1 工业生态学的缘起

1 工业生态学的缘起

1989年9月，美国通用汽车公司的研究部副总裁罗伯特〃福布什(Robert Frosch)和负责发动机研究的尼古拉斯〃加罗什(NiColas Gallopoulos)在《科学美国人》杂志上发表的题为《可持续工业发展战略》的文章正式提出了工业生态学的概念，认为工业系统应向自然系统学习，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的传统生产方式，减少工业对环境的影响，这个定义的提出标志着工业生态学的诞生[1]。此后不同研究人员对工业生态学亦提出了自己的理解，1995年，加拿大的Cote曾对工业生态学的定义做了统计，共有20多种，其中较具代表性的主要为《工业生态学杂志》[2]、美国跨部门工作组[3]以及工业生态学国际学会的定义[4]。尽管工业生态学的定义颇多，但本质上没有大的区别，概而言之，工业生态学是一门新兴、蓬勃发展的综合、交叉学科，是一门研究人类工业系统和自然环境之问的相互作用、相互关系的学科，为研究人类工业社会与自 然环境的协调发展提供了一种全新的理论框架，为协调各学科与社会各部门共同解决工业系统与自然生态系统之间的问题提供了具体、可供操作的方法，为可持续发展的理论奠定了厚实的基础。工业生态学追求的是人类社会和自然生态系统的和谐发展，寻求经济效益、生态效益和社会效益的统一，最终实现人类社会的可持续发展[5]。 进入20世纪90年代后，工业生态学的研究不再停留在概念的探讨上，

其理论与实践进入了蓬勃发展的阶段。工业生态学的研究以美国最为积极，20世纪90年代初美国科学院就曾举行多次会议，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[6’7]，此后在1993年成立的美国可持续发展总统委员会还专门召开会议对工业生态学重要实践领域一生态工业园进行探讨[8]。除此之外，清洁生产杂志以及生命周期评价杂志等期刊还经常刊载工业生态学方面的内容[9]。工业生态学的研究在美国的政府、学术界以及工业界都受到了高度的关注，这引起了世界其他发达国家的重视，从而使工业生态学出现了全球性的研究热潮。影响这一热潮的主要事件有二：一是1997年麻省理工学院出版了全球第一份《工业生态学杂志》，专门发表工业生态学的研究论文，使得工业生态学研究人员从此有了独立发表自己研究成果、进行学术思想交流的 园地[1叩；另一个是美国工业生态学派的崛起，其中以Iddo K．Wernick和Jesse H．Ausubel等16人组成的维世奴帮(Vishnu Group)为代表Ⅲ]。进入21世纪，工业生态学研究更是进入了一个崭新的发展时期，2000年成立了工业生态学国际学会，使研究 的全球普及化得到了提高[1“。 2 国外工业生态学的研究现状

20世纪80年代以来，国外学术界、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，逐步形成了工业生态学研究的概念和方法论体系。1989年Frosch和Gallopulos正式提出工业生态学概念，认为工业系统应向自然生态系统学习，并可以建立类似自然生态系统的工业

生态系统[1]。此后，众多研究人员通过系统、定性、定量等多种方法对工业生态学进行了深入的研究，涉及的研究领域相当广泛，主要有9个方面口“：①原料与能量流动(工业代谢)；②物质减量化；③技术变革和环境；④生命周期规划、设计、评价；⑤为环境设计；⑥延伸生产者的责任；⑦生态工业园(工业共生系统)；⑧产品导向的环境政策；⑨生态效益。

2．1原料与能量流动(工业代谢)

研究焦点集中于工业系统、区域和全球原料与能源流向的量化；原料与能源流动的环境影响以及减少环境影响的理论、技术方法。A”es等人[1朝对经济运行中原料与能源流动对环境的影响进行了开拓性的研究，提出了工业代谢的概念并进行系统研究，奠定了原料与能源流分析的基本理论。其他一些学者则结合钢铁工业、化学工业、森林工业等部门对原料和能源流动的循环、转换、优化模式等做出了富有成效的探索口4~1?。综合而言，目前工业代谢只是停留在概念层次，主要关注代谢事实的发现与方法的发展，在理论与实际操作上仍有待深入。

原料与能源流动研究采用3种基本分析方法：①质量平衡方法(mass balance)；②输入一输出分析方法(input—output analysis， IoA)；③生命周期分析与评价。近年来一些学者提出了研究原料与能量流动更具体的新方法，Joosten等人[173于1999年提出了原 料流动分析新方法STREAM(statistical Reesearch for Analyzing Mate“al streams)，并采用这种方法对荷兰的塑料的流动进

行了分析[18]；Michaelis等人采用熵(Exergy)分析方法研究了英国钢材部门的原料与能量流动[1?，这些方法无疑为原料与能源 流动分析开创了新的思路。然而，目前主要原料与能源流动分析研究方法局限于物质、能量在各个生产环节的流通，较少考虑物 质、能量的转化问题，由此难以进行定量分析研究，如何进行定量化分析是今后一个富有吸引力和挑战性的问题。 2．2物质减量化

物质减量系统化研究和物质减量与经济发展的关系研究是工业生态学家们关注的两个重要问题。C1eveland和Ruth指出，对于特定企业、工业的原材料使用范围、运行机制、使用模式、物质减量引起经济层面的影响以及物质替代对环境的影响程度等问题也应引起重视[2?。到目前为止，有关物质减量化的研究多基于技术和经济因素[5]，对产品和“服务”等物质减量化的理论框架尚未完善，缺乏有效的实施方法。如何对物质减量化进行评估一直是众多学者所关注的问题。迄今为止，基于物质利用强度Iu(intensity of use)这一主要评估指标，形成两种分析方法：环境库兹涅茨曲线(Environmental Kuznets Curve)理论和长波理论(Material Use and Long waves)。除EKc和长波理论这两种主要评估方法外，物质分解析

(MaterialDecompositionAnalysis)、输入一输出分析、物质利用强度的统计分析，以及动力学模型、综合国家物质利用分析等方法亦是物质减量化评估的有效手段。需要指出的是，上述方法都存在不同程度的不足，特别对综合物质利用方面的研究还存在不少问题，这无疑

是未来研究需要面临的课题。 2．3技术变革和环境

苏伦〃艾尔克曼(S．Erkman)在系统研究基础上指出工业生态技术使得无碍环境技术与其他技术的鸿沟将不复存在，环境系统分析 万是技方术数研据究方法的基础，技术研究并不仅仅局限技术自身，也涉及到技术政策[2“，他还从技术研究的意义、分析方法、内容等多方面的诠释了工业生态技术.技术的发展.传播的两种发展战略:循序渐进的增量改进战略和现存技术体割裂的的创新战略.其他工业生态学家则结合实践就如生态技术.生物技术等技术群以及化学工业,造纸工业等技术发展轨迹来探索工业技术的发展模式,方法,取得了一定的成果/工业生态学涉及的技术领域较广,概括而言集中于两个方面;工业系统进化科学理论,方法与技术,创新技术在工业部门应用方法. 2.4 生命周期评价

多年来,生命周期评价的初步理论框架已初步形成,国际环境毒理学与化学学会出版的报告将;LCA分成4个有机组成:目的与范围的确定,清单分析,影响评价,改善评价,这为LCA方法论研究的起步起到了里程碑作用.目前,LCA 主要采用两种评价方法:SETAC-EPA分析方法和经济输入和输出生命周期的评价模式，也存在不足，针对上述方法AT&T采用了LCA的简便矩阵方法，这种方法科学合理反映环境危害的主要阶段以及各种因素造成的环境影响，美国环保局（EPA）在生命周期清单分析中做了较为系统的研究，是生命周期评价进入了实质性的推广阶段，此外 SETAC和国际标准组织在LCA的国际标准化研究方

面取得了重要进展，而荷兰、丹麦、英国、等欧洲国家在推行LCA的政策、法律法规以及产品工艺等走在世界前列。

生命周期设计（lcd）,特别强调在生命周期评价的基础上开展产品的设计，将寻求环境影响最小化的理念渗透于每一产品系统组成，即产品、工艺、分发和管理。虽然LCD是很好的设计理念，但是LCD由于涉及面广，其实施仍存在一定困难，主要受内外因素影响；内在因素主要包括企业合作原则，企业的目的，产品表现检测方法，产品策略以及企业新工艺要求的原材料利用问题等，外在因素主要有政府政策，法律法规，市场需求，经济水平以及产品竞争等。如何克服这些种种不利因素影响，使Llcd能够在企业中顺利实施，这需要人们进行深入的研究。 2.5为环境设计 2.6延伸生产者责任 2.6生态工业园

生态工业园是生态学的核心研究内容之一。概念 2．8产品导向的环境政策

产品导向的环境政策是工业生态学的另一个重要研究领域，一些工业化国家已经开展了相关研究并正在积极推行，并取得了一定的成果。1998年丹麦国家资源与环境政策委员会发布了关于产品导向环境政策的行动计划，从行政管理上保障了产品导向环境政策的有效实施，但是对于与产品环境影响相关的组织和个人其应承担的责任并没有制度化，这会对产品导向环境政策实施产生一些不利因素。瑞典产品

导向环境政策与丹麦有所不同，其强调行政管理、经济和市场等措施的综合运用，这有助于减少产品导向环境政策实施过程中的一些阻力。产品导向环境政策的制定是一项复杂工程，涉及到自然学科、社会学科等诸多学科，合作研究成为必然趋势。北欧部长委员会1999年成立的专家组，就如何开发一个公共的产品导向环境政策框架技术进行研究，并取得了阶段性成果H?。北欧部长委员会的公共的产品导向环境政策框架为解决不同国家的不同环境产品政策冲突构 筑了有效的平台，并为产品环境政策规范化奠定了一定的基础。1998年欧盟委员会提出了IPP(Integrated Product P01icy)，并建议作为欧盟各国产品环境政策[4“。欧洲工业化国家在进行产品导向的环境政策的理论研究的同时，也在实践中积极推行和完善这一政策，如丹麦和挪威等国家在开发新的技术和方法、建立和完善信息系统、营造有利市场环境等方面取得了一定的成果和经验【4“4“。 2．9生态效益

生态效益已成为工业生态学的一个重要研究领域与组成部分。目前，生态效益研究焦点已从概念的探讨转向生态改进和为

增进商品的服务强度。与工业生态学其他研究领域一样，生态效益的量化仍然是研究者面对的主要问题。世界可持续发展工商

理事会(wBCSD)发展了生态效益指标的理论和方法，建立了生态效益指标框架。生态效益的实践运用也取得长足进展，亚太经 合组织(APEC)结合工业部门的生态效益实务，提出了完整的实施方法，具有较高的实践指导意义[5]。

3我国工业生态学研究现状

经过十多年的跟踪和学习，我国工业生态学也已取得了长足进展，并初步形成了既与国际研究主流接轨又符合中国国情特色的理论和方法。

3．1 以物质和能量为核心的工业生态系统理论研究

对工业生态系统理论探索是我国工业生态学研究的重点，在大量翻译和介绍西方研究成果的基础上，我国工业生态系统理论的研究也取得了积极的进展。汤慧兰及王子彦等首先从不同角度出发分析了工业生态系统的基本特征、内容、特性并提出了工业生态系统建设的基础、原则和对策等[44“?，对工业生态系统理论框架的构建进行了有益的探索。胡山鹰等人则深入地分析了工业生态系统内的系统集成问题，提出了工业生态系统的物质、能量、信息等集成的有效方法和途径n?。吴伟等人认为应加强对工业生态系统的控制和管理，并探讨了工业生态系统的运行和控制机制，提出了递阶控制和分散控制等方法[4?。在工业生态系统的综合评价、工业生态系统内部企业链、工业系统内物质循环和能量流动等方面，一些研究人员亦进行了初步研究并取得一定的成果[48“?。其他研究人员则从实践上进行探索，薛东峰对南海生态工业园的工业生态系统进行了规划设计，为其他园 区生态工业系统的构建提供了新思路[5q；杨青山等也结合九台市生态工业园对生态工业系统的建设模式进行了富有成效的探索[523；肖松文等则结合矿业开发提出了构建矿业生态系统模式[5?。可见我国生态工业系统研究已经不仅仅局限于理论的探讨，

研究人员更多的从理论和实践相结合进行研究，使研究内容不断深入，研究广度不断拓宽。

在工业生态系统研究内容不断深入的同时，在借鉴国外研究方法的基础上，我国工业生态系统研究方法亦有所发展，周哲等在用工业代谢分析方法对煤炭利用过程进行了分析，并提出了相应的改进模型，从而发展了工业代谢分析这一主要分析手段；胡山鹰等提出了热力学分析及柔性分析研究方法n61；陈定江则用数学非线性原理分析工业系统，并以枣庄为例搭建工业生态系统模型口43；王兆华等运用经济学交易理论分析了工业生态系统，揭示了系统共生的机理口?。整体而言，我国工业生态系统的研究方法逐步由单纯的定性研究走向定性和定量相结合，单纯的理论探讨走向理论与实践相结合；我国工业生态系统研究的理论观点、方法既凝练了工业生态学的核心基础，又在国内的大量案例研究中有所发展。

3．2以生态工业园为中心的生态工业建设实践

生态工业园区建设是解决结构性污染和区域性污染，调整产业结构和工业布局，实现我国新型工业化的一种新的发展模式。我国研究人员在实践基础上对生态工业园建设进行了积极的探索，取得了可喜的成果。陈定江及李有润指出生态工业园区的设计和管理需要建立在定量分析的基础上，提出了引入逻辑表达式的生态工业园模型，为园 万区决方策数系据统提供了核心模型[5“。耿勇等则从工业生态学内涵出发，提出了建设工业生态园区的原则、策略和方法[5明；刘__ 力等亦提出了园区～体化管理模式，并应用到实践当中[5“。与此同

时，一些研究人员开始探索生态工业园区以及区内企业的规划设计原理和方法，并进行实证分析口3’5”6?。此外，对生态工业园区的评价方法已取得了一定的进展[6u。目前，我国已经形成一批具有代表性的国家生态工业示范园区n“，如贵港国家生态工业(制糖)示范园区、南海国家生态工业园区、黄兴国家生态工业示范园、包头国家生态工业(铝业)示范园区以及石河子国家生态工业(造纸)示范园区等，为加快我国生态工业建设奠定了良好基础。 4．2我国工业生态学研究展望

我国工业生态学研究虽然取得了一定的成绩，但与西方发达国家研究相比，在研究内容、研究方法、实践探索等方面的深度和广度都相对有限。在研究内容方面，我国主要集中于工业生态系统和生态工业园的研究，而西方发达国家的工业生态学研究则涉及物质和能量流的分析、技术和产品设计、工业系统、生态工业园、政策和法律等多个层面，并已经初步形成了完整的理论框架；研究方法上，国外主要采用系统分析、定量和定性相结合的方法，国内主要还是因循国外的基本研究方法，没有实质性的突破。实践上，国内外都较为重视生态工业系统的构建以及生态工业园的规划建设，但是我国工业生态学实践开展相对比较晚，在发展规模和实践研究深度、广度上都有较大的差距。面对我国工业生态学研究相对落后的现状，需要不同学科的研究人员合作，共同构建具有我国特色的工业生态学研究体系，为实现经济和社会可持续发展的最终目标服务。

4．2．1研究的总体框架工业生态学是生态学、经济学、地理学等多学科与工业生产实践相结合的产物，它应由基础研究、政策研究、应用研究组成。

基础研究主要包括工业生态学的概念、原则、内在特性、基本理论和方法等。加强基础性研究是工业生态学这一学科发展的内在要求，同时也是实践发展的必然需要。工业生态学作为一门交叉学科，其基础研究应着眼于创造通用的思维方式以构筑各学科交流平台，以利于学科之间的沟通。

政策研究是利用基础研究成果形成的指导实践的政策，如法律政策、实施方法等。政策研究要立足于实际，着眼于解决发展中存在的问题；另一方面研究也要具有前瞻性，对工业生态学的未来做出合理的预测，从政策层面促进学科发展。

应用研究是将现有的知识和方法应用到实践中。它包括示范项目和实验，通过案例研究判断哪些实施方法是成功的，哪些是失败的。应用研究既是工业生态学发展的要求，又是学科发展的源泉。应用研究案例的层面、水平应是多样的，可从国家、区域、社区多层面，不同技术水平、不同工业部门进行试点建设，通过分析比较以便找出他们的不同，产生出指导性的原则和新的试点项目。

4．2．1研究的总体框架工业生态学是生态学、经济学、地理学等多学科与工业生产实践相结合的产物，它应由基础研究、政策研究、应用研究组成。

基础研究主要包括工业生态学的概念、原则、内在特性、基本理论和方法等。加强基础性研究是工业生态学这一学科发展的内在要求，同时也是实践发展的必然需要。工业生态学作为一门交叉学科，其基础研究应着眼于创造通用的思维方式以构筑各学科交流平台，以利于学科之间的沟通。

政策研究是利用基础研究成果形成的指导实践的政策，如法律政策、实施方法等。政策研究要立足于实际，着眼于解决发展中存在的问题；另一方面研究也要具有前瞻性，对工业生态学的未来做出合理的预测，从政策层面促进学科发展。

应用研究是将现有的知识和方法应用到实践中。它包括示范项目和实验，通过案例研究判断哪些实施方法是成功的，哪些是失败的。应用研究既是工业生态学发展的要求，又是学科发展的源泉。应用研究案例的层面、水平应是多样的，可从国家、区域、社区多层面，不同技术水平、不同工业部门进行试点建设，通过分析比较以便找出他们的不同，产生出指导性的原则和新的试点项目。

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