[科普中国]-人工闭合生态系统

人工闭合生态系统（Man-made Closed Ecological Systems, MCES）是基于生态学理论，结合工程技术，人工建立的完全封闭的生态系统。

简介

在人工闭合生态系统中，植物和自养微生物通过光合作用固定CO2产生有机物，并释放O2，生产的食物供给人和动物食用，人体通过摄入动物性食物来补充动物蛋白。植物、动物和人产生的废物在经过处理后回到植物栽培基质中。O2通过人和动物等的有氧呼吸生成CO2完成气体循环。水分循环也是在系统内完成的。该微型生态系统内，植物和自养微生物属于生产者，人和动物属于消费者，异养微生物属于分解者。这个系统的目的是满足乘员营养需求，保证长时间生态链环的稳定。人工闭合生态系统可运用于载人空间活动（例如空间站、星球基地、星际旅行）中，也可以用于地面恶劣环境下的生命保障。

系统的组成

MCES主要由以高等植物、微藻为代表的自养单元和由人、动物、微生物等组成的异养单元组成。其中自养单元能够吸收CO2，释放O2，并生产食物，满足异养单元呼吸作用和代谢的需求。异养单元吸收O2，产生CO2。异养单元产生的废物，例如人和动物的尿液和粪便等，这些废物通过微生物的降解处理后再次供自养单元吸收。必须在系统中为各种生物提供适宜的环境条件，温度、湿度、通风和微量污染物的浓度都必须控制在一定的范围内。根据功能的不同，系统可分为四部分：大气管理单元——CO2/ O2平衡，微量污染物监测，大气成分监测和控制，压力监测和控制，温、湿度控制等；食物供给单元——包括生物量生产和食物加工；水管理单元——水储存和分配，水再生，水质监测；废物处理单元——废物收集和储存，代谢废物处理等。

系统的基本功能

人工闭合生态系统是一个适宜人生活的类似于地球的小型生态环境。它的基本功能主要有四个。第一，维持系统内空气成分稳定，通过绿色植物或具有光合功能的藻类利用CO2进行光合作用，转化为O2，供给人和动物、微生物呼吸作用消耗。第二，为系统内各个单元提供足够的水分供应，通过水的收集和净化，满足人、植物、动物等新陈代谢的水分需要。第三为就是为人提供营养物质，包括人体所需的全部热量、矿物质和维生素。第四，废物处理和再生。通过微生物的作用将废物降解为可循环利用的物质。包括降解植物秸秆、植物不可食根茎等植物性废物，人体排泄物和厨余垃圾等。

应用

人工闭合生态系统是一个封闭的生态系统，可以在内部完成物质循环、水循环、气体循环，维持长时间稳定。因此它可以应用于长期载人航天活动中和极端环境中，为人员提供生命保障。也可以用于关于生态系统的科学研究，对生态系统研究和生物再生生命保障研究都有着重要意义。

扩展阅读

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本词条内容贡献者为:

刘红 - 教授 - 北京航空航天大学生物与医学工程学院