模式生態系統
20世紀50年代以來，工業生產排放出的有毒、有害的化學物質，大量進入河流、湖泊、海洋、大氣、土壤、生物，並通過食物鏈進入人體,危害愈來愈大。因此,除了系統進行野外調查、田間試驗以及定點、定位的研究和監測外，還需要用模式生態系統的方法進行研究。簡史 美國 R.L.梅特卡夫在 60年代開始用簡單的“試管”和“田間池”等小型模型研究農藥在生態系統中的歸宿。60年代中期美國國立橡樹嶺實驗室套用模式生態系統來研究放射性元素在生態系統中的循環，利用同位素標記的方法來觀察化學物質在生態系統各成分之間的變化和積累。70年代後期，美國環境保護局科瓦利斯環境研究室又創建一種陸地微宇宙室。最近幾年有人利用微宇宙來研究營養物循環和重金屬對森林地被物－土壤碳代謝和營養物循環的影響。由於生態系統影響的多樣性和複雜性，建立一個能代表實際情況的模式生態系統，其費用和難度都是較大的。
中國在70年代初期開始進行一些單項因子的室內模擬實驗。70年代後期在一些研究中較普遍地開展了模擬實驗。如利用土柱、水柱淋濾來模擬重金屬等化合物在土壤和水體中的遷移;控制空氣飄塵研究苯並(a)芘污染水稻的模擬實驗。這些都只是生態系統的一部分，而不是整體。
類型 模式生態系統按其模擬的不同類型可分為：
陸地模式生態系統(包括森林、農田、草地等) 這種模式生態系統比較廣泛地用來研究農藥對農田生態系統的影響和農藥的歸宿。系統是由空氣系統（包括空氣採樣系統）、水系統、土壤和地下水系統組成的封閉的有機玻璃小室。室內模擬自然的環境條件（土壤、降雨、溫度、光照、濕度）和生物變化,每種農藥都用14碳標記，以測定土壤、水分、空氣、植物不同器官以及動物等參數中的農藥含量，並觀察其代謝過程。可以利用非封閉的模式生態系統來研究酸雨對森林生態系統的影響。由於酸雨會使森林的一些營養物遭到破壞或使另一些營養物降低效能。因此,可以用營養物循環作為基礎理論,確定概念模式，並根據概念模式和酸雨對森林地區影響的實際情況，設計出在半控制田間條件下不同濃度酸雨對森林生態系統影響的試驗模式。即設定若干個森林生態系統小區，小區內包括森林、土壤以及從現場取來的林下植物、地被物、昆蟲等。在不同深度安裝自動採集土壤水分的裝置，模擬降雨和雲量，確定營養物循環的主要參數，並進行測定,預測酸雨對森林的影響或危害,並提出預防和恢復的措施。此外，還利用陸地模式生態系統來研究污染物濃度隨時間的連續變化同生物的關係。
水陸模式生態系統 在基質不同的陸地部分施入農藥或含重金屬化合物（如氯化汞和氯化鉛）的污泥，種植高粱；水體部分有浮游植物和動物，還有蛇、魚、孑孓等,形成一個陸-水的分界面。用同位素標記各種農藥，研究化學物質在水陸生態系統和食物鏈中的歸宿，測定不同基質中各種成分的化學物質含量，用數學模式表示。
水生模式生態系統 A.R.伊森西伊等修改了R.L.梅特卡夫的模式生態系統，設計了水生模式生態系統，模擬農藥進入水生環境的主要路線。用14碳標記農藥,研究生物對農藥的積累和代謝能力以及積累和代謝結果的變異，測定生物積累的比例和種群對污染物反應的變異係數。
另外，按污染的性質可分為農藥污染模式生態系統、重金屬污染模式生態系統、放射性物質污染模式生態系統、無機元素循環模式生態系統；按模擬的時間可分為短期（幾天或十幾天）的和長期的模式生態系統。
設計 設計一個合理的模式生態系統，首先要調查研究所模擬的生態系統的成分和特性，包括試驗物質的物理和化學特性。如果是易揮發的化學物質，為了控制其氣相的運轉途徑，必須用封閉的試驗系統。應避免複雜生態系統的不均勻性並考慮到它的穩定性。其次根據生態系統的實際規律和模擬的基礎理論，確定概念模式。為此，必須考慮到自然生態系統的整個過程，然後制定方框圖，再根據實驗目的設計出實驗模式。模式主要參數的選擇應是有限的和容易確定的。在一個複雜的生態系統中，參數的數目取決於系統的成分和特性的相似情況。對某種化學物質歸宿的模擬，要將模擬結果概念化，形成一個對該化學物質運轉途徑的描述和預測的方程式。模擬系統成分之間的參數的敏感性和化學物質的運轉可以用標準途徑的分析來計算。
建立模式生態系統還要考慮到體積大小和複雜程度。體積小，費用較低，重複實驗的機會較多，適合於實驗室和溫室使用。但體積小，參數的數值會由於邊緣效應和成分之間相互影響而不顯著。
此外，還應當注意模式生態系統的重複性問題。伊森西伊研究了水生模式生態系統中農藥的生物積累能力及其變異性，認為採用2～3個重複時，可以每個重複的多數分析結果代表其平均數，並求出變異係數和標準誤差，否則會產生很大的差異。重複的數目增加，變異性就減少；但另一方面要避免實驗本身的變異性，如利用年齡和生理條件相同的生物體，並加以慎重選擇，可減少由於遺傳變異而引起的問題。他還認為，研究農藥代謝的模式生態系統的重複不需要像研究積累和行為影響那樣多。
研究工業污染物在各類生態系統的運動規律，利用模式生態系統模擬正常的和受污染的生態系統中污染物的遷移、轉化、積累和機理是環境科學和生態學研究中的一個重要課題。
參考書目
J.J.Lee，A Study of the Effects of Acid Rain on Model Forest Ecosystems U.S.Environmental Protection Agency,1976.
G.C.Butler，Principles of Ecotoxicology，John Wiley & Sons,New York,1978.
