在自然條件下，大約90％的陸地初級生產量和10—40％的海洋初級生產量不能被動物利用，而是靠細菌和真菌等微生物的分解活動重新轉化為無機物質回到環境中去。這些微生物在整個生態係統的物質循環中起著關鍵的作用。
大自然中的物質循環
在生態係統中，我們會發現這樣有趣的現象：人類和動物每天都要消耗氧氣，可是空氣中氧氣卻沒有明顯減少；動物每年都要排泄大量的糞便，動物、植物死亡後的屍體也要遺留在地麵上。然而，經過漫長的歲月之後，這些糞便和屍體也未堆積如山。原來，在生態係統中存在著奇妙的物質循環。
生態係統中的物質，以或多或少循環的途徑在係統中進行運動。所謂循環，是指物質可被多次重複利用。生物從環境獲得營養物質，再被其他生物重複利用，最後又回歸於環境，從而形成了生態係統中的物質循環。例如，綠色植物不斷地從周圍環境中吸取各種化學營養元素，完成生長發育。
當食草動物采食綠色植物時，植物體內的營養物質就轉入到食草動物體內。同樣，當食肉動物捕食食草動物時，食草動物體內的營養物質又轉入到食肉動物體內。
當動物、植物死亡以後，它們的殘體和屍體被微生物所分解，並將複雜的有機分子轉化成簡單的無機分子複歸於環境，以供綠色植物再吸收，開始又一次循環。正是由於生態係統中存在著永續不斷的物質循環運轉才使得我們所居住的地球至今仍是清新活躍，生機盎然。
生態係統中的物質循環又稱為生物地球化學循環。盡管物質在化學性質上多種多樣。根據循環的特點，可以區分出兩類物質循環：氣相循環和沉積循環。
氣相循環的貯存庫主要是大氣圈和水圈，氧、二氧化碳、水、氮等的循環都屬於氣相循環類型。氣相循環把大氣和水體緊密地連接起來，具有在全球範圍內循環的特點，因此是一個相當完善的循環類型。
沉積循環的主要貯存是岩石圈和土壤圈。磷、硫、鈣、鉀、鈉的循環都屬於沉積循環類型。沉積循環主要是經過岩石的風化作用和沉積物本身的分解作用，將貯存庫中的物質變成生態係統中生物成分可以利用的營養物質。這種轉變的過程是相當緩慢的，因此是一個不完善的循環。這兩種循環雖各有特點，但也有相同之處，它們都受到能流的驅動，而且也都依賴於水的循環。
大自然的能量來源
空中的飛鳥，水裏的遊魚，地上的走獸……它們從小逐步長大所需的能量，是從哪裏獲得的？人類活動所需的能量又是從哪裏來的？你可能會回答說：“是食物。”這個答案顯然是對的。因為人如果不吃飯，就會感到沒有力量。可是食物中的能量又是從哪裏來的呢？科學實驗使我們找到了正確的答案：地球上所有的生態係統的最初能量，來源於太陽。太陽是地球生命賴以生存的能量源泉。
當我們走進森林，就可以看到，各種樹木、草類、蕨和苔蘚從上到下依次都占有不同的層次，盡量伸展它們綠色的枝葉，爭奪和吸收著陽光。
植物的每一片綠葉都是一個製造有機物質的小工廠。數不清的小工廠在陽光的作用下，不斷把水、二氧化碳和無機物質轉化為糖、脂肪和蛋白質等有機物質，並把太陽能轉化為化學能儲存在其中，這個過程叫作光合作用。光合作用是地球上的生命對能量的第一次攝取和固定，所以生態學家稱之為初級生產。初級生產形成的有機物質稱為初級生產量。
初級生產量一方麵供給植物自身生理活動所需的能量，另一方麵也為所有動物提供了食物。例如，毛蟲蠶吃樹葉，野兔取食青草；紫貂、啄木鳥和蛇以吃植物的小動物為食，而它們又是老鷹、狐狸和捕食對象。結果，老鷹抓蛇，蛇捕小鳥，小鳥啄昆蟲，昆蟲吃植物，植物依賴太陽能。歸根結底是：動物靠植物，植物靠太陽。
5、生態英雄
大自然中有很多幫助我們人類調節生態維護環境的無名英雄。
生態係統中的動物
動物在生態係統中是次級生產者，它除了生產營養豐富的奶、肉、蛋、皮毛等產品外，還能將人們不能直接利用的物質轉變為人們可以利用的產品，起到轉化和濃縮營養物的作用。同時，它們在改善環境、維護生態平衡中也發揮著重要作用，在生態係統中是不可取代的組成部分。
就拿蚯蚓來說，它是地球上一種很有價值的動物。蚯蚓的養殖可構成一個高效能的人工生態係統，是生態工程的重要組成部分。它與沼氣、食用菌被稱為生態農業的“三大部件”。各種有機廢物均可通過蚯蚓的生長繁殖化害為利，對維護生態平衡有重大作用。
蚯蚓，又名“地龍”。它有極強的生命力和繁殖力，一條蚯蚓一年可增殖一千至幾千條。蚯蚓可以改良土壤，能起到疏鬆土壤、增加有機肥分的作用，對農作物的生長非常有利，被稱為不耗費能源的“無聲耕耘機”和“改造土壤的專家”。蚯蚓是處理家畜糞便、生活垃圾和食品工業下腳料的“環保專家”，它們既可解決環境汙染，又能生產肥料與飼料，可謂是一舉多得。
人們經過研究和試驗，發現可利用蚯蚓來分解固體廢物，包括其他生物難以分解的纖維素。蚯蚓有驚人的消化能力，喜歡吃糞肥和有機廢物，除了玻璃、金屬、塑料、橡膠等物質外。據試驗，蚯蚓能分泌出一種可以分解蛋白質、脂肪和木質纖維的特殊酶，具有迅速分解和消化食物的能力，使得吃下去的東西，在很短的時間裏，就能變成糞肥排出體外。而蚯蚓的糞便是一種很好的天然肥料，富含氮、磷、鉀營養元素。70年代，一個叫克勞克的加拿大人養的蚯蚓每星期能吃掉20噸垃圾，並獲得20噸蚯蚓糞，將糞拌入其他原料包裝後，在市場上成為搶手的養花肥料。
生態係統中的森林
森林不愧是“地球之肺”，每一棵樹都是一個氧氣發生器和二氧化碳吸收器。一棵椴樹一天能吸收16公斤二氧化碳，150公頃楊、柳、槐等闊葉林一天可產生100噸氧氣。城市居民如果平均每人占有10平方米樹木或25平方米草地，他們呼出的二氧化碳就有了去處，所需要的氧氣也有了來源。
森林能涵養水源，在水的自然循環中發揮重要作用。1公頃森林一年能蒸發8000噸水，使林區空氣濕潤，降水增加，冬暖夏涼，這樣它又起到了調節氣候的作用。
森林能防風固沙，製止水土流失。狂風吹來，它用樹身樹冠擋住去路，降低風速，樹根又長又密，抓住土壤，不讓大風吹走。雨降落到森林裏，滲入土壤深層和岩石縫隙，以地下水的形式流出，衝不走土壤。
森林還是改善環境、抗擊汙染的“主將”。樟樹、夾竹桃、丁香、楓樹、刺槐、臭椿、檜柏、女貞、橡樹、紅柳、榆樹、馬尾鬆、法國梧桐等都有很強的吸收二氧化硫、氯氣、氟化氫等有毒有害氣體的能力。這些氣體通過綠化林帶，通常有1/4可以得到淨化。
樹葉通過其上的絨毛、分泌的粘液和油脂等，對塵粒有很強的吸附和過濾作用。每公頃森林每年能吸附50~80噸粉塵，城市綠化地帶空氣的含塵量一般要比非綠化地帶少一半以上。
許多樹木能分泌殺菌素，如鬆樹分泌的殺菌素就能殺死白喉、痢疾、結核病的病原微生物。鬧市區空氣裏的細菌含量，要比綠化地區多85％。
林木還能吸收噪聲。一條40米寬的林帶，可以降低噪聲10~15分貝。
森林是如此重要，以致聯合國糧農組織把“森林與生命”定為1991年世界糧食日的主題：不是以植樹本身為目標，而是要表明森林如何能幫助人類實現持續發展的目標；要強調森林有持久生產力的作用，即在為後代保存資源基礎的同時，滿足現在生產不斷發展的需求；要提醒人們認識森林不僅能提供糧食、燃料，而已具有最根本的保護環境的價值。
生態係統中的微生物
微生物是人類戰勝環境汙染與有害生物的幫手。在適宜的溫度、濕度等條件下，細菌大約每隔20分鍾就繁殖一代，一個細菌一天之內就會變成幾億個細菌。因此，盡管在戰鬥中它們多有“犧牲”，但依然能隨時保持“千軍萬馬”，絲毫不減其聲勢。
在被汙染的環境中，微生物能對大量汙染物進行轉化、降解、同化、異化，從而消除其汙染。人類在生產過程中，排放出大量有毒、有害的汙水，其中含有汞、酚、氰、農藥等，使天然水體遭受不同程度的汙染，人們有意識地去選擇、培養那些能處理各種有毒物質的細菌，去“吃掉”汙染物。這種學習自然界裏自淨的方法，稱之為生物處理法。生物處理法比其他化學的和物理的處理法投資省、操作簡便、效果穩定，因此汙水的生物處理得到了廣泛的應用，隨著人們的不斷探索，微生物淨化技術獲得了很大發展，利用基因工程創造了許多“超級菌”，賦予它們多種功能，從而把微生物消除汙染的能力提高到了一個新的水平。