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20世纪后半期，末端治理的弊端如成本高、效果不明显、治标不治本且容易造成二次污染等日益凸现；同时，清洁生产的局限性（偏重于局部工艺和技术而不是整个系统）也愈益明显；加上现实中环境保护活动的边际效益日益萎缩，并且其边际成本业已逐渐增加到人们无法承受的地步。种种现象和问题使人们认识到以分散式污染防治为特征的末端治理和清洁生产已经不能适应日益多样化、复杂化和区域化（全球化）的环境问题。在这种情况下，人们开始将视角转向经济发展活动本身，希望能从经济发展的自身规律中找到解决环境污染问题的根源解。同期，生态学尤其是仿生学的突飞猛进，从而激发了人们模仿自然生态系统物质循环原理来改造人类生产系统，将其构筑成一个物质闭路循环系统的想法。于是，在20世纪80年代末90年代初，产业生态学作为这一思维变迁的集中体现应运而生。

20世纪60年代末，日本通产省政府注意到工业化的环境代价相当高，于是指定其隶属机构——产业机构咨询委员会，开展一次前瞻性研究，产业-生态工作小组是其中之一。该小组于1972年5月发表了题为《产业生态学：生态学引入产业政策的引论》的研究报告。T．Taylor于1972年提出了一些与目前的产业生态学思想十分接近的观念。1976年，在联合国欧洲经济委员会组织的“技术与无废料生产”报告会上，与会者提出了很多类似于目前清洁生产和产业生态学概念的观点；之后，在1977年的德国地球学年会上，美国地球化学家P．Cloud在其论文中首先使用了“产业生态学”一词。1983年比利时的政治研究与信息中心出版发行题为《比利时生态系统：产业生态学研究》的专著，该书清楚地表述了产业生态学的基本原则。20世纪80年代末，以R．Frosch等人开展的“产业代谢”研究为代表，正式提出产业生态学概念，认为产业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产业生态系统。在这样的系统中，产业企业之间相互依存、互相联系，构成一个复合的大系统。

1990年，美国国家科学院与贝尔实验室共同组织了全球首次“产业生态学”论坛，对产业生态学的概念、内容和方法及应用前景进行了全面系统的总结，基本上形成了产业生态学的概念框架。1991年5月，美国科学院在华盛顿组织召开了产业生态学研讨会。此后，产业生态学研究进入蓬勃发展时期。产业生态学研究已经在全球范围内广泛开展起来，美国已有30多所大学开设了此课程，产业生态学思想受到了美国、日本、德国、比利时、丹麦、荷兰、瑞士、瑞典等国政府、企业和国际组织的高度重视。

20世纪90年代以后，产业生态学研究进入蓬勃发展时期，国际上产业生态学发展历程中的一系列重大事件见表11-3。

2．产业生态学的主要研究内容

1）产业系统与自然生态系统的关系

产业生态学不把产业体系看成是与生物圈相对立的体系，而是视其为生态系统的一个特殊子系统。产业生态学认为，工业革命以来发展起来的工业系统，在很大的程度上属于一级生态系统的范畴，还是一个年轻的生态体系，需要从理论和方法上研究如何促使其向高级生态系统进化，从而与整个自然生态系统保持和谐的发展。

产业生态学迅速发展的一个重要驱动力，在于避免产业活动对环境的压力。因此必须首先研究产业系统与自然系统的交互界面。自然生态系统既是产品的原料源，又是其产品或残余物的汇。因此需要从局地、地区和全球三个层次上扩展我们对自然生态系统动力学的认识，监测和分析自然生态系统的环境容量，详细了解自然生态系统的同化能力、恢复时间，以及尽可能获取目前环境状况的真实信息。在此基础上依据自然生态系统的环境容量平衡产业系统输入流、输出流。对自然生态系统的环境容量的研究需要充分认识大规模生态过程的动力学机制。从目前生态学研究现状看尚不尽如人意。从1980—1987年，全球50%的生态学研究在直径小于1m的范围内进行，同时约25%的研究在直径不到25cm的区域中开展，1989年的一份调查文献表明40%的生态学试验都短于一年，因此二者关系的研究将是一个有重大意义的热点课题。

2）产业生态系统的低物质化途径

（1）物质减量化。

物质减量化即降低产业生产过程中的物料消耗和能源强度。物质减量化已成为一种发展趋势，在经济系统中物质消耗的研究已经有很长的历史。20世纪70年代以来，无论是发达国家还是发展中国家，单位GNP的物质消耗量一直呈下降趋势。物质减量化研究工作的开展，对于人们认识经济发展和环境之间的关系是一个重要的思路：如果人类在世界人口增长迅速的情况下，既想享有高水平的生活，又想把对环境的影响降低到最小限度，那么只有在同样多的、甚至更少的物质基础上获得更多的产品与服务。

物质减量化和脱碳有不同的定义。一般而言，脱碳指的是在单位经济输出中，绝对或相对减少所消耗物质的量或产生废物的量。

3）产业系统代谢过程模拟与改进

（1）原料与能量流动分析。

20世纪80年代后期，人们对产业系统产生污染的研究与控制过于集中于点源。之后，人们认识到污染不仅是点源，还有分散、复杂的非点源问题，它涉及工业活动的物质与能量消耗。物质与能量流动研究的主要观点是：与生物的物质和能量的代谢以及生态系统的物质与能量流动相类似，现代产业生产是一个将原料、能源转化为产品和废物的代谢和流动过程，这一过程必然对自然环境产生影响，影响的强度取决于物质与能量使用的强度。它研究产业系统、区域和全球原料与能量流向量化的理论与方法，研究这些流动对自然生态系统的影响，研究减少这些影响的理论、方法与技术。

（2）技术变革与环境。

一方面研究、发展促进产业体系进化的科学理论、方法与技术，使产业系统能够像自然生态系统那样维持循环运行；另一方面则研究创新技术在产业部门应用时遇到的障碍与解决方法。

4）产品生态评价与生态设计

（1）生命周期评价。

生命周期评价（LCA）是一种面向产品的方法，它评价产品、工艺或活动，从原材料采集，到产品生产、运输、销售、使用、回收利用、维护和最终处置整个生命周期（即从“摇篮”到“坟墓”）阶段的所有环境负荷。它辨识和量化产品整个生命周期中能量和物质的消耗以及环境释放，评价这些消耗和释放对环境的影响，最后提出减少这些影响的措施。生命周期评价的基本结构可归纳为四个有机联系部分：定义目标与确定范围、清单分析、影响评价和改善评价。

（2）为环境设计。

这是一种产品设计的新理念，在20世纪90年代初提出。目前，在国外有两个差别很小的术语：为环境设计和生命周期设计。它们都要求在产品开发的设计阶段，就应考虑生态要求和经济要求之间的平衡，应考虑所设计产品可能对环境造成影响的问题，以便生产在整个生命周期内对环境影响最小的产品，其最终目标是建立可持续的产品生产与消费体系。

（3）生态效益。

1992年，世界环境与发展大会于巴西的里约热内卢召开时，可持续发展工商理事会提出一份代表企业界意见的报告书——《改变经营之道》，“生态效益”一词正式在该报告书中提出。报告认为，有生态效益即表示在增加更多价值的同时不断地减少资源消耗和污染。可持续发展工商理事会于1993年11月在比利时的Antwerp召开会议，会上通过了对于“生态效益”的正式定义，即：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、满足人们需求和提高生活品质的同时，在产品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球承载力能负荷的程度。

5）区域产业生态系统设计与建设

（1）系统论观点。

从系统论的观点出发，自然生态系统与产业生态系统均为远离平衡态的自组织“耗散”系统。然而，自然界的营养物质循环却是闭合式循环，是一个相对稳定且非常高效的系统。而产业生态系统则基本上是开放型的，即产业物质流一般是单向的，产品和生产工艺残余物大部分不进行再循环利用而直接或间接进入自然环境。作为一个开放系统，产业系统是不稳定的，也是不可持续的。因此，依照系统论的思想设计近似自然系统的物质闭合循环型产业生态系统，是产业设计的终极目标。

（2）生态产业园。

生态产业园发展的雏形是丹麦的Kalundberg产业共生体（industrial symbiosis）。生态产业园的定义目前尚未统一，有两个稍有不同的定义：一是生态产业园是一个市场共同体，园区内的企业相互合作，并有效地分享资源（信息、原料、水、能源、基础设施和自然环境），从而使经济增强，环境质量得到改善，使市场和区域共同体发展所需资源合理增加；二是生态产业园是一个计划好的原材料和能源交换的产业体系，它寻求能源、原材料高效使用以及废物的最小化，并建立可持续的经济、生态和社会的关系。

6）产业生态学与可持续的环境政策

（1）延伸生产者的责任。

延伸生产者的责任是一种环境保护的原则，它通过促使生产者对其产品的整个生命周期特别是产品的回收、循环利用和最终处置承担责任，从而降低产品总体的环境影响。最终目的是通过开发环境责任产品和产品的回收利用达到可持续发展。

（2）产品导向的环境政策。

产业产品的整个生命周期都会对环境产生不同程度的影响，控制产业产品对环境的影响要考虑整个生命周期。产品导向的环境政策认为，产品的环境责任人不仅仅是生产者、产品设计者、产品分配者以及废弃产品的回收处理者，还是产品整个生命周期过程的参与者，他们应该承担保护环境的相应责任，都应该是产品的环境负责人。要从根本上控制环境污染，就必须使产品整个生命周期各个阶段的相关责任人共同努力，使这些产品的环境负责人切实承担起各自的责任。责任的实施，则要通过政府权威的力量，通过制定相应的国家政策来实现，这也就是产品导向的环境政策的含义。

（3）制定标准环境管理体系。

国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）是目前世界上最大的非政府性国际标准化机构，也是当今世界最大的国际科学技术组织。它成立于1946年，总部设在瑞士日内瓦，其成员由100个成员国家的标准组织组成。在巴西环境发展大会一年后的1993年6月，ISO成立了新的技术委员会——TC207环境管理技术委员会，TC207所制定的国际标准，通称ISO14000系列（Series Standards of ISO14000for Environmental Management），由ISO为TC207预留的100个标准号构成，即ISO14001～14100，包括50个标准号和50个备用标准号。国际标准化组织已正式颁布了6个ISO14000系列标准，其中有2个是有关环境管理体系的，3个是有关环境审核的，1个是有关生命周期评估的。其他标准目前还处于制定的不同阶段，将会在以后陆续颁布。在环境领域，ISO14000系列标准区别于以往质量标准、地区性环保排放标准和环境标志。它为组织提供了一体化环境管理规范，即建立环境管理体系，放弃传统的事后管理做法，而采取预防的做法。它同时体现了产品生命周期思想，即通过对产品从“摇篮”到“坟墓”的全过程控制，推动全行业乃至全社会环境行动的改善。

7）产业生态学教育

人作为生产活动中的核心元素，劳动者的专业素质和精神价值观对经济环境政策的制定和执行结果具有决定性的影响，人文环境也是环境质量的重要指标之一。所以在产业生态系统的各个环节上都有对参与者教育的必要和义务。

（1）专业人才培养。

在大学里设立产业生态学专业或院系，核心课程的设置应能使学习者受到基本的经济学、生态学、工程学、人文素质和可选择的产业专业训练。

（2）继续教育制度。

对于在岗的决策者、管理者以及劳动者进行制度化的定期培训，保持对领域内发展状况的了解和敏感程度，提升劳动者的技能。

（3）民众普及教育。

运用图片、简易手册、各种媒体或普及讲座等容易为大众接受的形式对相关社区的居民定期进行普及教育，强化社区居民的环境意识。

3．产业生态学原理

1）产业生态系统

产业生态学的主要思想是把产业系统视为一类特定的生态系统。同自然生态系统一样，产业系统首先是物质、能量和信息流动的特定分布，同时完整的产业系统有赖于由生物圈提供的资源和服务。产业生态系统的核心是使产业体系模仿自然生态系统的运行规则，实现人类的可持续发展。在考察产业系统时，借鉴自然生态系统的物质与能量流动模式，使物质得以充分利用，形成封闭循环。

自然生态系统中存在三类基本组成，即生产者、消费者和分解者，形成复杂的营养结构和能量流动网络，应用于产业生态系统。它们可以按自然生态学原理进行功能和结构划分，如表11-4、表11-5所示。

人类赖以生存的环境，包括物理环境（如地理环境、生物环境、人工设施环境、经济运行环境、文化环境等）和作为主体的人类一起构成复合生态系统，即社会-经济-自然生态系统。从生态学角度而言，产业生态系统是一个复合生态系统，因此产业生态学的理论思想应当吸收整合经济学、生态学、工程学、景观生态学等相关学科的理论，推动理论和技术建设。王如松将循环经济学、人类生态学、景观生态学和复合生态系统归纳为产业生态学的四大前沿理论（图11-6）。

2）产业生态学的基本原理

（1）生态位原理。

任一企业、地区或部门的发展都有其特定的资源生态位。成功的发展必须善于开拓资源生态位和调整需求生态位，以改造和适应环境。

（2）竞争共生原理。

系统的资源承载力、环境容纳总量在一定的时空范围内是恒定的，但其分布是不均匀的。差异导致竞争，竞争促进发展，优胜劣汰是自然及人类社会发展的普遍规律，任一系统都有主导的利导因子和限制因子。资源的稀缺性导致系统内的竞争和共生机制。这种相生相克作用是提高资源利用效率、增强系统自组织能力、实现持续发展的必要条件。缺乏其中任何一种机制的系统都是没有生命力的系统。

（3）反馈原理。

复合生态系统的发展受两种反馈机制控制：一种是作用和反作用相互促进、相互放大的正反馈，导致系统的无止境增长或衰退；另一种是作用和反作用相互抵消的负反馈，使系统维持在稳态附近。正反馈导致发展或衰退，负反馈维持稳定。系统发展初期或崩溃期一般正反馈占优势，晚期负反馈占优势。持续发展的系统中正负反馈机制相互平衡。

（4）补偿原理。

当整体功能失调时，系统中某些组分会乘机上升为主导组分，使系统发生歧变；而有些组分则能自动补偿或替代系统的原有功能，使整体功能趋于稳定。

（5）循环再生原理。

世间一切产品最终都要变成其功能意义上的废物，世间任一废物必然可作为生物圈中某一生态组分或生态过程的原料或缓冲剂，人类一切行为最终都要反馈到作用者本身，或有利或有害。物质的循环再生和信息的反馈调节是复合生态系统持续发展的根本动因。

（6）多样性和主导性原理。

系统只有以优势组分和拳头产品为主导，才会有发展的实力，只有以多元化的结构和多样化的产品为基础，才能分散风险，增强稳定性。主导性和多样性的合理匹配是实现持续发展的前提。

（7）生态发育原理。

自然生态系统有趋于成熟的倾向，即我们常说的“进化”；在进化过程中，生态系统由简单的状态变为较复杂的状态，这种定向性的变化称为演替。自然生态系统进化的模式为我们提供了认识现代产业体系和思考其未来发展的理论基础和视角。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“三级生态系统的进化理论”，并提出了理想的产业模式。

①一级生态系统。在生态系统形成的最初阶段，生态系统的组成与结构是简单的（甚至是单一的），物质与能量资源的消耗量低。相对于生命主体来说，地球环境中潜在的资源是无限的，生命形式生长代谢而产生的废物也是无限的。资源在单一的生态系统组成部分中的流动是线性的，在这样的条件下，生命的繁衍在相当长的时期内得以保障。B．R．Allenby将这种运行方式命名为一级生态系统中线性的物料流动，可以用图11-7表示。相应的这种生态学类型或模式称为一级生态学类型（typeⅠecology）。

②二级生态系统。随着生态系统的进化，生态系统的组成和结构趋向复杂和庞大，环境负荷增加，资源相对耗竭，这使得生命体相互之间的联系变得更为紧密，由此形成更为复杂的物质与能量流动网络。在此系统中，物质和能量流动限制在系统附近区域，物质与能量的流动量可以很大，但流入和流出该区域的资源和废物非常少。这就是所谓的二级生态系统或二级生态学类型（typeⅡecology）中准循环性的物料流动（图11-8）。

二级生态系统较一级而言更有效率，但从长远来看，显然也不具有可持续性，因为物质与能量流动的方向是单一的，其结果必然是资源不断减少和废物不断增加，仍未实现物质与能量的循环利用。因此，在二级生态系统内部资源和废物的进出量则受到资源数量与环境容量的共同制约。与自然生态系统相比，现代工业系统在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，主要表现在以下几个方面：一是工业系统利用物质与能量的有限性；二是物质与能量流动的简单网络化；三是工业系统的废物很少回收利用。

③三级生态系统。自然生态系统的进化最终将以完全循环的方式运行，资源与废物只是不同生产环节的相对概念，一过程的代谢废物是另一过程的资源，整个生态系统与外部的联系就只有吸取外部的太阳能。这样的系统称为三级生态系统或三级生态学类型（typeⅢecology）中循环性物料流动（图11-9）。

在这样的生态系统内，物质与能量的流动复杂而活跃，但整个系统受太阳能驱动，物质来源于系统本身，又消化于系统本身，被充分利用而没有废物产生。这种生态学类型的物质与能量循环在时间尺度和空间规模方面与一级或二级生态系统都有较大的差异。

④理想产业系统。B．R．Allenby提出理想产业系统应包括四类基本组成：资源开采者，处理者（制造商），消费者和废料处理者（图11-10）。

人类难以持续发展是因为人类活动已经严重地破坏了人类生产系统与自然界之间的相容性，超出了自然环境的承载力。如果工业系统的废物能够纳入自然界的物质循环链条，并生产工业系统的原料，也可以维持工业系统与环境的相容性。所以，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。

⑤自然-社会-经济复合生态系统（SENCE）。马世骏于1987年提出了自然-社会-经济复合生态系统，归纳出“整体、协调、自生、循环”的生态工程原则，强调经济与环境的协调发展，自然系统和人类系统协调共生，环境的保护和恢复不可能脱离社会经济文化和技术水平的制约。复合系统中人类社会及其组织、技术和文化称为生态核，是SENCE的控制机构，处于核心圈；第二圈是人类活动的直接环境，包括地理环境、人工环境和生物环境，称为生态基；外围第三圈是SENCE的外部环境，包括源、汇仓，是外部支持系统，称为生态库。复合系统的功能包括自然功能、社会功能、经济功能，三类功能相生相克构成复杂的生态关系：每个圈层内部的功能作用关系，三个圈层之间的促进、抑制等相互作用关系。

在对复合系统的研究过程中，马世骏提出了以下生态控制论公理。一是循环原则，世间一切产品最终都要变成废物；任一废物必是对生物圈中某一组分有用的“产品”。二是生克原则，一切有生命力的生物都通过竞争夺取资源，求得生存发展；通过共生节约资源，求得持续稳定。缺乏其中任何一种生克机制的种都是没有生命力的种，必然会被其他物种战胜或取代。三是平衡原则，一切生物的发展都既有限制因子又有促进因子的作用，过程稳定的生态系统中，正负反馈机制相互平衡。四是自适应原则，一切生物都有抓住机会尽快发展和力避风险的战略战术。

（8）最小风险原理。

系统发展的风险和机会是均衡的，大的机会往往伴随高风险。强的生命系统要善于抓住一切适宜的机会，利用一切适宜的机会，利用一切可以利用甚至对抗性、危害性的力量为系统服务，变害为利。

（9）系统论原理。

生态工程设计的目的是要建立一个具有一定功能的生态系统，因此必须符合系统论的基本原理：必须有特定的功能；系统结构具有有序性；有明显的边界；有整体功能；有两个以上组分，各组分之间有一定的比例关系；各组分既有分工又有合作；各个组分通过一定的关系发生作用。

（10）投入/产出原理。

这是所有工程都必须考虑的问题，工程设计要求尽可能达到低投入高产出。而生态工程的投入和产出计算则必须将环境资源的价值考虑进去，能值分析则是目前比较有效的一种方法。

（11）自组织原理。

自组织原理是生态工程学的核心原理之一，认为自组织是生态系统的一种特性，系统不借外力自己形成具有充分组织性的有序结构，即生态系统通过反馈作用，依照最小耗能原理，建立内部结构和生态过程，使之发展进化。自我优化是具有自组织能力的生态系统，在发育过程中，向能耗最小、功率最大、资源分配和反馈作用分配最佳的方向进化。H．T．Odum称之为“最大功率原则”。自组织系统有三个主要特征：①它们是不断向环境交换物质和能量的开放系统；②它们都是由大量子系统（或微观单元）所组成的宏观系统；③它们都有自己演变的历史。低层次的子系统或元素一旦形成，就会出现原有层次所没有的性质，自组织过程就是子系统之间关系升级的过程。

将自组织原理应用到产业生态学中具有重要的指导意义。根据自组织原理，在一个生态产业的设计与建设中，人类干预仅是提供系统一些组分间匹配的机会，其他过程则由自然通过选择和协同进化来完成。假如建立一个特定结构和功能的生态协调系统，人们在一定时期对自组织过程的干涉或管理必须保证其演替的方向，以便使设计的生态系统和它的结构与功能维持可持续性。

（12）等级系统原理。

等级系统原理是景观生态学的基本理论之一，是由H．H．Pattee和H．A．Simon等在20世纪60—70年代，在一般系统论的基础上，结合信息论、非平衡热力学、数学和现代哲学等新兴科学成果，逐步发展起来的一种新的系统观，是关于复杂系统结构、功能和动态的系统理论。等级系统论认为，自然界是一个具有多水平等级结构的有序整体，其中每一个层次和水平上系统都是由低一级层次或水平上的系统组成的，并产生新的整体属性，明确提出在等级系统中不同等级层次上的系统都有相应的结构、功能和过程，需要重点研究解决的问题也不同，特定的问题不仅需要在一定的时间和空间尺度上研究，还需要在其相邻的上下等级尺度上考察其效益和控制机制。

产业生态系统本质上是一个复杂的等级系统，目的在于协调人类生产与自然生产的关系，并实现可持续发展；构建或评价不同区域或组织水平的产业系统也必须协调相应层面的功能。

（13）尺度原理。

生态学系统的结构、功能及动态变化在不同的时空尺度上有不同表现，也会产生不同的生态效应。运用尺度原理有助于对产业生态系统的考察。放大时间尺度的考察，利益是短期的还是可持续的？变换空间尺度考察，对局部环境的改善是否以更大范围内的破坏为代价？这些都是产业生态学必须面对和解决的课题。