封閉生態系統

封閉生態系統(closed ecosystem).其是指不與外界環境發生物質交換的生態系統。封閉生態系統不是通常意義上的封閉系統,因為能量(特別是光能和熱能)還可以進出系統。封閉生態系統必須至少含有一種自養生物，而且一種生物新陳代謝產生的任何廢物必須能被另外至少一種生物所利用。 ^[2] 

雖然生態系統的行為最終決定於通過該系統的能流及其內部的物質循環，但是,物質循環對生態系統穩定性作用的研究，很少成就,然而顯著的例外是Ulanowicz、May和Dudzik等人的工作。Ulanowicz和May研究了一個線性營養鏈的模型，在那個模型中，任何兩個水平的生物量和能流，是全部現有種類生物量的雙線性(bilinear)總和，並且斷言，只有在種類能量(Spedificenergy)(即每單位生物量)隨上升的營養鏈而增加的時候，請該系統才是穩定的。雖然生產者一般比消費者具有的種類能量低，但是，不同消費者的種類能量似乎只具有小的或者沒有顯著的差別。因此，Ulanowicz-May模型的含意就在於：營養鏈的穩定性是脆弱的，它受着不同水平種類能量內部微小差異的影響。我們認為，這是由於忽略了生物體分解無機物質動向的特點，這一觀點同此Dudzik等人的結果是一致的。Dudzik等人分析了開放的和封團的生態系統中營養循環許多詳細的模型。這裏，我們提出另一種營養鏈模型，它指出，物質循環對系統有穩定的作用。

我們假定幾個營養水平的線性鏈並用X表示i度營養水平下某指定元素的克分子數。我們遵照Ulnowicz-May模型及捕食者和無機物質吸收和攝取遵照Lotka-Voiterra二次項的模型。我們的基本假定是，在i度水平下，物質以

速率直接轉化為無機物質。用Xo表示無機物質貯表中某元素的克分子數。則生態系統的演化可用如下方程式來描述。

其中，元素物質不滅定律，保證對於所有的

。這個模型是很容易想象的。在用碳元時，k,就是呼吸速率常數，

是光合作用速率常數，

是在

內碳的現存量。對於其它元來,

表示自然死片和分解作用的共同效應。這不言而喻的假定是:1.分解者的存在，對於供分解物質的供應的速率沒有顯著的影響。2.分解速度很快，以致可以忽略分解過程的時間廷誤。這後一個假定，對於熱帶和亞熱帶地區可能是合理的，但在北方系統則不一定合理，因為在那裏分解的時間是以年計算的.

只要上述方程組的系統處於一個穩定狀態，則全部現存量都是正的，那麼這個系統就總是穩定的。 ^[3] 

最早建造封閉生態系統的設計師之一是生物學家和新鍊金師約翰，託德（John Todd）。太空迷們對他的養魚試驗尤為痴狂，而這與想象中的未來外太空農業密切相關。託德也認為他的試驗具有“宇宙殖民地的多種特徵”，但在1977年他又認為以我們的生物學知識在宇宙中]嘗試模擬可居環境是不安全的則他與一羣生態學家合作嘗試的是先在地球上建造一個封閉的生態系統，然後再試着在宇宙中建造。總之， “要是地球上無法讓穩定有效的封閉生態系統運作，那麼它們肯定也不能在軌道上運轉”，而且月球和火星上也不行，中因此，他努力在地球上建造封閉的生態系統。併為在想象中的未來宇宙殖民地思想影響下的地區和建築創造了一個生態管理系統。 ^[4]