工业生态学的理论框架与研究方法
生态学的理论框架
生态学的理论框架生态学是研究生物与环境之间相互作用、相互依赖关系的学科范畴。
随着现代生态学的发展，人们对生态科学的研究日益深刻，生态学的理论框架已经越来越完善。
本文将就生态学理论框架进行阐述。
一、生态学的定义与发展历程生态学是研究生物与环境相互作用、相互依赖关系的学科，它的根本任务是探究生物的生存条件，了解环境变化对生命的影响。
生态学随着人类社会的发展而逐渐形成，其学科的发展历程分为四个阶段。
第一阶段：关注物种分布在19世纪初期，人们对生态学的关注主要集中在动物和植物分布上面，尤其是对动物分布的研究更为密集。
例如，德国生物学家亚历山大·冯·洪堡，在他的著作《几何论植物》中笔下留下了完整的植物图谱。
第二阶段：从生态系统角度出发到了20世纪初，人们开始从生态系统的角度出发研究生态学。
在这时期，生态学理论框架的重点是关注了生态系统的能量质量流与历程，以及物种间的相互作用。
第三阶段：强调生态平衡20世纪60年代之后，生态学的研究重心更加强调了生态平衡。
研究者们开始关注到环境变化对生态系统产生的影响，尤其是人类行为对生态系统的破坏，这也是现代生态学所强调的重点。
第四阶段：强调环境伦理学21世纪初，人们开始关注到人与环境的关系，强调生态学研究需要同时包括人文因素与社会组织等因素。
现今，全球变暖、气候变化等自然生态问题与社会经济问题的交融，使得研究生态学理论框架变得复杂多样。
二、生态学的理论框架1. 生态位理论生态位是指生物种群通过利用资源、与环境中物质交换与能量转化而产生的生态特性。
生态学家伊里亚·劳金于1927年提出了生态位理论，他认为资源分配和生态作用是一个物种在生态系统内与其他物种竞争和适应的过程。
2. 能量流理论能量是生态系统的物质运动的动力，是生态系统最主要的物质来源。
能量流理论是如何能量在生态系统中转移的一种理论，它主要根据光合作用、呼吸等方式进行能量转移的分析研究。
工业生态学考试试题
工业生态学考试试题一、简答题1. 请简述工业生态学的定义和研究对象。
工业生态学是研究工业与自然生态系统相互作用的一门交叉学科，旨在寻找工业发展与生态保护的有机结合方式。
它的研究对象是工业活动对环境的影响，以及如何通过工艺改进、资源循环利用、废物减量等手段来实现工业的可持续发展。
2. 简述工业生态学的基本原理和方法。
工业生态学的基本原理是借鉴自然生态系统的运行原理，追求产业的循环与再生。
它通过构建工业生态系统来实现资源的高效利用和废物的最小化排放。
其中的核心理念包括产业互补、资源协同和废物减量。
工业生态学采用多种方法来实现可持续发展，包括物质流分析、生命周期评价、工业共生网络等。
物质流分析通过量化分析工业活动中的物质输入、转化和输出，揭示资源利用和废物排放的情况，为寻找改进和优化的方案提供依据。
生命周期评价考虑产品的整个生命周期过程，从原料提取到废物处理，评估其对环境和社会的影响，并提出改进的措施。
工业共生网络是指把多个企业有机地结合在一起，实现资源、能量和废物的交换和共享，达到互利共赢的目标。
3. 工业生态学如何应用于实际工业发展中？工业生态学的具体应用包括工艺改进、资源回收和废物减量等方面。
工艺改进是通过阶段优化、替代和改进工艺来提高资源利用效率和产业的环境性能。
例如，在生产过程中引入清洁生产技术、循环水系统和低能耗设备等，减少资源消耗和废物排放。
资源回收是指将废物或副产品转化为再生资源，并重新利用到生产过程中。
例如，利用废水中的有机物质提取能源，或者将废物进行分离和处理，使其中的有用成分能够再次利用。
废物减量是通过减少废物的产生和排放来降低环境负荷。
例如，通过减少生产过程中的废料、提高产品质量和可靠性，达到减少废物产生的目的。
二、论述题请论述工业生态学在实现工业可持续发展中的重要作用。
工业生态学在实现工业可持续发展中发挥着重要作用。
首先，它帮助工业界认识到环境问题的重要性，引起工业发展中对资源的合理利用和废物的减量排放的重视。
工业生态学
催生新清洁生产清洁生产自其诞生以来，迅速发展成为国际环保的主流思想，有力推动了世界各国的环境保护。
今天，已经很难找到一个没有开展过清洁生产活动的国家或地区了。
各国在清洁生产实践中不断创新，新的清洁生产思想、新的清洁生产工具大量涌现，丰富了传统清洁生产，催生着新清洁生产。
清洁生产不间断的跋涉清洁生产思想自诞生以来，一直在不断创新、不断丰富。
国际上称其为“不间断的跋涉”。
从名称上看，美国20世纪80年代提出污染预防前后，到联合国环境署正式推出清洁生产定义，清洁生产的名称经历了废物规避、低废物工具、废物最小化、废物预防、源削减、源控制等一系列变化。
从内容上看，清洁生产不但从最初的化工企业清洁生产审计、发展到包括一、二、三产业各种类型组织的审计，而且其广度和深度迅速发展。
从总体上看，发达国家推行清洁生产主要采用的是供给式推动机制。
这种机制不能大面积地有效地激发组织自主地进行清洁生产。
各国清洁生产近几年在推行中都遇到一些问题，这些问题集中的体现是，主动要求进行清洁生产审计的组织不多、通过审计的成果也很难持久。
发展中国家推动清洁生产采用的也是供给侧机制。
但是由于政府经费不足，好的企业不多，推动清洁生产往往依靠发达国家或国际组织的赠款项目。
近几年来，清洁生产领域新的概念、新的实践层出不穷，有关于推行机制的，也有关于技术方法的；有的深化和丰富了清洁生产思想，有的开创和实施了新的清洁生产工具。
这些理论和实践为创立新清洁生产打下了良好的基础。
新清洁生产的主要内容联合国环境署对清洁生产的定义为：一种新的环境战略，也是一种新的思维方式，其具体实施要依靠清洁生产工具。
该定义把清洁生产提高到一种思想的高度，突出了整体预防、生态效率、环境战略、全生命周期等重要概念，覆盖了生产过程、产品和服务，十几年来盛用不衰。
由于清洁生产最初是由企业提出来的，不难看出，在联合国环境署的这一定义中保留了过深的企业层次的烙印，对高层次的和大范围的清洁生产涉及较少，缺乏指导作用。
《工业生态学》第二章 工业生态学基本理论-工业共生01
工业共生理论
工业共生是一个完整的系统，是指产业内作 为独立经济组织的企业之间，因同类资源共 享或异类资源互补所形成的共生体。
该共生体促进了内部或外部、直接或间接的 资源配置效率的改进，既带来了企业效益的 增加，又推动了该产业的发展。
工业共生的特征
• 形成共生的群落性 • 系统内部的复杂性 • 资源使用的循环性 • 上下游产业的关联性 • 生产成果的增值性
目前已经形成了蒸汽、热水、石膏、硫酸和生物技术等相互依存、 共同发展的格局。
卡伦堡生态工业园是世界上最具有典型意义的生态工业园。
卡伦堡工业共生图
炼油厂
硫酸厂
养殖场 农场施肥
火电厂
墙体材料厂
建材厂
梯索胡
印刷厂
主要有六个核心部分组成： 1、阿斯瓦尔斯盖电站是丹麦最大的火力发电站，容量为150WKw；
复杂的关系组成 的有机统一体
(4) 具有应激性。生物 体对温度、湿度、光照、 食物以及潜在的繁殖伙 伴等外界变化都有反应。
企业
(4)企业对外部环 境同样有反应。 企业对外部环境， 如：资源的可获 得性、顾客、价 格等外部因素的 变化产生反应。
企业和生物体的相似性
生物体
二集合内部各个体 都不是孤立的,而是通过
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几个重要的概念
种群生态学
是研究某一特定物种或几个密切相关物种的空间分布、统计学特征、 时间动态及其演化的科学。
生态位
生态位是生态学的一个重要理论，是指在生物群落或生态系统中，每 个物种都拥有自己的角色和地位即占据一定的空间，发挥一定的功能。
工业生态学的研究主题
研究的主题是产品开发与演化中与潜在的资源消耗和环境影响有关 的内容。也就是说，是产品带来的后果而不仅仅是产品本身。
工业生态学的研究方法
工业生态学的研究方法嘿，朋友们！今天咱们就像一群好奇的小探险家一样，来聊聊工业生态学的研究方法，那可就像在一个巨大又神秘的工业森林里寻找宝藏的攻略呢。
首先呢，就像是给工业这个大怪兽做全面体检一样的系统分析方法。
你想象一下，工业体系就像一个超级复杂的变形金刚，有着无数的零件和线路。
我们要拿着放大镜，哦不，是超强的分析工具，把它从头到脚、从内到外都检查个遍。
从原材料的输入，到产品的输出，再到那些藏在角落里的废弃物，一个都不能放过，就像找变形金刚身上每一个可能生锈的小螺丝。
然后就是模拟方法啦。
这就好比是给工业建一个超级逼真的游戏世界。
在这个世界里，我们可以像游戏玩家一样，改变各种参数，看看工业这个大游戏角色会有什么不同的反应。
要是工业是个贪吃蛇，我们就试试改变它吃的东西，看它是变长还是变短，会不会自己把自己绕晕，哈哈。
物质流分析就像是追踪一群小蚂蚁的行军路线。
那些物质就像小蚂蚁一样，在工业的大巢穴里进进出出。
我们得看清楚它们是从哪里来的，又要到哪里去，有没有迷路的，有没有偷懒在某个角落睡大觉的。
要是发现某个环节的小蚂蚁太多或者太少，那就得好好调整一下，就像指挥交通一样。
生命周期评价呀，就像是给工业产品办一场从出生到死亡的纪录片拍摄。
从它还只是个设计图纸的小胚胎开始，到它在市场上风光一时，再到最后被丢进垃圾桶或者回收厂的暮年。
我们要记录下它每一个阶段的喜怒哀乐，就像记录一个超级明星的一生，看看它在哪个阶段对环境这个大舞台的影响最大。
再说说生态工业园区的研究方法，这就像是在组建一个超级英雄团队。
各个企业就像有着不同超能力的英雄，有的能处理废物，有的能提供清洁能源。
我们要把他们合理地安排在园区这个大基地里，让他们互相合作，产生奇妙的化学反应，就像复仇者联盟一样，共同对抗环境污染这个大反派。
还有工业代谢分析，这简直就是把工业当成一个有生命的大吃货。
我们要研究它吃了什么，怎么消化的，排出了什么。
如果它吃了太多不健康的东西，排出了很多垃圾，那我们就得给它制定一个健康饮食计划，让它像健身达人一样，吃的健康，排的环保。
工业生态学的研究与应用
工业生态学的研究与应用工业生态学，是以生态学的思想和方法为基础，研究工业系统内部物质和能量流动的过程、组织和特点，并探讨工业系统与自然、社会等环境的相互作用关系，旨在通过建立闭合的资源循环、减少污染和浪费，实现工业可持续发展。
近年来，工业生态学逐渐引起人们的关注，成为环境保护、节能减排等领域的研究热点，本文将从研究和应用两个方面探讨工业生态学的相关内容。
一、工业生态学的研究1. 闭合循环与物料流工业生态学研究的一个核心问题，是如何实现工业系统内部的资源循环。
闭合循环是指将工业系统内部产生的废弃物、废水、废气等转化为可再利用的资源，使其重新进入生产过程，并尽量避免对环境造成影响。
而物料流则是指工业系统内物质的流动和变化过程，包括原料的采购、加工、运输、利用、维修等各个环节。
通过物料流分析，可以更好地了解工业系统内部的物质转化规律和能量消耗状况，有助于发现和解决资源浪费、环境污染等问题。
2. 能量流和能效分析能量是产生物质转化和能量变化的基础。
在工业生态系统内，能源使用和消耗与循环利用密切相关。
通过对能量流动和能效的研究，能够发现节能减排的潜力，提高能源使用效率，缓解能源短缺和环境污染问题。
3. 信息与企业管理工业生态系统内部的信息流也是研究重点。
现代工业生态系统内在信息要素十分丰富，包括各种物料、流程和生产数据等，通过信息化手段，可以更好地掌握系统内部的生产效率和特点，优化管理流程，提高系统的产出效率。
二、工业生态学的应用1. 改变生产方式在工业生态学的理念和方法指导下，企业可以采用资源综合利用、清洁生产、节能环保等手段，转变生产模式，降低排放污染物和产生废物的量，增加资源利用效率和有机循环。
2. 资源共享工业生态系统具有动态平衡性和稳定性，通过建立资源共享网络，不仅可以实现资源共享和转移，减少浪费和污染，而且有可能拓展企业的经济效益，扩大市场规模和持续竞争优势。
3. 发展循环经济循环经济是工业生态学的重要表现形式，指通过资源有效利用、回收、再利用等手段，实现资源的循环再生和永续利用。
工业生态学及的研究视角
工业生态学的由来工业生态学并非全新的概念，20世纪60年代的科技文献中已经时而出现这一个词了，但是没有更为深入的研究。
1989年Frosch和Gallopoulos在《科学美国人》上一篇题为“制造的策略”的文章中重新提出工业生态学这一概念。
从此以后，工业生态学走上了充满活力的发展之路。
工业生态学是针对工业化及其对自然系统的影响，通过运用生物系统原理和生态系统的结构、功能的基本模式形成了现代工业的管理思想和综合管理工具。
可以毫不夸张地说，目前，工业生态学正在成长为一个由工程学、生态学和生物经济学交叉构成的科学与技术的崭新领域。
自18世纪以来，工业革命开创了机器大生产的新时代，因现代工业机器的出现，使世界面貌发生了根本的变化，为人类创造和发展了以巨大物质财富为主要特征的现代文明。
然而，伴随着此过程，也出现了资源短缺、能源危机、环境污染和生态破坏等一系列全球性的严重危机。
危机告诉人们，传统工业发展模式已难以为继，迫使人们对工业发展历程中传统的高投入、高能耗、高污染的工业发展模式进行深刻的反思。
然而，在现实的选择中，人们并不希望限制或放弃工业化成果来谋求危机的解除。
事实上，全球日增的人口及其对物质资源需求的刚性增长说明，这种想法也是行不通的。
因此人们所希望的是，在创造和享受工业文明的同时，最大限度地减轻它的负面影响，从而达到持久实现福利增长和人与自然和谐相处。
在这种思想指导下，经济学家和工业界对工业的发展模式进行了大量的探索。
当时称为工业共生现象，这就是生态工业的雏形。
1989年，Frosch和Gallopoulos在《科学美国人》发表的一篇文章中，正式提出“工业生态学”和“工业生态系统”的概念，这一创造性的提法引起了广泛关注。
1993年，受到卡伦堡的启发，美国商人Hawken在《商业生态学》一书中，也提出工业生态系统和生态工业园的问题。
1994年，加拿大新斯科舍省达尔湖西大学的一个研究小组明确提出了生态工业园区的设想。
第7章-环境材料
2007年太湖蓝藻事件
从2007年5月29日开始，无锡市太湖区域大规模爆发蓝藻，导致 自来水无法饮用。中国科学院的研究的结果显示: 工业污染增加、 农业面源污染扩大、城市生活污水直接入湖和渔业养殖规模急速 扩张是造成太湖水环境恶化的主要原因。
“这个事件反映出太湖已经非常脆弱了，自我调节能力已经严重 丧失，人类过度地使用自然必然遭到自然的报复。”
本章主要内容
1
环境材料概述
2
环境材料的研究内容
3
环境材料的设计
4 环境材料的评价判据与方法
5
金属材料的生态化改造
6
金属环境材料
7.1 环境材料概述
材料, 为人类文明做出重大贡献, 却也严重 破坏了人类家园。从原材料的开采、提炼、生产、 加工、使用一直到废弃的过程, 无不以资源和能 源的极大消耗, 生态环境的严重污染为代价。
7.5 金属材料的生态化改造
双辊薄带连铸工艺示意图
7.5 金属材料的生态化改造
（4）金属材料表面优化: 缘由: 金属材料因表面受腐蚀、磨损而失效导致金属材料制品
部分甚至全部功能丧失，造成金属资源和能源的损失。 金属材料表面优化技术的评价: 引入环境负荷的概念: ELV=R+E+P 其中: ELV－环境负荷值，单位g/cm2； R－表面处理过程中
（2）在评价范围上, LCA只考虑已经发生了或一定会发生的 环境影响因素, 没有考虑可能发生的环境风险和危害。
（3）在评估方法上, LCA既包括客观成分, 也包括主观假设 等成分, 如计算方法模型、权重的选择等, 都需要详细说明。
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(3) 价值增值原理
① 加环增值: 通过增加一个或几个转化效率高的环
节来延伸产业加工链，来提高生态资源利用率，以扩大 产品品种，生产更优的产品，实现价值增值；
从系统的观点、整体的观点出发，对系统进行最优 规划、最优管理、最优控制，以达到最优系统目标。 包括系统工程观念和系统工程方法沦。研究工业系 统内各过程间的物质集成和能量集成，以实现最优化 利用。
3.4 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ息科学与技术
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。 信息、物质和能量是构成现代社会资源的三大支柱。 信息科学与技术的发展不仅促进信息产业的发展，而 且大大地提高生产效率。
1.3 生态学研究的最高组织层次
生物圈
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2. 工业生态学概念（Concept of IE）
2.1 工业生态学概念
作为生态工业的基础学科，它研究的是工业系统 与自然环境之间的相互作用及相互联系，强调人 类系统与自然系统的充分结合，能源和原材料的 低消耗，降低对自然生态系统产生的负面影响， 为工业系统与自然环境间的协调发展提供全新的 理论框架及具体的、可供操作的方法。
3.1 生态学原理
生态学是研究生物及环境问相互关系的科学， 其基本原则概括为“整体、协调、循环、再生” 八个字，对于生态工业这种生产与消费交织的 复杂系统同样适用。如：相互依存与相互制约 规律、物质循环转化与再生规律、物质输入与 输出的动态平衡规律、相互适应与补偿的协同 进化规律、环境资源的有效极限规律等。
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Ecology is the study of the interactions between organisms and their environment. The „environment‟ is a combination of the physical environment (temperature, water availability, etc.) and any influences on an organism exerted by other organisms-the biotic environment.
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1.2 传统生态学研究内容
按组织层次分：
个体生态学(Individual ecology): 研究重点是个体
对生物和非生物环境的适应（adaptation）
种群生态学(Population ecology): 多度
(abundance)和种群动态（population dynamics）
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• Graedel and Allenby` definition:
“Industrial ecology is the means by which humanity can deliberately and rationally approach and maintain a desirable carrying capacity，given continued economic， cultural ， and technological evolution ． The concept required that an industrial system be viewed not in isolation from its surrounding systems，but in concert with them．It is a system's view in which one seeks to optimize the total materials cycle from virgin material， to finished materials，to a component，to product，to obsolete product，and to ultimate disposal．Factors to be optimized include resources，energy and capital”.
第二章 工业生态学的理论框架 与研究方法
Chapter 2 Theoretical Framework and Methods of IE
Basic Concepts and theories of IE Evaluations of Industrial Ecosystems Main Contents and Methods of IE 基本概念及理论基础 工业生态系统的进化 主要研究内容及方法
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整体性原理: 以社会—经济—自然复合生态 系统为研究对象，以整体观为指导，在系统 水平上进行研究，以整体调控为手段。
生 态 学 的 核 心 原 理
协调与平衡原理: 是生态系统长期演化和发 展的结果。在一定的时期，各组分通过相生 相克、转化和补偿等相互作用，具有相对稳 定而协调的内部结构和功能。 自生原理:包括自组织、自我优化、自我调 节、自我再生、自我设计和自我繁殖等一系 列机制。 物质循环再生原理: 单个企业的清洁生产、 企业间共生形成的生态工业园区及产品消费 后的资源再生回收，形成“自然资源-产品再生资源”的整体社会循环，完成循环经济 的物质闭环运动。
- 为可持续发展理论奠定了坚实的基础。 ——工业生态学追求的是人类社会与自然生态系统的和谐 发展，寻求的是经济效益、生态效益和社会效益的统一， 最终要实现的是人类社会的可持续发展。
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2.2 产生与发展
萌芽阶段：20世纪50年代开始，将生态学引入工业
政策，认为可运用生态学的理论和方法来研究现代 工业的运行机制 ；
工 业 生 态 学 的 产 生 ： 以 1989 年 9 月 Frosch 和
Gallopoulos（美国通用汽车公司的研究部事总裁罗 伯特· 福罗什和负责发动机研究的尼古拉斯· 加罗布 劳斯）发表的题为“制造业的战略” 一文为标志；
蓬勃发展阶段：自20世纪90年代进入蓬勃发展阶段。
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90年代初，美国科学院举行会议——形成工业生态 学的基本框架； 1997年，麻省理工学院——出版全球第一份工业生 态学杂(Journal of Industrial Ecology) ；
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1998年，美国矿产资源局(-USGS) ——认为物质与能量流动的研究对于正在形成的 工业生态学的研究具有重要的意义； 2000年，美国跨部门工作小组 ——发表 “工业生态学 — 美国物质与能量的流 动”的报告，对工业生态学和物质与能量流动的关 系作了阐明； 2000年，在世界范围内 —— 成 立 工 业 生 态 学 国 际 学 会 (The national Society for Industrial Ecology) ； 目前 ——欧美国家三十来所大学内设有工业生态学的课 程。我国有多所大学开展工业生态学的教学和研究 工作。 2009-10-12
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1.1 生态学的起源及其与经济的关系
传统的生态学以动物、植物、微生物等生命体为核 心，研究生物与环境的相互关系。
生态学（ECOLOGY）一词，英文词首和经济学 （Economics）相同，源于希腊文oikos + logos，意为 “住所、栖息地”和 “论述、学科”。 从字义上讲，生态学是关于居住环境的科学，从词 源和词义上说与经济学、家庭和环境等是有密切关系 的。
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2.3 基本特点
(1) 以系统论的观点来分析、解决问题； (2) 以产品及其服务为核心展开研究； (3) 多学科交叉； (4) 采用定量分析方法；
(5) 可操作性强；
(6) 强调科技的推动力作用； (7) 富有挑战性。
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3. 工业生态学的理论基础（Theories of IE）
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工业生态学概念要点（key words ）
- 工业生态学是生态工业的学科基础之一。
- 新型的、蓬勃发展的综合交叉学科，是生态、环境、 能源、经济、信息技术、系统工程等多学科的交叉融合。
- 研究工业系统与自然环境间的相互作用，相互联系。
- 为工业系统与自然环境间的协调发展提供了全新的理 论框架及具体的、可供操作的方法 。
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第一节 工业生态学概念及其理论基础
（Basic Concept and theories of IE）
1.生态学的概念（Concept of Ecology）
生态学是研究有机 体与其环境相互作用 的科学。 “环境”是物理环 境（温度、可利用水 等）和生物环境（对 有机体的、来自其他 有机体的任何影响） 的结合体。
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3.2 生态经济学原理
(1) 长链利用原理：各种资源的开发和利用之间，存
在着链状和网状的生态经济关系，且长链与短链结构相比， 循环转化环节增多，既有利于系统稳定，又有利于物质的 多次利用，提高系统的生产力和经济效益。
(2) 生态阈限原理：如果生态因子或经济因子的变化
超过生态经济系统的耐受限度(生态阈限)，生态系统地反 馈调节作用失控，系统不能自动得到补偿，就会引起环境 破坏、生态失衡等一系列问题。
② 减环增值:在经济生产过程中，适当减少加工链，
采用高新技术替代，使经济产出水平较低的生产环节被 更高水平的生产环节取代，以取得高增值产品；
③ 差异度增值:即通过产品的品种、外观、功能的差
异、季节性差异、地域差异和习惯差异等，使价值和价 格相背离，达到价值增值的目的。