供氧浓度对受控生态生保系统典型生物质固废好氧堆肥的影响

目的探讨不同供氧浓度对生物质固废好氧堆肥化处理过程的影响机制,以掌握适用于未来地外星球基地受控生态生保系统(CELSS)固废资源化处理的供氧参数,提高氧气利用率。方法利用自研的固废生物反应器试验系统,以小麦秸秆和模拟粪便为处理对象,开展10%、15%和21%三种供氧浓度的好氧堆肥化处理实验,定期采样并分析处理过程中的气体组分(O_(2)、NH_(3)、CH_(4)和N_(2)O)及物料腐熟度(含水率、溶解性有机碳、NH_(4)^(+)-N和种子发芽指数)。结果15%O_(2)处理组耗氧量最大,NH_(3)和N_(2)O排放量最小,溶解性有机碳含量降解效果最好,NH_(4)^(+)-N含量较高;3个处理组中CH_(4)排放均处于较低水平。堆肥结束时,10%O_(2)和15%O_(2)处理组的产品含水率均大于74%,保水性最好,各处理组的种子发芽指数分别达到86.64%、123.81%和97.98%。结论与10%和21%供氧浓度相比,15%供氧浓度有效减少了NH_(3)和N_(2)O的排放,且拥有良好的保氮、保水和溶解有机碳降解效果,腐熟度更高。

受控生态生保系统内红萍供氧特性研究

研究红萍载人供O_2特征,为红萍生物部件进行系统总体地面模拟试验及空间应用奠定基础,构建了受控生态生保系统密闭试验舱和红萍栽培装置,在"红萍-鱼-人"共存情况下,测定密闭舱内O_2,CO_2浓度的变化.试验结果显示,单位重量的鱼耗O_2量为0.0805～0.0831 L·kg^(-1)·h^(-1),排放CO_2量为0.0705～0.0736 L·kg^(-1)·h^(-1);试验志愿者耗O_2量19.71 L·h^(-1),呼吸释放CO_2量18.90 L·h^(-1).人工光照保持7000～8000 lx条件下,红萍的光合作用与人和鱼的呼吸作用相辅相成,舱内O_2,CO_2浓度趋于平衡.密闭舱内CO_2浓度升高对促进红萍群体净光合效率有明显效果,红萍光合放O_2能力很强,能有效促使密闭舱内O_2,CO_2浓度朝着有利于人生存的环境方向平衡,进而验证了红萍的空间应用前景.

俄罗斯受控生态生保技术研究进展

受控生态生命保障系统(CELSS)是建立月球/火星基地等空间永久基地必须解决的关键技术之一。本文作者通过对俄罗斯有关研究专家的调研和资料分析,详细介绍了俄罗斯在受控生态生命保障系统方面的研究思路和所取得的成果及今后急需研究的问题,在此基础上提出了我国开展此项研究的建议,对于我国开展有关研究具有参考价值。

4人180天受控生态生保系统集成试验概述

4人180天受控生态生保系统集成试验是针对深空探测后续长期载人航天任务需求开展的关键技术预先性研究。该试验以未来月球或火星航天员基地受控生态生保系统的研制及其工程化为任务背景,在中国航天员科研训练中心长期实验室研究和初步系统集成试验研究的基础上开展的由4人乘组参与的集成要素多、封闭时间长、物质闭合度高的受控生态生保系统集成技术试验。试验系统引入受控生态概念,以生物再生为主要技术特征,有机融合物化再生技术和基础性环境控制技术,构建成适合多乘员长时间驻留的第三代载人航天环境控制与生命保障的试验系统。本文概述了试验平台基本情况、志愿者乘组情况、试验项目设置、试验条件控制、试验基本结果等内容,并初步讨论了受控生态生保系统集成试验的科学目标与未来发展前景。

受控生态生保系统中长效专用控释肥料研制

目的研制长效专用控释肥料,为受控生态生保系统中高等植物的生长提供养分资源。方法根据产品技术指标和性能要求,提出设计方案,经过原料筛选、组分配比、颗粒制作和包膜等工艺过程,研制成长效专用控释肥料,最后对产品进行养分释放规律实验和植物栽培实验。结果产品中含氮(N18.0%、磷(P2O5)14.3%、钾(K2O)12.6%、钙(Ca)2.6%、硫(S)3.5%、镁(Mg)0.12%,微量元素适量;产品颗粒大小均匀,直径为2.5～4.0mm;20～25℃条件下,10、20、30、40、50d内肥料累积释放量分别为7.9%、21.6%、40.5%、50.2%、60.9%;利用该肥料培养生菜,整个45d的生育期内植株没有出 现养分缺乏现象,长势良好。结论研制的长效专用控释肥料性能技术指标满足植物生长需求,产品设 计方案合理,能够作为受控生态生保系统中高等植物生长的养分资源。

砂质潮间带自由生活海洋线虫对缺氧的响应--微型受控生态系研究

以青岛砂质潮间带自由生活海洋线虫为研究对象,建立微型受控生态系,研究缺氧对海洋线虫群落结构和垂直分布的影响,以及环境复氧后海洋线虫群落的恢复能力。研究结果显示,海洋线虫是耐低氧的小型底栖动物类群,可通过垂直迁移来耐受缺氧造成的不利条件。但是,海洋线虫通过主动迁出而耐受缺氧条件的特性具有种的区别。研究中Pseudosteineria sp1、Rhynchonema sp1等海洋线虫通过向有氧环境的主动迁移耐受缺氧条件;Thalassironus sp1却可通过自身耐受机制抵御缺氧条件,在缺氧生境中仍能保持较高的丰度。此外,研究结果显示,当表层海洋线虫暴露于缺氧环境时,其总丰度显著降低,种类组成发生改变。Pseudosteineria sp1对缺氧环境较为敏感,可暂时性地离开沉积物进入水层;而沉积物溶解氧恢复正常后,该种可以重新回到沉积物中。Daptonema sp1成熟个体及其幼龄个体对缺氧均具有较高的耐受性,是缺氧群落的绝对优势种。D.sp3则表现出对缺氧环境较高的敏感性。环境恢复正常,线虫群落丰度及多样性增加,Neochromadora sp1和Spilophorella sp1等具有机会种的特点,首先表现出丰度和繁殖能力的增加。但是线虫群落种类组成在受测时间内并未能完全恢复,群落结构的恢复需要更长的时间。

武汉东湖受控生态系统中水生植被恢复结构优化及水质动态

于1993－1995年对武汉东湖的布围和网围受控生态系统中的植被恢复、结构优化及水质进行了初步研究，结果表明：在受控生态系统中，水生维管束植物生物量明显增加，控制养殖规模是恢复水生植被的前提，自然恢复的水生植被，结构较简单，通过选种优良植物，可优化植被结构，加速植被恢复进程；恢复水生植被时．应以沉水植物为主体；生长良好的水生维管束植物能使水中N、P浓度明显降低，浮游植物生物量减小；莲、芦苇、苦草、狐尾藻和金鱼藻适应性较强，可作为重建水生植被的物种．

中国受控生态生保技术研究进展与展望

建立受控生态生保系统是开展长期载人深空探测和地外星球定居与开发的重要保障条件。中国受控生态生保技术已有二十余年的发展历史,走过了从概念研究、单项关键技术攻关到系统集成技术攻关的过程,以及从地面模拟试验到飞行验证的过程,取得了阶段性重要成果。就中国受控生态生保技术的发展历史、现状水平、当前仍存在的主要技术瓶颈问题和下一步的主要发展思路和重点发展方向等进行了综合介绍与分析,以期推动中国受控生态生保技术深入发展,尽快满足载人深空探测对环控生保技术的实际应用需求而发挥参考与借鉴作用。

受控生态生保技术综合实验系统的研制

目的建成受控生态生保技术综合实验系统,为下一步开展受控生态生保系统的整合实验和系统内物质闭合循环实验研究构建试验平台。方法在大量方案调研、方案设计和图纸设计的基础之上,通过加工、安装和联合调试等技术手段来实现。结果该系统容积约为40m3,其舱内温度、相对湿度、氧浓度、二氧化碳浓度、总压、光照强度、光照周期、栽培基质水分含量和乙烯浓度等参数均得到有效控制,系统运行稳定;栽培系统包括左右两排,每排分为上下两层;栽培床总面积约为8.4m2,其上下垂直距离电动可调;光源为红色和蓝色两种发光二极管的组合。结论该试验平台的成功研制,为下一步开展大规模受控生态生保技术整合试验研究创造了必备条件。

空间受控生态生保技术发展现状与展望

空间受控生态生保技术在国际上经历了50余年的发展历程,并取得了长足进展。本文就受控生态生保技术的基本概念、研究现状、取得的主要成就、存在的主要问题、下一步的努力方向及发展趋势等进行了概述,可为我国受控生态生保技术的后续深入发展提供参考与借鉴。

受控生态生保系统中C_2H_4去除装置的研制

目的研制成C2H4去除装置,去除密闭环境植物生长过程中不断产生的微量C2H4气体,为受控生态生保系统大气控制提供有效的方法。方法根据产品技术指标和性能要求,提出设计方案,并完成产品的加工、安装与调试,最后进行低浓度C2H4去除的验证试验。结果该装置系统运行良好,其能耗、体积、降解C2H4能力等均满足设计要求。在气体流速为1.0～3.0L/min、相对湿度20%、灯源功率48W条件下,C2H4浓度从0.034mg/kg降至0.010mg/kg以下;从降解产物来看,除CO2和H2O外,基本上无其它有毒副产物产生。结论该装置结构设计合理,C2H4去除效率高,可作为受控生态生保系统植物栽培体系中微量CH污染气体的去除装置。

受控生态生保系统中叶用蔬菜植物品种的筛选

目的为受控生态生保系统筛选合适的叶用蔬菜植物种类及品种。方法在环境参数一致的条件下,对4种散叶生菜品种,1种油麦菜,2种菠菜品种,1种曲麻菜和1种油菜进行栽培,以可食生物产量、营养品质、光合效率和蒸腾效率4个生理特性作为评价指标,对候选植物品种进行筛选。同时在不同CO2浓度(500、1000、1500和2000μmol/mol)和光照强度条件[100、300、500和700μmol/(m2·s)]下对各品种的光合效率和蒸腾效率进行了测量。结果筛选出了“嫩绿奶油”生菜、“大速生”生菜、曲麻菜和四季油麦菜4个植物品种,以及与之相关的适宜CO2浓度为2000μmol/mol,光照强度为700μmol/(m2·s)。结论筛选出的4种植物品种在受控生态生保系统适宜条件下具有较高的可食生物产量、营养品质、光合效率和蒸腾效率等特性,可以作为受控生态生保系统中的生物部件。

2人30天受控生态生保系统物质流调控技术研究

利用受控生态生保系统集成实验平台,进行了2人30天的"人-植物"受控生态系统的大气和水等物质交换和动态平衡调控技术实验,实验过程中对物质流进行研究。试验结果证明系统内大气、水和食物的闭合度分别达到100.0%、84.5%和9.3%,系统能效比达到59.56g/(kW·m2·d);种植面积为13.5 m2的4种共生植物可以满足1人的呼吸需O2量。初步掌握了密闭生态系统中植物与人之间的物质流特性及其动态平衡调控技术,并认识了系统中人、植物和环境三者之间的交互关系,为推动我国长期载人航天受控生态生保技术的深入发展与应用奠定了重要基础。

基于任务需求和ESM分析的受控生态生保系统植物部件品种规划

针对任务周期长、距离远的长期载人深空探测,长期地外生存等任务要求建立受控生态生保系统,通过合适的植物部件利用当地资源进行空间作物生产。利用等效系统质量方法,比较了地球携带食物补给和受控生态生保系统植物部件就地生产两种补给模式的优劣。从受控生态生保系统角度讨论了主食、果蔬和蛋白质-脂肪等食物需求与植物部件设计的关系,对1~2年任务周期的深空探测飞行任务首先应配备小量蔬菜栽培装置。可以利用太阳光时,2年以上即可建立植物部件生产果蔬;15年以上方可生产粮食作物;而只能利用人工光源时,3.4年以上的深空探测任务才适合植物部件供应新鲜果蔬,而主食则需要76年以上。油料作物的空间生产在目前技术条件下不具备应用可行性。

受控生态生保系统螺旋藻藻种筛选研究

以目前应用较多的7个螺旋藻品种为研究对象,采用摇床培养的方式,在光照强度为200μmol·m-2·s-1,光照周期为24 h,培养温度为(30.0±1.0)℃的条件下进行培养,通过比较不同藻种的形态特征、生长速率、碳源利用率、营养组分、光合放氧特性以及耐电离辐射能力等指标,从中筛选出满足受控生态生保技术研究所需的螺旋藻藻种。实验结果表明,6号和7号藻种的各项指标比较突出,尤其是6号藻种,在生长速率、蛋白质等含量、光合放氧活性、以及抗辐射的能力表现更为突出,可作为今后受控生态生保技术研究中进一步研究对象和关键生物部件候选藻种。

我国受控生态生命保障技术研究进展与未来发展方向分析

建立受控生态生保系统是开展未来月球和火星等地外星球驻留与开发的生命保障基础。本文就我国受控生态生保技术的发展历史、开展的关键技术研究、取得的重要关键技术突破和重要研究成果,以及下一步发展所面临的挑战和发展方向等进行了较为详细的论述,旨在为我国受控生态生保技术发展提供参考。

长效专用控释肥在受控生态生保系统中应用的实验研究

目的研究并验证长效专用控释肥料在受控生态生保系统中应用的可行性,为未来受控生态生保系统中高等植物的栽培提供合适的养分资源。方法在特定的光照、温度和大气等环境条件下,通过植物栽培实验,进行施肥、不施肥以及不同专用控释肥料品种的生菜培养,比较不同处理下植株的生长形态、测试并分析植株体内的各种营养组分等。结果在不施肥的条件下,植株不能正常生长,施肥能促进植株的正常生长发育;利用肥料1栽培的生菜植株品质好于肥料2栽培的生菜植株。结论所研制的长效控释专用肥料能在受控生态生保系统中应用,针对不同的植物品种应选用不同的肥料品种作为养分资源。

基于高分辨质谱的180天受控生态密闭系统环境人体小分子代谢物变化规律研究

目的制定科学合理的营养保障措施,探讨受控生态密闭系统环境下营养代谢变化规律。方法招募4名受试者进入密闭舱开展180天受控生态环境实验,实验期间分别收集4名受试者的晨尿。运用高分辨质谱(UHPLC-Q/Exactive)检测尿液中的小分子代谢物,建立偏最小二乘判别分析模型筛选密闭环境下显著变化的代谢物,研究受控生态密闭系统环境对人体营养代谢的影响,并通过代谢通路分析识别密闭环境下的代谢变化。结果共有70个小分子代谢物发生了显著的变化,反映了密闭环境下对人体蛋白分解、能量代谢、脂质氧化、肠道菌群结构等的影响。结论长期受控生态密闭系统环境下人体小分子营养代谢产物发生了变化,需要有针对性的采取营养防护措施。

国外受控生态生命保障系统的概念研究进展

国外受控生态生命保障系统的概念研究进展郭双生，尚传勋人类第一次进入太空后不久，有人就试图将生物应用于未来长期空间载入飞行的生命保障，前苏联和美国科学家在这方面进行了大量的探索性研究，前苏联于６０年代初即提出建立生物生命保障系统（ＢＬＳＳ），美国于７０...

受控生态生保系统氧气流动及废弃物发酵处理装置设计

目的进行受控生态生命保障系统(controlled ecological life support system,CELSS)氧气流动及废弃物发酵处理研究,解决载人航天工程技术发展中生命保障问题。方法以"人-红萍-鱼"CELSS的氧气流动为着眼点,详细分析了CELSS氧气生产与供应能力,得出氧气盈缺平衡能力。结果在剥离生物可降解废物氧化降解需氧量的情况下,栽培面积50.4 m^2的红萍,可满足2人及100 kg鱼三者共生的CELSS氧气需求。结论发酵型生化反应器与红萍养殖循环系统有机耦合的废弃物发酵处理装置,是降解废弃物、优化系统耗氧、提高物质循环闭合度的一个有效途径。