产业生态学第二章

产业生态学2015年03月1大连理工大学环境学院2主要内容产业生态学实践—绿色化学技术与方法—物质流分析、为环境而设计产业生态学技术与方法——LCA产业生态学基础—概念、理论课程介绍——导论产业生态学实践—清洁生产、生态产业园产业生态学管理与政策3生态学分支生态学个体生态学种群生态学群落生态学生态系统生态学全球生态学动物生态学昆虫生态学植物生态学微生物生态学人类生态学淡水生态学海洋生态学河口生态学陆地生态学数学生态学化学生态学物理生态学地理生态学生理生态学进化生态学行为生态学经济生态学景观生态学城市生态学环境生态学社会生态学产业生态学生物组织水平划分生物分类类群划分栖息环境划分交叉学科划分应用领域划分第二章产业生态学基础1.自然生态系统与产业生态系统2.产业生态系统的演化与平衡（进化）3.产业共生4.产业代谢4产业生态学基础|自然生态系统1、生态系统：在一定时间和空间内，由生物成分和非生物成分组成的一个生态学功能单位。热带雨林湿地产业生态学基础|自然生态系统在生态系统中，物种与物种之间形成食物链和食物网，物质在生产者、消费者和分解者之间进行循环利用,无任何废弃物产生.产业生态学基础|自然生态系统2、生态系统的结构特征：在一定时间和空间内，由生物成分和非生物成分组成的一个生态学功能单位。非生物环境：无机环境生物成分：生产者、消费者和分解者食物链和食物网非生物的物质和能量生产者初级消费者消费者次级消费者三级消费者分解者（自养）绿色植物、光合细菌（异养）微生物、小型动物（异养）（植食动物）（以草食植物为食的肉食动物）（以小型肉食动物为食的大型肉食动物）生态系统的结构组成草兔狐虎产业生态学基础|自然生态系统3、生态系统的功能：生物生产、能量流动、物质循环和信息传递。生物生产：基本功能，绿色植物把太阳能转换为化学能，再经过动物生命活动转变为动物体内能量的过程。——初级生产和次级生产两个过程。能量流动：能量以辐射能、化学能、机械能和生物能形式存在。能量流动与食物链各营养级的生物数量有关，在传递过程中有一部分因为呼吸作用而被耗散。传递层次的增多，耗散到环境中的能量也增多，最终全部以废热散失到环境中。物质循环：生态系统内部的物质流动和生态系统外部的物质流动。外部的主要靠地质的、气象的和生物学的作用引起——如火山爆发。信息传递：信息传递方式多种多样，它把生态系统各组成成分联系成整体，并具有调节系统稳定性的作用。产业生态学基础|自然生态系统4、生态系统的基本特征：生态系统是一个复杂但有序的系统。自然界中生物的多样性和相互关系的复杂性决定了生态系统的复杂性。生态系统具有自我调节能力。具有相对稳定性生态系统是开放的、远离平衡态的热力学系统。生态系统是一个动态系统。产业生态系统产业生态学基础|产业生态系统1、产业生态系统：在一定的区域或范围内，由制造业企业和服务业企业组成，通过企业间物质循环和能量流动的相互作用、相互联系而形成的生态产业体系，即把产业经济活动视为一种类似于自然生态系统的循环体系，其中一个企业产生的废物作为下一个企业的原料，形成企业“群落”（产业链）。可以运用生态学、经济学、技术科学及系统科学的基本原理与方法来规划和设计产业系统，经营和管理经济活动，以促进产业与生态的和谐、可持续发展——生态产业链和产业网复合生态系统模型产业生态学基础|产业生态系统天然生态系统产业系统传统观念产业系统天然生态系统产业生态学的观念•产业生态系统同自然生态系统一样，产业系统是物质、能量和信息流动的特定分布；完整的产业系统有赖于由生物圈提供的资源和服务。12产业生态系统的四个基本生态原则生态系统产业生态系统循环传输(Roundput)物质循环；能量层叠循环传输物质循环；能量层叠多样性(Diversity)生物多样性物种、生物相互依赖性和协作信息多样性行为者多样性（行业、部门、企业等）相互依赖性和协作产业输入-输出地域性(Locality)利用本土资源注重本土特性限制性因素本土依赖性；共生地域性利用地方资源（包括废物）注重地方特性限制性因素地方成员间协作渐变(GradualChange)利用太阳能进化通过繁殖进化轮回的时间周期性和季节性系统多样性发展缓慢渐变利用废物、能源和再生资源系统多样性缓慢发展产业生态学基础|产业生态系统产业生态学基础|产业生态系统2、产业生态系统与自然生态系统的比较：自然生态系统产业生态学基础|产业生态系统2、产业生态系统与自然生态系统的比较：产业生态系统---电脑中铜的流动产业生态学基础|产业生态系统2、产业生态系统与自然生态系统的比较：（1）相同点两个系统都存在物质循环和能量流动。两系统内的各要素都存在共生关系。狼吃兔子与企业接纳废物——都以对方的生存为自己生存的条件。两种生态系统的形成、发展和崩溃都是一个动态的进化过程——适者生存。丹麦卡伦堡产业共生体(symbiosis)产业生态学基础|产业生态系统2、产业生态系统与自然生态系统的比较：（1）不同点参与主体不同：人的介入（思维）自然生态系统具有产业生态系统无法比拟的复杂性：产业系统的抗干扰能力弱，系统稳定性差。没形成“食物关系”或简单物流、能流方式不同：系统内部损失小—行业间真正的互利共生、共栖、寄生关系并没有发展起来，浪费了大量本可再利用的资源和能源，需要从外部获取相当多的资源维持系统运行。分解者作用不同：回收企业双重作用自然生态系统只受生态学规律的约束，而产业生态系统还要受市场规律的制约。生态学上合理，经济上不合理17产业生态学基础|产业生态系统2、产业生态系统与自然生态系统的比较：产业生态系统的演化与平衡第二章产业生态学基础1.自然生态系统与产业生态系统2.产业生态系统的演化与平衡（进化）3.产业共生4.产业代谢1819产业生态学基础|产业生态系统的演化与平衡（进化）1、产业生态系统的演化自然生态系统经过了几十亿年的演化，才由简单状态演变为复杂状态。早期特点是系统的环境容量大，并且每单位生物量使用相当高的物质和能量流动；成熟阶段，生态系统中物质和能量经过多种通道形成网络流动，并且实现了部分或全部的循环，因此既没有浪费也没有积累。产业生态系统也经历了漫长的演变过程。产业生态学理论的主要探索者之一B.R.Allenby提出了一套产业体系三级生态系统的演化理论。20一级生态系统一级生态系统中线性的物料流动产业文明的初期，产业体系并不复杂，行业门类、产业企业数量、生产规模、产品种类和数量等都是非常简单的，在很大程度上生产与消费只是一些相互不发生联系的线性的物质与能量流动的叠加。一级生态系统的运行方式是建立在资源极大富足条件下的，而不考虑资源利用的效率和持续性。这样就造成地球资源极大的浪费，引发资源危机，而且没有进行资源化利用的废物的积累也产生了严重的环境问题。生态系统组成部分无限的资源无限的废物产业生态学基础|产业生态系统的演化与平衡（进化）1、产业生态系统的演化21二级生态系统二级生态系统准循环性物料流动系统中存在专门的部门对于一些附加值高、易于循环的部件和废料进行循环利用。组成部分组成部分组成部分生态系统能量与有限的资源有限的废物产业生态学基础|产业生态系统的演化与平衡（进化）1、产业生态系统的演化22三级生态系统▪三级生态系统是真正可持续的生态系统，自然生态系统的进化最终将以完全循环的方式运行。在这种形态下，资源与废物没有实质差别。一种生物的代谢废物对另一种生物来说就是资源。整个生态系统与外部的联系就只有吸取外部的太阳能。三级生态系统中循环性物料流动组成部分组成部分组成部分生态系统能量组成部分组成部分组成部分生态系统产业生态学基础|产业生态系统的演化与平衡（进化）1、产业生态系统的演化23当前产业系统发展模式很大的程度上属于一级生态系统向二级生态系统过渡的模式：(一)产业系统利用物质与能量的有限性；(二)物质与能量流动的简单网络化；(三)产业系统的废物很少回收再利用——没有普遍的“分解者”产业生态学基础|产业生态系统的演化与平衡（进化）1、产业生态系统的演化24理想的产业生态系统模式并没有被表达为三级生态系统模式。对于产业系统而言，发展成为三级生态系统模式并不是实现可持续发展的唯一途径和必须条件。人类难以持续发展是因为人类活动已经严重地破坏了作为地球一个特殊成员与地球之间的相容性。因此，要扭转这种局面，根本上就是恢复人类活动与地球的相容性。产业生态学的观点认为，理想的产业系统应尽可能接近三级生态系统并与地球自然生态系统这个更大的三级生态系统相容。理想产业生态系统的模式资源开采者消费者废物处理者加工者有限的资源有限的废物地球吸收产业生态学基础|产业生态系统的演化与平衡（进化）1、产业生态系统的演化平衡25产业生态学基础|产业生态系统的演化与平衡（平衡）2、产业生态系统的平衡产业生态系统是一个开放系统，而不是封闭的系统，因此其平衡不一定必须是内部的，只要能够实现内外部的综合平衡，该系统就可以协调发展。（1）内部平衡与外部平衡：开放系统，开放的平衡——若内部不能实现平衡，在与外部的交互作用中能获得平衡也是可以的。但产业生态系统中的生态链必须是连续的，否则不能自我发展。为此，必须建立有序的生态产业链，使生产者型企业、分解者型企业、消费者型企业的规模、数量和产品质量等方面形成耦合关系，才能获得产业共生网络以及自我协调发展的活力，实现产业生态系统的自我驱动的内涵式发展。（2）生态产业链的平衡与不平衡循环：平衡是动态的、发展的。打破原有平衡，既有可能意味着产业链的失衡，也可能意味着一次发展的飞跃。发展需要外部力量，旧的平衡打破、意味着新的平衡建立，这本身就是一个自和谐、自组织和自发展的过程。（3）平衡、稳定与发展的关系：平衡与稳定是条件，发展是最终目标。只有维持生态产业链和系统内产业共生网络的平衡与稳定，产业生态系统中产业共生网络才能实现可持续发展。产业共生第二章产业生态学基础1.自然生态系统与产业生态系统2.产业生态系统的演化与平衡（进化）3.产业共生4.产业代谢26共生：两个物种之间的关系，可能对其中一个有利（偏利共生）或双方都有利（互利共生）。生物共生通常涉及长期的协同进化。产业共生：是指不同企业通过合作，相互利用各自产生的废弃物或副产品，从而实现经济与环境的双赢。产业共生既可能在某种条件下自发形成，也可能通过规划而形成。产业生态学基础|产业共生产业共生(symbiosis)产业共生的要素产业生态学基础|产业共生•共生单元——基础——企业•共生环境——外部条件——市场、社会•共生模式——关键——合作关系•最重要的特点是形成了相对稳定的股权、正式或非正式的契约（合同）等共生媒介2952个成员企业12个行业（化工、轻工、建材、电力等）鲁北产业生态系统的共生关系（PSC）产业生态学基础|产业共生磷铵生产合成氨生产硫酸生产水泥生产产品空气煤产品产品1液氨3磷石膏5SO2液SO2制溴石膏煤来自电厂氢气2硫酸4炉渣1、合成氨厂-磷铵厂（互利）2、硫酸厂-磷铵厂（互利）3、磷铵厂-水泥厂（互利）4、合成氨厂-水泥厂（互利）5、水泥厂-硫酸厂（互利）五个共生关系产业共生的发展模式产业生态学基础|产业共生•依据系统产业的相互关系及共生单元之间的利益关系，可以将共生模式分为以下五种类型。（1）共栖、互利型产业共生（2）寄生型产业共生（3）偏利型产业共生（4）附生型（异生型）产业共生（5）混合型产业共生—这种共生系统就是所谓的生态产业园蒸汽粉煤灰余热烟气脱硫废渣蒸汽冷却水燃气废水酵母浆水经处理的污泥水水燃气硫蒸汽液态肥料Station炼油厂固体物回收公司卡伦堡市集中供暖Gyproc墙体材料厂养鱼水泥、筑路Asnaes火电厂NovoNordisk制药厂Tiss湖农田回收镍和钒丹麦卡伦堡产业共生产业生态学基础|产业共生混合型产业共生（1）共栖、互利型产业共生基本特征：•产业间的链接比较稳定；•产业地位平等，共同生存，缺一不可；•系统中没有明显的主动、被动产业之分；•物质在这种共生关系中进行近似封闭的循环再利用冷却水、废水、燃气蒸汽、电火电厂炼