物质代谢的概念及特征

3．1．2　物质代谢的概念及特征

1）物质代谢的概念

“物质代谢”是德语Stoffwechsel的翻译。在德语中，Stoff是物质、质料、素材的意思，Wechsel是交换、变换的意思。从字面上讲Stoffwechsel显然是一种东西与另一种东西之间物质、质料、素材的交换或变换，但是这一字面意义并不是这一概念的本来含义。这一概念最早是由化学家希格瓦特（G．C．Sigwart）在1815年提出的，并广泛流行于生理学、化学、农学等自然科学领域。其主要含义并不是一般的物质与物质的交换，而是动植物为维持生命所进行的物质代谢和生命循环。可见，物质代谢作为生命的基本特征，在生命科学中从有生命的单细胞到复杂的人体，都与周围环境不断地进行物质交换，这种生物体与外界环境之间物质的交换和生物体内物质的转变过程称为物质代谢。

在社会学和文化人类学方面，马克思是代谢概念的最早使用者。在马克思《资本论》和《经济学批判大纲》等著作中，曾经超越自然科学的范围，多次使用物质代谢的概念来说明人类劳动、生产和商品交换等社会问题，指出劳动通过工具使自然物质转化为人的需求。但是，马克思本人并没有对这一概念作过严格的规定。马克思的物质代谢概念最早被法兰克福学派的施密特（Schmidt）在1962年出版的《马克思的自然概念》中首次讨论，意图说明“自然与社会的相互渗透”⁽⁷⁾。事实上，马克思时代的物质代谢概念基本上包含以下两个层次的含义：一是生命体为维持其生命活动必须在体内或与体外进行物质的代谢、交换、结合、分离活动；二是在自然与生态系统中，包含人类在内的所有动植物、微生物都处于相互联系、相互依存的关系之中，共同构成了一个由自然要素组成的生命循环。可见，物质代谢是人类与自然界最基本的沟通形式和交流界面。

20世纪以来，工业化、城市化速度的加快促使全球经济快速发展，但同时也增加了对自然环境的压力，一些学者开始讨论工业化、城市化与物质代谢以及自然环境的相互作用关系，并且相继提出“城市代谢”和“工业代谢”的概念。“城市代谢”的概念最早由Wolman于1965年提出，他将城市视为一个生态系统，认为城市代谢就是物质、能量、食物等供应给该系统，然后又从城市生态系统中输出产品和废弃物的过程。1999年，Newman扩展了“城市代谢”的概念，他认为在城市物质代谢分析过程中还应该考虑人类居住的适宜程度。

物质代谢研究发展至今，其研究重心已经转向工业代谢研究，这是由于工业化过程伴随着的最基本的特征就是社会经济系统的物质代谢发生变化。农业社会以生物性能源为主，而工业社会则向化石能源、核能和矿物资源转变。“工业代谢”是产业代谢的重要组成部分，其概念由Ayres于1988年提出，他认为工业代谢是原料、能源和劳动在一起转化为产品和废弃物的物理过程集合。工业代谢研究的目的在于揭示经济活动中纯物质的数量与质量规模，展示构成工业活动的全部物质与能量的流动与储存及其对环境的影响。

综上所述，从狭义的生命代谢特征扩展到人类与自然环境之间的交流界面，物质代谢逐渐被赋予了更为深刻的内涵。人类从自然界中摄取水、空气、生物性及非生物性资源，经过社会经济系统的代谢作用将废弃的固体、污水、废气等又排放回自然界中（见图3．1）⁽⁸⁾。

图3．1　人类圈与自然的代谢关系

可见，物质代谢的概念可以归纳为人类改造自然过程中，社会经济系统内部物质消耗及其与外界自然环境之间的物质交换过程的集合。在这个概念中，社会经济系统被视为自然环境系统中一个具有代谢功能的有机体，该有机体对自然环境的影响可以用代谢能力来衡量，其核心在于整个社会的物质吞吐量和能量吞吐量以及社会吞进物质／能量（投入）和吐出物质／能量（排出）的规模。从生物圈形成的漫长历史过程来看，各种化学元素和化合物在不同层次、不同大小的生态系统中，沿着特定的途径实现从环境到生物体、再从生物体到环境的反复循环演替。在这一漫长的历史的大部分时间里，物质代谢是良好的。而人类出现带来的物质代谢由于有数量上和质量上的种种问题，打破了生物圈这一良好的进程。因此，维持人与自然界之间良性物质代谢过程的关键在于合理控制物质吞吐规模。

2）物质代谢的特征

为维持人类的生存，人类通过“劳动”完成对陆地生态系统的殖民化，人类社会与自然系统进行着能量与物质的交换或互动，并发现物质的吞吐量决定着物质代谢的规模。从人类社会所经历的三个发展阶段来看，狩猎社会和农业社会代谢规模较小，因为这两个社会阶段内非再生资源尚未开发，每人每年直接能源投入分别为10～20GJ和65GJ，直接物质投入分别为1t和4t。工业社会的代谢规模最大，约为农业社会的10～20倍，主要是因为非再生资源的开发，即工业社会的可持续发展受非再生资源的制约。每人每年直接能源投入和物质投入达到250GJ和19．5t。而工业社会的代谢问题不仅表现在投入大量的能源与物质，更表现在排放出大量的导致温室效应的二氧化碳以及有害的固、液体废弃物。因此，物质投入越多的国家或地区就越需要减少代谢的物质吞进。

由此可知，社会经济系统中的物质代谢包含三个基本特征：一是人类社会与自然环境之间存在着永恒的且连续不断的物质输入与输出过程；二是人类社会从自然环境中获取物质、能源等原材料，且部分以存量形式在社会经济系统中储存，最终以废弃物等形式释放到环境中；三是人类社会物质代谢规模由物质吞吐的绝对量决定，且物质吞进量的规模决定着物质吐出量的规模。