Малий коловорот є частиною великого, відбувається на рівні біогеоценозу і полягає в тому, що поживні речовини грунту, вода, вуглець акумулюються в речовині рослин, витрачаються на побудову тіла і життєві процеси як їх самих, так і організмів-консументів. Продукти розпаду органічної речовини знов розкладаються ґрунтовою мікрофлорою і мезофауною (бактерії, гриби, молюски, комахи, простіші та ін.) до мінеральних компонентів, знов доступних рослинам, що знов утягують їх у поток речовини.

Коловорот хімічних речовин з неорганічного середовища через рослинні і тваринні організми назад в неорганічне середовище, що йде з використанням сонячної енергії хімічних реакцій, носить назву біогеохімічного циклу.

Коловороти основних речовин і хімічних елементів в біосфері: вуглецю, фосфору, кисню, води.

Енергетичні потоки. Одне з головних властивостей живої системи – її динамічний стан, що полягає в постійному синтезі і розпаді. Підтримання такого стану вимагає споживання вільної енергії, а також просторової і часової організації. В термінах термодинаміки екологічні системи будь-якого рангу є відкритими дисипативними ( розсіювальними ) системами, що знаходяться вдалині від термодинамічної рівноваги (теплового хаосу).

Термодинамічна нерівноважність – одна з найістотніших характеристик живої речовини, що відрізняє її від неживої.

Принцип "стійкої нерівновагі" (Е.С.Бауер, 1937) проголошує: "Усі і тільки живі системи ніколи не бувають у рівновазі і виконують за рахунок вільної енергії постійну роботу проти рівноваги, що вимагається законами фізики та хімії за відповідних зовнішніх умов".

Якщо температура того чи іншого тіла вище температури навколишнього повітря, тобто має деякий перепад температур, то загальна температура системи "тіло-середовище" прагне до рівноваги. В кінцевому підсумку енергія будь-якого живого тіла може бути розсіяна в тепловій формі, після чого наступає стан термодинамічної рівноваги і подальші енергетичні процеси виявляються неможливими.

Про таку систему кажуть, що вона знаходиться в стані максимальної ентропії. Ентропія, таким чином , відображає можливість перетворення енергії і розглядається як міра невпорядкованості системи (максимальної ентропії відповідає максимальна невпорядкованість – хаос). Для того, щоб ентропія системи не зростала, організм чи система повинна витягувати енергію ("упорядкованість організації") звідкілясь іззовні, безупинно підтримувати та накопичувати її проти градієнту ентропії. Цю необхідну енергетичну дотацію екосистема ( та організми) одержує від Сонця, по суті являючи собою відкриту систему.

Живий організм добуває негентропію (негативну ентропію) з їжі, використовуючи упорядкування її хімічних зв`язків.

Саме вивчення потоків енергії дало можливість побачити цілісність екосистем, чітко виділити такі структурні особливості та характеристики екосистем, як харчові рівні, ланцюги, сіті.

2. Харчові (трофічні) ланцюги.

Частина отриманої живими організмами енергії витрачається на підтримання життєвих процесів, частина передається організмам наступних харчових рівнів. На початку ж цього потоку знаходиться процес автотрофного (від грецького авто – сам і трофе – харчування) харчування рослин – фотосинтез, при якому підвищується упорядкованість енергії та органічних і мінеральних речовин, що деградували.

Продуценти за допомогою механізму фотосинтезу виробляють органічну речовину, споживаючи сонячну енергію, вуглекислий газ, воду і мінеральні солі. Хемопродуценти використовують енергію хімічних реакцій, наприклад, окислення з`єднань заліза чи сірки, і також виробляють органічну речовину. Можна сказати, що продуценти керують неживою частиною біосфери, її неживою речовиною.

Продуцентами керують консументи, діяльність яких визначають зворотні зв`язки, що йдуть від продуцентів. Консументи першого порядку (травоїдні тварини) харчуються органічною масою рослин. Консументи другого і третього порядків (хижаки, паразити, хижі рослини та гриби) харчуються іншими консументами.

Редуценти споживають частину поживних речовин, розкладаючи мертві тіла рослин і тварин до простих хімічних елементів ( води, вуглекислого газу і мінеральних солів),. замикаючи таким чином коловорот речовин в біосфері.

В природі, як правило, деякі кільця харчових ланцюгів є загальними для інших ланцюгів. Внаслідок картина взаємодій та взаємовідносин значно ускладнюється, що дає можливість казати про наявність просторових харчових сітей.

Отже, в харчових ланцюгах з одного трофічного рівня на інший передається речовина (біомаса) та енергія, яка еквівалентна цієї біомасі.

При передачі з одного харчового рівня на інший у простір розсіюється приблизно 90% енергії.

Оскільки у зворотний потік (від редуцентів до продуцентів) надходить незначна кількість первісно утягуваної енергії (не більш 0,25%), казати про "коловорот енергії" не можна.

3. Екологічні піраміди.

В основі існування харчових ланцюгів лежать розмірні закономірності організмів, що споживаються.

У трофічний оборот екосистеми включається в середньому 1% енергії, що надходить від Сонця. На кожному наступному трофічному рівні зберігається лише приблизно 10% енергії, що засвоюється організмами попереднього трофічного рівня, а 80-90% її розсіюється в екосистемі у вигляді тепла. Тому, чим вище рівень консумента, тим менше сумарна біомаса його особин.

Співвідношення між продуцентами, консументами та редуцентами в екосистемі може бути виражено через один з видів екологічних пірамід.

Розрізняють три види екологічних пірамід:

Піраміда чисел Елтона – відображає співвідношення кількості особин у харчовому ланцюгу.

Піраміда біомас – відображає співвідношення мас живої речовини кожного кільця трофічного ланцюга.

Піраміда енергій – відображає співвідношення енергетичних еквівалентів на одиницю часу кожного кільця трофічного ланцюга.

Піраміди чисел та біомас відображають статику системи (кількість організмів в даний момент). Піраміда енергій відображає швидкість проходження маси їжі крізь харчовий ланцюг (динаміку