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第四章 材料与生态系统 ? 第一节?? 材料与自然生态系统 一、材料与自然生态系统 自然生态系统是在一定的地域内生命系统和环境系统相结合的自然综合体，是一定的地域内自然因素和自然力的总和。 材料生态系统是人类活动，是根据社会需求，索取自然资源进行物质转化、能量流动的工业活动，与自然生态系统、社会经济系统、技术系统存在纵横交错的复杂关系。 自然生态系统既是材料生态系统的物质源，也是材料或其残余物质的汇，在某种程度上和生物活动相似，都是按自然生态系统→ 生物体（材料生产）→自然生态系统的方式运作。 图4-1材料系统与自然生态系统物质流循环 材料生态系统与自然生态系统均为远离平衡状态的“耗散”系统，但是自然生态系统的营养物质循环是闭环式循环，材料生态系统其生命周期各阶段排放物大部分不进行再循环利用，直接或间接地进入自然生态循环，是开放系统，因而系统是不稳定的，也是不可持续的，但是材料生产依然是人类生存和发展不可动摇的基础。 二 材料与自然生态资源系统 自然生态资源系统是自然生态系统的组成部分，是根据人类社会需要，已经被人类认识准备和正在用于生产，生活消费的自然生态要素的总和。对于那些还没有被人类认识和利用的生命系统要素和环境系统要素，作为人类的潜在的自然生态资源要素而存在。 自然生态系统可分为可再生生物资源，不可再生环境资源和可循环再生资源。 自然生态资源系统是材料生态系统的基础，材料与自然生态系统见图4-2。 自然生态环境系统是巨大的开放系统，它和社会经济系统结合成人工复合生态系统，系统的运动和演替是否平衡和合理，关键看复合生态系统的物质流、能量流、信息流、人口流，价值流等5流的运转是否通畅。现代材料工业发展越来越显示出材料的资源物质流 、能量流对整个自然生态资源系统的物质流、能量流的影响。? （一）?? 材料资源系统的物质流 材料的资源系统物质流可分为3类： 自然物质流、经济物质流、废弃物质流 1．自然物质流 是指地球生物化学，物理化学大循环而形成的各种自然物质的循环过程。例如化石资源石油，煤和天然气就是缓慢参与生物化学大循环产物。许多金属矿藏和非金属矿藏是通过岩浆富集作用，热液作用，火山作用，细菌作用，沉积作用、氧化和表面富集作用等等生物化学，物理化学过程形成，物质流的循环周期是以地质年代为时间单位，相对人类经济活动周期来说，自然物质流是单向的。 碳是构成包括高分子材料等有机材料的基本元素，也是陶瓷材料 和钢铁材料元素之一，碳也是构成生物体的基本元素，碳占生物总质量的25%， A.通过光合作用生成碳水化合物被生物消耗，生成残体埋葬在地 层中 B.通过地质作用生成石油，煤，天然气，泥煤等 C.通过人类活动制成材料 D.废弃后经过生物化学作用以二氧化碳形式返回到大气中 2．经济物质流 是人类活动的物质流，根据社会需要，从采掘各种有用的原料沿着生产材料、使用消费的输入输出链流过程形成的物质流。经济物质流一般参与自然物质流，构成自然物质流链流动环节。 3．废弃物质流 是材料的生命周期废弃物形成的流动。废弃物质流一般是在自然物质流之上，或混入自然物质流之中，例如废气进入大气圈，废弃物进入土壤圈。 （二）?? 材料的资源系统的能量流 物质流和能量流之间具有相互依赖性，一切物质流都要伴随能量流动。材料的资源系统的能量流可分为3类： 1．能量流 能量流主要是指材料生命周期能量资源来源的矿物能流、生物能流、太阳能流、风能流、水能流等。这些自然能流之间也存在自然形态的转化，例如生物能经过漫长的地球生物化学转化成矿物能；太阳能经过植物光合作用转化成生物能。 2．经济能量流 经济能量流是指人类经济活动中，材料生命能量的输入和输出形成的能量流。例如利用水的动能和势能生产电流供应材料生产和消费的链流动。经济能量流也包括产品废弃后处理回收能量流。 3．废弃能量流 废弃能量流指经济能量流在流动的各个环节所产生的没有被人利用能量形成的能量流。这种废弃能量流往往伴随生产和生活排放的固体废弃物、废水、废气的物质流而参与流动。一部分能量由于生产和生活设备效率原因而散失。 三、材料与自然资源系统的协调 1．?材料与可再生生物资源系统的协调性特点 ①依赖性: 人类开发利用森林、农业、畜牧业资源作为原料，经过加工制成材料满足人类需求，这就决定材料系统对材料与自然资源系统的依赖性的特点。离开这些资源，造纸、纺织材料等等的存在和发展将成为无米之炊、无源之水。