生態系統是個熱力學系統
生態系統中能量傳遞（energy transfer）和轉換（transformation）是遵循了熱力學的兩條定律：
第一定律：△H=Qp+Wp （8.1）
第二定律：△H=△g+T△S （8.2）
式中：△H是系統中焓的變化；Qp、Wp為凈熱凈功，各自獨立的和外界環境發生交換。在常壓下，△g是系統內自由能的變化，T是絕對溫度（K），△S為系統內的熵變。
式（8.1）為能量守恒定律，即能量可由一種形式轉化為其他形式的能量。進入系統的能量等于系統內儲存的能減去所釋放的能。能量既不能消滅，也不能憑空創造。
式（8.2）闡述了任何形式的能（除了熱）轉到另一種形式能的自發轉換中，不可能100%被利用，總有一些能量作為熱的形式被耗散出去，熵就增加了。所以，熱力學第二定律又稱熵律（Law of Entropy）。
把熱力學定律應用于生態學能量流動中是項極為有意義的工作。生物體是開放的不可逆的熱力學系統。它和外界環境有焓的變換（H），要固定熱能（TS）和外界摩擦生熱（Q）。而呼吸作用損耗僅是Q的一部分熱交換而不是TS。熱力學定律表示了能量的守恒、轉換和耗散。據此，可以準確地計算一個生態系統的能量收支。
Wiegert（1968）發展了熱力學的方程式。
第一定律（在一個開放系統）△H=H1-H2-Qsr-Wsr （8.3）
生態學能量預算：P=i-E-R-Wsr （8.4）
式中：△H：系統的焓（enthalpy即熱涵）；H1：輸入物質的焓含量；H2：輸出物質的焓含量；Qsr：和外界凈熱量的交換；Wsr：和外界凈功的交換；P：生成物質的焓；i：食入物質的焓；E：消化物質的焓；R：凈呼吸熱量損失。
能量在生態系統中流動的特點：
一、能流在生態系統中是變化著的
能流在生態系統中和在物理系統中不同。能流和以下兩項相關。①一定的摩擦損失或遺漏的能量；②一定系統的傳導性或傳導系數。在非生命的物理系統中（電、熱、機械等）是復雜的，但是從原則上說是有規律的，可以用直接的形式來表達。并且，對一定的系統來說又是一個常數。例如，在一定的溫度下，銅導線中的電流在每時每刻都是相同的（10V）。在生態系統中，能流是變化的，以捕食者-被食者為例，力為被食者單位能量的含量和捕食者單位的產出能量。流（假定為捕食者所消化并轉化為新的生物量）取決于輸入端的消化率和輸出端捕食者的新生物量產生速度的因素。無論是短期行為，還是長期進化都是變動的。
二、能量是單向流
生態系統能量的流動是單一方向的（one way flow of energy）。能量以光能的狀態進入生態系統后，就不能再以光的形式存在，而是以熱的形式不斷地逸散于環境之中。熱力學第二定律注意到宇宙在每一個地方都趨向于均勻的熵。它只能向自由能減少的方向進行而不能逆轉。所以，從宏觀上看，熵總是日益增加。
能量在生態系統中流動，很大一部分被各個營養級的生物利用。與此同時，通過呼吸作用以熱的形式散失。散失到空間的熱能不能再回到生態系統中參與流動。因為至今尚未發現以熱能作為能源合成有機物的生物。
能流的單一方向性主要表現在三個方面：①太陽的輻射能以光能的形式輸入生態系統后，通過光合作用被植物所固定，此后不能再以光能的形式返回；②自養生物被異養生物攝食后，能量就由自養生物流到異養生物體內，也不能再返回給自養生物；③從總的能流途徑而言，能量只是一次性流經生態系統，是不可逆的。
物質在生態系統中做循環式運動。也就是說，任何一個元素、一種物質可以一而再，再而三地被利用。
能量以物質作為載體，同時又推動著物質的運動。能量流與物質流是不能截然分開的。
三、能量在生態系統內流動的過程，就是能量不斷遞減的過程
從太陽輻射能到被生產者固定，再經植食動物，到食肉動物，再到大型食肉動物，能量是逐級遞減的過程。這是因為：①各營養級消費者不可能百分之百地利用前一營養級的生物量；②各營養級的同化作用也不是百分之百的，總有一部分不被同化。③生物在維持生命過程中進行新陳代謝。總是要消耗一部分能量。
四、能量在流動中，質量逐漸提高
能量在生態系統中流動有一部分能量以熱能耗散外，另一部分的去向是把較多的低質量能轉化成另一種較少的高質量能。從太陽能輸入生態系統后的能量流動過程中，能的質量是逐步提高和濃集的。
（圖片來自網絡，不做任何商業用途，如有侵權請私信刪除）
——摘自科學出版社·蔡曉明編著·《生態系統生態學》·第二篇 生態系統功能·第八章 第一節
