1 生態與能源的關系

1.1 地球生態系統及其功能

生態系統（ecosystem）就是在一定空間中，生物群落（即其中的所有生物）與周圍物理環境之間不斷進行物質循環和能量流動而形成的統一整體。地球上的森林、草原、荒漠、海洋、湖泊、河流等，不僅它們的外貌存在差異，生物組成也各有其特點，棲居其中的生物和它周圍的非生物環境相互作用，構成一個個物質不斷循環、能量不停流動、信息不停傳遞的生態系統。

系統是由彼此間相互作用、相互依賴的事物有規律地結合而成的，是具有特定功能的有機整體。一般認為，構成系統至少要滿足3個條件：a.系統中包含多個成分；b.各成分之間不是孤立的，而是彼此互相聯系、互相作用、相互制約的；c.系統具有獨立的、特定的功能。英國生態學家A.G.Tansley最早提出生態系統的概念，他認為：“生態系統的基本概念是物理學上使用的‘系統’整體，它不僅包括生物復合體，而且還包括人們稱為環境的全部物理因素的復合體”。“我們不能把生物從其特定的、形成物理系統的環境中分隔開來。” “這種系統是地球表面上自然界的基本單位。這些生態系統的大小和種類多種多樣。”

生態系統的提出強調了一定地域中生物相互之間、生物與環境之間功能上的統一性。生態系統主要是功能上的單位，而不是生物學中分類學的單位。前蘇聯生態學家B.H.Cykageb（1942）所說的生物地理群落（biogeocoenosis）的基本含義與生態系統的概念相同。生態系統思想是在一定的歷史背景下產生的。

生態系統的范圍和大小并沒有嚴格的限制，小至動物有機體內消化道中的微生物系統、大至各大洲的森林、河流等生物群落型，甚至整個地球上的生物圈或生態圈，其范圍和邊界隨研究問題的特征而定。例如，池塘的能流、核降塵、殺蟲劑殘留、酸雨、全球氣候變化對生態系統的影響等，不僅其空間尺度相差若干數量級，其時間尺度的變化范圍也很廣。

生態系統是當代生態學中非常重要的一個概念。縱觀生態學的發展史，這門科學的研究重心，經歷了由自然歷史轉到動物的種群生態學和植物的群落生態學，然后轉到生態系統的變化。

生態系統包括生物群落及其無機環境，它強調的是系統中各個成員的相互作用，形成一個幾乎是無所不包的生態網絡。事物普遍聯系法則本是辯證唯物主義哲學的第一個基本原理，從聯系的觀點來看，生態學又是一種哲學。近年來，全球的學者又把自然生態系統進一步擴展為包括經濟系統和社會系統的復合生態系統。

經過長期的進化，地球上大部分自然生態系統能維持持久穩定、物種間也能協調共存。研究生態系統規律的主要目的就是在自然生態系統中尋找建立這種持續性的機理。目前，生態系統的概念和原理已經被許多學科和實踐領域廣泛應用。