第九講生態系統與工業生態演示文稿當前1頁，總共57頁。優選第九講生態系統與工業生態當前2頁，總共57頁。一、生態系統的定義

生態系統（ecosystem）是在一定空間中共同棲居著的所有生物（即生物群落）與其環境之間由于不斷進行物質循環和能量流動過程而形成的統一整體。

生態系統主要強調一定地域中各種生物之間、它們與環境之間功能的統一性。生態系統主要是功能上的單位，而不是生物學中分類學的單位。在應用生態系統的概念時，對其大小并沒有嚴格的限制，小至動物有機體內的微生物系統，大至各大洲的森林、荒漠等生物群落型。其范圍和邊界是隨研究問題的特征而定的。

當前3頁，總共57頁。二、生態系統的進化學意義

地球上大部分自然生態系統有維持穩定、持久、物種間協調共存等特點。這是長期進化的結果。向自然生態系統尋找這些建立持續性的機理，是研究生態系統規律的主要目的。目前，生態系統的概念和原理已經被許多學科和許多時間領域所接受。當前4頁，總共57頁。三、生態系統的組成與結構

1.非生物環境：無機物、有機物、氣候、氣象等。2.生產者：以簡單無機物制造食物的自養生物3.消費者{食草動物：一級消費者食肉動物：二級消費者頂級食肉動物：三級消費者4.分解者：把動植物殘體的復雜有機物分解為生產者重新利用的簡單化合物，并釋放出能量當前5頁，總共57頁。四、食物鏈和食物網

生產者所固定的能量和物質，通過一系列取食和被食的關系在生態系統中傳遞，各種生物按其食物關系排列的鏈狀順序稱為食物鏈。食物鏈彼此交錯連接，形成了一個網狀結構。

生態系統有兩類食物鏈，即

（1）捕食食物鏈：以植食動物吃植物的活體開始（2）碎屑食物鏈：從分解動植物尸體和代謝物中的有機物開始。生態系統中的寄生生物和食腐動物形或輔助食物鏈

當前6頁，總共57頁。五、營養級與生態金字塔

一個營養級指處于食物鏈某一環節上的所有生物種的總和。由于能流在通過各營養級時會急劇地減少，所以食物鏈就不可能太長，生態系統中的營養級一般只有四、五級，很少有超過六級的。能量通過營養級逐級減少，如果把通過各營養級的能量流，由低至高劃成圖，就成為一個金字塔形。稱為能量錐體或金字塔。

當前7頁，總共57頁。六、營養級與生態金字塔生態系統具有負反饋的自我調節機制，所以在通常情況下，生態系統會保持自身的生態平衡。生態平衡指生態系統通過發育和調節所達到的一種穩定狀況，它是指結構上的穩定、功能上的穩定和能量輸入、輸出上的穩定。生態平衡是一種動態平衡。在自然條件下，生態系統總是朝著種類多樣化、結構復雜化和動能完善化的方向發展，直到使生態系統達到成熟的最穩定狀態。當前8頁，總共57頁。七、生態系統中的能量流動生態系統中，當能量以食物的形式在生物之間傳遞時，食物中相當一部分能量轉化為熱而消散掉（使熵增加），其余應用于合成新的組織而作為潛能儲存下來。生態系統利用能量的效率較低，最大的觀察值30%，一般來說，從供體到受體的一次能量傳遞只能有5%—20%（1/10）的能量被利用。當前9頁，總共57頁。八、生態系統中信息及其傳遞信息傳遞是生態系統的基本功能之一，在傳遞的過程中伴隨著一定的物質和能量消耗。生態系統中，環境就是一種信息源。這些信息主要從時間不均勻性上體現出來。不同土質、射入森林的陽光被枝葉遮擋后光強，光質的變化等，都是物質能量空間分布不均勻性的例子。生態系統中包含多種多樣的信息，大致可以分為物理信息化學信息，行為信息和營養信息等。

當前10頁，總共57頁。九、生態系統中的物質循環

生態系統中的物質循環可以用庫（pool）和流通（flow）兩個概念來加以概括。

在單位時間或單位體積的轉移量就稱為流通量。周轉移率就是出入一個庫的流通率除以該庫中的營養物質的總量。如二氧化碳的周轉時間大約是一年左右；大氣圈中的氨的周轉時間則需要100萬年；而大氣圈中的水的周轉時間為10.5d。當前11頁，總共57頁。十、有毒有害物質循環

生物地球化學循環可分為三大類型：①水循環②氣體型循環③沉積型循環。有機體有毒有害的物質進入生態系統。通過食物鏈富集或被分解的過程。大多數有毒物質，尤其是人工合成的大分子有機化合物和不可分解的重金屬元素，在生物體內具有濃縮現象。在代謝過程中不能被排除，而被生物體同化，長期停留在生物體內，造成有機體中毒、死亡。這正是環境污染造成公害的原因。當前12頁，總共57頁。十一、景觀生態學系統

景觀一般指反映地形地貌景色的圖象，諸如草原、森林、山脈、湖泊等；或是某一地理區域的綜合地形特征；或者是人們放眼所獲的自然景色。生態學中，狹義景觀指幾十公里至幾百公里范圍內，由不同生態系統類型所組成的異質性地理單元。而反映氣候、地理、生態、經濟、社會和文化綜合特征的景觀復合體稱為區域。廣義景觀則指顯現在從微觀到宏觀尺度上的，具有異質性或綴塊性的空間單元。廣義景觀概念強調空間異質性。單位：綴塊廊道基底手段：衛星、航空測量、地理信息系統（GIS）

當前13頁，總共57頁。農耕地生態系統當前14頁，總共57頁。自然生態系統當前15頁，總共57頁。好的生態也是好看的生態當前16頁，總共57頁。生態工程中篇當前17頁，總共57頁。

在生態系統的物質循環中，每一個環節是給予者，也是受納者，循環是往復循環，周而復始。正是由于這些生態系統內的小循環和地球上的生物地球化學大循環，保障了存在于地球上的物質供給，通過遷移轉化及循環，是可再生資源取之不盡用之不竭。但是，當生態系統受到破壞，從循環論的觀點看，是廢物大量產生或某些再生資源開發過度，而阻滯、干擾了正常的循環道路，循環失調與失衡，導致大量的廢物產生，最終造成污染，破壞環境。生態工程就是要采取措施，調整循環運轉的各個環節及途徑，協調這些環節的輸入、轉化與輸出的物質的量，使廢物資源化，為物質生產和生物再生提供更多的機會，變廢為寶，化害為利。

生態工程的基本原理當前18頁，總共57頁。衛星眼中的中國國土當前19頁，總共57頁。

“生態工程是應用生態系統中物種共生與物質循環再生原理、結構和功能協調原則，結合系統分析的最優化方法，設計的促進分層多級利用物質的生產工藝系統。生態工程的目標就是在促進自然界良性循環的前提下，充分發揮資源的生產潛力，防治環境污染，達到經濟效益與生態效益同步發展。”生態工程與環境工程的區別在于：生態工程考慮利用生態系統的自我設計特點，是有利于人類和自然兩者的設計。而環境工程則是利用一系列科學原理，去凈化或防治環境污染。與傳統工程相比，生態工程是一項低消耗、多效益、可持續的工程體系。

一、生態工程的定義當前20頁，總共57頁。二、我國生態工程的特點

運用生態控制原理去促進資源的綜合利用、環境的綜合整治及人類社會的綜合發展是生態工程的核心。我國學者在系統生態學理論的基礎上，根據我國樸素的生態工程實踐經驗，把生態工程原理總結為整體、協調、自生、再生循環等基本原理。

當前21頁，總共57頁。三、生態工程學原則

生態系統長期演化與發展，在一定時期內均具有相對穩定而協調的內部結構和功能。當人和超越一個生態系統自我調節能力的外來干涉，均可破壞結構間協調、或功能間協調，導致該生態系統的原有性質及整體功能的破壞和改變。維護生態系統結構與功能的協調性是生態工程的重要原則。當前22頁，總共57頁。四、自生原理

自生原理包括自我組織、自我優化、自我調節、自我再生、自我繁殖和自我設計等一系列機制。自然生態系統的自我設計能力是生態工程中最主要的基本原理之一。通過設計，能很好地適應對系統施加影響的周圍環境，同時系統也能經過操作，使周圍的理化環境變得更為適宜。當前23頁，總共57頁。五、鏈條原則

人類社會賴以生存繁衍的物質和能量來自于大自然而歸宿于大自然。人類社會是大自然運作的一個環節。采用將物質和能量在人類這個環節里加長鏈條，延長留存時間的原則，就可以看出實際上就是向自然少了索取，就意味著對自然的高效利用。當前24頁，總共57頁。六、窮人思維

窮人不得不懂得珍惜，實踐珍惜。窮人眼里無廢物。思考生態工程，就需要有一種“窮人”思維。當前25頁，總共57頁。1.黃土高原流域綜合治理：生物措施和工程措施的系統化實施，保持了水土，提高了土地生產力，改善了自然景觀。例如水窖的使用，使困擾人們的吃水問題得到了巧妙的解決。2.安太堡露天煤礦的復墾重建植被：工程整修地形減少風沙危害和水土流失；生物以豆科牧草與禾本科混播，培肥地力，改良土壤，迅速恢復到農牧業可利用的狀態。3.黃河河口濕地的生態恢復：在鹽堿洼地實施挖塘造田工程，挖掘下層土壤蓋在鹽堿表土上，造成了壘起的臺田，在0－20m的耕作層內，鹽分主要向下運動，及時種植有關谷物，立苗后對土壤又有改良作用；而挖的坑發展為魚塘，坡地上種植綠肥，在發展鹽堿地改良的農業中，鼓勵養牛，同時大力發展秸稈氨化作飼料及產出的牛糞再還田肥土，如此做到二業并舉，同步興旺，生態經濟效益良好。

七、生態工程的幾個實例當前26頁，總共57頁。寧夏海原縣退耕還林還草初現生態效益當前27頁，總共57頁。生態工業下篇當前28頁，總共57頁。一、生態工業的特點

過去的模型假定經濟在開放體系中運行，即在工業生產中物質一次性投資，產品占其原料的20%左右，絕大部分作為廢物排放到環境中。生態工業技術試圖改變經濟在開放運行的思路，應用基本的物理的、化學的原理，通過廢物、零件、組分及原材料的循環、回收和再利用，從開放的物質流體系向封閉性的物質流體系轉變，從而實現物質的永續利用，減緩自然系統中“熵”的加快增長的過程。當前29頁，總共57頁。二、生態工業的理念

在傳統的工業體系中，每一道制造工序都獨立于其他工序，消耗原料，產出將銷售的產品和將堆積起來的廢料。一個生態工業系統，可以像一個生物生態系統那樣循環運行：植物吸收養分，合成枝葉，供食草動物本身又為食肉動物所捕食，而它們的排泄物和尸體又成為其他生物的事物。當前30頁，總共57頁。三、工業共生例之一

美國的查塔努加市曾是全美污染程度最嚴重的。其生態工業思想的發端是由一個舊鋼鐵企業的改造開始的，將這家舊企業改造成一座以太陽能為動力的來處理污水的”有生命力的機器“。與之相鄰的是一家利用經過處理的循環水進行生產的肥皂廠。與肥皂廠相鄰的是另外一家利用肥皂廠的副產品進行生產的廠。由企業群構成的網絡中，每一家可以利用另一家的副產品進行生產，達到消除廢物和污染的目的，如同利用生態系統中不同生態位，通過自然進化的方法消除廢物。同時，每個企業由于材料和能源的節約得到更大的經濟效益當前31頁，總共57頁。四、工業共生例之二

丹麥卡隆堡為一萬人口的海濱小鎮。一座燃煤發電廠把熱蒸汽輸往兩家煉油廠、一家制藥公司以及鎮上居民家中。額外回收的熱能輸往附近的一個漁業養殖廠。發電廠洗滌煙氣中的二氧化硫產生的石膏賣給鎮上身產石膏灰泥板的企業。這家企業還利用煉油廠排出的輕氣體做烘干爐的燃料。煉油廠把冷卻水輸入發電廠用做清洗和鍋爐用水。漁業養殖場和制藥公司產生的有機淤泥可以用做農田肥料。根據初步估計，該生態工業園投資為1600萬美圓，各合作伙伴節省了10倍的開支。整個地區的年耗水量節約了120萬噸。當前32頁，總共57頁。中國更需要生態工業當前33頁，總共57頁。五、生態工業系統的構筑1“工業無廢物“化：在自然生態系統中，物質在循環，一切物質都可以被利用，無“廢物“的概念。在人類社會中，物質以直線方式從制造者輸往消費者，然后直接排入空氣或垃圾堆。”廢物“實際上是由人類制造出來的。應當通過“接通循環”的辦法消除廢物。這要求工業界對更多的資源做循環利用。充分地利用原料，使副產品減少到最低限度。還要求人們改變思維方式。產品不再被認為是生產線上的最終結果，而是物質的暫時體現。當前34頁，總共57頁。五、生態工業系統的構筑2“工業無廢物“的設計：為了充分利用資源和減少廢物，現代的生產廠家必須考慮要怎樣設計和生產產品，才能使廢物和污染的控制成為企業自己的事。他們還需要注意到產品的整個壽命周期，心上還掛念著的產品壽命完結時會帶來些什么。生產廠家應力求找到促成一個綜合性的革新。以前，工程師們常說，“為制造設計“、”為組裝設計“，現在，又增加了”為拆散設計“、”為重復使用設計“和”為環境設計“等新術語。當前35頁，總共57頁。五、生態工業系統的構筑3開發生態工業系統：在深入觀察自然生態體系時，我們正開始思考，有無辦法把不同的生產廢物（尤其是有危險性的廢物）的過程聯結起來。一個充分發展的生態工業，或許沒有必要要求某個特定的廠家或特定的行業生成的廢物極小，但在總體規模上，使整個生態工業的廢物極少。有些公司力求使廢物極小化已是長期的事，化學工業和石化工業可能是走在最前面的。當前36頁，總共57頁。六、建立生態工業系統的條件1廢料作資源：能源和原材料的消耗應該得到優化，應盡量減少廢料。每道工序的廢棄材料，如石油工業的催化劑、熱電廠的氣體或固體廢料，或大眾消費品的包裝材料，應作為別的工業部門的原料來使用。

這一想法在經濟界卻似乎不被接受。經濟界，仍在廣泛地鼓勵，甚至強制使用新產品和新材料。很少有企業把自己的廢料視為浪費。然而，特別是那些不具備污水處理能力的中小企業，排放的污水經常伴有大量的金屬，其含量超過了天然礦砂的含量。

當前37頁，總共57頁。六、建立生態工業系統的條件2封閉物質循環和盡量減少消耗性排放：要使工業社會中物質循環得以封閉，在探討回收利用生物過程的特性和效率之前，必須進行大量的技術革新。問題是廢物的分揀和分離。廢鋼鐵，廢塑料的分揀成本特別高，而且還伴隨著收集和運輸方面的費用。分揀在必要情況下，若要實現部分自動化，就要求產品在生產過程中做出必要標記，甚至設計時就考慮到易于拆卸回收。當前38頁，總共57頁。六、建立生態工業系統的條件3防止消耗性污染：許多產品的使用都是消耗性的。包裝物料，潤滑劑、溶劑、絮凝劑、防凍劑、去污劑、肥皂、增白與洗滌劑、染色劑、油漆、色素、藥品、殺蟲劑、殺真菌劑和殺菌劑等。大部分有毒重金屬如砷、鎘、鉻、汞等，包含在不同的產品之中，也隨著使用及正常老化而消耗開來。油漆中經常包含有鉛、鋅或鉻以一種逐漸的方式慢慢消耗。特別是腐蝕，也是物質消耗性污染的重要來源。方法：（1）改良原料（2）回收處理（3）替代當前39頁，總共57頁。七、可持續發展與生態工業革命

生態工業革命在價值觀上對傳統經濟理論提出了挑戰。這一理念的實踐將對社會產生深刻影響。

1.對社會生活方式的影響：生態工業將影響到人們衣食住行的各個方面，所有這些改變都需要有技術作為保證。采用新技術、新方法使生活方式更加符合生態可持續要求。

2.對生產組織形式的改變：主要體現在生態工業園的建設和發展上。生態工業本身的發展是與生態工業園區的自發性時間過程密不可分的。

當前40頁，總共57頁。八、中國的機遇

環境保護興起還不到50年，生態工業思想的提出是最近十年的事。從人類社會發展可持續發展的角度來說，對原有的工業體系進行結構性的改革勢在必行。積極面對生態工業革