第一节 生态系统
生态系统就是在一定空间中共同栖居着的所有生物与其环境之间由于不断地进行物质循环和能量流动而形成的统一整体，即一个生态学功能单位。根据人类对生态系统的干扰程度大小，又可分为自然生态系统（如森林、草原、湖泊和海洋等），半自然半人工生态系统（如农田、果园）和人工生态系统（如城市）。
任何生态系统都具有以下共同特性：
① 具有能量流动、物质循环和信息传递三大功能。
② 具有自动调节能力。
③ 是一种开放的动态系统。
一般来说，生态系统都包括下列4种主要组成成分。
（1）非生物环境；（2）生产者；（3）消费者；（4）分解者。
生态系统中的生物成分按照其在生态系统中的功能可划分为三大类群：生产者（自养生物）、消费者（异养生物）和分解者（又称还原者）。
生态系统可根据地理条件的不同而分为两大类一级系统：水生生态系统和陆生生态系统。一级系统还可细分为更多的二级系统。如水生生态系统又可分为海洋生态系统和淡水生态系统，陆生生态系统也可分为森林、草原、荒漠、高山、冻原等生态系统。二级系统还可以划分出三级系统，三级系统还可以分出四级系统等。
生产者所固定的能量和物质是通过一系列取食和被食的关系在生态系统中传递的，各种生物按其食物关系排列的链状顺序称为食物链。水体生态系统中的食物链如：浮游植物→浮游动物→草食性鱼类→肉食性鱼类。食物链彼此交错连结，形成一个网状结构，这就是食物网。
生态系统中一般都有两类食物链，即捕食食物链和碎屑食物链。
（四）营养级和生态金字塔
一个营养级是指处于食物链某一环节上的所有生物种的总和。生态系统中的能流是单向的，通过各个营养级的能量是逐级急剧减少的，所以食物链就不可能太长，生态系统中的营养级一般只有四、五级，很少有超过六级的。
能量通过营养级逐级减少，如果把通过各营养级的能量流由低到高划成图，就成为一个金字塔形，称为能量金字塔。同样，如果以生物量或个体数目来表示，可以得到生物量金字塔或个体数目金字塔。
但是，当能量在食物网中流动时，其转移效率是很低的。下面营养级所储存的能量只有大约10%能够被其上一营养级所利用，其余被呼吸作用所消耗。这在生态学上被称10%定律或1/10律，也称林德曼效率。
生态系统具有三大功能：能量流动、物质循环和信息传递。
能量是生态系统的动力，是一切生命活动的基础。光合作用是植物固定太阳能的唯一有效途径,能够通过光合作用制造食物分子的植物被称为“自养生物”，主要是绿色植物。
生态系统从大气、水体和土壤等环境中获得营养物质，通过绿色植物吸收，进入生态系统，被其他生物重复利用，最后，再归还于环境中，此为物质循环，又称生物地球化学循环。生物地球化学循环可分为三大类型，即水循环、气体型循环和沉积型循环。
生物圈中碳、氮、磷、硫的循环在生命活动中起着重要作用。
生态系统中碳的主要循环形式是从大气的CO2蓄库开始，经过生产者的光合作用，把碳固定，生成碳水化合物，其中一部分作为能量为植物本身所消耗，植物呼吸作用或发酵过程中产生的CO2通过叶面和根部释放回到大气圈，然后再被植物利用。
氮是形式蛋白质、氨基酸和核酸的主要成分，是生命的基本元素。
固氮的途径有三种。一是通过闪电、宇宙射线、陨石、火山爆发活动的高能固氮，其结果是形成氨或硝酸盐。二是工业固氮（合成氨），这种固氮能力已越来越大。第三条途径，也是最重要的途径是生物固氮，能够进行生物固氮的生物主要是固氮菌，与豆科植物共生的根瘤菌和蓝藻等自养和异养微生物。
在自然生态系统中，一方面通过各种固氮作用使氮素进入物质循环，而通过反硝化作用、淋溶沉积等作用使氮素不断重返大气，从而使氮的循环处于一种平衡状态。
磷是生物不可缺少的重要元素，生物的代谢过程都需要磷的参与，磷是核酸、细胞膜和骨骼的主要成分，它主要以磷酸盐的形式存在。
生态系统中的磷全部来源于岩石的风化作用，经破碎、溶解在土壤水中，被植物吸收，再经食草动物和肉食动物而在生物之间流动，待生物死亡后被分解，又使其回到土壤和海洋中。溶解性磷酸盐，也可随着水流进入江河湖海，并沉积在海底。经过漫长的地质作用海底抬升为陆地，完成磷的大循环。
人类对自然磷的循环的干扰表现在两个方面。第一，大量开采磷矿制造磷肥和洗涤剂，加速了磷的这种损失。据估计，在生物圈中，磷参与循环的数量目前正在减少，磷将成为人类和陆地生物生命活动的限制因子。第二，通过农田退水、大型养殖场排水和城市污水，将大量磷酸盐排放到水环境中，造成淡水和海洋的富营养化。
空气中的污染物的种类很多，但因燃煤排放硫的强度大和空气中硫含量与人的健康关系最为密切，而把硫的浓度作为空气污染严重程度的指标。
信息传递是生态系统的重要功能之一。生态系统中包含多种多样的信息，大致可以分为物理信息、化学信息、行为信息和营养信息。
在一定时期内，系统内的生产者、消费者和分解者之间保持着一种动态的平衡，这种平衡状态就叫生态平衡。
生态平衡的破坏有自然原因，也有人为的因素。
1．自然原因主要是指自然界发生的异常变化或自然界本来就存在的对人类和生物的有害因素。
2．人为因素主要指人类对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 （2）环境因素改变，引起平衡破坏 （3）信息系统的破坏
第二节 生态农业
生态农业是一种持续发展的农业模式，是一条保护生态环境的有效途径。
生态农业的特点 1．多样性；2．综合性；3．生产效率高；4．稳定性；5．持续性；6．生态性（低耗、高效、少污）。
生态农业建设的理论基础
1．生物与环境的协同进化原理
2．生物之间链索式的相互制约原理
3．能量多级利用与物质循环再生原理
4．结构稳定性与功能协调性原理
5．生态效益与经济效益统一的原理
生态农业的建设内容
1． 推进区域农业可持续发展的综合管理
2．调整优化农业结构
3．提高食物生产和保障食物安全
4．农业资源可持续利用
（1）保护、合理利用与增殖自然资源
（2）提高生物能的利用率和废物循环转化
（3）开发农村能源
5．农业生态环境保护
（1）防治污染，扭转生态恶化；（2）建立农业环境自净体系
生态农业系统的类型和模式
1．生物立体共生的生态农业系统
根据生物的类型、生境差异和生物因子的数量等可将此类生态农业系统以下各种类型和模式。（1）立体种植型；（2）立体养殖类型；（3）立体种养类型。
2． 物质循环利用的生态农业系统
根据系统内生产结构的物质循环方式，可分为以下几种类型。
（1）种植业内部物质循环利用类型；（2）养殖业内部物质循环利用类型；（3）种、养业结合的物质循环利用类型；（4）种、养、沼三结合的物质循环利用类型。
3．生物相克避害的生态农业系统
（1）以虫治虫的生态农业类型；（2）以禽鸟治虫的生态农业类型；（3）以菌治虫的生态农业类型。
4．主要因子调控的生态农业系统
5．区域整体规划的生态农业系统
生态农业的几种实用技术
所谓生态工程技术，就是综合应用生物学、生态学、经济学、环境科学、农业科学、系统工程学的理论，运用生态系统的物种共生和物质循环再生等原理，结合系统工程方法所设计的多层次利用的工艺技术。主要包括以下几种：
（1）农业的立体种植、养殖技术；（2）食物链结构的工程技术。
2．能源开发技术
（1）沼气的产生及利用技术；（2）太阳能利用技术。
3．小流域综合管理技术
（1）水土流失治理技术；（2）小流域综合利用技术。
4．有害生物综合防治技术 所谓综合防治技术，就是根据病、虫、草危害作物的情况，综合地运用物理、化学、生物、农业等技术防除病、虫、草害。主要包括农业防治技术、生物防治技术、化学防治技术、物理防治技术。
5．农业废弃物资源化利用技术 农业废弃物主要是作物秸杆和动物粪便以及生物废杂物等，因农村能源紧张，大部分作物秸杆被作柴烧，使秸杆不能作饲料用或作肥料还田。只有通过农业废弃物资源化利用技术，才能解决农村的“燃料、饲料、肥料”的矛盾。
6．农业生产资料的生态化改造技术 （1）控释肥料；（2）新型农药；（3）降解地膜。
生态农业与农业环境保护
我国的农业环境保护问题主要表现在两个方面。一是因不合理地开发利用农业自然资源而导致的大面积生态破坏问题，如砍伐森林、水土流失、沙漠化、盐渍化等；二是工农业废弃物和农业活动带来的环境污染问题，如城市垃圾和城市污水的污染，规模化禽畜养殖场废水污染，农药、化肥、地膜和农业径流污染等。
根据十几年来我国生态农业建设的实践，我国的生态农业是实现生态与经济的良性循环，促进生态环境保护与自然资源永续利用的最佳手段。具体表现在如下几个方面：
1．有利于提高绿色覆盖，解决农村能源问题，改善农村生态环境。
2．有利于资源高效利用，减少废弃物排放造成的环境污染，实现农业的清洁生产。
3．有利于生物多样性的保护和土壤肥力的提高，减轻因农药、化肥和农业径流所造成的农业自身污染。
第三节 生态学在环境保护中的应用
按照生态学的原则，我们对生态系统采取任何一项措施时，该措施的性质和强度不应超过生态系统的忍耐极限或调节复原的弹性范围，否则就会招致生态平衡的破坏，引起不利的环境后果。
生态系统具有不同水平的、比较复杂的调节能力。这就是指当生态系统的生产者、消费者和分解者在不断地进行能量流动和物质循环过程中，受到自然因素或人类活动的影响时，系统具有保持其自身相对稳定的能力。在环境污染的防治中，这种调节能力又称生态系统的自净能力。被污染的生态系统靠其本身的自净能力，可以恢复原状。我们应该尽量有目的地、广泛地利用这种自净能力防治环境污染。
只有充分利用生态学原则和系统论的方法，根据各种自然因素和人为的社会因素所构成的自然-社会-经济复合生态系统来研究城市，才能解决近代城市中的环境问题。目前城市生态系统研究一般侧重在以下几个方面：
1．研究城市生态系统的组成与结构，特别是城市人口结构，以阐明城市人口与城市环境的相互关系。
2．研究城市生态系统的物质代谢功能（物流与能流的特征与速率）与城市环境质量变化的相互影响，以阐明资源开发使用与环境污染的关系。
3．研究城市生态系统中各种环境质量的指标体系（包括环境标准）。以逐步建立和完善城市生态系统模型。
4．研究城市环境质量与城市居民健康的相互关系以及对生物体的影响与变化规律。
5．研究城市生态系统管理和调节控制，使城市生态系统的物质流、能量流和信息流更加合理，系统的整体功能得到最大的发挥。
四、综合利用资源和能源
所谓闭路循环工艺，就是要求把两个以上的流程组合成一个闭路体系，使一个过程中产生的废料或副产品成另一个过程的原料，从而使废弃物减少到生态系统的自净能力限度以内。这种闭路循环工艺在工业和农业中的具体应用，就是生态工艺和生态农场。
生态农场是根据生态学原理建立起来的新型农业生产模式。它可以因地制宜地利用不同的技术，来提高太阳能的转化率、生物能的利用率和废弃物的再循环率，使农、林、牧、副、渔以及加工业、交通运输业、商业等都获得全面的发展。
五、在环境保护其他方面的应用
1．阐明污染物质在环境中的迁移转化规律
2． 环境质量的生物监测和生物评价
3. 为环境质量标准的制定提供依据
4．人工生态系统及其在污染防治研究中的应用
当前，人工生态系统已用于：
（1）野外观测对比，以便更好地解释和验证自然界真实系统中的各种途过程；
（2）研究污染对生物群落的影响；
（3）预测预报环境受到某种干扰后的质量变化情况；
（4）研究生态系统对污染物的反应，以及污染物在生态系统中的积累、转移和降解途径，借以了解生物净化机理与提出治理的途径。
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