ก่อนศึกษารายละเอียดที่เกี่ยวข้องกับสิ่งแวดล้อม จะต้องทำความเข้าใจพื้นฐานวิชา
การในเรื่องของนิเวศวิทยา (ecology) และระบบนิเวศ (ecosystem) เป็นลำดับแรก
เนื่องจากสรรพวิชาทั้งหมดทางด้านวิทยาศาสตร์เศรษฐศาสตร์และจริยศาสตร์จะต้อง
อ้างอิงความรู้ในเรื่องของนิเวศวิทยาและระบบนิเวศเข้ามาเกี่ยวข้องอยู่เสมอโดยพื้นฐาน
แล้วคำทั้งสองมีความสัมพันธ์กันทางนัยความหมายการแปลความและอธิบายความของ
คำทั้งสองจึงสามารถกล่าวโดยรวมได้ดังนี้คือ
   
   นิเวศวิทยา คือ การศึกษาสิ่งมีชีวิตในแหล่งที่อยู่อาศัยและการศึกษาความสัมพันธ์
ระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อมที่มีชีวิตและไม่มีชีวิตที่ล้อมรอบสิ่งมีชีวิตนั้น โดยศึกษา
ถึงปฏิสัมพันธ์ (interaction) ระหว่างมวลหมู่สิ่งมีชีวิตด้วยกันเองและปฏิสัมพันธ์
ระหว่างสิ่งแวดล้อม เช่น สสารและพลังงานเป็นต้น ในการศึกษานิเวศวิทยาที่ประกอบ
ขึ้นเป็นโครงสร้างของสิ่งแวดล้อมโดยศึกษาถึงบทบาท หน้าที่ ความสัมพันธ์ หรือการ
ประสานงานขององค์ประกอบแต่ละชนิด ซึ่งต่างก็มีหน้าที่และทำงานประสานกันอย่าง
มีระเบียบแบบแผนมีผลลัพธ์ทำให้โครงสร้างของกลุ่มสิ่งมีชีวิตและสภาพแวดล้อมดำรง
คงอยู่ได้
  
   ระบบนิเวศ คือ กลุ่มของสิ่งมีชีวิตที่มีความหลากหลาย (different species) ที่อาศัย
อยู่ร่วมกันในแหล่งที่อยู่หนึ่งและบังเกิดปฏิสัมพันธ์ในระหว่างสิ่งมีชีวิตด้วยกันเองรวมถึง
ปฏิสัมพันธ์กับองค์ประกอบทางเคมี และฟิสิกส์ที่ีประกอบขึ้นเป็นสิ่งแวดล้อม นิยามหรือ
ความหมายของระบบนิเวศสามารถรวบรัดให้กระชับขึ้นถ้าพิจารณาถึงคุณลักษณะเบื้อง
ต้น 3 ประการ ที่ประกอบกันเป็นระบบนิเวศคือ

1. ปฏิสัมพันธ์ในระหว่างสิ่งมีชีวิตด้วยกันเองและปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อมทางกายภาพ

   การเกิดปฏิสัมพันธ์ในระหว่างสิ่งใดเราจะต้องพิจารณาถึงผลที่จะติดตามมาถ้าสิ่งหนึ่งถูก
รบกวน หรือได้รับการกระทบกระเทือน อีกสิ่งหนึ่งที่มีีความสัมพันธ์์เกี่ยวข้องก็จะได้รับการ
กระทบกระเทือนด้วย ปฏิสัมพันธ์ในระหว่างสิ่งมีชีวิตด้วยกันเองสามารถเกิดขึ้นได้ในหลาย
ลักษณะดังนี้
ี้
   การพึ่งพา (mutualism) หมายถึง ปฏิสัมพันธ์ที่สิ่งมีชีวิตทั้งสองฝ่ายได้ประโยชน์และไม่
สามารถแยกจากกันได้ (+,+) เพราะหากแยกจากกันจะเสียชีวิต เช่น ไลเคนส์ซึ่งประกอบ
ด้วยราและสาหร่าย ปลวกและโปรโตซัวในลำไส้ปลวก เป็นต้น

                     รูปที่ 5.1 โปรโตซัวในลำไส้ปลวก

    การได้ประโยชน์ร่วมกัน (protocoorperation) หมายถึง ปฏิสัมพันธ์ที่สิ่งมีชีวิตทั้ง
สองฝ่ายได้ประโยชน์ และสามารถแยกจากกันได้ (+,+) เช่น นกเอี้ยงและควาย มดและ
เพลี้ย เป็นต้น

    การเกื้อกูล (commensalisms) หมายถึง ปฏิสัมพันธ์ที่สิ่งมีชีวิตฝ่ายหนึ่งได้ประโยชน์
อีกฝ่ายหนึ่งไม่ได้และไม่เสียประโยชน์ (+,0) เช่น กล้วยไม้้บนต้นไม้ เป็นต้น

                       รูปที่ 5.2 กล้วยไม้บนต้นไม้ใหญ่

   การเป็นปรสิต (parasitism) หมายถึง ปฏิสัมพันธ์ที่สิ่งมีชีวิตฝ่ายหนึ่งได้ประโยชน์
อีกฝ่ายหนึ่งเสียประโยชน์ แต่หากฝ่ายที่เสียประโยชน์ตาย ฝ่ายได้ประโยชน์จะตายด้วย
(+,-) เช่น พยาธิใบไม้และคน หมัดและสุนัข เป็นต้น

   การล่าเหยื่อ (predation) หมายถึง ปฏิสัมพันธ์ที่สิ่งมีชีวิตฝ่ายหนึ่งได้ประโยชน์
(predator) อีกฝ่ายหนึ่งเสียประโยชน์ (prey) (+,-) เช่น เสือและกวาง ปลาใหญ่และ
ปลาเล็กแมว และหนู นกและหนอน เหยี่ยวและนก เป็นต้น

   การแก่งแย่ง (competition) หมายถึง ปฏิสัมพันธ์ที่สิ่งมีชีวิตอาจจะเป็นชนิดเดียวกัน
หรือสองชนิดมีความต้องการปัจจัยอย่างใดอย่างหนึ่งร่วมกันแต่ปัจจัยนั้นมีอยู่อย่างจำกัด
ซึ่งทั้งสองฝ่ายต่างแข่งขันกันเองเพื่อความอยู่รอด (-,-) เช่น เสือและเสือ สิงโตและสิงโต
เสือและสิงโต เป็นต้น

   ภาวะมีการย่อยสลาย (saprophytism) หมายถึง ปฏิสัมพันธ์ที่สิ่งมีชีวิตฝ่ายหนึ่งได้
ประโยชน์อีกฝ่ายหนึ่งไม่ได้และไม่เสียประโยชน์ (+,0) เช่น การอาศัยของเห็ดราบนซาก
สิ่งมีชีวิตซึ่งเรียกว่า ผู้ย่อยสลาย เป็นต้น

   ภาวะมีการหลั่งสารยับยั้งการเจริญเติบโต (antibiosis) หมายถึง ปฏิสัมพันธ์ที่สิ่งมีชีวิต
ชนิดหนึ่งหลั่งสารออกมาแล้วมีผลต่อการอยู่รอดของสิ่งมีชีวิตอีกชนิดหนึ่ง (0,-) เช่น รา
เพนิซิลเลียมที่หลั่งสารปฏิชีวนะเพื่อยับยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย เป็นต้น
 
   ภาวะ amensalism หมายถึง ปฏิสัมพันธ์ที่สิ่งมีชีวิตหนึ่งมีผลทำให้สิ่งมีชีวิตหนึ่งไม่เจริญ
เติบโตแต่ไม่ได้หลั่งสารมายับยั้งแต่อย่างใด (0,-) เช่น ต้นไม้ใหญ่และต้นไม้เล็ก เป็นต้น ซึ่ง
ปฏิสัมพันธ์ลักษณะดังกล่าวอาจเกิดขึ้นในระหว่างกลุ่มสิ่งมีชิวิตชนิดเดียวกันโดยแสดงออกมา
ในลักษณะต่างๆ เช่นการกำหนดอาณาเขต พฤติกรรมการผสมพันธุ์และการเลี้ยงดูลูก เป็นต้น
ส่วนปฏิสัมพันธ์ในระหว่างสิ่งมีชีวิตต่างชนิดกันจะพบเห็นในธรรมชาติอยู่บ่อยครั้ง เช่น การมี
ความต้องการคล้ายกันจนเกิดการแก่งแย่ง ซึ่งนักนิเวศวิทยาบางกลุ่มพยายามที่จะศึกษาและ
ระบุถึงกลไกที่ดำเนินไปเพื่อลดการต่อสู้วิวาทที่รุนแรง ปฏิสัมพันธ์อีกลักษณะหนึ่งคือปฏิสัม
พันธ์กับสิ่งแวดล้อมทางกายภาพโดยสัตว์หรือพืชชนิดต่างๆ จะถูกจำกัดการกระจายโดยสิ่งแวด
ล้อมทางกายภาพ ปรากฏการณ์์เช่นนี้สามารถพบเห็นได้มากในสิ่งแวดล้อมทั่วไป เช่นการที่
สัตว์น้ำถูกจำกัดให้อยู่ในพิสัยความเค็มหนึ่งๆ อัตราการไหลในระดับหนึ่งหรืออุณหภูมิเฉพาะ
นอกจากนั้นสัตว์หลายชนิดยังชอบชนิดของพืชที่แตกต่างกัน เพราะนอกจากพืชจะเป็นแหล่ง
อาหารแล้วพืชยังทำหน้าที่เป็นสถาปัตยกรรมเชิงกายภาพของสิ่งแวดล้อมและให้ร่มเงากำบัง
เกื้อหนุนแก่สัตว์อีกด้วย

2. การถ่ายทอดพลังงานโดยการกินต่อกันเป็นทอดๆ

   การถ่ายทอดพลังงานโดยการกินเป็นคุณลักษณะที่สำคัญที่สุดของสิ่งมีชีวิตที่สร้างอาหาร
เองไม่ได้ (heterotrophic organisms) จุดเริ่มต้นของพลังงานทั้งหลายทั้งมวลในระบบนิเวศ
เกิดจากดวงอาทิตย์ พลังงานแสงถูกถ่ายทอดและเปลี่ยนเป็นพลังงานเคมีโดยพืชซึ่งจัดอยู่ใน
กลุ่มของผู้ผลิต (producers) ต่อจากนั้นสัตว์ชนิดต่างๆ ก็จะจัดลำดับหน้าที่ในการเป็นผู้
บริิโภค (consumers) และผู้ย่อยสลาย (decomposers) ขึ้นเอง

                      รูปที่ 5.3 องค์ประกอบของการถ่ายทอดพลังงาน

   ความสัมพันธ์ในลำดับขั้นการกินถูกเรียกว่าห่วงโซ่อาหาร (food chain) และสายใยอาหาร
(food web) ตามความสลับสับซ้อนและบริบทของการกิน ซึ่งในทุกขั้นตอนของการถ่ายทอด
ในลักษณะของปิรามิดของจำนวนและมวลชีวภาพ (pyramid of number and biomass)
ความสำคัญของการถ่ายทอดพลังงานโดยการกินส่อแสดงให้เห็นถึงลัทธิบริโภคนิยมที่มีอยู่
ตามธรรมชาติ ตราบใดที่มนุษย์ยังไม่ลดปริมาณการกินและไม่เพิ่มปริมาณของผู้ผลิตคือพืช
พรรณต่างๆ  สมดุลของระบบนิเวศก็จะเสื่อมถอยและสิ้นสุดลงไปอย่างแน่นอน

                                  รูปที่ 5.4 สายใยอาหาร (food web)

3. วัฏจักรของสสาร

    ในระบบนิเวศทั้งบนบกและในน้ำ สสารต่างๆ จะถูกหมุนเวียนและก่อกำเนิดเป็นวัฏจักร
(matter cycling) โดยหมุนเวียน ได้ใน 3 รูปแบบคือ

         ในดิน (sedimentary cycling)

         ในน้ำ (hydrologic cycling)

         ในอากาศ (gaseous cycling )

   สสารจะมีวัฏจักรที่ผสมผสาน เชื่อมโยงเข้าด้วยกันจนเกิดเป็นวัฏจักรชีวธรณีีเคมี
(biogeochemical cycles) ส่งผลให้สมดุลของระบบนิเวศเกิดขึ้น

   ปัจจัยทางกายภาพที่เกื้อหนุนระบบนิเวศก็จะรักษาระดับและเปลี่ยนแปลงไปในปริมาณที่
เหมาะสมต่อการดำรงชีวิต วัฏจักรของสสารเปรียบเสมือนกลไกที่เชื่อมโยงสสารและพลังงาน
จากธรรมชาติสู่สิ่งมีชีวิต แล้วปล่อยให้สิ่งมีชีวิตจัดการถ่ายทอดพลังงานในรูปแบบของการกิน
ต่อกันเป็นทอดๆ เอง หลังจากนั้น วัฏจักรของสสารก็จะนำสิ่งที่เหลือท้ายสุดจากการกินกลับคืน
สู่ธรรมชาติโดยกระบวนการและปฏิกิริยาในรูปแบบต่างๆ ต่อไป วัฏจักรของสสารที่โดดเด่น
และมีความสำคัญต่อสมดุลของระบบนิเวศ ได้แก่ วัฏจักรของคาร์บอน วัฏจักรของไนโตรเจน
วัฏจักรของฟอสฟอรัส วัฏจักรของกำมะถัน และวัฏจักรของน้ำ เป็นต้น การใช้วิทยาศาสตร์และ
เทคโนโลยีเข้ามาจัดการสิ่งแวดล้อมจะต้องคำนึงถึงผลกระทบที่ติดตามมา ถ้าวัฏจักรของสสาร
ถูกรบกวน เนื่องจากการเชื่อมโยงระหว่างธรรมชาติและสิ่งแวดล้อมและสิ่งมีชีวิต วงจรชีวิต
ของสิ่งมีชีวิตอาจล่มสลายลงไปด้วย