3.1 模型生态系统的建立和改进
当人们意识到仅使用单物种毒理学实验来预测污染物在种群和生态系统水平上的毒理学作用远远不够时，模型生态系统就被引入到生态毒理学研究中。1887年，福布斯（Forbes）的著作将微宇宙的概念引入到生态学中。福布斯提出了在毒理学和生态学研究中使用人工系统的基本原理：“在微宇宙内部形成了一个小的世界，所有的自然力都在工作，生活的各个方面都正常进行，但是它的规模如此小，人们很好掌握。”人工系统能够模拟自然界中发生的各种过程，因此完全可以替代自然系统——这种说法是生态毒理学研究使用微宇宙或中宇宙的基本依据。
1912年和 1928年，伍德拉夫（Woodruff）和埃迪（Eddy）分别使用实验微宇宙，研究在枯草浸液中原生动物物种的延续性。他们是最早使用实验微宇宙的科学家。
1934年，高斯（Gause）在玻璃杯微宇宙上进行原生动物竞争的经典实验，从这个实验中得出了竞争排外性数学理论。
1966年，摩拉（Мulla）等使用复制的人工室外池塘研究以有机磷农药为主要成分的杀幼虫剂对野鸭的影响。
20世纪60年代后期，霍尔（Hall）等在群落结构分析中以及赫尔伯特（Hurlbert）等在杀虫剂研究中使用可重复的池塘以来，模型生态系统的使用在水生毒理学研究中快速增加。
20世纪80年代，人们又建立了比标准化微宇宙更大的一种室外水生微宇宙，称之为中宇宙。中宇宙是规模较大的生态系统模型，结构复杂，功能完善，是自然生态系统的缩影。
20世纪80年代中期，美国环保局采用中宇宙（实验池塘）替代自然系统，其中杀虫剂在生态系统水平的作用可被测定，并将其包括在生态风险评价过程中。
对于微宇宙与中宇宙区别的研究有很大主观性，研究者经常有自己的标准，但主要区别是在大小上。
1980年，格斯（Giesy）和奥德姆（Odum）将微宇宙定义为人工模拟的自然环境中的一部分，这个系统能够被重复，包括多个营养等级，并且有系统级特性。中宇宙被定义为将某一自然生态系统的一部分围起来，或像池塘、河道、河床等人造结构。
然而，1988年，凯恩斯（Cairns）提出微宇宙和中宇宙并无区别，因为他们都包括较高级的生物学组织，并且有很高程度的环境现实性。
1990年，沃谢尔（Voshell）进一步指出中宇宙的大小和复杂性应该能满足自身的可持续，使它们适合用于长期研究。在这方面，它们不同于微宇宙，后者的大小更小，营养级更少，不适合用于长期研究，主要用于实验室研究。
欧洲淡水领域测试研讨会（EWOFFT）组委会主要根据大小来区别微宇宙和中宇宙，他们将户外静态微宇宙定义为那些水的体积小于15 立方米的生态系统，中宇宙为水的体积大于15 立方米的池塘。试验河道河床也根据大小来分类，将长度小于15 米的定义为微宇宙，大于15 米的定义为中宇宙。这样的分类对规范术语非常有用。这些区别在对比世界各地进行的研究时也非常有用。
1997年，殷浩文、赵华清等建立的SAES-Мicrocosms 系统[1]在条件控制中实现了自动化，在生态风险评价的研究中发挥了重要作用。在第一个应用实例中成功地预测了野外实地可能发生的生态效应，而且为污染物的消长机制研究提供了大量有效数据。在第二个应用实例中对排放在河道中的酸、碱平衡进行了模拟分析，为确定生态风险概率提供了数据基础[2]。
在近十几年的研究中，模型生态系统几乎用于各种污染物的生态效应研究中，如重金属、农药、有机物的污染、综合性排放物以及生物安全问题等。主要应用领域为：
第一，河流污染的早期报警；
第二，水生生态系统恢复过程研究；
第三，化学品、农药的生态风险评价；
第四，综合性污染物的风险评价；
第五，沉积物生态效应；
第六，生物安全评价。