[科普中国]-封闭生态系统

封闭生态系统，是指不与外界进行物质交换的生态系统。物质循环仅限于本系统边界内部而呈自然稳定状态的生态系统。严格地说，一个封闭生态系统不是一个完全意义的封闭系统，因为能量（特别是光能和热能）可以在也必须在这个系统中进出。在封闭生态系统中，一种生物新陈代谢产生的任何废物必须能被另外至少一种生物所利用。封闭生态系统必须至少含有一种自养有机体，而化能自养生物和光能自养生物都被认为是必不可少的。但实际应用中，绝大多数的封闭生态系统大都建立在绿藻之类的光能自养生物上。1

简介封闭生态系统(closed ecosystem).其是指不与外界环境发生物质交换的生态系统。封闭生态系统不是通常意义上的封闭系统,因为能量(特别是光能和热能)还可以进出系统。封闭生态系统必须至少含有一种自养生物，而且一种生物新陈代谢产生的任何废物必须能被另外至少一种生物所利用。2

封闭模型虽然生态系统的行为最终决定于通过该系统的能流及其内部的物质循环，但是,物质循环对生态系统稳定性作用的研究，很少成就,然而显著的例外是Ulanowicz、May和Dudzik等人的工作。Ulanowicz和May研究了一个线性营养链的模型，在那个模型中，任何两个水平的生物量和能流，是全部现有种类生物量的双线性(bilinear)总和，并且断言，只有在种类能量(Spedificenergy)(即每单位生物量)随上升的营养链而增加的时候，请该系统才是稳定的。虽然生产者一般比消费者具有的种类能量低，但是，不同消费者的种类能量似乎只具有小的或者没有显著的差别。因此，Ulanowicz-May模型的含意就在于：营养链的稳定性是脆弱的，它受着不同水平种类能量内部微小差异的影响。我们认为，这是由于忽略了生物体分解无机物质动向的特点，这一观点同此Dudzik等人的结果是一致的。Dudzik等人分析了开放的和封团的生态系统中营养循环许多详细的模型。这里，我们提出另一种营养链模型，它指出，物质循环对系统有稳定的作用。

我们假定几个营养水平的线性链并用X表示i度营养水平下某指定元素的克分子数。我们遵照Ulnowicz-May模型及捕食者和无机物质吸收和摄取遵照Lotka-Voiterra二次项的模型。我们的基本假定是，在i度水平下，物质以 速率直接转化为无机物质。用Xo表示无机物质贮表中某元素的克分子数。则生态系统的演化可用如下方程式来描述。

其中，元素物质不灭定律，保证对于所有的。这个模型是很容易想象的。在用碳元时，k,就是呼吸速率常数，是光合作用速率常数，是在内碳的现存量。对于其它元来,表示自然死片和分解作用的共同效应。这不言而喻的假定是:1.分解者的存在，对于供分解物质的供应的速率没有显著的影响。2.分解速度很快，以致可以忽略分解过程的时间廷误。这后一个假定，对于热带和亚热带地区可能是合理的，但在北方系统则不一定合理，因为在那里分解的时间是以年计算的.

只要上述方程组的系统处于一个稳定状态，则全部现存量都是正的，那么这个系统就总是稳定的。3

应用最早建造封闭生态系统的设计师之一是生物学家和新炼金师约翰，托德（John Todd)。太空迷们对他的养鱼试验尤为痴狂，而这与想象中的未来外太空农业密切相关。托德也认为他的试验具有“宇宙殖民地的多种特征”，但在1977年他又认为以我们的生物学知识在宇宙中]尝试模拟可居环境是不安全的则他与一群生态学家合作尝试的是先在地球上建造一个封闭的生态系统，然后再试着在宇宙中建造。总之， “要是地球上无法让稳定有效的封闭生态系统运作，那么它们肯定也不能在轨道上运转”，而且月球和火星上也不行，中因此，他努力在地球上建造封闭的生态系统。并为在想象中的未来宇宙殖民地思想影响下的地区和建筑创造了一个生态管理系统。4

本词条内容贡献者为:

刘勇 - 副教授 - 西南大学资源环境学院