علم بيئة النظم البيئية هو دراسة متكاملة للمكونات الحية وغير الحية في النظم البيئية وتفاعلاتها ضمن إطار النظام البيئي. يبحث هذا العلم في كيفية عمل النظم البيئية رابطًا ذلك بمكوناتها مثل المواد الكيميائية، والصخر الأساس (الأم)، والتربة، والنباتات، والحيوانات.
يبحث علم بيئة النظم البيئية في البنى الفيزيائية والبيولوجية ويدرس كيفية تفاعل خصائص هذه النظم البيئية مع بعضها البعض. يساعدنا هذا في النهاية على فهم كيفية الحفاظ على مياه ذات جودة عالية وإنتاج سلع مجدية اقتصاديًا. ينصب اهتمام علم بيئة النظم البيئية على العمليات الوظيفية والآليات البيئية التي تحافظ على بنية النظم البيئية والخدمات التي تقدمها. يتضمن ذلك الإنتاج الأولي (إنتاج الكتلة الحيوية)، وعمليات التحلل، والتفاعلات الغذائية.
طورت دراسات وظائف النظم البيئية بشكل كبير فهم البشر للإنتاج المستدام للعلف والألياف والوقود وتوفير المياه. يلعب كل من المناخ والاضطرابات البيئية والإدارة على المستويات الإقليمية وحتى المحلية دور الوسيط في تلك العمليات الوظيفية. وهكذا توفر النظم البيئية إطارًا قويًا لتحديد الآليات البيئية التي تتفاعل مع المشكلات البيئية العالمية، وبشكل خاص الاحتباس الحراري وتردي نوعية
يوضح هذا المثال العديد من الجوانب المهمة للنظم البيئية:
حدود النظام البيئي غير واضحة وقد تتذبذب مع الوقت.
تعتمد الكائنات الحية ضمن النظم البيئية على العمليات الحيوية والفيزيائية على مستوى النظام البيئي.
تتفاعل النظم البيئية المجاورة بشكل وثيق وغالبًا ما تكون مترابطة للحفاظ على بنية المجتمع والعمليات الوظيفية التي تحافظ بدورها على الإنتاجية والتنوع الحيوي.
تطرح هذه الخصائص أيضًا مشكلات عملية في مجال إدارة الموارد الطبيعية. من سيدير نظامًا بيئيًا معينًا؟ هل سيؤدي قطع الأخشاب في الغابة إلى تدهور صيد الأسماك الترفيهي في النهر؟ يصعب على مديري الأراضي معالجة هذه الأسئلة، بينما تظل الحدود بين النظم البيئية غير واضحة؛ على الرغم من أن القرارات في نظام بيئي معين سوف تؤثر على نظام بيئي آخر. نحن نحتاج إلى فهم أفضل للتفاعلات والتداخلات بين تلك النظم البيئية والعمليات التي تحافظ عليها قبل أن نتمكن من معالجة تلك الأسئلة.
علم بيئة النظم البيئية هو مجال دراسة متعدد الاختصاصات بطبيعته. يتألف النظام البيئي من جماعات كائنات حية تتفاعل ضمن المجتمع الحيوي، وتساهم في دورات العناصر وتدفق الطاقة. النظام الحيوي هو الوحدة الرئيسية لدراسة علم بيئة النظم الحيوية.
يوفر علم بيئة الجماعات والمجتمع الحيوي وعلم البيئة الفيزيولوجية العديد من الآليات البيولوجية الأساسية التي تؤثر على النظم البيئية والعمليات التي تحافظ عليها. يدرس علم بيئة النظم البيئية غالبًا تدفق الطاقة ودورات العناصر على مستوى النظام البيئي، ولكن يُعرَف هذا العلم ككل تبعًا للموضوع أكثر من المقياس. يتعامل علم بيئة النظام البيئي مع الكائنات الحية والمكونات غير الحية من طاقة وعناصر على أنها نظام متكامل وهذا ما يميزه عن العلوم المرتبطة به مثل البيوجيوكيمياء.
تركز البيوجيوكيمياء والهيدرولوجيا على العديد من العمليات الأساسية ضمن النظام البيئي مثل دورة العناصر الكيميائية التي تتوسطها العمليات الحيوية والمكونات الفيزيائية والحيوية ضمن دورة الماء في الطبيعة.
يشكل علم بيئة النظم البيئية الأساس الآلي للعمليات الإقليمية أو العالمية التي تشمل هيدرولوجيا المناظر الطبيعية إلى الهيدرولوجيا الإقليمية، والبيوجيوكيمياء، وعلم نظام الأرض.