受外界干扰当生态系统受外界干扰后，其接受的环境负荷超过自动调节的极限时，后，其接受的环境负荷超过自动调节的极限时，就会出现生态失衡，该极限值称为生态阈值。就会出现生态失衡，该极限值称为生态阈值。生态阈值：生态阈值：生态系统受外界干扰后，自动调节的极限。生态系统受外界干扰后，自动调节的极限。生态危机：生态危机：当生态系统中物质与能的输入量大于输出量，当生态系统中物质与能的输入量大于输出量，且超越生态系统的自我调节能力（生态阈限）时，过度输入且超越生态系统的自我调节能力（生态阈限）时，过度输入的物质和能会以废物的形式排放到周围环境中去，造成收支的物质和能会以废物的
31、形式排放到周围环境中去，造成收支失衡，原有协调结构和功能失调，导致环境污染，这种状态失衡，原有协调结构和功能失调，导致环境污染，这种状态即称为生态停滞或生态危机。即称为生态停滞或生态危机。由于人类盲目活动而导致局部地区甚至整个生物圈结由于人类盲目活动而导致局部地区甚至整个生物圈结构和功能构和功能 的失衡，扰动超过了生态系统自我调节的极限，从而威胁人的失衡，扰动超过了生态系统自我调节的极限，从而威胁人类的生存。类的生存。（四）工业系统与自然生态系统的关系(P31)工业生态学将工业系统视为生态系统的一个特殊的子系统。（1）工业生态系统和自然生态系统的相同点 两者都是由生产者、消费者和分解者构成的；
32、两者都是开放的生态系统；两者都不间断地进行着物质循环、能量流动和信息传递来维持自身的平衡与发展；两种生态系统内的各要素均有自己的“需求”；两种生态系统的形成、发展与崩溃都是一个动态的进化过程，都遵循“适者生存”的达尔文法则，都经历原生演替或自生演替并逐渐达到顶级状态的过程。（2）两类生态系统的不同点 最主要的差别是有、无人的参与；自然生态系统具有工业生态系统无法比拟的复杂性；最关键的区别是自然生态系统只受到生态学规律的约束不受经济学中市场规则的制约，而工业生态系统则不然。一个生态工业园区内的企业不仅要考虑到原材料是不是使用了其他厂家的废物而对环境有利，还必须要考虑到生产的产品是否能卖得出去以及
33、价格，从而对企业的生存与发展有利。一个生态学上合理而经济学上不合理的工业生态系统是无法生存下去的。组成自然生态系统工业生态系统生产者利用太阳能或化学能将无机物转化成有机物，利用太阳能或化学能将无机物转化成有机物，或把太阳能转化为化学能，供自身生长发育或把太阳能转化为化学能，供自身生长发育需要的同时，为其他生物种群（包括人类）需要的同时，为其他生物种群（包括人类）提供食物和能源，如绿色植物、单细胞藻类、提供食物和能源，如绿色植物、单细胞藻类、化能自养微生物等。化能自养微生物等。初级：利用基本环境要素（空气、水、土壤、岩初级：利用基本环境要素（空气、水、土壤、岩石、矿物质等自然资源）生产出初级产品
34、，如采石、矿物质等自然资源）生产出初级产品，如采矿厂、冶炼厂、热电厂等。矿厂、冶炼厂、热电厂等。高级：初级产品的深度加工和高级产品生产，如高级：初级产品的深度加工和高级产品生产，如化工、肥料制造、服装和食品加工、机械、电子化工、肥料制造、服装和食品加工、机械、电子产业等。产业等。消费者利用生产者提供的有机物和能源，供自身生利用生产者提供的有机物和能源，供自身生长发育，同时也进行有机物的次级生产，并长发育，同时也进行有机物的次级生产，并产生代谢物，供分解者使用，如动物（草食、产生代谢物，供分解者使用，如动物（草食、肉食等）、人类肉食等）、人类不直接生产不直接生产“物质化物质化”产品，但利用生产者
35、提供产品，但利用生产者提供的产品，供自身运行发展，同时产生生产力和服的产品，供自身运行发展，同时产生生产力和服务功能等，如行政、商业、金融业、娱乐及服务务功能等，如行政、商业、金融业、娱乐及服务业等。业等。分解者把动、植物排泄、残体分解成简单化合物，把动、植物排泄、残体分解成简单化合物，以供生产者利用，如分解微生物、细菌、真以供生产者利用，如分解微生物、细菌、真菌及微型动物等。菌及微型动物等。把工业企业生产的副产品和把工业企业生产的副产品和“废物废物”进行处置、进行处置、转化、再利用等，如废物回收公司、资源再生公转化、再利用等，如废物回收公司、资源再生公司等。司等。工业与自然生态系统的组成部分
36、对比工业与自然生态系统的组成部分对比工业生态系统的四个基本原则自然生态系统自然生态系统循环传输（循环传输（Roundput）物质循环物质循环能量层叠能量层叠多样性（多样性（Diversity）生物多样性生物多样性物种、生物物种、生物相互依赖性和协作相互依赖性和协作信息信息地域性（地域性（Locality）利用地方资源利用地方资源注重地方特性注重地方特性限制性因素限制性因素地方依赖性地方依赖性协作协作渐变（渐变（Gradual Change）利用太阳能进化利用太阳能进化通过繁殖进化通过繁殖进化轮回的时间周期性和季节性轮回的时间周期性和季节性系统多样性发展缓慢系统多样性发展缓慢2010/8/10工
37、业生态系统工业生态系统循环传输（循环传输（Roundput）物质循环物质循环能量层叠能量层叠多样性（多样性（Diversity）行为者多样性（行业、部门、企业等）行为者多样性（行业、部门、企业等）相互依赖性和协作相互依赖性和协作工业输入工业输入-输出输出地域性（地域性（Locality）利用地方资源（包括废物）利用地方资源（包括废物）注重地方特性注重地方特性限制性因素限制性因素地方成员间协作地方成员间协作渐变（渐变（Gradual Change）利用废物、能源和再生资源利用废物、能源和再生资源系统多样性缓慢发展系统多样性缓慢发展（五）对工业生态系统结构的启示 若将企业看作自然生态系统中的个体，
38、那么同类企业就形成了“种群”，而区域范围的工业体系就可以形成“生物群落”。1、工业生态系统的竞争：生态工业将通过竞争实现企业的优胜劣汰，从而优化资源配置，使物质有序流动，资源和能源达到最大的使用效率。2、工业生态群落的建立：工业生态群落和生物生态群落一样，在系统内既有竞争，又相互依赖的关系。将多个具有共生关系的企业组成“工业生态群落”，可使物质流和能量流得以最优的利用。如建造蔗糖企业：原料（甘蔗种植）糖厂生产蔗糖（主产物）废料（糖蜜和废渣）乙醇厂、造纸厂、复合肥厂酒精、纸张、复合肥（副产物）。3、生态工业链的构建：自然生态系统的生物分为：生产者、消费者和分解者。工业生态系统结构可理解为：资源生
39、产者、加工生产者和还原生产者(再循环和再利用者)。太阳能太阳能能量级在各单元递减能量级在各单元递减原料、燃料原料、燃料各单元有能量输入，能量级在各单元不变各单元有能量输入，能量级在各单元不变 勃拉登艾仑比(Braden Allenby)根据自然生态系统的进化历程，大致分为三级生态系统，而工业生态系统在“生态”意义上，也可类比为相似的演进过程。（1）一级生态系统（传统工业）：生命的开始阶段，资源充足，废物较少。其工业体系中，是一些相互不发生关系的线性物质的叠加，其运行方式主要是开采资源和抛弃废弃物。一级工业生态系统：无限资源一级工业生态系统无限的废料无限的资源生态系统无限的废料一级生态系统示意图
40、一级生态系统示意图（2）二生态系统（末端处理和清洁生产）：对资源的利用已达到较高的效率，但不能长期维持，主要原因是物质流、能量流都是单向的：资源不断减少，废弃物不断增加。（3）三生态系统（循环经济、生态工业园）：是物质流、能量流的循环系统，资源和废物不是完全对立的概念，具有明显的时空尺度效应，这是理想的工业生态系统。对应以上三级生态系统，工业发展有以下三种模式：（1）传统的工业生产模式：从工业化初期到20世纪中叶，绝大部分工业废物不加处理就排入环境，以破坏环境为代价造就了工业内部的高度经济性。（2）末端处理模式：受资源环境容量和法规的限制，废物经一定的处理以满足达标排放的要求。但这种模式也是不
41、持续的，原因是：部门分割；投资、运行成本高；产品使用过程中的污染得不到控制；是一种被动的、科技惰性的行为，难以促进科技革新。（3）理想的工业生态系统模式：包括4类主要行为者：资源开采者、资源处理者（制造商）、消费者和废物处理再用者。理想的工业体系通过采用技术替代资源（如塑料代替钢材等）、以服务替代产品（如售后维修等）、重复物质和能源的最优交换方式（如回收利用等），在体系内部，一个过程的废弃物是另一过程的资源，物质以完全循环的方式闭路运行。现代工业体系与自然生态系统的根本差距在于后者以太阳能驱动而前者以不可再生的矿物能源驱动，这是现代工业体系不可持续的本质。工业生态学思想的主旨就是促使现代工业体
42、系向三级生态系统转换。转换战略的实施包括4个方面：将废物作为资源重新利用；封闭物质循环系统和尽量减少物质材料的使用；工业产品和经济的非物质化（减物质化）；能源的脱碳（减碳）。第三节第三节 工业生态学的主要研究内容及方法工业生态学的主要研究内容及方法一、实现工业生态化的手段及途径一、实现工业生态化的手段及途径 工业生态化的主要目标是提高生态效率。而传统工工业生态化的主要目标是提高生态效率。而传统工业是单纯提高生产效率。业是单纯提高生产效率。工业生态化的主要特点：工业生态化的主要特点：n企业内部生产过程循环，即在组织内部各生产部门之间企业内部生产过程循环，即在组织内部各生产部门之间充分利用上一部门
43、的废弃物、副产品和产出；充分利用上一部门的废弃物、副产品和产出；n企业之间生产过程循环，也就是在企业之间建立一种类企业之间生产过程循环，也就是在企业之间建立一种类似于生态链的网络关系，在网络内的各企业相互之间利用似于生态链的网络关系，在网络内的各企业相互之间利用各自的废物、副产品和产出，以减少能源、资源的消耗，各自的废物、副产品和产出，以减少能源、资源的消耗，降低污染。降低污染。（一）生态重组（一）生态重组 实现工业生态化的主要手段就是：生态重组，加速实现工业生态化的主要手段就是：生态重组，加速工业转型。工业转型。1、基本含义、基本含义 Suren Erkman指出，工业生态学不仅是一个新的知
44、识指出，工业生态学不仅是一个新的知识领域，也是一个工程，即工业系统向一种能使其与其他生态领域，也是一个工程，即工业系统向一种能使其与其他生态系统相容的运行模式转变。从某种意义上说，生态重组过程系统相容的运行模式转变。从某种意义上说，生态重组过程是运用已经成熟的自然生态系统作为模型对工业生态系统的是运用已经成熟的自然生态系统作为模型对工业生态系统的物质和能量流动进行重新组织。物质和能量流动进行重新组织。Faye Duchin 认为生态重组是一种通过按照尽可能对地认为生态重组是一种通过按照尽可能对地球的生物球的生物地球化学系统干扰最少的方式进行技术设计和实地球化学系统干扰最少的方式进行技术设计和实
45、施，从而推动社会财富的目的实现。施，从而推动社会财富的目的实现。2、生态重组的生态学解释、生态重组的生态学解释 （1）保持生态系统结构的稳定性：保持生态系统结构的稳定性：生态系统的各种组成部生态系统的各种组成部分，各种生物的种类、数量和空间配置，在一定时期均处于相分，各种生物的种类、数量和空间配置，在一定时期均处于相对稳定状态，使生态系统能够各自保持一个相对稳定的结构。对稳定状态，使生态系统能够各自保持一个相对稳定的结构。生态系统的生物种类、种群数量、空间配置、随时间的变化生态系统的生物种类、种群数量、空间配置、随时间的变化等构成了生态系统的形态结构，它是生态系统中能量流动和物等构成了生态系统
46、的形态结构，它是生态系统中能量流动和物质循环的基础。质循环的基础。（2）调整行业和企业间的共生和互补关系：调整行业和企业间的共生和互补关系：狭义而言，生态重组主要是针对工业生态系统，包括各种狭义而言，生态重组主要是针对工业生态系统，包括各种不同数量和类型工厂企业的组合、企业的地理布局、相互间的不同数量和类型工厂企业的组合、企业的地理布局、相互间的物质、能量和信息的流动、交流和层叠。物质、能量和信息的流动、交流和层叠。广义而言，对于现有经济体系的重组，经济结构的调整，广义而言，对于现有经济体系的重组，经济结构的调整，包括能源结构、产业结构、交通和基础设施、商业流通以及消包括能源结构、产业结构、交
47、通和基础设施、商业流通以及消费结构等。费结构等。（二）企业内部的工业转型（二）企业内部的工业转型 工业转型内容包括产品和服务的生产和消费的技术、工业转型内容包括产品和服务的生产和消费的技术、组织和形式（空间和时间）、原材料和能源的转变以及所产组织和形式（空间和时间）、原材料和能源的转变以及所产生的环境影响及这些影响对生命质量产生的后果等。生的环境影响及这些影响对生命质量产生的后果等。二、实现工业转型（生态化）的主要方法和内容二、实现工业转型（生态化）的主要方法和内容1、工业代谢分析、工业代谢分析是建立生态工业的一种有效是建立生态工业的一种有效的分析方法，它是基于模拟生物和自然界新陈代谢的分析方
48、法，它是基于模拟生物和自然界新陈代谢功能的一种系统分析方法。功能的一种系统分析方法。2、生命周期评价、生命周期评价是对一种产品及其包装物、是对一种产品及其包装物、生产工艺、原材料、能源或其他某种人类活动行为生产工艺、原材料、能源或其他某种人类活动行为的全过程，包括原材料的采集、加工、生产、包装、的全过程，包括原材料的采集、加工、生产、包装、运输、消费和回用以及最终处理等，进行资源和环运输、消费和回用以及最终处理等，进行资源和环境影响的分析与评价。境影响的分析与评价。3、工业生态设计是从产品的孕育阶段就开始遵是从产品的孕育阶段就开始遵循污染预防的原则，使改善产品对环境影响的努力凝循污染预防的原则
49、，使改善产品对环境影响的努力凝固在产品设计之中。经过生态设计的产品对生态环境固在产品设计之中。经过生态设计的产品对生态环境不会产生不良的影响，对能源和自然资源的利用是有不会产生不良的影响，对能源和自然资源的利用是有效的，同时是可以再循环、再生或安全处置的。它是效的，同时是可以再循环、再生或安全处置的。它是一种产品设计的新理念，又称绿色设计。一种产品设计的新理念，又称绿色设计。4、生态效益生态效益的实现，必须在提供具生态效益的实现，必须在提供具有竞争力价格的产品和服务、满足人们需要和提高有竞争力价格的产品和服务、满足人们需要和提高生活品质的同时，在产品和服务的整个生命周期内生活品质的同时，在产品
50、和服务的整个生命周期内逐步将其对环境的影响及自然资源的消耗减少到地逐步将其对环境的影响及自然资源的消耗减少到地球承载力能符合的程度。球承载力能符合的程度。5、生态工业园区、生态工业园区是指企业之间、企业与社会和政府是指企业之间、企业与社会和政府间在副产品交流和管理方面有密切的合作。生态工业园作为间在副产品交流和管理方面有密切的合作。生态工业园作为以生态循环再生为基础的工业园区，包括产品和服务的交流，以生态循环再生为基础的工业园区，包括产品和服务的交流，更重要的是以最优的空间和时间形式组织在生产和消费过程更重要的是以最优的空间和时间形式组织在生产和消费过程中产生的副产品的交换，从而使企业付出最小
