生态学
生态学（Ecology）一词最早是由德国生物学家黑格尔（ErnstHaeckel）在1869年提出的，名词的英文词首和经济学（Economics）是相同的，都是Eco，起源于希腊文Oikos，是家庭居处或环境的意思，可见生态学和经济学、家庭、环境等，从词源和词义上说是有密切关系的。
生态学原是一门研究动植物与其生活环境相互关系的科学，是生物学主要分科之一。由于人类环境问题和环境科学的发展，生态学就扩展到人类生活和社会活动方面，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的生态系统的相互关系问题。这样就使生态学成为一个领域更广泛、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。以研究生物的形态、生理、遗传、细胞等结构和功能为基础的生物学部分与环境相结合形成的生态学，又与系统工程学、经济学、工艺学、化学、物理学、数学相结合而产生相应的新兴学科，这是20世纪60年代以来生态学的一个重要发展趋势。
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）从个别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物质循环与能量转化规律；
（3）与基础科学和应用科学相结合，发展了生态学，扩大了生态学的研究领域。生态学的许多基本原理同样也可以应用于环境科学中，来研究和解决人类生活与环境问题。
生态系统
一个生物物种在一定范围内所有个体的总和，在生态学中称为种群（Population）；一定的自然区域中许多不同种的生物的总和称为群落（Community）；任何一个生物群落与其周围非生物环境的综合体就是生态系统（Ecosystem）。生态系统就是生命系统和环境系统在特定空间的组合，在生态系统中，各种生物之间及生物与非生物环境因素之间互相作用，密切联系，不断地进行着物质和能量的流动。人类所生活的生物圈（Bio-sphere）内有无数大小不同的生态系统，在一个复杂的大生态系统中又包含无数个小的生态系统。池塘、湖泊、河流、草原和森林等都是典型的例子。城市、矿山、工厂等从广义上也可以说是一种人为的生态系统。各种各样的生态系统组成了统一的整体，就是人类生活的自然环境，因此，整个生物圈便是一个最大的生态系统。
1。生态系统的组成
生态系统的组成包括必要和非必要的两部分。
必要的部分又分为非生物成分和生物成分两种。前者包括阳光和养分，供生产者（植物）合成有机物之用。后者包括生产者、分解者和转变者：生产者又称自养者（Autotrophs），以绿色植物为主（高等植物和藻类浮游植物）；分解者（Decomposers）包括一部分细菌和真菌，能使生物体分解为无机物质；转变者也是细菌，其作用是将分解后的无机物转变为可供植物利用的养分。细菌的分解和转变作用在生态系统中非常重要，没有它，生产者就会缺乏养分，无法自养，不能生存。
非必要的部分主要是各级消费者，它们是靠生产者的有机物质为生的，故又称异养者。按其食性，消费者可分为草食动物、肉食动物、寄生生物和腐食动植物等。它们在生态系统中只能消费，不能生产。归纳起来，生产者、消费者、分解者和转变者、无机养分是生态系统的四个基本组成部分。生态系统中能量和物质的流动都是通过这四个部分来实现的。
2。生态系统的类型
1）陆地生态系统：又可分自然和人工两类。自然陆地生态系统如森林生态系统、草原生态系统、荒漠生态系统等，人工陆地生态系统如农田、城市、工矿区等。
2）淡水生态系统，包括池塘、湖泊、河流、水库等。
3）海洋生态系统，包括海岸、河口、浅海、大洋、海底等。
生态系统中的各种生物基于生产者和各级消费者的营养关系，构成了生态系统中的食物链（Foodchain）。所谓食物链，就是一种生物以另一种生物为食，彼此形成一个以食物连接起来的链锁关系。在一个生态系统中，食物关系往往很复杂，各种食物链互相交错，形成食物网。能量的流动，物质的迁移和转化，就是通过食物链和食物网进行的。
森林生态系统食物网结构图
草原生态系统食物网结构图
3。生态系统的能量流动
生态系统的能量流动具有下述五个特点：
1）生产者即绿色植物，对太阳能利用率很低，只有1％左右。
2）能量只朝单一方向流动（不是可逆流动）。
3）流动中能量逐渐减少，每过一个营养级，都有能量以热的形式散失掉，而且各营养层次自身呼吸所耗用的能量都在其总产量的一半以上，各级的净产量至多只有总产量的一小半。
4）各级消费者之间能量的利用率平均约10％，即食物链中后一级能量总是小于前一级的能量，因此，食物链的营养层次增加时，净产量就急剧下降。如果说植物的净产量为100千卡，则草食动物的净产量只有10千卡，而肉食动物只有1千卡，这就说明为什么一般食物链的层次不超过四级或至多五级。这也说明为什么人类以植物为食要比以动物为食经济有利得多。生态学把食物链各层次能量递减的法则称为能量金字塔（Energypyramid）或简称能塔图。
5）只有当生态系统生产的能量与消耗的能量相平衡时，生态系统的结构与功能才能保持动态的平衡。
4。生态系统中的物质循环
生物体全部原生质中约有97％以上是由氧、碳、氢、氮和磷五种元素组成（还有硫、钙、镁、钾等等）。这些主要的化学元素在生物圈中的物质循环过程，包含有生物学的、地学的和化学的过程，因而称为生物地球化学循环（Biogeochemicalcycle）。这里只是简单提一下，氮在许多环境问题中起着重要的作用。氮在燃烧过程中被氧化成氮氧化物，能造成大气中光化学烟雾的严重污染事故。1943年3月～10月美国洛杉矶（有汽车400多万辆），每天耗汽油2400万升，每天有1000多吨碳氢化合物进入大气，石油工业和汽车废气在紫外线作用下生成光化学烟雾，致使大多数居民患病，65岁以上老人死亡400多人，另外，在氮肥生产中，采用氯化汞和硫酸汞作催化剂，含甲基汞毒水废渣排入水体，通过鱼这一食物链环节使人中毒，1953年日本九州熊本县水俣镇180多人中毒，死亡50多人。用氮制造的合成化学肥料在施用时也可能引起水体污染。
磷是维持生命所必需的另一重要元素。生物在新陈代谢过程中都需要磷。人类大量应用磷类洗涤剂和磷肥的结果，都使水体中磷养分过多，使水生植物生长过盛，引起对环境的危害。
生态平衡
任何一个正常的生态系统中，能量流动和物质循环总是不断地进行着，但在一定的时期内，生产者、消费者和还原者之间都保持着一种动态的平衡，这种平衡状态就叫生态平衡。在自然生态系统中，平衡还表现为生物种类和数量的相对稳定。生态系统之所以能保持动态的平衡，主要是由于内部具有自动调节的能力。例如对污染物质来说，就是环境的自净能力（亦即所谓环境容量）。当系统的某一部分出现了机能异常时，就可能被不同部分的调节所抵消。生态系统的组成成分越多样，能量流动和物质循环的途径越复杂，其调节能力也越强；相反，成分越单纯，结构越简单，其调节能力也越小。但是，一个生态系统的调节能力再强，也是有一定限度的，超过了这个限度，调节就不再起作用，生态平衡就会遭到破坏。如果现代人类的活动使自然环境剧烈变化，或进入自然生态系统中的有害物质数量过大，超过自然系统的调节功能或生物与人类可以忍受的程度，那就会破坏生态平衡，使人类和生物受到损害。
破坏生态平衡的因素有自然原因，也有人为的因素。自然原因如火山爆发、山崩海啸、水旱灾害、地震、台风、流行病等自然灾害。人为因素主要指人类自然资源的不合理利用，工农业发展带来的环境污染等问题，人为因素引起的生态平衡的破坏，主要有三种情况：
（1）物种改变引起平衡的破坏。人类有意或无意地使生态系统中某一种生物消失或往其中引进某一种生物，都可能对整个生态系统造成影响。例如：澳大利亚原来并没有兔子，后来从欧洲引进了兔子，以作肉用并生产皮毛。引进后，由于当地没有天敌予以适当限制，致使兔子大量繁殖，在短短的时间内，繁殖的数量惊人，遍布数千万亩田野，在草原上每年以70英里的速度向外蔓延，该地区原来长满的青草和灌木全被吃光，再不能放牧牛羊。田野一片光秃，土壤因无植物保护而被雨水侵蚀，造成生态系统的破坏，澳大利亚政府曾鼓励大量捕杀，但不见效果，最后不得不引进一种兔子的传染病，使兔群大量死亡，总算将兔子造成的生态危机控制住了。另外如滥猎滥捕鸟兽，收割式地砍伐森林，都会因某物种的数量减少或灭绝而使生态平衡受到破坏。
（2）环境因素的改变。工农业的迅速发展，有意或无意地使大量污染物质进入环境，从而改变生态系统的环境因素，影响整个生态系统，甚至破坏生态平衡。由于空气污染，热污染，除草剂和杀虫剂的使用，肥料的流失，土壤侵蚀或未处理的污水进入环境，引起富营养化等原因，改变生产者、消费者和分解者的种类与数量，破坏了生态平衡并引起了环境问题，甚至造成公害。
（3）信息系统的破坏。许多生物在生存的过程中，都能释放出某种信息素（一种特殊的化学物质）以驱赶天敌、排斥异种，或取得直接或间接的联系以繁衍后代，化学生态学就是研究这类信息素的。例如某些昆虫在生殖时期，雌虫会排出一种性信息素，靠这种性信息素引诱雄性个体来繁殖后代，但是，如果人们排放到环境中的某些污染物质与某一种动物排放的性信息素起了化学作用，使其丧失引诱雄性个体作用时，就会破坏这种动物的繁殖，改变生物种群的组成结构，使生态平衡受到影响。
生态学规律
前面介绍了有关生态学、生态系统和生态平衡方面的基本知识。这里就对生态学规律简要地概括成以下五方面：
1。相互制约与相互依赖的规律
以食物链（网）形成的相互制约、相互依赖的关系，本身是建立在一定的数量基础上。一个生物群落或生态系统中，各种生物个体的大小和数量之间都存在一定的比例关系。生物间的相互制约作用，使生物保持数量的相对稳定，这是生态平衡的一个重要方面。此外，无论动物或植物，都有其一定的生活环境，它们因释放出某些分泌物或激素而表现为共生或抗生，同一环境中的物种越多，该生态系统也越稳定（例如混交林发生大规模虫害的几率远小于单调林）。
2。物质循环转化与再生的规律
自然界通过植物、动物、微生物和非生物成分，一方面不断地合成新物质，一方面又随时分解为原来的简单物质，重新被植物所吸收，进行着不停顿的新陈代谢作用。但是如果人类的社会经济活动过于强化，超过了生态系统的调节限度，就会出现区域性甚至全球性的物质循环失调现象，给人类造成严重的恶果。
3。物质输入输出的动态平衡规律
这里所指的物质输入输出的平衡规律，是适用于生物、环境和生态系统三方面的。在自然生态系统不受人类活动干扰时，生物体一方面从周围摄取物质，另一方面向环境排放物质，不论对生物来说，或对环境来说，或是对于一个稳定的生态系统来说，物质的输入与输出总是平衡的。当生物体所需的输入不足时，例如农田肥料不足或虽然肥料（营养）足够，但未能分解而不可利用，或施肥的时间不当而不能被作物很好的利用，结果作物必然生长不好，产量下降。在质的方面，存在输入大于输出的情况。例如人工合成的难降解的农药和塑料或重金属元素，生物体吸收的量虽然很少，但因难以排出，形成体内积累而造成危害。对环境系统而言，如果营养物质输入过多，环境自身吸收不了，打破了原来的输入输出平衡，就会出现富营养化现象（湖北省东湖的情况正是如此）。
4。相互适应与补偿的协同进化规律
生物与环境之间，存在着作用与反作用的过程，也就是说，生物给环境以影响，反过来环境也会影响生物。植物从环境吸收水和营养元素，这与环境的特点，如土壤的性质、可溶性营养元素的量，以及环境可以提供的水量等紧密相关。同时，生物体则以其排泄物和尸体把相当大的一部分水和营养素归还给环境，最后获得生物与环境协同进化的结果，这条规律对于逐步改造不利的环境（如沙漠）有指导意义；相反，如果损害了生物与环境相互补偿与适应的关系，例如某种生物过度繁殖，则环境就会因物质供应不足而造成生物的饥饿死亡，从而进行报复。这就告诉我们，人类必须按自然规律办事，否则自然界就会对我们和子孙后代加以惩罚。
5。环境资源的有效极限规律
自然界中存在的、作为生物赖以生存的各种环境资源，在质量、空间和时间等方面，都有其一定的限度，不能无限制地供给。过去曾一度流行“人有多大胆，地有多高产”的提法，是完全违背自然规律的。
上面的五条生态学规律，也是生态平衡的基础。生态平衡以及生态系统的结构与功能，又与人类当前面临的人口、食物、能源、自然资源（其中包括水资源）、环境保护五大社会问题紧密相关。