生态系统
生态学
和各种科学一样，生态学的发展在有历史记载以来，有一个逐渐的、间歇的过程。“生态学”这一名词是近代才创造的，是1869年由德国生物学家海克尔首先提出的。大约从1900年开始，生态学被公认为生物学的一个独立的领域，而仅在最近的几十年，“生态学”才成为一个普通的词汇。今天，每个人都深刻认识到环境科学对于创造和保持高度的人类文明是必不可少的工具。因此，生态学迅速发展成为和人们每天生活都有着最密切联系的一门科学分支。
生态学原是一门研究生物与其生活环境相互关系的科学，是生物学的主要分科之一。初期偏重于植物，后来逐渐涉及动物，因而有植物生态学和动物生态学之分。近来，由于人类环境问题和环境科学的发展，生态学扩展到人类生活和社会形态等方面，把人类这一个生物种也列入生态系统中，来研究并阐明整个生物圈内生态系统的相互关系问题，这样便形成了人类生态学，形成了这一领域更广泛、内容更丰富的科学。同时，现代科学技术的新成就也已经渗透到生态学的领域中，赋予它新的内容和动力，成为多学科的、当代较活跃的科学领域之一。
生态系统
例如，系统工程学与生态学结合，形成的系统生态学，属于生态学领域中方法论的发展，核心是从整体出发考虑问题。尤其是大系统的兴起，正在受到人们的普遍注意；这类系统的性能如有所改善，预期经济效益将是非常大的。又如生态学与数学结合，产生的数学生态学，不仅给认识和阐明各种复杂的生态系统提供了有效的工具（如系统分析、建立数学模型等等），而且数学的抽象概念及推导方法，将对未来的生态学起显著作用。
此外，计算科学和计算技术的应用，有可能帮助人们进一步认识和解释生态系统中的复杂现象，并从中找出规律。近年来，数学模型已逐渐在害虫控制、益虫利用、鱼群捕捞、森林管理、牧场改良中得到应用，提供了一系列最优管理策略和预测方法。当它与化学生态学和物理生态学所提供的生态信息相结合，就可获得最好的生态效益。毫无疑问，数学生态学迅速发展，必将导致生态学新理论、新方法的出现，使人类在了解自然、利用自然和改造自然的斗争中，更加主动。
其他生态学分支的形成，也将会在人类社会的发展中产生积极作用。特别是综合运用生态学各分支的成就，使得经济效益、社会效益、生态效益相结合。这种结合为协调高速度经济发展与环境保护之间的关系指明了方向。
由上可见，传统的生态学定义已不能概括当今生态学的丰富内容了。现代生态学应该是一门多学科的自然科学，它研究生命系统与环境系统之间相互作用的规律及机理。所谓生命系统，就是自然界具有一定结构和调节功能的生命单元，如动物、植物、微生物。所谓环境系统，就是自然界的光、热、空气、水分以及各种有机物和无机元素相互作用所共同构成的空间。现代生态学的这种解释，对生态科学本身也提出了更高的目标。
概括起来，生态学的发展进程中，有三个主要特点：
①从定性探索生物与环境的相互作用，到定量研究。
②从个体生态系统到复合生态系统，由单一到综合，由静态到动态地认识自然界的物质循环与转化规律。
③与基础科学、应用科学相结合，发展了生态学，扩大了生态学的领域。
综上所述，生态学和环境科学显然有很多共同的地方，他们所研究的问题基本上是相近的，只不过生态学是以一般生物为对象，着重研究自然环境因素与生物的相互关系，单纯属于自然科学的范畴。环境科学则以人类为主要对象，把环境与人类生活的相互影响作为一个整体来研究，从而和社会科学发生十分密切的联系。
因此，生态学的许多基本原理同样也可以用于环境科学中，作为基础理论而联系到人类独特的主观能动性和复杂的社会关系，来研究和解决人类生活与环境问题。
生物圈
地球上自有生物出现以来，他的发展便进入了新的更高级阶段，这是因为生物在地球的物质循环和能量交换的过程中起了特殊重要的作用。
生物圈的概念是由奥地利地质学家休斯在1875年首次提出的，直到1962年苏联的地球化学家维尔纳茨基所做的“生物圈”报告之后，才引起人们的注意。现代对生物圈的理解仍是当时维尔纳茨基的概念。生物圈是指地球上有生命活动的领域及其居住环境的整体。
生物圈
生物圈由大气圈下层、水圈、土壤岩石圈以及活动于其中的生物组成，其范围包括从地球表面向上23千米的高空，向下12千米的深处（太平洋中最深的海槽）。在地表上下100米左右的范围内是生物最集中、最活跃的地方。
生物圈的形成是生物界和水圈、大气圈及土壤岩石圈长期相互作用的结果。作为地球一个外套的生物圈，它之所以存在，是因为具备了下列3个条件：①可以获得来自于太阳的充足光能。一切生命活动都需要能量，这些能量的基本来源是光能，绿色植物通过光合作用产生有机物而进入生物循环；②有可被生物利用的大量液态水，几乎所有的生物体都含有大量的水分，没有水就没有生命；③生物圈内有适宜生命活动的温度条件，在此温度变化范围内的物质存在着气态、固态、液态三种物态变化，这也是生命活动的必要条件。
生物圈内提供了生命物质所需要的营养物质，包括氧气、二氧化碳以及氮、碳、钾、钙、铁、硫等矿物质营养元素，它们是生命物质的组成，并参加到各种生理过程中去。以上都是生物圈内存在的生物生存所必需的环境条件。此外，还有许多环境条件（例如风、水的含盐浓度等），虽然不一定是各种生物生存的必要条件，但也对生物产生影响作用，所有这些环境条件可总称为生态条件。
在最适宜的条件下，生物的生命活动促进了物质的循环和能量的流通，并引起生物的生命活动发生种种变化。同时，生物要从环境中取得必要的能量和物质，就得适应环境；环境因生物的活动发生了变化，又反过来推动生物的适应性。生物与生态条件这种交互作用促进了整个生物界持续不断的变化。
综上所述，在地球上有生命存在的地方均属生物圈。构成生物圈的生物，包括人类在内的所有动物、植物和微生物不断地与环境进行物质和能量的交换。从地球上各种生命的历史来说，人类的生命史是比较短暂的，在人类出现农业生产以前，人类活动对生物圈的影响是微不足道的。自从有了工农业生产以后，人类开始利用大自然，并对自然环境不断产生影响。因此，人类与生物圈的相互关系问题的研究，已越来越引起人们的关注。
生态系统的概念及组成
1.生态系统的概念
在自然界，生物的存在与环境（主要指阳光、温度、水分、空气、土壤等，也包括其他生物）发生着密切的关系。生物在其生活过程中，总要从环境中取得生活所必需的能量与物质以建造自身，同时，也要不断地排出某些物质归还到环境中去。
例如，绿色植物利用阳光把二氧化碳、水和矿物质营养元素合成有机物质建造自身，同时也为草食动物提供食物。草食动物又成为肉食动物的食物来源。这些动植物的残体和排泄物又可以使土壤微生物得到其生命活动所需要的物质和能量。绿色植物通过光合作用可以释放氧气，动植物和微生物的呼吸作用又产生二氧化碳、水和简单的营养物质，这些气体和营养物质又可回归于环境。在自然界中生物与生物、生物与环境存在着广泛的联系，他们之间通过不断地进行能量转换、物质循环和信息传递，使它们构成一个有机整体。
生态系统是指一定地域（或空间）内生存的所有生物和环境相互作用的、具有能量转换、物质循环代谢和信息传递功能的统一体。例如，森林就是一个具有统一功能的综合体。在森林中，有乔木、灌木、草本植物、地被植物，还有多种多样的动物和微生物，加上阳光、空气、温度等自然条件，它们之间相互作用。这样由许多的物种（生物群落）和环境组成的森林就是一个实实在在的生态系统。草原、湖泊、农田等都是这样。
生态系统这一概念是由英国植物群落学家坦斯利首先提出的，其基本点在于强调系统中各成员之间（生物与生物、生物与环境及环境各要素之间）功能上的统一性。因此，生态系统主要是功能单位，而不是生物学中分类的单位。
生态系统的范围可大可小，大至整个生物圈、整个海洋、整个大陆；小至一个池塘、一片农田；都可作为一个独立的系统或作为一个子系统，任何一个子系统都可以和周围环境组成一个更大的系统，成为较高一级系统的组成部分。
2.生态系统的组成
任何一个生态系统，都由生物和非生物环境两大部分组成。生物部分按照营养方式和在系统中所起的作用不同，又可分为生产者、消费者和分解者，这三者构成生物群落。因此，一个生态系统应包括生产者、消费者、分解者以及非生物环境等4类成分。
生态系统组成
（1）生产者
生产者主要是指能制造有机物质的绿色植物和少数自养生活菌类。绿色植物在阳光的作用下可以进行光合作用，将无机环境中的二氧化碳、水和矿物元素合成有机物质；在合成有机物质的同时，把太阳能转变成为化学能并贮存在有机物质中。
这些有机物质是生态系统中其他生物生命活动的食物和能源。生产者是生态系统中营养结构的基础。决定着生态系统中生产力的高低，是生态系统中最主要的组成部分。
（2）消费者
消费者是指直接或间接利用绿色植物所制造的有机物质作为食物和能源的异养生物，主要是指各种动物，包括人类本身，也包括寄生和腐生的细菌类。根据食性的不同或取食的先后可分为草食动物、肉食动物、寄生动物、食腐动物和食渣动物。按照其营养的不同，可分为不同的营养级，直接以植物为食的动物称为草食动物，是初级消费者，如牛、羊、马、兔子等；以草食动物为食的动物称为肉食动物，是二级消费者，如黄鼠狼、狐狸等；而肉食动物之间又是弱肉强食，由此还可以分为三级、四级消费者。许多动植物都是人的取食对象，因此，人是最高级的消费者。
（3）分解者
分解者又称还原者，主要指微生物，也包括某些以有机碎屑为食物的动物（如蚯蚓）和腐食动物。它们以动植物的残体和排泄物中的有机物质作为生命活动的食物和能源，并把复杂的有机物分解为简单的无机物归还给无机环境，重新加入到生态系统的能量和物质流中去。分解者对环境的净化起着十分重要的作用。
（4）非生物环境
非生物环境包括碳、氢、氧、无机盐类等无机物质和太阳辐射、空气、温度、水分、土壤等自然因素。它们为生物的生存提供了必须的空间、物质和能量等条件，是生态系统能够正常运转的物质、能量基础。
生态系统的类型与特征
生态系统是一个很广泛的概念，可以适用于各种大小的生态群落及其环境。怎样划分生态系统的类型，目前尚无统一的和完整的分类原则。根据生态系统形成的原动力和影响力，可分为自然生态系统、半自然生态系统和人工生态系统3类。
自然生态系统是依靠生物和环境自身的调节能力来维持相对稳定的生态系统，如原始森林等。人工生态系统是受人类活动强烈干预的生态系统，如城市、工厂等。介于两者之间的生态系统，为半自然生态系统，如天然放牧的草原、人工森林、农田、湖泊等。生态系统的类型还可以根据环境性质加以分类，可划分为陆地生态系统和水生生态系统。
由于地球表面生态环境极为复杂，具有不同的地形、地貌和气候等，因而形成了各种各样的生态环境。根据植被类型和地貌的不同，陆地生态系统又可分为森林生态系统、草原生态系统、荒漠生态系统等。
水生生态系统按水体理化性质不同可以分为淡水生态系统和海洋生态系统。生态系统具有如下一些基本特征：
（1）开放性生态系统是一个不断同外界环境进行物质和能量交换的开放系统。在生态系统中，能量是单向流动，即从绿色植物接收太阳光开始，到生产者、消费者、分解者以各种形式的热能消耗、散失为止，不能再被利用形成循环。维持生命活动所需的各种物质，如碳、氧、氮、磷等元素，以矿物形式先进入植物体内，然后以有机物的形式从一个营养级传递到另一个营养级，最后有机物经微生物分解为矿物元素而重新释放到环境中并被生物的再次循环利用。生态系统的有序性和特定功能的产生，是与这种开放性分不开的。
（2）运动性生态系统是一个有机统一体，总是处于不断运动之中。在相互适应调节状态下，生态系统呈现出一种有节奏的相对稳定状态，并对外界环境条件的变化表现出一定的弹性。这种稳定状态，即是生态的平衡。在相对稳定阶段，生态系统中的运动（能量流动和物质循环）对其性质不会发生影响。因此，所谓平衡实际是动态平衡，也就是这种随着时间的推移和条件的变化而呈现出的一种富有弹性的相对稳定的运动过程。
（3）自我调节性生态系统作为一个有机的整体，在不断与外界进行能量和物质交换过程中，通过自身的运动而不断调整其内在的组成和结构，并表现出一种自我调节的能力，以不断增强对外界条件变化的适应性、忍耐性而维持系统的动态平衡。当外界条件变化太大或系统内部结构发生严重破损时，生态系统的这种自我调节功能才会下降或丧失，以致造成生态平衡的破坏。当前，环境问题的严重性就在于破坏了全球或区域生态系统的这种自我适应、自我调节功能。
（4）相关性与演化性任何一个生态系统，虽然有自身的结构和功能，但又同周围的其他生态系统有着广泛的联系和交流，很难截然分开，由此表现出一种系统间的相关性。对于一个具体的生态系统而言，总是随着一定的内外条件的变化而不断地自我更新、发展和演化，表现出一种产生、发展、消亡的历史过程，呈现出一定的周期性。