● 摘要
生物再生生命保障系统是人类实现长时间、远距离空间飞行的必然选择。生物再生生命保障系统中，秸秆等高等植物不可食部分的处理是提高系统闭合性的关键问题之一。类土壤基质技术因其有较高的营养元素回收率，而被认为是解决这一问题最有前途的技术之一。但是由于现有类土壤基质制备技术处理周期过长、有可能产生超过系统需求的蘑菇等问题，从而限制了它的应用。本文为了既能发挥类土壤基质的优越性，又能解决其上述不足，开展了类土壤基质的多种制备工艺研究，并进行比较和筛选。以秸秆为原料，将秸秆进行三种不同方式的预处理后，再分别进行蚯蚓处理，使秸秆在连续的生物作用下转化为类土壤基质。类土壤基质的三种工艺分别为：(1)粉碎后的秸秆经60℃恒温好氧发酵24h，45℃恒温耗氧发酵48 h后，接种10%真菌(平菇)处理30天后，剩余秸秆进入蚯蚓生物反应器中处理而得到类土壤基质；(2)粉碎后的秸秆经60℃恒温好氧发酵24h，45℃恒温耗氧发酵48 h后，不经过真菌处理阶段而直接进入蚯蚓生物反应器中处理而得到类土壤基质；(3)粉碎后的秸秆添加复合微生物菌，在厌氧条件下恒温30℃发酵72h，发酵后的秸秆直接进入蚯蚓生物反应器中处理而得到类土壤基质。本论文首先为了开展实验研究，自主开发并设计制作了用于基质制备的蚯蚓生物反应器和用于基质呼吸特性测试的气体交换研究装置。对基质制备前后粗纤维含量的变化、物质总量变化、周期的长短进行比较，并对基质制备前后pH、C/N、主要元素C、H、O、N、有效P、有效K等进行分析研究，对制备的类土壤基质进行理化性质分析和生菜种植实验，并对优选出的基质进行呼吸特性测试。研究结果表明：秸秆经过60℃恒温好氧发酵24h，随后45℃发酵好氧48h的预处理后、直接进行蚯蚓处理这种工艺得到类土壤基质，工艺周期比原有工艺缩短30天，粗纤维降解率达到93.97%，进行生菜种植的生产力和光合速率最高，生菜的生产力为12.01g•m-2•d-1，比原有工艺提高33%，光合速率达到11.58μmol•m-2。该工艺制备的类土壤基质的理化指标为元素分子式CH1.726O0.695N0.074，容重0.382，孔隙度0.813，含水率70%，pH值为8.02，种子发芽率达到80%，基质的氧气消耗速率为0.0351g•kg-1•h-1，CO2 的生成速率为1.62 g•kg-1•h-1。