Ein Ökosystemmodell ist eine mathematische Darstellung eines Ökosystems. Solche Modelle werden in der theoretischen Ökologie verwendet, um Ökologen zu helfen, bestehende Ökosysteme zu untersuchen und vorherzusagen, was unter bestimmten Bedingungen passieren könnte. Ein Ökosystem ist unglaublich komplex, daher muss ein Ökosystemmodell im Allgemeinen das System vereinfachen, indem es sich nur auf bestimmte Teile konzentriert.
Ökosysteme sind biologische Umgebungen. Sie umfassen alle Lebewesen in einem bestimmten Gebiet sowie die physikalischen Eigenschaften dieses Gebiets, die die Organismen in diesem Gebiet beeinflussen oder von diesen genutzt werden könnten. Dies können Dinge wie Luft, Wasser oder die Menge an Sonnenlicht sein. Das Modell muss auch die Größe der untersuchten Umgebung berücksichtigen, da dies Auswirkungen auf die darin lebenden Organismen haben kann.
Um ein praktikables mathematisches Modell zu erstellen, muss ein Ökologe das Ökosystem, das er untersuchen möchte, vereinfachen. Dies kann erreicht werden, indem man sich auf eine begrenzte Anzahl von Arten oder Gruppen konzentriert, die bestimmte Merkmale teilen. Diese Merkmale können verhaltensbedingt, biochemisch oder physikalisch sein.
Sobald der Ökologe die interessierenden Organismen isoliert hat, erstellt er oder sie eine Nahrungskette für sie. Eine Nahrungskette ist eine Darstellung von Räuber-Beute-Beziehungen. Wenn das interessierende Tier beispielsweise der Kojote ist, könnte die Nahrungskette zeigen, dass der Kojote Kaninchen frisst, die bodennahe Vegetation fressen. Die Kojoten, die Kaninchen und die Vegetation werden alle zu Elementen des Ökosystemmodells.
Die Elemente des Ökosystemmodells werden dann über mathematische Funktionen miteinander verknüpft, die ihre Beziehungen beschreiben. Auch hier stellt die Komplexität eines Ökosystems ein Problem für den Ökologen dar. Es ist schwer zu beobachten, welche tatsächlichen Auswirkungen der Verzehr eines einzelnen Kaninchens auf die Kojotenpopulation hat, daher verwenden Ökologen Statistiken, Beobachtungen und andere Methoden, um zu einer fundierten Schätzung zu gelangen. Mathematische Funktionen können angepasst werden, wenn reale Ereignisse im Ökosystem die Genauigkeit des Ökosystemmodells beweisen oder widerlegen.
Ein klassisches Ökosystemmodell, das von Ökologiestudenten untersucht wurde, ist das Mitte der 1920er Jahre entwickelte Räuber-Beute-Modell. Es wurde innerhalb eines Jahres unabhängig von zwei Wissenschaftlern erstellt: dem US-amerikanischen Mathematiker, Chemiker und Statistiker Alfred J. Lotka und dem italienischen Mathematiker und Physiker Vito Volterra. Ihr Modell verwendet ein Paar Differentialgleichungen, um Räuber und Beute darzustellen. Obwohl das Modell ursprünglich verwendet wurde, um Schwankungen in der Hai- und Fischpopulation in der Adria zu beschreiben, dient das Modell als allgemeine Beschreibung der Räuber-Beute-Beziehung.