本文首先研究了宏观生态系统中三物种食物链模型,通过有无时滞效应模型的对比分析,发现没有时滞效应最终趋于稳定焦点的模型,当考虑时滞效应时,系统会随时滞效应增强逐渐经历Hopf分岔和倍周期分岔,最终走向混沌。这使生态系统中的稳定态、单周期波动、多周期波动、混沌行为及物种的灭绝从时滞效应的角度都得到了解释,从理论上揭示了生态系统内部物种之间的时滞影响在产生生态复杂行为中起着至关重要的作用。并且,通过分析研究由时滞效应引起的倍周期分岔,找到了Feigenbaum常数可能适用的另一类系统。宏观与微观生物物种遵循着同样的生长规律,理应由相同的模型来描述,但宏观与微观生态系统却并行存在着两套不同的模型,作者从模型研究的侧重点及是否是说理模型的角度探讨这些模型差异性的原因。另外,Monod方程作为一个描述微生物生长规律的经验方程,在微生物浓度较高,而基质浓度较低时,会明显表现出其应用的局限性,针对这一问题,作者提出了经过基质修正的Monod方程,此方程能较好地描述微生物在高菌体低基质条件下的生长规律。最后作者采用经过基质修正的Monod方程,针对完全混合活性污泥法处理系统,建立了菌胶团细菌、丝状菌及原生动物相互作用的微生态模型,由于完全混合曝气池有较大抗冲击能力,作者首先将曝气池中基质浓度设为常数,分析了不同基质浓度和各种操作条件下,三种微生物的长期演化行为。在此分析的基础上,针对实际曝气池有一定基质浓度波动的情况进行了分析,研究了不同控制条件下发生污泥膨胀的可能性。该模型较好地描述了三种微生物在广泛的基质浓度及操作条件下平衡共存生长的实际情况。模型分析表明,在各种基质浓度下,如操作条件选择不当都有出现丝状菌膨胀的可能,在基质浓度低至一定程度时,很难避免丝状菌膨胀的发生。当出现基质浓度波动时,采用与基质浓度波动相同的同频同步控制策略有利于控制污泥膨胀的发生。这在较严格的理论基础上探讨了丝状菌膨胀的原因,并为解决丝状菌膨胀问题提供了重要的理论依据。