สัดส่วนเชิงนิเวศ (โดยทั่วไปเรียกว่าสัดส่วนเชิงชีวภาพ ) พิจารณาว่าความสมดุลของพลังงานและธาตุมีอิทธิพลต่อระบบสิ่งมีชีวิตอย่างไร คล้ายกับสัดส่วนเชิงเคมีสัดส่วนเชิงนิเวศตั้งอยู่บนข้อจำกัดของความสมดุลของมวลที่ใช้กับสิ่งมีชีวิตและการปฏิสัมพันธ์ในระบบนิเวศ^{[ 1 ]}โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ความสมดุลของพลังงานและธาตุส่งผลกระทบอย่างไร และความสมดุลนี้ได้รับผลกระทบจากสิ่งมีชีวิตและการปฏิสัมพันธ์อย่างไร แนวคิดของสัดส่วนเชิง นิเวศ มีประวัติยาวนานในนิเวศวิทยาโดยมีการอ้างอิงถึงข้อจำกัดของความสมดุลของมวลในยุคแรกๆ โดยLiebig , LotkaและRedfieldแนวคิดก่อนหน้านี้ได้รับการขยายเพื่อเชื่อมโยงสรีรวิทยาของธาตุ ในสิ่งมีชีวิต กับ การปฏิสัมพันธ์ใน ห่วงโซ่อาหารและการทำงานของระบบนิเวศ อย่างชัดเจน ^{[ 2 ] [ 3 ]}

งานวิจัยส่วนใหญ่ในด้านสโตอิคิโอเมตรีเชิงนิเวศวิทยาเน้นไปที่ส่วนติดต่อระหว่างสิ่งมีชีวิตกับแหล่งอาหาร ส่วนติดต่อนี้ ไม่ว่าจะเป็นระหว่างพืชกับแหล่งสารอาหารหรือสัตว์กินพืช ขนาดใหญ่ กับหญ้ามักมีลักษณะเฉพาะคือความแตกต่างอย่างมากในองค์ประกอบทางเคมีของแต่ละส่วน ความแตกต่างหรือความไม่สอดคล้องกันระหว่างความต้องการธาตุของสิ่งมีชีวิตกับองค์ประกอบทางเคมีของแหล่งอาหารนำไปสู่ความไม่สมดุลของธาตุ ลองพิจารณาปลวกซึ่งมี อัตราส่วน คาร์บอนต่อไนโตรเจน (C:N) ในเนื้อเยื่อประมาณ 5 แต่กินไม้ ที่มี อัตราส่วน C:N 300–1000 สโตอิคิโอเมตรีเชิงนิเวศวิทยาจึงตั้งคำถามหลักๆ ว่า:

1. เหตุใดความไม่สมดุลของธาตุต่างๆ จึงเกิดขึ้นในธรรมชาติ?
2. สรีรวิทยาและวงจรชีวิต ของผู้บริโภค ได้รับผลกระทบจากความไม่สมดุลของธาตุอาหารอย่างไร ? และ
3. ผลกระทบที่ตามมาต่อกระบวนการของระบบนิเวศคืออะไร?

ความไม่สมดุลของธาตุเกิดขึ้นจากเหตุผลทางสรีรวิทยาและ วิวัฒนาการหลายประการที่เกี่ยวข้องกับความแตกต่างในองค์ประกอบทางชีวภาพของสิ่งมีชีวิต เช่น ความแตกต่างในประเภทและปริมาณของโมเลกุล ขนาดใหญ่ ออ ร์ แกเนลล์และเนื้อเยื่อสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดมีความยืดหยุ่นในองค์ประกอบทางชีวภาพแตกต่างกัน และด้วยเหตุนี้จึงมีความแตกต่างกันในระดับที่สิ่งมีชีวิตสามารถรักษาองค์ประกอบทางเคมีให้คงที่ได้เมื่อเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงของทรัพยากร การเปลี่ยนแปลงของทรัพยากรอาจเกี่ยวข้องกับประเภทของทรัพยากรที่จำเป็น ความพร้อมใช้งานสัมพัทธ์ในเวลาและสถานที่ และวิธีการได้มาซึ่งทรัพยากรนั้น ความสามารถในการรักษาองค์ประกอบทางเคมีภายในร่างกายแม้จะมีการเปลี่ยนแปลงในองค์ประกอบทางเคมีและความพร้อมใช้งานของทรัพยากร เรียกว่า "ภาวะสมดุลเชิงสัดส่วน" เช่นเดียวกับแนวคิดทางชีววิทยาทั่วไปเรื่องภาวะสมดุลภาวะสมดุลของธาตุหมายถึงการรักษาองค์ประกอบของธาตุให้อยู่ภายในช่วงที่เป็นระเบียบทางชีววิทยา สิ่งมีชีวิต ที่สังเคราะห์แสงได้ เอง เช่นสาหร่ายและพืชมีท่อลำเลียงสามารถแสดงความยืดหยุ่นทางสรีรวิทยาในองค์ประกอบของธาตุได้หลากหลายมาก ดังนั้นจึงมีภาวะสมดุลเชิงสัดส่วนที่ค่อนข้างอ่อนแอ ในทางตรงกันข้าม สิ่งมีชีวิตอื่นๆ เช่นสัตว์ หลายเซลล์ มีภาวะสมดุลทางเคมีที่ค่อนข้างเข้มงวด และสามารถมองได้ว่ามีองค์ประกอบทางเคมีที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น อัตราส่วนคาร์บอนต่อฟอสฟอรัสในสารอินทรีย์แขวนลอยในทะเลสาบ (เช่นสาหร่ายแบคทีเรีย และเศษซาก ) สามารถแปรผันได้ระหว่าง 100 ถึง 1000 ในขณะที่อัตราส่วน C:P ของDaphniaซึ่งเป็นแพลงก์ตอนสัตว์จำพวกกุ้งปู ยังคงเกือบคงที่ที่ 80:1 ความแตกต่างโดยทั่วไปในภาวะสมดุลทางเคมีระหว่างพืชและสัตว์อาจนำไปสู่ความไม่สมดุลของธาตุต่างๆ ที่มากและแปรผันได้ระหว่างผู้บริโภคและแหล่งอาหาร

นิเวศวิทยาเชิงปริมาณมุ่งค้นหาว่าองค์ประกอบทางเคมีของสิ่งมีชีวิตมีอิทธิพลต่อระบบนิเวศอย่างไร นิเวศวิทยาเชิงปริมาณถูกนำไปประยุกต์ใช้ในการศึกษาการหมุนเวียนของสารอาหารการแข่งขันด้านทรัพยากรการเจริญเติบโตของสัตว์และรูปแบบการจำกัดสารอาหารในระบบนิเวศทั้งหมดอัตราส่วนเรดฟิลด์ของมหาสมุทรทั่วโลกเป็นตัวอย่างการประยุกต์ใช้หลักการเชิงปริมาณในทางนิเวศวิทยาที่โด่งดังมาก นิเวศวิทยาเชิงปริมาณยังพิจารณาปรากฏการณ์ในระดับเซลล์ย่อย เช่น ปริมาณฟอสฟอรัสในไรโบโซมตลอดจนปรากฏการณ์ในระดับชีวภาคทั้งหมด เช่นปริมาณออกซิเจนใน ชั้นบรรยากาศ ของโลก

จนถึงปัจจุบัน กรอบการวิจัยของสโตอิคิโอเมตรีเชิงนิเวศวิทยาได้กระตุ้นการวิจัยในสาขาชีววิทยา นิเวศวิทยา ชีวเคมี และสุขภาพของมนุษย์หลากหลายสาขา รวมถึงการวิจัยไมโครไบโอมของมนุษย์^{[ 4 ]}การวิจัยโรคมะเร็ง^{[ 5 ] ปฏิสัมพันธ์} ของห่วงโซ่ อาหาร^{[ 6 ]}พลวัตของประชากร^{[ 7 ]}บริการระบบนิเวศ [ ^{7 ]} ผลผลิตของพืชผลทางการเกษตร^{[ 7 ]}และโภชนาการของผึ้ง^{[ 8 ]}

การศึกษาอัตราส่วนของธาตุ (เช่น C:N:P) ภายในเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิตสามารถนำมาใช้เพื่อทำความเข้าใจว่าสิ่งมีชีวิตตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงคุณภาพและปริมาณของทรัพยากรอย่างไร ตัวอย่างเช่น ในระบบนิเวศทางน้ำ มลภาวะจากไนโตรเจนและฟอสฟอรัสในลำธาร ซึ่งมักเกิดจากกิจกรรมทางการเกษตร สามารถเพิ่มปริมาณ N และ P ที่มีอยู่สำหรับผู้ผลิตขั้นต้นได้^{[ 9 ]}การปลดปล่อยข้อจำกัดของ N และ P นี้สามารถส่งผลกระทบต่อความอุดมสมบูรณ์ อัตราการเติบโต และชีวมวลของผู้ผลิตขั้นต้นภายในลำธารได้^{[ 10 ]}การเปลี่ยนแปลงในการผลิตขั้นต้นนี้สามารถส่งผลกระทบต่อห่วงโซ่อาหารผ่านกระบวนการจากล่างขึ้นบน และส่งผลกระทบต่อสัดส่วนของสิ่งมีชีวิต ธาตุที่จำกัด และวัฏจักรทางชีวธรณีเคมีของลำธาร นอกจากนี้ การเปลี่ยนแปลงจากล่างขึ้นบนในความพร้อมของธาตุยังสามารถส่งผลต่อสัณฐานวิทยา ฟีโนโลยี และสรีรวิทยาของสิ่งมีชีวิต ซึ่งจะกล่าวถึงต่อไป บทความนี้มุ่งเน้นไปที่ระบบทางน้ำ อย่างไรก็ตาม กระบวนการที่คล้ายกันที่เกี่ยวข้องกับสัดส่วนทางนิเวศวิทยา สามารถนำไปใช้ในสภาพแวดล้อมบนบกได้เช่นกัน  

ความต้องการคาร์บอน ไนโตรเจน และฟอสฟอรัสในอัตราส่วนที่เฉพาะเจาะจงของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังสามารถเปลี่ยนแปลงได้ในแต่ละช่วงชีวิตของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง สมมติฐานอัตราการเติบโต (GRH) กล่าวถึงปรากฏการณ์นี้และระบุว่าความต้องการฟอสฟอรัสจะเพิ่มขึ้นในช่วงระยะการเจริญเติบโตที่กระฉับกระเฉงเพื่อผลิตกรดนิวคลีอิก ที่อุดมด้วยฟอสฟอรัส ในการผลิตชีวมวล และสะท้อนให้เห็นในปริมาณฟอสฟอรัสของผู้บริโภค^{[ 11 ] [ 12 ]}   ในช่วงระยะการเจริญเติบโตตอนต้น หรือระยะตัวอ่อน ในระยะแรก สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังอาจมีความต้องการทรัพยากรที่อุดมด้วยไนโตรเจนและฟอสฟอรัสสูงขึ้นเพื่อเป็นเชื้อเพลิงในการผลิตโปรตีนและอาร์เอ็นเอ ของไรโบโซม ในระยะต่อมา ความต้องการธาตุบางชนิดอาจเปลี่ยนแปลงไป เนื่องจากพวกมันไม่ได้เจริญเติบโตอย่างรวดเร็วหรือสร้างชีวมวลที่อุดมด้วยโปรตีนอีกต่อไป อัตราการเติบโตของสิ่งมีชีวิตไม่มีกระดูกสันหลังยังสามารถถูกจำกัดด้วยทรัพยากรที่มีอยู่สำหรับพวกมันได้อีกด้วย

• การไหลของพลังงาน (ระบบนิเวศ)
• การรักษาสมดุลพลังงาน