物质代谢分析原理

3．2．1　物质代谢分析原理

在自然生态系统中有三种不同角色的生命体：生产者、消费者和分解者。生产者吸收太阳能并利用无机营养元素（C、H、O）等合成有机物质，同时也将吸收的部分太阳能以化学能形式储存于有机物中。生产者主要是指绿色植物及部分进行光合作用的菌类，也称为自养性生物。消费者是指直接或间接利用生产者所制造的有机物作为食物或能源的生物群，他们不能直接利用太阳能或无机态的营养元素。分解者通常以动植物残体或它们的排泄物作为自己的食物或能量来源。通过分解者的新陈代谢作用，有机物分解为无机物并还原为植物可以利用的营养物。以上的食物链循环如图3．2。

图3．2　自然生态系统

物质代谢分析的原理即根据质量守恒定律，将经济社会系统作为一个有机体来看待，研究其物质代谢的效应。类似地，可以将工业过程中的原料供应、生产制造以及消费和废料三方面的依赖关系，比喻为食物链关系，见图3．3。

图3．3　工业与自然结合的人工生态系统

吞吐量的平衡遵守质量守恒定律，即区域系统内输入物质的总量等于输出物质的总量与系统内增量之和。物质代谢过程中吞进的物质越多，吐出的排泄物必定也越多。因此，生态问题从源头上找答案，便是减少代谢所吞进的物质数量。如果人为干预的代谢（社会代谢）的吞吐量与自然生态系统的再生能力一致，则物质处于永续循环利用之中，此时称为基本代谢（Basic Metabolism）。如果社会代谢的吞吐量规模必须借助圈外的“非再生资源”（Non－Renewable）来维持，比如需要地质圈的化石燃料（石油、天然气、煤）、铁和其他矿物，此时称为“外延性代谢”（Extended Metabolism）。物质代谢的极限是可持续发展的根本问题。