第一节 理论基础

一 生态学

生态学是研究生物与其环境之间的相互关系的科学。生态学理论将自然生态系统的基本原则概括为“循环性、多样性、地域性、渐变性”。循环性强调自然生态系统通过食物链、食物网实现物质循环利用、能量层叠利用；多样性强调多样性的生境、生物群落和生态过程；地域性强调自然生态系统具有地方特性和地方依赖性；渐变性强调自然生态系统利用太阳能随着时间、季节缓慢进化（王灵梅，2004）。废弃电子产品资源化共生网络可遵循生态学中的“循环性、多样性、地域性、渐变性”等基本原则，形成废弃电子产品资源化产业发展的循环性产业链条、多样性企业群落、地域性特色行业和渐变性可持续发展（王灵梅，2004）。

生物的生存、活动、繁殖需要一定的空间、物质与能量。生物在长期进化过程中，逐渐形成对周围环境中某些物理条件和化学条件，如空气、光照、水分、热量和无机盐类等的特殊需要。各种生物所需要的物质、能量及它们所适应的理化条件是不同的，这种特性称为物种的生态特性。

任何生物的生存都不是孤立的，同种个体之间有互助也有竞争，植物、动物、微生物之间也存在复杂的相生相克关系。人类为满足自身的需要，不断改造环境，环境反过来又影响人类。

随着人类活动范围的扩大与多样化，人类与环境的关系问题越来越突出。因此，近代生态学研究的范围，除生物个体、种群和生物群落外，已扩大到包括人类社会在内的多种类型生态系统的复合系统。人类面临的人口、资源、环境等几大问题都是生态学的研究内容。应当指出，由于人口的快速增长和人类活动干扰对环境与资源造成的极大压力，人类迫切需要掌握生态学理论来调整人与自然、资源及环境的关系，协调社会经济发展和生态环境的关系，促进可持续发展。

美国科学家小米勒总结出的生态学三定律如下。生态学第一定律：我们的任何行动都不是孤立的，对自然界的任何侵犯都具有无数的效应，其中许多是不可预料的。这一定律是G.哈定（G.Hardin）提出的，可称为多效应原理。生态学第二定律：每一事物无不与其他事物相互联系和相互交融。此定律又称相互联系原理。生态学第三定律：我们所生产的任何物质均不应对地球上自然的生物地球化学循环有任何干扰。此定律可称为勿干扰原理。

生态学大致可从种群、群落、生态系统和人与环境的关系四方面说明。

种群的自然调节。在环境无明显变化的条件下，种群数量有保持稳定的趋势。一个种群所栖环境的空间和资源是有限的，只能承载一定数量的生物，当承载量接近饱和时，如果种群数量（密度）再增加，增长率则会下降甚至出现负值，使种群数量减少；而当种群数量（密度）减少到一定限度时，增长率会再度上升，最终使种群数量达到该环境允许的稳定水平。对种群自然调节规律的研究可以指导生产实践。例如，制订合理的渔业捕捞量和林业采伐量，可保证在不伤及生物资源再生能力的前提下取得最佳产量。

物种间的相互依赖和相互制约。一个生物群落中的任何物种都与其他物种存在着相互依赖和相互制约的关系。常见的是以下三种。①食物链。在食物链中，居于相邻环节的两物种的数量比例有保持相对稳定的趋势。如捕食者的生存依赖于被捕食者，其数量也受被捕食者的制约，而被捕食者的生存和数量也同样受捕食者的制约。两者间的数量保持相对稳定。②竞争。物种间常因利用同一资源而发生竞争：如植物间争光、争空间、争水、争土壤养分，动物间争食物、争栖居地等。在长期进化中，竞争促进了物种的生态特性的分化，结果使竞争关系得到缓和，并使生物群落产生出一定的结构（空间结构和时间结构，空间结构又分为水平结构和垂直结构）。例如，森林中既有高大喜阳的乔木，又有矮小耐阴的灌木，各得其所。林中动物或有昼出夜出之分，或有食性差异，互不相扰。③互利共生。如地衣中菌藻相依为生，大型草食动物依赖胃肠道中寄生的微生物帮助消化，以及蚁和蚜虫的共生关系等，都表现了物种间相互依赖的关系。以上几种关系使生物群落表现出复杂而稳定的结构，即生态平衡。生态平衡的破坏可能导致某种生物资源的永久性丧失。

物质的循环再生。生态系统的代谢功能就是保持生命所需的物质不断地循环再生。阳光提供的能量驱动着物质在生态系统中不停地循环流动，这个过程既包括环境中的物质循环、生物间的营养传递和生物与环境间的物质交换，也包括生命物质的合成与分解等物质形式的转换。物质循环的正常运行要求一定的生态系统结构。随着生物的进化和扩散，环境中大量无机物质被合成为生命物质，形成了广袤的森林、草原及生息其中的飞禽走兽。一般来说，发展中的生物群落的物质代谢是进多出少，而当群落成熟后，代谢趋于平衡，进出大致相当。人们在改造自然的过程中须注意物质代谢的规律。一方面，在生产中只能因势利导，合理开发生物资源，而不可只顾一时，竭泽而渔。目前，世界上已有大面积农田因肥力减退又未得到及时补偿而减产。另一方面，还应控制环境污染。由于大量有毒的工业废物进入环境，超出了生态系统和生物圈的降解和自净能力，因而造成毒物积累，损害了人类与其他生物的生活环境。

生物与环境的相互作用。生物进化就是生物与环境相互作用的产物。生物在生活过程中不断地由环境输入并向其输出物质，而被生物改变的物质环境又反过来影响或选择生物，二者总是朝着相互适应的协同方向发展，即通常所说的正常的自然演替。随着人类活动领域的扩展，对环境的影响也越加明显。在改造自然的活动中，人类自觉或不自觉地做了不少违背自然规律的事，损害了自身利益。如对某些自然资源的长期滥伐、滥捕、滥采造成资源短缺和枯竭，从而不能满足人类自身需要，大量的工业污染直接危害人类自身健康等，这些都是人与环境相互作用的结果，是大自然遭到破坏后所产生的一种反作用。

1987年，世界环境与发展委员会提出“满足当代人的需要，又不对后代满足其发展需要的能力构成威胁的发展”。可持续发展观念协调社会与人的发展之间的关系，包括生态环境、经济、社会的可持续发展，但最根本的是生态环境的可持续发展。

事实上，造成当代世界面临的空前严重的生态危机的重要原因就是以往人类对自然的错误认识。工业文明以来，人类凭借自认为先进的“高科技”试图主宰、征服自然，这种严重错误的观念和行为虽然带来了经济的飞跃，但造成的环境问题却是不可弥补的。人类是生物界中的一分子，因此必须与自然界和谐共生，共同发展。

大量而随意地破坏环境、消耗资源的发展道路是一种对后代和其他生物不负责任和不道德的发展模式。新型的生态伦理道德观应该是发展经济的同时还要考虑人类行为不仅有利于当代人类生存发展，还要为后代留下足够的发展空间。

在计算经济生产中，不应认为自然资源是没有价值或者无限的，而应用生态价值观念考虑经济发展对环境的破坏影响，利用科技的进步将破坏减少到最大程度，同时倡导有利于物质良性循环的消费方式，即适可而止、持续、健康的消费观。

二 环境科学

环境科学是一门研究人类社会发展活动与环境演化规律之间相互作用关系，寻求人类社会与环境协同演化、持续发展途径与方法的科学。它在宏观上研究人类同环境之间的相互促进、相互制约的对立统一关系，揭示社会经济发展和环境保护协调发展的基本规律。在微观上研究环境中的物质，尤其是人类排放污染物的分子、原子等微小颗粒在环境中和生物有机体内迁移、转化和积蓄的过程及其运动规律，探讨它们对生命的影响及作用机理（孙颖，2006）。环境科学对废弃电子产品资源化共生网络的构建所起到的作用主要体现在：①保持人类生产和消费系统中物质、能量与环境输入输出之间的相对平衡，以保障资源的永续利用，避免造成环境污染；②研究区域环境污染综合防治的技术和管理措施，运用多种工程技术措施和管理手段，从区域环境的整体出发，调节并控制人类与环境之间的相互关系，寻找解决环境问题的最优方案；③开展积极有效的环境教育，推进废弃电子产品资源化产业的发展（孙颖，2006）。

环境是相对于中心事物而言的，与某一中心事物有关的周围事物就是这个事物的环境。环境科学研究的环境是以人类为主体的外部世界，即人类赖以生存和发展的物质条件的综合体，包括自然环境和社会环境。自然环境是直接或间接影响人类的一切自然形成的物质及其能量的总体。现在的地球表层大部分受过人类的干预，原生的自然环境已经不多了。环境科学所研究的社会环境是人类在自然环境的基础上，通过长期有意识的社会劳动所创造的人工环境。它是人类物质文明和精神文明发展的标志，并随着人类社会的发展而不断丰富和演变。环境具有多种层次和多种结构，可以做各种不同的划分：按照环境要素，可分为大气、水、土壤、生物等环境；按照人类活动范围，可分为车间、厂矿、村落、城市、区域、全球、宇宙等环境。环境科学是把环境作为一个整体进行综合研究的。

地球表面有四个圈层，即气圈、水圈、土壤-岩石圈及在这三个圈交会处适宜于生物生存的生物圈（有的学者将土壤-岩石圈分为土壤圈和岩石圈；有的学者将人类从生物圈中划出，另立智能圈）。这四个圈主要在太阳能的作用下进行物质循环和能量流动。在这种情况下，自然界呈现出万物竞新、生生不息的景象。人类只是地球环境演变到一定阶段的产物。人体组织的组成元素及其含量在一定程度上同地壳的元素及其丰度之间具有相关关系，表明人是环境的产物。人类出现后，通过生产和消费活动，从自然界获取生存资源，然后又将经过改造和使用的自然物和各种废弃物还给自然界，从而参与了自然界的物质循环和能量流动过程，不断地改变着地球环境。人类在改造环境的过程中，地球环境仍以固有的规律运动着，不断地反作用于人类，因此常常产生环境问题。

三 信息科学

信息科学是一门以信息为研究对象，以计算机等技术为主要研究工具，主要研究信息的本质、运动规律及其应用方法等，以扩展人类信息功能为主要目标的新兴的综合性学科。信息科学对废弃电子产品资源化共生网络的构建及发展所起到的作用主要体现在：①信息是废弃电子产品资源化利用企业生存和发展的要素，其正常运作必须首先了解周边的自然条件和资源优势，掌握市场运作的规律和供求关系，并及时获得环境与市场的信息；②技术信息对电子电器产业的技术升级有着重要的促进作用，也因此会带动废弃电子产品资源化产业的发展；③信息技术提供了革命性的沟通方式，促进多元主体信息沟通的共享性、远程性、交互性和及时性，为废弃电子产品资源化产业的“产、学、研”结合提供了崭新的方式（孙颖，2006）。

信息是21世纪的支柱，信息将取代物质和能量成为创造财富的重要来源。信息科学与技术和信息紧密相连、密不可分。一方面，信息科学与技术为信息产业提供源源不断的技术支持，是信息产业的灵魂，它使得信息产业不断地出现新产品以满足人们的越来越多的需要，这样信息产业就能够得到飞速的发展，支柱产业的地位也越来越巩固。另一方面，信息产业为信息科学与技术的研究和开发提供大量的资金支持，信息科学与技术的研究力量和研究动力得到加强。也正是看到了这一点，世界各国政府都大力发展和研究自己的信息科学与技术，为将来信息产业的发展和竞争打下坚实的基础。

扩展人类的信息器官功能，提高人类对信息的接收和处理的能力，实质上就是扩展和增强人们认识世界和改造世界的能力。这既是信息科学的出发点，也是它的最终归宿。信息技术包括通信技术、计算机技术、多媒体技术、自动控制技术、视频技术、遥感技术等。通信技术是现代信息技术的一个重要组成部分。通信技术的数字化、宽带化、高速化和智能化是现代通信技术的发展趋势。计算机技术是信息技术的另一个重要组成部分。计算机从其诞生起就不停地为人们处理着大量的信息，而且随着计算机的不断发展，其处理信息的能力也在不断地加强。现在，计算机已经渗入到人们的社会生活的每一方面。计算机将朝着并行处理的方向发展。现代信息技术一刻也离不开计算机技术。多媒体技术是20世纪80年代才兴起的一门技术，它把文字、数据、图形、语言等信息通过计算机综合处理，使人们得到更完善、更直观的综合信息，在未来多媒体技术中将扮演非常重要的角色。信息技术处理的很大一部分是图像和文字，因而视频技术也是信息技术的一个研究热点。

信息科学与技术的发展不仅促进了信息产业的发展，而且大大地提高了生产效率。事实已经证明信息科学与技术的广泛应用是经济发展的巨大动力，因此，各国的信息技术的竞争也非常激烈，都在争夺信息技术的制高点。

四 系统工程学

系统工程学以复杂的系统为研究对象，是一门用科学方法解决复杂问题的技术。它将注意力集中在分析和设计与其部分截然不同的整体。它坚持全面看问题，考虑所有的侧面和一切可变因素，并且把问题的社会因素与技术因素联系起来。应用系统工程方法的主要步骤有：对系统提出要求；根据要求设计系统，评价设计方案；修改要求，再设计。如此反复筹划，经过若干循环，求得最佳方案，即最后综合成一个技术上合理、经济上合算、研制周期短、能协调运转的工程系统。因此，系统工程学的基本观点可概括为思想方法的整体化、资源（技术、知识、物质）利用的综合化和管理的科学化。该学科的理论和方法可以用来指导实现废弃电子产品资源化共生网络的系统集成，通过系统地考虑区域系统的物质流、能量流和信息流，建立高效低污染的废弃电子产品资源化共生产业园区（孙颖，2006）。

系统工程学通过人和计算机的配合，既能充分发挥人的理解、分析、推理、评价、创造等能力的优势，又能利用计算机高速计算和跟踪能力，以此来实验和剖析系统，从而获得丰富的信息，为选择最优的或次优的系统方案提供有力工具。

系统工程学研究的对象是复杂的系统。除了一般大系统所具有的结构复杂、因素众多、系统行为有时滞现象，以及系统内部诸参数随时间而变化等特征外，系统工程学认为复杂系统还有一些其他特征，比如：系统都是高阶次、多回路、非线性的信息反馈系统；系统的行为具有“反直观”性，即其行为方式往往与多数人们所预期的结果相反；系统内部诸反馈回路中存在一些主要回路；系统的非线性多次反馈以后，呈现对外部扰动反应迟钝的倾向，对系统参数变化不敏感。

从系统方法论来说，系统工程学是结构方法、功能方法和历史方法的统一。它有一套独特的解决复杂系统问题的工具和技巧，如双向因果环、反馈、流位和速率等概念。系统工程学模型能容纳大量的变量，一般可达数千个以上；它是一种结构模型，通过它可以充分认识系统结构，并以此来把握系统的行为，而不只是依赖数据来研究系统行为；它是实际系统的实验室，系统工程学通过人和计算机的配合，既能充分发挥人的理解、分析、推理、评价、创造等能力的优势，又能利用计算机高速计算和跟踪能力，以此来实验和剖析系统，从而获得丰富的信息，为选择最优的或次优的系统方案提供有力工具。

系统动力学模型主要是通过仿真实验进行分析计算，主要计算结果都是未来一定时期内各种变量随时间而变化的曲线。也就是说，该模型能处理高阶次、非线性、多重反馈的复杂时变系统（如社会经济系统）的相关问题。