空間受控生態(tài)生命保障技術(shù)

目錄
序前言
第一篇緒論
第1章概念、構(gòu)成、原理與應(yīng)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(xué)和生態(tài)系統(tǒng)理論6
1.3.2CELSS特點(diǎn)7
1.3.3CELSS基本研究方法10
1.3.4CELSS基本設(shè)計(jì)原則11
1.4基本結(jié)構(gòu)構(gòu)成與運(yùn)行模式12
1.4.1基本結(jié)構(gòu)構(gòu)成12
1.4.2基本運(yùn)行模式14
1.5主要研究任務(wù)16
1.5.1總體技術(shù)方案16
1.5.2環(huán)境控制技術(shù)16
1.5.3物質(zhì)生產(chǎn)技術(shù)16
1.5.4食品收獲與加工技術(shù)16
1.5.5廢物再生技術(shù)16
1.5.6系統(tǒng)集成技術(shù)17
1.5.7極地和空間驗(yàn)證技術(shù)17
1.5.8原位資源利用技術(shù)17
1.6重要作用與意義18
1.6.1降低補(bǔ)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(yīng)用價(jià)值20
1.7小結(jié)23
參考文獻(xiàn)23
第2章國(guó)內(nèi)外研究歷史與現(xiàn)狀26
2.1國(guó)外研究歷史與現(xiàn)狀26
2.1.1總體概況26
2.1.220世紀(jì)50～60年代27
2.1.320世紀(jì)70年代29
2.1.420世紀(jì)80年代32
2.1.520世紀(jì)90年代35
2.1.621世紀(jì)初40
2.2國(guó)內(nèi)研究歷史與現(xiàn)狀45
2.3小結(jié)47
參考文獻(xiàn)49
第3章總體約束條件及發(fā)展思路54
3.1長(zhǎng)期生命保障物質(zhì)供給需求分析54
3.2CELSS所面對(duì)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(yùn)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(yùn)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(shù)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(lǐng)域65
3.6.3技術(shù)實(shí)施時(shí)間表和路線圖規(guī)劃66
3.7未來(lái)主要研究任務(wù)分析68
3.7.1近期研究任務(wù)68
3.7.2中期研究任務(wù)70
3.7.3遠(yuǎn)期研究任務(wù)72
3.6小結(jié)74
參考文獻(xiàn)74
第二篇物質(zhì)生產(chǎn)技術(shù)
第4章植物篩選與栽培技術(shù)79
4.1篩選標(biāo)準(zhǔn)與優(yōu)先原則79
4.1.1基本篩選標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算分析方法83
4.3篩選主要結(jié)果84
4.3.1國(guó)外基本情況84
4.3.2國(guó)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(zhǎng)條件設(shè)置及原則92
4.4.2作物生長(zhǎng)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(xiàn)104
第5章植物光照條件優(yōu)化調(diào)控技術(shù)106
5.1光照對(duì)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(qiáng)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(jìn)展120
5.4.1光源優(yōu)化120
5.4.2光強(qiáng)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(lái)發(fā)展方向分析132
5.6小結(jié)134
參考文獻(xiàn)134
第6章植物大氣條件調(diào)控技術(shù)139
6.1大氣溫度對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響139
6.1.1不同植物對(duì)大氣溫度的一般要求139
6.1.2大氣溫度對(duì)植物生長(zhǎng)和光合作用效率的影響140
6.1.3大氣高溫對(duì)植物生長(zhǎng)的影響及對(duì)策141
6.1.4大氣溫度對(duì)植株開(kāi)花的影響143
6.1.5大氣溫度對(duì)植物產(chǎn)量和品質(zhì)的影響144
6.2大氣通風(fēng)條件對(duì)植物生長(zhǎng)的影響148
6.2.1氣流速度對(duì)葉片邊界層阻力的影響149
6.2.2氣流速度對(duì)植物光合與蒸騰作用效率的影響150
6.2.3氣流速度對(duì)植物釋放乙烯的影響151
6.3大氣CO2濃度對(duì)植物生長(zhǎng)的影響154
6.3.1CO2濃度對(duì)植物形態(tài)學(xué)和病蟲(chóng)害抑制的影響154
6.3.2高CO2濃度對(duì)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(duì)植物其他生理代謝活動(dòng)的影響160
6.3.4高CO2濃度對(duì)作物產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響162
6.4小結(jié)168
參考文獻(xiàn)168
第7章大氣乙烯對(duì)植物生長(zhǎng)的影響及其凈化技術(shù)172
7.1植物生長(zhǎng)過(guò)程中乙烯產(chǎn)生規(guī)律及機(jī)理172
7.1.1植物生長(zhǎng)過(guò)程中乙烯產(chǎn)生規(guī)律172
7.1.2植物生長(zhǎng)過(guò)程中乙烯產(chǎn)生機(jī)理177
7.2封閉環(huán)境中乙烯對(duì)植物生長(zhǎng)與發(fā)育的影響及機(jī)理180
7.2.1乙烯抑制植物生長(zhǎng)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(zhǎng)182
7.2.3乙烯對(duì)植物光合作用效率的影響183
7.2.4乙烯對(duì)植物開(kāi)花與繁殖的抑制作用184
7.3乙烯對(duì)植物向重性反應(yīng)的影響186
7.4密閉環(huán)境中乙烯濃度控制技術(shù)187
7.4.1高錳酸鉀氧化技術(shù)188
7.4.2光催化氧化技術(shù)188
7.4.3微生物空氣過(guò)濾技術(shù)191
7.5小結(jié)193
參考文獻(xiàn)194
第8章弱磁場(chǎng)構(gòu)建技術(shù)及其植物生物學(xué)效應(yīng)197
8.1弱磁場(chǎng)的基本概念197
8.2弱磁場(chǎng)環(huán)境構(gòu)建技術(shù)198
8.2.1國(guó)外進(jìn)展情況198
8.2.2國(guó)內(nèi)進(jìn)展情況201
8.2.3零磁場(chǎng)屏蔽技術(shù)存在問(wèn)題與發(fā)展方向202
8.3弱磁場(chǎng)對(duì)植物發(fā)芽、向重性及生長(zhǎng)與發(fā)育的影響203
8.3.1弱磁場(chǎng)對(duì)植物發(fā)芽的影響203
8.3.2弱磁場(chǎng)對(duì)植物向重性的影響204
8.3.3弱磁場(chǎng)對(duì)植物胚軸生長(zhǎng)的影響206
8.3.4弱磁場(chǎng)對(duì)植株生長(zhǎng)與發(fā)育的影響207
8.4弱磁場(chǎng)對(duì)植物細(xì)胞繁殖和分化的影響209
8.4.1弱磁場(chǎng)對(duì)植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)組成和分裂的影響209
8.4.2弱磁場(chǎng)對(duì)細(xì)胞和亞細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的影響210
8.5弱磁場(chǎng)對(duì)植物生理學(xué)和生物化學(xué)的影響212
8.5.1弱磁場(chǎng)對(duì)植物生理學(xué)的影響212
8.5.2弱磁場(chǎng)對(duì)植物生物化學(xué)的影響213
8.6弱磁場(chǎng)對(duì)植物繁殖和遺傳變異的影響213
8.6.1弱磁場(chǎng)對(duì)植物開(kāi)花的影響213
8.6.2弱磁場(chǎng)對(duì)植物遺傳變異的影響214
8.7弱磁場(chǎng)對(duì)植物隱花色素信號(hào)傳導(dǎo)及基因表達(dá)的影響214
8.8弱磁場(chǎng)生物學(xué)效應(yīng)的可能作用機(jī)理217
8.9小結(jié)218
參考文獻(xiàn)218
第9章微藻培養(yǎng)技術(shù)224
9.1微藻在CELSS中的作用和地位224
9.1.1作為膳食營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)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(yīng)器研制技術(shù)228
9.3.1反應(yīng)器設(shè)計(jì)根據(jù)228
9.3.2反應(yīng)器基本組成229
9.3.3反應(yīng)器主體與藻液循環(huán)技術(shù)230
9.3.4光照技術(shù)231
9.3.5藻液CO2供給與pH調(diào)控技術(shù)237
9.3.6藻液溶解氧脫除技術(shù)239
9.3.7藻液養(yǎng)分調(diào)控技術(shù)240
9.3.8藻液環(huán)境溫度控制技術(shù)241
9.4微藻培養(yǎng)技術(shù)研究進(jìn)展241
9.4.1空間環(huán)境對(duì)微藻形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理生化活動(dòng)的影響242
9.4.2空間微藻光生物反應(yīng)器關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證244
9.4.3微藻在CELSS中的集成驗(yàn)證技術(shù)246
9.5小結(jié)248
參考文獻(xiàn)248
第10章動(dòng)物和食用菌培養(yǎng)技術(shù)253
10.1CELSS中引入動(dòng)物和食用菌的意義253
10.2動(dòng)物和食用菌選用的一般原則及種類255
10.2.1動(dòng)物和食用菌選用一般原則255
10.2.2擬選用的動(dòng)物和食用菌一般種類255
10.3水生動(dòng)物養(yǎng)殖技術(shù)256
10.3.1C.E.B.A.S.構(gòu)建技術(shù)257
10.3.2餌料對(duì)魚(yú)類生長(zhǎng)、產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響261
10.4陸生動(dòng)物養(yǎng)殖技術(shù)268
10.4.1桑蠶培養(yǎng)技術(shù)及作用268
10.4.2黃粉蟲(chóng)培養(yǎng)技術(shù)及作用270
10.5食用菌培養(yǎng)技術(shù)271
10.5.1食用菌培養(yǎng)基質(zhì)基本制備方法271
10.5.2動(dòng)物糞便對(duì)食用菌培養(yǎng)的影響272
10.5.3細(xì)菌對(duì)食用菌生長(zhǎng)的促進(jìn)作用273
10.6小結(jié)274
參考文獻(xiàn)275
第三篇資源回收與原位資源利用技術(shù)
第11章固廢處理技術(shù)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(yīng)器降解技術(shù)284
11.3.2固廢厭氧微生物反應(yīng)器降解技術(shù)293
11.3.3類土壤基質(zhì)制備技術(shù)298
11.4生物與物化相結(jié)合的固廢降解技術(shù)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(xué)固廢處理技術(shù)303
11.5.1焚燒法303
11.5.2交變電場(chǎng)+過(guò)氧化氫氧化法304
11.6小結(jié)306
參考文獻(xiàn)306
第12章廢水處理技術(shù)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(yīng)器處理技術(shù)314
12.2.1好氧生物反應(yīng)器廢水處理技術(shù)314
12.2.2厭氧生物反應(yīng)器廢水處理技術(shù)327
12.2.3厭氧+好氧生物反應(yīng)器廢水處理技術(shù)329
12.2.4生物+物化廢水處理技術(shù)330
12.3植物廢水處理與利用技術(shù)331
12.3.1作物直接利用尿液技術(shù)331
12.3.2作物直接利用生活污水技術(shù)333
12.3.3耐鹽植物吸收與分離鈉鹽技術(shù)334
12.3.4植物利用廢水后處理液的可行性評(píng)價(jià)335
12.4藻類廢水處理技術(shù)336
12.4.1微藻處理尿液技術(shù)336
12.4.2大藻處理尿液技術(shù)337
12.5小結(jié)337
參考文獻(xiàn)338
第13章廢氣處理技術(shù)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