空間受控生態(tài)生命保障技術

目錄
序前言
第一篇緒論
第1章概念、構(gòu)成、原理與應用3
1.1背景分析3
1.2基本概念4
1.3基本理論和原則要求6
1.3.1生態(tài)學和生態(tài)系統(tǒng)理論6
1.3.2CELSS特點7
1.3.3CELSS基本研究方法10
1.3.4CELSS基本設計原則11
1.4基本結(jié)構(gòu)構(gòu)成與運行模式12
1.4.1基本結(jié)構(gòu)構(gòu)成12
1.4.2基本運行模式14
1.5主要研究任務16
1.5.1總體技術方案16
1.5.2環(huán)境控制技術16
1.5.3物質(zhì)生產(chǎn)技術16
1.5.4食品收獲與加工技術16
1.5.5廢物再生技術16
1.5.6系統(tǒng)集成技術17
1.5.7極地和空間驗證技術17
1.5.8原位資源利用技術17
1.6重要作用與意義18
1.6.1降低補給需求和改善乘員心理狀態(tài)18
1.6.2在地面上具有重要潛在應用價值20
1.7小結(jié)23
參考文獻23
第2章國內(nèi)外研究歷史與現(xiàn)狀26
2.1國外研究歷史與現(xiàn)狀26
2.1.1總體概況26
2.1.220世紀50～60年代27
2.1.320世紀70年代29
2.1.420世紀80年代32
2.1.520世紀90年代35
2.1.621世紀初40
2.2國內(nèi)研究歷史與現(xiàn)狀45
2.3小結(jié)47
參考文獻49
第3章總體約束條件及發(fā)展思路54
3.1長期生命保障物質(zhì)供給需求分析54
3.2CELSS所面對的星球表面外部環(huán)境條件分析55
3.3CELSS構(gòu)建影響因素分析57
3.3.1重力58
3.3.2地形58
3.3.3大氣壓力58
3.3.4大氣CO2濃度58
3.3.5光照58
3.3.6溫度59
3.3.7高能輻射60
3.3.8水60
3.3.9植物栽培基質(zhì)60
3.4CELSS基本特性和運行要求61
3.4.1系統(tǒng)基本特性要求61
3.4.2系統(tǒng)基本運行要求61
3.5發(fā)展CELSS的總體邊界約束條件分析62
3.6CELSS技術發(fā)展的基本思路分析64
3.6.1總體研究路線圖64
3.6.2主要研究領域65
3.6.3技術實施時間表和路線圖規(guī)劃66
3.7未來主要研究任務分析68
3.7.1近期研究任務68
3.7.2中期研究任務70
3.7.3遠期研究任務72
3.6小結(jié)74
參考文獻74
第二篇物質(zhì)生產(chǎn)技術
第4章植物篩選與栽培技術79
4.1篩選標準與優(yōu)先原則79
4.1.1基本篩選標準79
4.1.2優(yōu)先選擇原則80
4.2篩選基本方法81
4.2.1基本篩選思路81
4.2.2基本篩選方法82
4.2.3基本打分示例分析82
4.2.4綜合計算分析方法83
4.3篩選主要結(jié)果84
4.3.1國外基本情況84
4.3.2國內(nèi)基本情況90
4.4植物基本栽培要求92
4.4.1作物生長條件設置及原則92
4.4.2作物生長條件基本調(diào)控方法94
4.4.3植物基本栽培措施95
4.5小結(jié)103
參考文獻104
第5章植物光照條件優(yōu)化調(diào)控技術106
5.1光照對植物的作用與意義106
5.2植物光合作用的基本概念109
5.3植物光照條件優(yōu)化措施113
5.3.1光能利用率基本概念113
5.3.2光源種類選擇114
5.3.3光質(zhì)調(diào)控116
5.3.4光強調(diào)控117
5.3.5光周期調(diào)控119
5.3.6光照方式調(diào)控119
5.4植物光照優(yōu)化研究進展120
5.4.1光源優(yōu)化120
5.4.2光強優(yōu)化121
5.4.3光質(zhì)優(yōu)化124
5.4.4光周期優(yōu)化126
5.4.5光照方式優(yōu)化129
5.5植物光照未來發(fā)展方向分析132
5.6小結(jié)134
參考文獻134
第6章植物大氣條件調(diào)控技術139
6.1大氣溫度對植物生長發(fā)育的影響139
6.1.1不同植物對大氣溫度的一般要求139
6.1.2大氣溫度對植物生長和光合作用效率的影響140
6.1.3大氣高溫對植物生長的影響及對策141
6.1.4大氣溫度對植株開花的影響143
6.1.5大氣溫度對植物產(chǎn)量和品質(zhì)的影響144
6.2大氣通風條件對植物生長的影響148
6.2.1氣流速度對葉片邊界層阻力的影響149
6.2.2氣流速度對植物光合與蒸騰作用效率的影響150
6.2.3氣流速度對植物釋放乙烯的影響151
6.3大氣CO2濃度對植物生長的影響154
6.3.1CO2濃度對植物形態(tài)學和病蟲害抑制的影響154
6.3.2高CO2濃度對植物光合與蒸騰作用效率及水利用率的影響155
6.3.3高CO2濃度對植物其他生理代謝活動的影響160
6.3.4高CO2濃度對作物產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)的影響162
6.4小結(jié)168
參考文獻168
第7章大氣乙烯對植物生長的影響及其凈化技術172
7.1植物生長過程中乙烯產(chǎn)生規(guī)律及機理172
7.1.1植物生長過程中乙烯產(chǎn)生規(guī)律172
7.1.2植物生長過程中乙烯產(chǎn)生機理177
7.2封閉環(huán)境中乙烯對植物生長與發(fā)育的影響及機理180
7.2.1乙烯抑制植物生長和加速器官老化180
7.2.2乙烯引起植物葉片偏上和葉片縱向卷曲生長182
7.2.3乙烯對植物光合作用效率的影響183
7.2.4乙烯對植物開花與繁殖的抑制作用184
7.3乙烯對植物向重性反應的影響186
7.4密閉環(huán)境中乙烯濃度控制技術187
7.4.1高錳酸鉀氧化技術188
7.4.2光催化氧化技術188
7.4.3微生物空氣過濾技術191
7.5小結(jié)193
參考文獻194
第8章弱磁場構(gòu)建技術及其植物生物學效應197
8.1弱磁場的基本概念197
8.2弱磁場環(huán)境構(gòu)建技術198
8.2.1國外進展情況198
8.2.2國內(nèi)進展情況201
8.2.3零磁場屏蔽技術存在問題與發(fā)展方向202
8.3弱磁場對植物發(fā)芽、向重性及生長與發(fā)育的影響203
8.3.1弱磁場對植物發(fā)芽的影響203
8.3.2弱磁場對植物向重性的影響204
8.3.3弱磁場對植物胚軸生長的影響206
8.3.4弱磁場對植株生長與發(fā)育的影響207
8.4弱磁場對植物細胞繁殖和分化的影響209
8.4.1弱磁場對植物細胞結(jié)構(gòu)組成和分裂的影響209
8.4.2弱磁場對細胞和亞細胞超微結(jié)構(gòu)的影響210
8.5弱磁場對植物生理學和生物化學的影響212
8.5.1弱磁場對植物生理學的影響212
8.5.2弱磁場對植物生物化學的影響213
8.6弱磁場對植物繁殖和遺傳變異的影響213
8.6.1弱磁場對植物開花的影響213
8.6.2弱磁場對植物遺傳變異的影響214
8.7弱磁場對植物隱花色素信號傳導及基因表達的影響214
8.8弱磁場生物學效應的可能作用機理217
8.9小結(jié)218
參考文獻218
第9章微藻培養(yǎng)技術224
9.1微藻在CELSS中的作用和地位224
9.1.1作為膳食營養(yǎng)補充224
9.1.2清除CO2及釋放O2225
9.1.3生物固氮與廢水處理226
9.2藻種選擇226
9.3空間微藻光生物反應器研制技術228
9.3.1反應器設計根據(jù)228
9.3.2反應器基本組成229
9.3.3反應器主體與藻液循環(huán)技術230
9.3.4光照技術231
9.3.5藻液CO2供給與pH調(diào)控技術237
9.3.6藻液溶解氧脫除技術239
9.3.7藻液養(yǎng)分調(diào)控技術240
9.3.8藻液環(huán)境溫度控制技術241
9.4微藻培養(yǎng)技術研究進展241
9.4.1空間環(huán)境對微藻形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理生化活動的影響242
9.4.2空間微藻光生物反應器關鍵技術驗證244
9.4.3微藻在CELSS中的集成驗證技術246
9.5小結(jié)248
參考文獻248
第10章動物和食用菌培養(yǎng)技術253
10.1CELSS中引入動物和食用菌的意義253
10.2動物和食用菌選用的一般原則及種類255
10.2.1動物和食用菌選用一般原則255
10.2.2擬選用的動物和食用菌一般種類255
10.3水生動物養(yǎng)殖技術256
10.3.1C.E.B.A.S.構(gòu)建技術257
10.3.2餌料對魚類生長、產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)的影響261
10.4陸生動物養(yǎng)殖技術268
10.4.1桑蠶培養(yǎng)技術及作用268
10.4.2黃粉蟲培養(yǎng)技術及作用270
10.5食用菌培養(yǎng)技術271
10.5.1食用菌培養(yǎng)基質(zhì)基本制備方法271
10.5.2動物糞便對食用菌培養(yǎng)的影響272
10.5.3細菌對食用菌生長的促進作用273
10.6小結(jié)274
參考文獻275
第三篇資源回收與原位資源利用技術
第11章固廢處理技術281
11.1廢物基本種類及典型成分分析281
11.1.1廢物基本種類分析281
11.1.2固廢典型成分分析282
11.2固廢處理基本原則要求與方法種類282
11.2.1固廢處理基本原則要求282
11.2.2固廢處理基本方法283
11.3固廢生物處理法284
11.3.1固廢好氧微生物反應器降解技術284
11.3.2固廢厭氧微生物反應器降解技術293
11.3.3類土壤基質(zhì)制備技術298
11.4生物與物化相結(jié)合的固廢降解技術300
11.4.1生物+物化降解處理法300
11.4.2物理萃取+微生物降解處理法302
11.5物理及化學固廢處理技術303
11.5.1焚燒法303
11.5.2交變電場+過氧化氫氧化法304
11.6小結(jié)306
參考文獻306
第12章廢水處理技術310
12.1廢水種類及其處理基本要求、方法和流程310
12.1.1廢水種類310
12.1.2廢水處理基本要求311
12.1.3廢水處理基本方法311
12.1.4廢水流處理基本流程313
12.2微生物反應器處理技術314
12.2.1好氧生物反應器廢水處理技術314
12.2.2厭氧生物反應器廢水處理技術327
12.2.3厭氧+好氧生物反應器廢水處理技術329
12.2.4生物+物化廢水處理技術330
12.3植物廢水處理與利用技術331
12.3.1作物直接利用尿液技術331
12.3.2作物直接利用生活污水技術333
12.3.3耐鹽植物吸收與分離鈉鹽技術334
12.3.4植物利用廢水后處理液的可行性評價335
12.4藻類廢水處理技術336
12.4.1微藻處理尿液技術336
12.4.2大藻處理尿液技術337
12.5小結(jié)337
參考文獻338
第13章廢氣處理技術341
13.1微量有害氣體的基本種類、濃度及控制要求341
13.2空氣凈化途徑總體概況343