“物质变换”是马克思用来描述人与自然内在联系的科学术语。“马克思用这一科学术语指明了物质的有机发展同无机发展的内在关联，指明了社会发展同自然演化的辩证统一”^[18]。在正常的物质变换条件下，自然界能够保持一定的平衡状态，譬如说，土壤中的营养成分保证了植物的生长，人和动物在获取了植物提供的营养之后又将自己的排泄物甚至自己的身体（人和动物的尸体）返回到土壤，这就是物质变换过程。物质变换使有机物质同无机物质有机地联系起来，基本实现了自然界内部的相对平衡状态。在一般情况下，这种物质变换会周而复始地进行下去，一旦这种变换过程出现了断裂，自然界的平衡状态就会被打破，就会发生生态失衡。

德国化学家李比希^[19]较早地看到了资本主义农业对物质变换的影响。李比希发现，伴随农业生产方式变动和城市化生活方式演进，城市环境遭到污染，农地物质循环被中断。他指出，从英国农业掠夺的大量食物和纤维，经过长途运输进入城市，最终形成人类和动物的消化排泄物，既造成城市社区的环境污染，又造成农业土地所损失的氮、磷、钾等营养成分无法得到循环补给。受李比希理论的启发，马克思在《资本论》中写道：“资本主义生产使它汇集在各大中心的城市人口越来越占优势，这样一来，它一方面聚集着社会的历史动力，另一方面又破坏着人和土地之间的物质变换，也就是使人以衣食形式消费掉的土地的组成部分不能回归土地，从而破坏土地持久肥力的永恒的自然条件。”^[20]于是“在社会的以及由生活的自然规律决定的物质变换的过程造成了一个无法弥补的裂缝。”^[21]马克思称之为物质变换裂缝（亦可译为新陈代谢裂缝）。马克思认为，新陈代谢裂缝破坏了正常的物质变换规律，造成了无法弥补的严重后果。一方面，破坏了土地持久肥力的永恒的自然条件。营养物质持续不断地从土壤里被抽走，而不能回到土地，阻断了植物的营养供应，只有通过化学肥料来补充肥力，加重了农村生态环境的恶化。另一方面，破坏了城市工人的身体健康和农村工人的精神生活。由于被城市人口消费掉的农产品再不能回到土地，反过来他们的排泄物又加重了城市的污染，“在利用这种排泄物方面，资本主义经济浪费很大；例如，在伦敦，450万人的粪便，就没有什么好的处理方法，只好花很多钱来污染泰晤士河。”^[22]

马克思认为，导致物质变换裂缝的根本原因是人类不合理的物质生产实践（即人类过度干预自然秩序和追求利润最大化的资本主义工农业生产方式）。人和自然的物质变换是一个不断循环的双向过程，当人类从自然界索取资源（如食物）后将转化后的资源（如粪便）返还给自然，粪便作为肥料又被作物转化为粮食或其他农产品，这就完成了一个双向循环过程。如果索取的和返还的不对称，即人类向自然索取后而未返还给自然，或者返还给自然的因素超过自然的承受能力而使物质难以转化，就会造成人与自然之间物质变换裂缝。问题的关键在于，在这个双向循环的运动过程中，自然界处在被动的地位，而人却处在主动的地位，对称态的双向循环过程一次次被人类打破，生态环境失衡问题在所难免。因此可以说，正是人类不合理的物质生产实践活动导致了“自然的异化”。所谓“自然的异化”，是指人类改造自然界所获得的成果反过来成为统治人类自身的盲目力量，原因是人类过度干预自然秩序的不合理的劳动活动造成人与自然物之间物质变换断裂。人类在改造自然的实践活动中，为了满足自身对美好生活的向往，不顾自然界的自我恢复能力和环境承载能力，过度向自然界索取资源，从而导致人与自然之间物质变换的断裂，产生“自然的异化”。(www.daowen.com)

资本主义社会产生之前，人类过度干预自然秩序的无知行为而造成的人与自然之间的物质变换断裂，马克思称之为“原发性的自然的异化”。人类最初的耕作行为对自然的影响是有益的，它使荒原变成了良田，解决了人类的温饱问题，但是如果对这种自发的行为不加以控制的话，接踵而来的就是像波斯、美索不达米亚以及希腊等地那样的土地荒芜问题。由于这种影响的范围还是很有限的，加之人们对人与自然关系问题的认识还没有更深刻的认识，生态平衡被打破的潜在威胁尚不被人们觉察，更不会被人们关注。