工业设计生态学课件 理论框架与研究方法

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1、单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,*,工业生态学概念及理论基础,,工业生态系统及其进化,,工业生态学主要研究内容及方法,第二章 理论框架与研究方法,,第二章,理论框架与研究方法,内容要点：,,(1)工业生态学的基本概念及理论依据i,,(2)工业生态系统与自然生态系统的对比分析,,(3)工业生态系统的进化过程及现代工业发展模式,,(4)实现工业生态化的方法及实施途径,,第二章,理论框架与研究方法,讨 论：,,目前生态环境处于局部改善、整体恶化的严峻形势，工业活动在其中负有哪些责任?我国会实现可持续发展，应走怎样的适合中国国情的现

2、代化工业道路?,,一 普通（或传统）生态学（Ecology）,1 生态学的来历,从字义上讲，,生态学,是关于居住环境的科学，与经济学、家庭和环境等从词源和词义上说是有密切的关系。生态学作为—个学科名词，是德国博物学家于1866年在其所著的《普通生物形态学》一书中首先提出来的。他认为生态学是研究生物在其生活过程中与环境的关系，尤指动物行机体与其他动、植物之间的互惠或敌对关系。此后，由于研究背景和研究对象的不同，不同学者对生态学提出了不同的定义。,第一节 工业生态学概念及理论基础,,一 普通（或传统）生态学（Ecology）,2 生态学的定义,,生态学：,是研究有机体与其赖以生存的环境相互作用

3、、相互联系的一门科学。其中环境是有机体进行一切生命活动的载体。“环境”包括物理环境(温度、水、阳光等)和生物环境（相对有机体的、来自其他有机体的任何影响）的结合体。环境具有相对性，脱离主体去说环境是没有意义的，而一般我们所说的环境是指以人为中心的环境，即所谓的环人之境。,第一节 工业生态学概念及理论基础,,3 传统生态学研究内容,,,传统生态学：,是研究生物个体以上水平(个体、种群、群落、生态系统)的生物与生物、生物与环境之间关系的科学。它是生物学的基础学科(形态、生理、遗传等)之一，同时又是唯一将研究对象扩大到生物体以外的科学：其研究内容按生物的组织层次划分如下：,一 普通（或传统）生态学

4、（Ecology）,第一节 工业生态学概念及理论基础,,3 传统生态学研究内容,一 普通（或传统）生态学（Ecology）,第一节 工业生态学概念及理论基础,（1）,个体生态学（individual ecology）。,其研究重点是个体对生物和非牛物环境的适应(adaptation）情况，探讨环境因子对生物个体的影响以及生物个体对环境所产生的反应。其基本内容与生理生态相当。,,3 传统生态学研究内容,一 普通（或传统）生态学（Ecology）,第一节 工业生态学概念及理论基础,（2）,种群生态学（population ecology）。,其研究多度（abundance）和种群动态（popu

5、lation dynamics）,种群,是指一定时问、一定区域内同种个体的组合。在自然界中一般一个种总是以种群的形式存在，与环境之间的关系也必须从种群的特征及其增长的规律来探讨和分析。,种群生态学研究的主要内容是种群密度、出生率、死亡率、存在率和种群的增长规律及其调节等。,,3 传统生态学研究内容,一 普通（或传统）生态学（Ecology）,第一节 工业生态学概念及理论基础,（3）,群落生态学（community ecology）。,其主要研究种群之间的关系，决定群落织成和结构的生态过程，群落是由居住在一定地区的两个以上不同物种的种群所组成，它是各个生物物种的总称。在群落内，各个种群之间围绕

6、着共同的石限的资源——空间、食物等等，形成各种关系(竞争．捕食与被捕食，互助或共生)；,,3 传统生态学研究内容,一 普通（或传统）生态学（Ecology）,第一节 工业生态学概念及理论基础,（4）,生态系统生态学（ecosystem ecology）。,在一个牛态系统中，生物群落不停地与周围环境进行能量交换和物质交换，所以能流和物质循环问题是研究生态系统的丰要内容，其中包括能流、食物网和营养循环，,,后来逐渐发展，还增加了微观生态学(个体以下的备层次生态学)、景观生态学(landscape ecology)和全球生态学(global ecology）。,,1 工业生态学定义,二 工业生态

7、学（Industrial Ecology）,第一节 工业生态学概念及理论基础,,工业生态学,是一门新兴的综合型文叉学科，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境问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。,,1 工业生态学定义,二 工业生态学（Industrial Ecology）,第一节 工业生态学概念及理论基础,工业生态学追求的是人类社会与自然生态系统的和谐发展，寻求的是经济效益、生态效益和社会效益的统一，最终要实现的是人类社会的可持续发展。,,2

8、产生与发展,二 工业生态学（Industrial Ecology）,第一节 工业生态学概念及理论基础,,人类社会进人工业文明后，建立了以人类为中心的社会—经济体系，工业系统是其主要的子系统，它在传统的经济发展中起着举足轻重的作用；随着工业的不断发展，工业系统在满足人类社会经济和生活需求的同时，其全部活动对区域甚至全球自然环境产生越来越大的影响。,,2 产生与发展,二 工业生态学（Industrial Ecology）,第一节 工业生态学概念及理论基础,,面对工业系统与自然生态系统的固有矛盾及对环境造成的危害，如何系统、整体地协调工业系统与自然环境的相互关系，使人类社会发展的需求与自然生态系

9、统的发展达到动态平衡，为此人们一直在寻找可行的理论与解决方法，工业生态学(industry ecology)就是在这一背景下诞生的。近20年来，工业生态学经历了萌芽、产生和蓬勃发展的几个阶段。,,2 产生与发展,二 工业生态学（Industrial Ecology）,第一节 工业生态学概念及理论基础,自20世纪50年代开始．人们将生态学引人工业政策，认为可运用生态学的理论和方法来研究现代工业的运行机制。其关键在于复杂的工业生产及经济活动中确实存在着与生物生态学非常相似的问题与现象，“相似性”的原则法在这里得以发挥。,,A 萌芽阶段,,2 产生与发展,二 工业生态学（Industrial

10、Ecology）,第一节 工业生态学概念及理论基础,20世纪60年代末，日本政府通产省的工业机构咨询委员会开展了前瞻性研究，其下属的一个工业生态工作小组通过研究，提出了应以生态学的观点重新审视现有的工业体系和应在“生态环境”中发展经济的观念。1972年5月，该小组发表了题为“工业牛态学：生态学引入工业政策的引论”的报告。,,A 萌芽阶段,,2 产生与发展,二 工业生态学（Industrial Ecology）,第一节 工业生态学概念及理论基础,1983年，比利时的政治研究与信息内心出版了《比利时生态系统：工业生态学研究》专著，书中反映了6位学者(生物学家，化学家，经济学家等)对工业系统存在

11、问题的思考。他们认为，工业社会是一个由生产力、流通与消费、所消耗的原料与能源以及所产生的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的运行机制。这一阶段为了业生态学的萌芽阶段。,,A 萌芽阶段,,2 产生与发展,二 工业生态学（Industrial Ecology）,第一节 工业生态学概念及理论基础,以1989年9月Frosch和Gallopoulos发表的题为“制造业的战略”一文为标志，提出了工业生态学的概念，认为工业生态系统应向自然生态系统学习，并可以建立类似于自然生态系统的工业生态系统。在这样的系统中，每个工业企业必须与其他工业企业相互依存、相互联系，从而构成一个

12、复合的大系统，以便运用一体化的生产方式来代替过去简单化的传统生产方式，减少工业对环境的影响。,,B 工业生态学的产生,,2 产生与发展,二 工业生态学（Industrial Ecology）,第一节 工业生态学概念及理论基础,,自20世纪90年代工业生态学进入了蓬勃发展阶段：,,20世纪90年代初，美国科学院举行会议——形成工业生态学的基本框架；,,1997年。麻省理工学院——出版全球第一份工业生态学杂志(Journal of Industrial Ecology）；,,1998年，美国矿产资源局(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的研究具有重要的意义；,,C

13、 蓬勃发展阶段,,2 产生与发展,二 工业生态学（Industrial Ecology）,第一节 工业生态学概念及理论基础,2000年，美国跨部门工作小组——发表“工业生态学——美国的物质与能量的流动”的报告，对工业学和物质与能量流动的关系作了阐明；,,2000年，在世界范围内——成立工业生态学国际学会(The International of Industrial Ecology)；,,目前，在欧美30来所大学内设有工业生态学的课程，我国已有多所大学进行工业生态学的教学和研究工作。,,C 蓬勃发展阶段,,3 工业生态学的基本特点,二 工业生态学（Industrial Ecology）,

14、第一节 工业生态学概念及理论基础,20世纪80年代末以来，学术界、工业界开始从不同角度开展工业生态学的理论研究与实践，使其主要理论、方法、具体技术已基本建立，成为“应用生态学”中一门独特的具有很高实用价值的分支学科，并逐步得到完善。工业生态学本身具有的特点如下：,,3 工业生态学的基本特点,二 工业生态学（Industrial Ecology）,第一节 工业生态学概念及理论基础,(1)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；,,(3)多学科交叉，渗透；,,(4)采用定量分析方法；,,(5)可操作性强；,,(6)强调料技的推动力作用：,,(7)具有相当的潜力，富

15、有挑战性。,,3 工业生态学的基本特点,二 工业生态学（Industrial Ecology）,第一节 工业生态学概念及理论基础,,工业生态学认为：,一个工业生态系统，完全可以像一个生物自然生态系统那样循环运行：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，而它们的排泄物和尸体又成为其他生物的食物，一个生产单位可以以另一个生产单位的产品或副产品（废弃物）为原料进行生产等等。,,3 工业生态学的基本特点,二 工业生态学（Industrial Ecology）,第一节 工业生态学概念及理论基础,,由于工业生态系统可大幅度削减污染和原材料需求，因此被认为是解决当今环境污染、

16、资源估竭以及能源短缺问题的有效方法。当然工业生态系统的概念与生物自然生态系统概念之间的类比不一定完美元缺，但可以肯定如果工业体系模仿自然界的运行规则运行，人类将受益无穷。,,1生态学原理,二 工业生态学理论基础（Theories of IE）,第一节 工业生态学概念及理论基础,,如前所述，生态学是研究自然生态系统和人类生态系统的结构和功能的一门科学，或者说生态学是研究生物生存条件、生物及其群体与环境相互作用的过程及其相互规律的科学，其目的是指导人与生物圈(即自然、资源与环境)的协调发展。生态学的基本原则概括为“整体、协调、循环、再生”八个字，对于生态工业这种生产与消费交织的复杂系统同样适用。

17、,,1生态学原理,二 工业生态学理论基础（Theories of IE）,第一节 工业生态学概念及理论基础,,对于生态工业这种生产与消费交织的复杂系统同样适用。如生态系统的结构和功能规律、生态系统整体性的形成机理、生态系统的能流特征和动态规律、生态系统的普遍模刑、生态系统多样性的产生机制、生态系统的稳定机制和抗干扰能力的形成机理、生态系统可持续发展机制等、相互依存与相互制约规律、物质循环转化与再生规律、相互适应与补偿的协同进化规律、环境资源的有效极限规律等同样适于工业生态系统的研究与发展。,,2 生态经济学原理,二 工业生态学理论基础（Theories of IE）,第一节 工业生态学概念

18、及理论基础,A 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，存在着链状和网状的生忠经济关系，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，可以提向系统的生产力。,,2 生态经济学原理,二 工业生态学理论基础（Theories of IE）,第一节 工业生态学概念及理论基础,B 生态经济系统的生态阂限,如果生态因子或经济因子的变化超过生态经济系统的耐受限度(生态阐限)，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。因此，不仅要注重经济效益，更应该注重环境生态效益。在生态经济系统承受能力范围内进行生

19、产活动，可达到既能满足人类经济发展的需要，又不危及后代人的发展，从而走可持续发展的道路。,,2 生态经济学原理,二 工业生态学理论基础（Theories of IE）,第一节 工业生态学概念及理论基础,C 价值增值原理,,价值增值的方式有加环增值、减环增值和差异度增值三种：,,(1)加环增值：通过增加一个或几个转化效率商的环节来延伸产业加工链，从而提高生态资源利用率，扩大产品品种，牛产更优的产品，实现价值增值。,,2 生态经济学原理,二 工业生态学理论基础（Theories of IE）,第一节 工业生态学概念及理论基础,C 价值增值原理,(2)减环增值：在经济生产过程中，适当减少加工

20、链，采用高新技术替代、低的生产环节被更高水平的生产环节取代，以获得更高附加值的产品。,,(3)差异度增值：即通过产品的品种、外观、功能的差异、季节性差异、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。,,3 系统工程学原理,二 工业生态学理论基础（Theories of IE）,第一节 工业生态学概念及理论基础,,系统工程,是以系统为研究对象的工程技术，它涉及“系统”与“工程”两个侧面。所谓,系统,，即是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成的具有特定功能的有机整体。系统具有以下特征：,整体性,——指是由两个以上元素组成的有机整体；,相关性,——指系统各元素之间相互作用、

21、相互依赖的关系；,目的性,——指系统要有明确的目标与特定功能；,适应性,——指系统对环境变化之适应程度；,,3 系统工程学原理,二 工业生态学理论基础（Theories of IE）,第一节 工业生态学概念及理论基础,,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。传统概念的“工程”，是指把科学技术的原理应用于实践，设计与制造出有形产品的过程，可称其为“硬工程”。系统工程学中的“工程”概念，是指不仅包含“硬件”的设计与制造，而且还包含与设计和制造“硬件”紧密相关的“软件“，诸如预测、规划、决策、评价等社会经济活动过程，故称它为“软工程”，这就扩充了传统“工程”概念的含义、这两个侧

22、固有机地结合在一‘起，即为系统工程。,,3 系统工程学原理,二 工业生态学理论基础（Theories of IE）,第一节 工业生态学概念及理论基础,系统工程的实质是新的科学方法论，它是工程与思想方法的统一，它也是新的逻辑方法，强调辨证的综合，每一步分析都伴随着综合，达到分析与综合辩证逻辑的统一。它为现代科学技术发展和社会实践开辟了新思路，打破了各门科学之间的界限，沟通了它们之间的联系，摆脱了传统方法的束缚，为解决所有系统协调发展找到厂最佳途径。系统工程处理具体问题时应该遵循三个原则，即整体性、综合性和最优化。,,3 系统工程学原理,二 工业生态学理论基础（Theories of IE）,

23、第一节 工业生态学概念及理论基础,,(1)整体性原则：就是把被研究的系统当作个整体看待，全面地辩证地看问题。各部分组成系统后形成了系统的总体功能，系统的功能要大于各部分功能的总和，这不仅是一种量变．而且是一种质变。此外，还要有时间上的整体观念，要看系统的生命周期，不能只顾当前、忽视长远，因此，看问题要有整体、全局、长远的观点。,,3 系统工程学原理,二 工业生态学理论基础（Theories of IE）,第一节 工业生态学概念及理论基础,(2) 综合性原则：任何系统都可看成是多元素的有机综合体，具有多种属性。因此，征确定系统目标时，应进行多目标的综合。另外，对任何系统的研究，府采用多学科高度

24、综合的方法，从系统的成分、结构、功能、相互联系方式，历史发展，外部环境等多方面进行综合考察。,,3 系统工程学原理,二 工业生态学理论基础（Theories of IE）,第一节 工业生态学概念及理论基础,任何一项措施、一个方案，对自然、社会都会有个同影响，故还应进行多方案的比较和多效益的综合。量的综合导致了质的飞跃，现代科学技术发展的趋势是向“系统综合型”发展，系统工程本身也正是综合了许多学科而建立起来的。,,3 系统工程学原理,二 工业生态学理论基础（Theories of IE）,第一节 工业生态学概念及理论基础,(3) 最优化原则：处理系统问题时，应尽可能做到准确、严密、按科学规律

25、办事。这要求有一个严格的工作步骤和程序，同时还应该尽可能进行定量分析。通过对量的分析，可以更准确的认识事物的质，这就必须借助数学方法，建立系统优化模型．然后在计算机上进行系统仿真，分析系统的运行及后果，对系统某些方面加以选择和控制使系统达到总体最忧。,,3 系统工程学原理,二 工业生态学理论基础（Theories of IE）,第一节 工业生态学概念及理论基础,系统工程可用来研究复杂系统的预测、规划、决策和评价等重大问题，故又产生了相应的技术与方法，如预测技术、规划方法等等。,,在研究工业生态时，人们应从系统的观点、整体的观点出发，对系统进行员优规划、最优管理、最优控制．以达到最优系统目标。

26、研究工业系统内谷过程间的物质集成和能量集成，以实现最优化利用。,,4 信息科学与技术,二 工业生态学理论基础（Theories of IE）,第一节 工业生态学概念及理论基础,信息科学是信息时代的必然产物。信息科学是一门新兴的跨多学科的科学，它以信息为主要研究对象。,信息科学的研究内容包括：,(1)阐明信息的概念和本质(哲学信息论)；(2)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)；(4)澄清信息传递规律(通信理论)；(5)探明信息的处理机制(智能理论)；探究信息的再生理论(决策理论)；(6)阐明信息的调节原则(控制理论)；(7)完善信息的组织理论(系统理论)

27、。,,4 信息科学与技术,二 工业生态学理论基础（Theories of IE）,第一节 工业生态学概念及理论基础,信息技术包括通信技术、计算机技术、多媒体技术、自动控制技术、视频技术、迢感技术等‘，通信技术是现代信息技术的一个重要组成部分。通信技术的数字化、宽带化、高速化和智能化是现代通信技术的发展趋势。计算机技术是信息技术的另一个重要组成部分。计算机从其诞生时起就不停地为人们处理着大量的信息，而且随着计算机的不断发展．它处理信息的能力也在不断地加强。,,4 信息科学与技术,二 工业生态学理论基础（Theories of IE）,第一节 工业生态学概念及理论基础,现在计算机已经渗入到人们

28、的社会生活的每一方面。计算机将朝着并行处理方向发展，现代信息技术一刻也离不开计算机技术。多媒体技术是20世纪80年代才兴起的一门技术。它把文字、数据、图形、语言等信息通过计算机综合处理，使人们得到更完善、更直观的综合信息，在未来多媒体技术特扮演非常重要的角色。信息技术处理的很大一部分是图像和文字，因而视频技术也是信息技术的一个研究热点。,,1 工业生态系统的概念,一 工业生态系统,第二节 工业生态系统及其进化,,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，并以节约资源、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，是由社会、经济

29、、环境三个子系统复合而成的有机整体。发展完善的工业生态不只是把某个特定工厂或工业部门的废物减至最少，而且还要能将产出的废物总量减至最少。,,2 工业生态系统的特征,一 工业生态系统,第二节 工业生态系统及其进化,工业生态系统具有以下特征：,,(1)人工的开放式的复合生态系统，与环境之间时刻进行着物质、能量与信息等的交换；,,(2)有经济的加入，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；,,(3)能源资源耗量大，物质循环、转化快；,,(4)兼有社会、自然两方面的同性：,,(5)要想使工业生态系统持续稳定的运行，需要强有力的制度保障。,,1 自然生态系统概念,二 自然生态系统及其特

30、征,第二节 工业生态系统及其进化,在一定空间中，共同栖居着的所有生物(即生物群落)与其环境之间由于不断地进行物质循环和能量流动过程而形成的统一整体。,生态系统,就是这种互相作用的生物群落和它们生存的自然环境。生态系统不仅是物种的集合，更是有机物、无机物和自然力量结合、互动、交换的体系。各种生态系统通过食物链和营养循环交织在一起。它们的有机结合比各个部分简单相加要庞大、丰富得多。复杂性和活力影响着它们的生产能力。这使人类对它们的管理更富挑战性。,,2 自然生态系统的特征,二 自然生态系统及其特征,第二节 工业生态系统及其进化,每一个生态系统都有其一定的生物群体和生物栖息的环境，进行着能量交换和物

31、质循环。在一定时间和相对稳定的条件F．生态系统各组成成分的结构与功能均处于相互适应与协调的动态之中。生态系统具有如下的基本特征。,,2 自然生态系统的特征,二 自然生态系统及其特征,第二节 工业生态系统及其进化,(1)具有特定的空间概念，通常与一定的空间相联系，包含该地区和范围，反映一定的地区特性及空间结构。以生物为主体，呈网络式的多维空间结构。,,2 自然生态系统的特征,二 自然生态系统及其特征,第二节 工业生态系统及其进化,(2) 是复杂、有序、相互联系的大系统：生态系统是由多种基本单元和生物成分形成的，系统内各生物和非生物成分的关系是紧密相连不可分割的整体。,,2 自然生态系统的特征,二

32、 自然生态系统及其特征,第二节 工业生态系统及其进化,(3) 是具有明确功能的单元。生态系统不是生物分类学单元，而是个功能单元。,,2 自然生态系统的特征,二 自然生态系统及其特征,第二节 工业生态系统及其进化,(4)生态系统是开放系统，具有自动调控功能：任何一个生态系统都是开放的，不断有物质和能量的流进和输出。—个自然生态系统中的生物匈其环境条件经过长期进化适应．逐渐建立了相互协调的关系。,,2 自然生态系统的特征,二 自然生态系统及其特征,第二节 工业生态系统及其进化,(5) 其调控功能主要靠反馈(feedback)来完成。反馈可分为正反馈(positive feedback)和负反馈(n

33、egative feedback) 。前者是系统中的部分输出，通过—定线路而又变成输入，起促进和加强的作用；后者则倾向于削弱和减低其作用。负反馈对生态系统达到和保持平衡是不可缺少的。正负反馈相互作用和转化，从而保证厂生态系统达到一定的稳态。,,2 自然生态系统的特征,二 自然生态系统及其特征,第二节 工业生态系统及其进化,(6) 生态系统具有动态的、生命的特征。生态系统也和自然界许多事物一样，具有发生、形成和发展的过程。生态系统可分为幼期、成长期和成熟期，随着时间的推移，生态系统总是从比较简单的结构向复杂结构状态发展，最后达到相对稳定的阶段。表现出鲜明的历史性特点，从而具有生态系统自身持有的整

34、体演化规律。换言之，任何—个自然生态系统都是经过长期历史发展形成的。生态系统这一特性为预测未来提供了重要的科学依据。,,1 生态系统的组成,三 生态系统的组成与结构,第二节 工业生态系统及其进化,生态系统由,生物环境,和,非生物环境,组成。生物环境又出生产者、消费者和分解者组成，而非生物环境又由气候因子(太阳辐射能等)、天机构质(水、氧、二氧化碳等)和有机物质（腐殖质等)组成。,,1 生态系统的组成,三 生态系统的组成与结构,第二节 工业生态系统及其进化,,(1)生产者：自养型植物，包括所有进行光合作用的绿色植物和化能合成的细菌。绿色植物利用日光作为能源，通过光合作用将吸收的水、Lq和天机盐类

35、合成初级产：品——碳水化合物，可进一步合成脂肪和蛋白质。这些有机物成为地球厂包括人类在内的一切生物的食物来源。,,(2)消费者：异养型生物，即生活在生态系统中的各类动物和某些腐生或寄生茵类，只能依赖生产者生产的有机物作为营养来获得能量。,1 生态系统的组成,三 生态系统的组成与结构,第二节 工业生态系统及其进化,,1 生态系统的组成,三 生态系统的组成与结构,第二节 工业生态系统及其进化,(3)分解者：异养生物，如细萧、真菌、放线茵以及土壤原生动物和一些土壤中的小型无脊椎动物。它们将复杂的有机物还原为无机物，把养分释放出来，归还给环境中。其作用与生产正好相反，分解者在生态系统中的作用是极为重要

36、的，如果没有它们，动植物尸体将会堆积成山，物质得不到循环，生态系统必然毁灭。,,1 生态系统的结构,三 生态系统的组成与结构,第二节 工业生态系统及其进化,自然生态系统都有分层现象(stratification)，分层结构是自然选择的结果，它显著提高了植物利用环境资源的能力。草地生态系统是成片的绿草，高高矮矮，参差不齐。上层绿草稀疏，而且喜好阳光；下层绿草稠密且耐荫；最下层有的就匍匐在地。动物在空间的分布也有明显的分层现象。最上层是能飞行的鸟类和昆虫；下层是兔和田鼠的活动场所；最下层是蚂蚁等在土层上活动。土层下还有蚯蚓和蝼蛄等。,,生态系统结构,包括空间结构、时间结构和营养结构(包括食物链和食

37、物网)。,,1 生态系统的结构,三 生态系统的组成与结构,第二节 工业生态系统及其进化,各生态系统在结构的布局上有一致性。上层是充足的阳光，集中分布着绿色植物的树冠或藻类，有利于光合作用，故上层又称为,绿带,(green belt)或,光合作用层,。在绿带以下为,异养层,或,分解层,，又称为,褐带,(brown belt）,,1 生态系统的结构,三 生态系统的组成与结构,第二节 工业生态系统及其进化,生态系统的结构和外貌也会随时间不同而变化，这反映出生态系统在时间上的动态。—般可以三个时间量度来考察。第一，长时间量度，以生态系统进化为主要内容；第二，中等时间量度，以群落演替为主要内容；第三，以

38、昼夜、季节和午份等短时间量度的周期性变化。短时间周期性变化在生态系统中是较为普遍的现象。绿色植物一般在白天阳光下进行光合作用，在夜晚进行呼吸作用。海洋潮问带无脊椎动物组成则具有明显的昼夜节律。,,1 生态系统的结构,三 生态系统的组成与结构,第二节 工业生态系统及其进化,生态系统短时间结构的变化，反映了植物、动物等为适应环境因素的周期性变化而引起整个生态系统外貌上的变化，这种生态系统结构的短时间变化往往反映了环境质量高低的变化。无疑对生态系统结构的时间变化的研究具有重要的实践意义。,,1 生态系统的结构,三 生态系统的组成与结构,第二节 工业生态系统及其进化,生态系统的营养结构即食物网及其相互

39、关系。生态系统是一个功能单位，以系统中物质循环和能量流动作为其显著特征，而从某种程度上说，物质循环及能量流动又是以食物网为基础进行的，营养结构是生态系统结构的主要内容。,生态系统结构的一般模型如图2—1所示。,,1 食物链（Food Chain）,四 食物链和食物网,第二节 工业生态系统及其进化,生产者所固定的能量和物质．通过一系列取食和被食的关系在生态系统中传递．各种生物按其食物关系排列的链状顺序，称为,食物链,(如图2—2所示)。,,1 食物链（Food Chain）,四 食物链和食物网,第二节 工业生态系统及其进化,生态系统中的食物镀不是一成不变的，它不仅在进化历史上会有改变．在短时间内

40、也会有改变。比如，杂食动物食性的季节性．在一年的不同月份中，由于自然界食物条件的改变会引起主食组成的变化。 因此．食物链具有暂时的性质，只有在生物群荡组成中形成核心的、数量上占优势的种类，食物联系才是比较稳定的。食物链分为以下几种类型：,,1 食物链（Food Chain）,四 食物链和食物网,第二节 工业生态系统及其进化,(1)捕食食物链(grazing food Chain)：以绿色植物为起点到台草动物进而到食肉动物的食物镀，即植物一植食性动物一肉食性动物。,(2) 碎屑食物链(detritus food Chain)；以动、植物的遗体被食腐性生物(小型土壤动物、真菌、细菌)取食．然后到它

41、们的捕食者的食物链．如植物残体—蚯蚓—线虫类一节肢动物。,,1 食物链（Food Chain）,四 食物链和食物网,第二节 工业生态系统及其进化,(3)寄生性食物链(parasitic food Chain)： 由宿主和寄生物构成。它以大型动物为食物链的起点。继之以小型动物、微型动物、细菌和病毒。后者与前音是寄生性关系。如哺观动物或鸣类一跳蚤—原生动物一细菌一病毒。,,1 食物链（Food Chain）,四 食物链和食物网,第二节 工业生态系统及其进化,从食物链的组成来说，食物链上每—环节称为营养级。第一营养级为生产者（自养生物）植物．通过光合作用生长；第二营养级为食草动物(异养生物)，以植物

42、为食；第三营养级为一船肉食动物(异养生物)，以良革动物为食；第四营养级为顶级肉食动物(大型猛兽)，以食草动物、一般食肉动物为食。各类食物链不能无限增长．通常只有以上四个营养级。人类居于食物链的顶端，可以以任一营养级为食。,,2 食物网（Food Web）,四 食物链和食物网,第二节 工业生态系统及其进化,一个生态系统中，有许多条食物链．这些食物链之间往往相互关联，形成网状联系，称为“食物网”。食物网越复杂的生态系统．越不容易失调，因为一·种物种消失了．捕食它的另—物种还可以别的物种为食。,,2 食物网（Food Web）,四 食物链和食物网,第二节 工业生态系统及其进化,而对于食物网简单的生态

43、系统．尤其是在生态系统功能上起关键作用的物种．一旦消失或受严重破坏，就可能引起整个系统的剧烈波动。例如构成苔原生态系统食物链基础的地衣，因大气中二氧化硫含量的超标，导致生产力遭到毁灭性的破坏，从而整个系统遭灾。,,2 食物网（Food Web）,四 食物链和食物网,第二节 工业生态系统及其进化,图2—3是温带草原生态系统中各种生物之间的相互关系,,2 食物网（Food Web）,四 食物链和食物网,第二节 工业生态系统及其进化,,食物链和食物网的概念很重要，生态系统中能量流动和物质循环是通过食物链(网)进行的．正是通过食物营养．生物与生物、生物与非生物环境才得以有机地结合成一个整体。食物链(网

44、)概念的重要性还在于它揭示了环境中有库污染物质转移、积累的原理和规律。,,2 食物网（Food Web）,四 食物链和食物网,第二节 工业生态系统及其进化,,通过食物链可以把有毒物质在环境中扩散，增大其危害范围。生物还可以在食物链上将有毒物质浓度逐渐增大至百倍、千倍，甚至可以达到万倍、百万倍，生物富集作用也可供人类进行”生物冶金”和“生物治污。,,2 食物网（Food Web）,四 食物链和食物网,第二节 工业生态系统及其进化,,前者为利用某些植物拥有的富集金属的特性。从植物中提炼金属。如每公顷装云英可获得2．8kg纯硒，这远比人类冶炼硒经济。后者指利用某些植物富集吸收高浓度金属的特性．让它净

45、化被有毒金属污染的土壤。如科学家发现一种“偏爱”锌的植物．它的含锌量可占自身干重的1％，种植这种植物收割13次．可使土壤中的锌含量达到可以接受的水平。,,1 反馈调节,五 生态系统的反馈调节和生态平衡,第二节 工业生态系统及其进化,正如前面所提到的，生态系统是一个开放的系统，开放的系统必须依赖于外界的输人．若输入停止，则系统将会失去功能。生态系统是一个控制系统，因为外放系统如果具有调节其功能的反馈机制．该系统就是控制系统。所谓,反馈,，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成分。,反馈

46、,分为,正反馈,和,负反馈。,,1 反馈调节,五 生态系统的反馈调节和生态平衡,第二节 工业生态系统及其进化,,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。,,,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。,,2 生态平衡,五 生态系统的反馈调节和生态平衡,第二节 工业生态系统及其进化,由于生态系统具有负反馈的自我调节机制，所以一般情况下，生态系统会保持自身的生态平衡。生态系统通过发育和调节所达到的—种稳定状态，它包括组成、结构和功能的稳定和能量输入、输出上的稳定，这就

47、是生态平衡。由于能量流动和物质循环总在不断地进行。生物个体也在不断地更新，所以生态平衡是个动态的过程。,,2 生态平衡,五 生态系统的反馈调节和生态平衡,第二节 工业生态系统及其进化,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。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，就会出现生态失衡，该极限值称为生态闻值。,,2 生态平衡,五 生态系统的反馈调节和生态平衡,第二节 工业生态系统及其进化,每个自然生态系统本身都存在着一个生态阈值，如果外来的干扰超过阈值，系统的自我调节功能

48、将会受到损害，从而引起生态失调，甚至导致发生生态危机。,生态危机,指由于人类盲目活动而导致局部地区甚至整个生物因结构和功能的失衡的现象，出现生态危机将威胁人类的生存。,,1 两类生态系统的相同之处,六 工业生态系统与自然生态系统的对比分析,第二节 工业生态系统及其进化,(1)两者都是由生产者、消费者和分解者构成的：在工业生态系统中，资源部门相当于生态系统中的初级生产者，主要进行不可更新资源、可更新资源的生产和有序利用资源的开发，以可更新资源逐渐取代不可更新资源为目标，为工业生产提供初级原料和能源；,工业生态系统与自然生态系统有以下共同点。,,1 两类生态系统的相同之处,六 工业生态系统与自然生

49、态系统的对比分析,第二节 工业生态系统及其进化,,加工生产部门,相当于生态系统中的消费者，以生产过程无浪费、无污染为目标，将资源生产部门提供的初级资源加工转化为满足人类生产、生活需要的工业品；,还原生产部门,相当于生态系统中的分解者，将各副产品、废弃物进行资源化或无害化处理，使其转化为新的产品。两者的组成对比见表2—1。,工业生态系统与自然生态系统有以下共同点。,,1 两类生态系统的相同之处,第二节 工业生态系统及其进化,,1 两类生态系统的相同之处,第二节 工业生态系统及其进化,(2)两者部是开放式的生态系统。生态态系统与外界环境进行着各种各样的输入(如摄人能量)与输出(如代谢过程所产生的熵

50、)；而工业生态系统也同样如此，工业生态系统依靠外界输入(加原材料)，通过自身的加工、运输、使用等一系列人类活动后输出各种各样的物质与能量(如经过最终处理的废弃物)。,工业生态系统与自然生态系统有以下共同点。,六 工业生态系统与自然生态系统的对比分析,,1 两类生态系统的相同之处,第二节 工业生态系统及其进化,(3) 两者都通过不问断地进行着能量流动、物质循环和信息传递来维持自身的平衡与发展从理论上说，自然生态系统的物质循环在人造的生态系统中也可以实现，每一种废物总会找到个去处；就理想化的工业生态系统而言，适当处理过的废物也总会找到合适的去处。,工业生态系统与自然生态系统有以下共同点。,六 工业

51、生态系统与自然生态系统的对比分析,,1 两类生态系统的相同之处,第二节 工业生态系统及其进化,(4)两者系统内的各要素都有自己的“需求”，为自身生存而求共生。狼吃掉兔子不是为了控制兔子数量以保持草场不至于因过度被啃食而退化，而是为了自己的生存和繁衍；同样，一个工业生态系统中的各个企业的存在目的主要不是为了吃掉另一个企业的废物从而减少进入环境的垃圾量，而是为了减少自己的经营成本，其根本的或者说是主要的目的在于降低成本，从而能更好更有利地占领市场。,工业生态系统与自然生态系统有以下共同点。,六 工业生态系统与自然生态系统的对比分析,,1 两类生态系统的相同之处,第二节 工业生态系统及其进化,自然生

52、态系统内的一些物种间的共生关系在工业生态系统内一些企业间也有体现，生态系统的若干生物为什么会结成这种共生关系，合理的解释就是它们都以对方的生存为自己生存的条件。当然，共生的前提是首先要不损害自己的需求：,工业生态系统与自然生态系统有以下共同点。,六 工业生态系统与自然生态系统的对比分析,,1 两类生态系统的相同之处,第二节 工业生态系统及其进化,(5) 两种生态系统的形成、发展和崩溃都是动态进化过程，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。这意味着，工业生态系统中的任何企业都有着自己的“生存期”，社会环境的各种限制因素、企业的生存能力以及社会环境的适应

53、性等多方面因素的迭加作用，决定企业自身乃至于整个系统生存时间的长短。,工业生态系统与自然生态系统有以下共同点。,六 工业生态系统与自然生态系统的对比分析,,2 两类生态系统的不同之处,第二节 工业生态系统及其进化,(1) 两者最主要的差别是有或无人的参与。严格意义上的自然生态系统应该是没有人的参与的。自然生态系统没有目的．一切物种的生死存亡皆届自然。,工业生态系统与自然生态系统也存在以下不同点，见表2—1,六 工业生态系统与自然生态系统的对比分析,,2 两类生态系统的不同之处,第二节 工业生态系统及其进化,而工业生态系统不仅有人的介入，而且是人设汁、创造出来的。人与其他生物最明显的不同之处在于

54、人有智慧，有创造能力，可以利用技术来对自然生态系统加以有计划的改造与加工，使之合乎人的目的。但遗憾的是无论从理论上、逻辑上还是在现实的实践中．目前人都无法保证自己思维的绝对合理性，无法保证自己行动的目的和手段没有缺陷。,工业生态系统与自然生态系统也存在以下不同点，见表2—1,六 工业生态系统与自然生态系统的对比分析,,2 两类生态系统的不同之处,第二节 工业生态系统及其进化,(2) 自然生态系统具有工业生态系统无法比拟的复杂性。自然界中极少有生物只以一种生物为食。如蛇吃青蛙、老鼠、鸟等。食物网的复杂性决定了生态系统的稳定性。而工业生态系统——生态工业困区内的“食物网”必定要简单得多，因而必然要

55、脆弱得多。,工业生态系统与自然生态系统也存在以下不同点，见表2—1,六 工业生态系统与自然生态系统的对比分析,,2 两类生态系统的不同之处,第二节 工业生态系统及其进化,(3) 两者最关键的区别是自然生态系统只受生态学规律的约束而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价格因素对企业的生存与发展是否有利； —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。,工业生态系统与自然生态系统也存在以下不同点，见表2—1,六 工业生态系统与自然生态系统的对

56、比分析,,3,工业生态系统受自然生态系统的启发而建立,第二节 工业生态系统及其进化,,,在自然生态系统中，由生产者、消费者、分解者所构成的食物链，从生态学原理看，它是一条能量转化链，物质传递链，也是—条价值增值链。绿色植物被草食动物所食，草食动物被肉食动物吃掉，植物和动物残体又可为小动物和低等动物分解．以这种吃与被吃的方式形成了食物链，但食物链并非都像水稻一蝗虫一鸟类的简单关系，而是复杂的食物链网络关系，正是这种食物链关系使得生态系统维持着动态平衡。,六 工业生态系统与自然生态系统的对比分析,,3,工业生态系统受自然生态系统的启发而建立,第二节 工业生态系统及其进化,,,工业生态系统中同时存在

57、的多种资源通过类似于生物食物营养联系的生态关系相互依存、相互制约，这就是“,工业生态链,”。它既是一条能量转化链，又是一条物质传递链。物质流和能源流沿着“工业生态链”逐级逐层流动，原料、能源、废物和各种环境要素之间形成立体环流结构，能源、资源在其中反复循环获得最大限度的利用，使废弃物资源化，实现再生增值。,六 工业生态系统与自然生态系统的对比分析,,3,工业生态系统受自然生态系统的启发而建立,第二节 工业生态系统及其进化,,工业生态系统正是效仿自然生态系统创立的．模拟自然生态系统的物质循环方式，建立不同工艺过程之间的联系。使一个生产过程产生的废物(副产品)作为下一生产过程的原料，使原来线性迭加

58、的工业过程形成“生物链”结构，进而生成“生物网”结构；加入具有分解功能的“消费工业废物”链条，实现废物资源的回收、再生和利用。,六 工业生态系统与自然生态系统的对比分析,,3,工业生态系统受自然生态系统的启发而建立,第二节 工业生态系统及其进化,建立工业生态系统目的是在适应社会需求的同时，通过人、经济(市场)和信息的调节作用促进系统的可持续发展，实现经济、社会和生态环境的多重效益。,六 工业生态系统与自然生态系统的对比分析,,第二节 工业生态系统及其进化,七 工业生态系统的进化,工业生态学把工业体系设想为生态体系的一种特殊情况：如同生物生态系统样的物质、能量以及信息的流动和储存。而且，工业体系

59、是建立在生物圈所提供的资源与服务的基础上的．在某种意义上可以说，工业是生物圈的赘生物．在生物圈这个大的生态系统中进行着演替与更新。,,1,一级生态系统（Type Ⅰ Ecology）,第二节 工业生态系统及其进化,,,地球生命的最初阶段与现代经济运行方式之间的类比给人以十分强烈的印象。事实上，目前的工业体系，与其说是一个真正的“体系”，不如说是一些相互不发生关系的线性物质流的选加。,七 工业生态系统的进化,,1,一级生态系统（Type Ⅰ Ecology）,第二节 工业生态系统及其进化,简单地说，其运行方式就是开采资源和抛弃废料，这是产生环境问题的根源。工业生态学理论的主要探索者之一，勃拉登.

60、阿伦比(Braden )提出将这种运行方式命名为,一级生态系统,，一级生态系统的线性流动模式加图2—4所示，,七 工业生态系统的进化,,1,一级生态系统（Type Ⅰ Ecology）,第二节 工业生态系统及其进化,七 工业生态系统的进化,这种资源在单一的生态系统组成部分中的流动是线性的；类比到工业生态系统中：无限资源—工业生态系统一无限的废物。,,1,一级生态系统（Type Ⅰ Ecology）,第二节 工业生态系统及其进化,七 工业生态系统的进化,其产品是为了满足用户对性能、质量和价格的要求，企业则以谋求最大利润为目的，追求产品的功能性和经济性的平衡、最大的性能价格比，以占有更大的市场份额

61、。忽视资源的成本，对污染物采用末端治理的思想，由此客观上造成了全球性生态恶化和资源耗竭，构成了对人类生存与发展的空前挑战。,,2,二级生态系统（Type Ⅱ Ecology）,第二节 工业生态系统及其进化,七 工业生态系统的进化,在随后的进化过程中，资源变得有限了。在这种情况下，有生命的有机物随之变得非常地相互依赖并组成了复杂的相互作用的网络系统，正如今天在生物群落中所见到的那样。不同(种群)组成部分之间的，也就是说，,二级生态系统,，,,2,二级生态系统（Type Ⅱ Ecology）,第二节 工业生态系统及其进化,七 工业生态系统的进化,如图2—5所尔，内部的物质循环变得极为重要，资源和废

62、料的进出量则受到资源数景与环境能接受废料能力的制约。,,2,二级生态系统（Type Ⅱ Ecology）,第二节 工业生态系统及其进化,七 工业生态系统的进化,,二级工业生态系统采取的是过程控制思想，即实施清洁生产计划，这是环境管理方式的—大进步。二级生态系统已经从被动的末端治理转向积极的污染预防，这是20世纪肌年代以来全球环境污染物排放量增速减缓的重要手段。,,2,二级生态系统（Type Ⅱ Ecology）,第二节 工业生态系统及其进化,七 工业生态系统的进化,但过程控制主要关注产品的生产过程，而没有考虑与产品相关的其他环节。如产品的使用、用后的回收处理等。这种管理手段也无法满足可持续发展

63、模式的要求，必须重新界定产品的环境管理对象。,,3,三级生态系统（Type Ⅲ Ecology）,第二节 工业生态系统及其进化,七 工业生态系统的进化,与一级生态系统相比，二级生态系统对资源的利用虽然已经达到相当高的效率，但也仍然不能长期维持下去，因为物质、能量流动都是单向的，资源减少，而废料不可避免地不断增加。,,3,三级生态系统（Type Ⅲ Ecology）,第二节 工业生态系统及其进化,七 工业生态系统的进化,,为了真正转变成为可持续的形态，生物生态系统已进化成以完全循环的方式运行。在这种形态下，没有资源与废料的区分，因为，对—个有机体来说是废料，但对另一个有机体来说是资源。对于一个系

64、统来说，只有太阳能来白外部，勃拉登·阿伦比建议将其称作,三级生态系统,。,,3,三级生态系统（Type Ⅲ Ecology）,第二节 工业生态系统及其进化,七 工业生态系统的进化,在这样的—·个生态系统之内，众多的循环借助太阳能既以独立的方式，也以互联的方式进行物质交换。这种循环过程在时间和空间上的差异相当大。理想的工业社会(包括基础设施和农业)，应尽可能接近三级生态系统(如图2—6所示)。,,3,三级生态系统（Type Ⅲ Ecology）,第二节 工业生态系统及其进化,七 工业生态系统的进化,,,3,三级生态系统（Type Ⅲ Ecology）,第二节 工业生态系统及其进化,七 工业生态系

65、统的进化,在工业生产中采取的是产品系统管理，是指与产品生产、使用和用后处理相关的全过程，包括原材料采掘、原材料生产、产品制造、产品使用和产品用后处理。整个系统的物质和能源、产品和副产品加人大的循环中，对生态环境不构成威胁，可实现工业生态化，实现可持续发展目标。,,4,理想工业生态系统,第二节 工业生态系统及其进化,七 工业生态系统的进化,,目前，理想工业生态系统模式如固2—7所示，与下级生态系统模式相近。对生态环境构成的威胁较小，但该管理手段也无法完全满足可持续发展模式的要求。,,4,理想工业生态系统,第二节 工业生态系统及其进化,七 工业生态系统的进化,,4,理想工业生态系统,第二节 工业生

66、态系统及其进化,七 工业生态系统的进化,,现代生态工业新模式应向三级生态系统模式靠近。对生态环境不构成威胁，可实现工业生态化，实现可持续发展目标。,,工业生态学思想的主旨是促使现代工业体系向三级生态系统的转换，转换战略的实施包括四个方面：将废料作资源重新利用；封闭物质循环系统和尽量减少消耗性材料的使用；工业产品与经济活动的非物质化；能源的脱碳。,,4,理想工业生态系统,第二节 工业生态系统及其进化,七 工业生态系统的进化,,将生态学概念运用到工业体系最重要的贡献在于工业生态学所提倡的全面的、一体化的观念，它比上述观念更为重要i而特别重要的是，从对生态运行与调节机制的认识中获得知识，即从近50年来由理论生态学发展起来的充满了控制论的学问中获得知以。,,4,理想工业生态系统,第二节 工业生态系统及其进化,七 工业生态系统的进化,从长远来说，对生物和工业生态系统的调节机制的知识可能演化成一种像长期以来用于优化工业生产体系各个不同组成部分的科技知识一样的战略理论。,,第三节 工业生态学主义研究内容及方法,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，,而非传统含义上的单纯