受控生态生命保障系统概念是应人类拓展地外生存空间,为航天员在长时间的空间飞行和星际居留时氧气,食物和水的再生需求而提出的,是系统生态学和空间科学交叉发展的新方向。随着地球生态环境的恶化和载人航天技术的发展,建立长期、稳定和可控的受控生态生命保障系统越来越得到各航天大国的重视,但由于空间飞行资源的有限和昂贵的发射成本促使科学家们建立地基生命保障系统模型进行研究,在这方面美国建立的生物圈2号是人类进行的最伟大的工程之一。封闭水生态系统以其最接近空间微重力环境,可提供丰富的生命支持系统物质和易于控制而受到研究者的青睐.本文选用微藻蛋白核小球藻、金鱼藻、草履虫、水湣、澳洲水泡螺和稀有鮈鲫构建了一系列的封闭水生态系统,建立了一套标准的封闭水生态系统培养箱,实现了长期运行的封闭系统的在线监测,探索了不同生物组合之间的系统内物质流动,确定了长期运行的封闭水生态系统的可能限制因子,并研究了模拟自然光周期对封闭系统的调控作用。主要进行的研究结果如下:　　 1.建立了一套标准的封闭水生系统培养箱。培养箱基本硬件要求为水密气密性良好；高效的光源设备是封闭生态系统在外界不提供补给条件下可以实现生物生物量的积累和氧气再生功能的前提；系统运行期间实现pH,溶氧,温度和光强的在线监测,由计算机进行相关数据采集和分析,并具备简单的光控制功能；建立了空气缓冲空间,尤其利于多余氧气的储备,有利于系统气体循环的稳定；加强微生物在系统闭合性的作用,加入石英砂等基质进行微生物的富集,必要时添加葡萄糖或者蛋白胨促进微生物增殖。　　 2.进行了封闭水生态系统备选生物的生理生态学研究。前人研究表明,水生生物对空间环境具较强的适应性,搭载飞行和地面对照的生物生长无显著性差异。本研究发现微藻蛋白核小球藻生长周期短,通气培养条件下3.6h完成传代,产氧水平高(5.376mg·1-1.d—1/106细胞),温度和光照环境适应范围较广,培养过程能耗低:葛仙米的营养成分水平较高,是我国传统的健康食品,并且已开展大规模培养；比较了不同光强下金鱼藻的产氧水平,而低光强下5-20μmolpbotons·m-2·s-1金鱼藻的产氧能力较高；世界上最小的开花植物无根萍具一定的抗UV和抗盐胁迫；研究了草履虫和枯草芽孢杆菌的捕食关系,高斯拟合良好,草履虫可以在2-3天完成生活史。　　 3.进行了封闭系统内种群竞争和捕食关系研究。蛋白核小球藻和金鱼藻竞争实验表明在同一个生产者培养单元,即使是不同生态位的植物也不可避免产生竞争,将生产者单元分隔可以获得最大生产量；研究了模拟变重力条件下蛋白核小球藻和澳洲水泡螺构成的二元水生生态系统的响应,发现地面对照是变重力环境下的微藻生物量的25％-30％；进行生物多样性和封闭系统稳定性的研究,在二元食物链由草履虫和稀有鮈鲫构建的水生生态系统增加了纤细裸藻,系统的多元化增加了稳定性。　　 4.构建了金鱼藻-澳洲水泡螺连续运行的封闭水生态系统,系统内生物实现了增长并增殖,系统运行期间实现了溶氧和pH在线监测,并分析了环境因子的相关性,MA结果表明溶氧水平和光照会对金鱼藻生物量产生抑制,金鱼藻和水泡螺数量呈显著正相关。根据上述相关关系构建了模型以预测被捕食者金鱼藻生物量变化。　　 5.进行了长期运行的封闭水生态系统营养限制因子的研究和光能的优化设计。封闭系统的营养没有外部供应,寻找出营养限制因子是构建和维持系统长期稳定运行的关键。实验室构建了由蛋白核小球藻,莱茵衣藻和大型水溞的封闭水生态系统。统计分析表明,磷容易成为生产者微藻的限制因子,多糖是水溞的限制因子。光能优化设定了模拟自然光的光强变化周期和光强恒定组,结果表明,模拟自然光可以提高封闭水生态系统产氧能力和生物力,这对提高地面贫瘠地区植物的初级生产力也是很好的启示。