摘要：通过"天宫2号"空间实验室搭载的空间植物栽培装置,研究了微重力下植物栽培水分养分控制技术.针对空间微重力特点,设计了植物栽培水分养分传导结构,并验证了其可行性和合理性.生菜在空间实验室微重力环境下的顺利萌发、生长发育,证明了水分养分传导结构的合理性和可行性,为后续开展更大规模的空间植物栽培奠定了基础.通过实验,了解了空间微重力下水分养分的传导和分布规律,为研究空间植物栽培水分养分供应方法和测试方法提供了依据.

摘要：目的研究密闭系统中光强和光照时间对小麦生长发育及生产效率的交互作用,并以此为依据优化受控生态生保系统(CELSS)中小麦培养的光照策略。方法实验采用双因素正交设计,光照强度和光照时间各设置4个水平,比较各处理小麦的生理指标及生产效率差异。结果小麦生育期随着光照强度增强或光照时间延长而缩短。光照强度和光照时间均能通过改变光能输入量而对小麦生长发育及产量产生显著影响,小麦光合速率和产量均随着光能输入量的增加而提高。但在相同的光能输入量下,低光照强度+长光照时间的处理收获指数(HI)、粒叶比(GLR)和产量均显著高于高光照强度+短光照时间的处理。随着光照强度增加,小麦的收获指数和粒叶比显著降低;而随着光照时间延长,收获指数和粒叶比显著提高。能量利用效率方面,无论光照强度增强还是光照时间延长,都会导致能效比降低,但光照强度增强时能效比降低更明显。结论光照强度增强和光照时间延长均可增产,但高光照强度对营养体生长促进作用更强,而长光照时间对籽粒积累促进作用更强,因此长光照时间下小麦生产更为高效,源库协调性更好。在能源匮乏的载人航天环境下,利用长光照时间提高小麦产量能源利用率更高,系统的经济性和节能性更好。经推算,该环境下,23 m2小麦可满足1名航天员对碳水化合物的需求。

摘要：为满足空间植物培养的需求,基于空间微重力环境和平台资源约束,开展了根部水分和养分控制、栽培室大气环境控制、光环境控制等方面的空间植物栽培装置方案研究。研制了具有水分/养分供应、大气环境控制、光源、测量与控制、栽培室和根盘等6个功能模块的空间植物栽培装置。开展了装置的集成与调试,对装置各功能模块设计合理性进行验证。最后利用组合体试验平台,进行装置各功能模块集成性能验证、植物功能评价验证(生物学特性、物质和能量交换、营养品质和生物安全性等)及植物栽培流程验证(流程合理性、资源需求及保障、与环境之间的相互影响)。验证结果表明:水分供应、养分供应、大气环境控制、植物光照控制和参数测量控制等性能良好,能够满足植物培养对各类生长环境条件的需求;生菜生长旺盛,生产效率101.31 g(鲜质量)·(kWh)^(-1)·d^(-1)·m^(-2),光能利用率0.31 g(干质量)·mol^(-1)光子,富含各种营养,食用安全。装置方案和植物栽培流程合理可行,性能良好,具有较高的植物生产能力。研究结果为后续开展空间植物栽培装置研制奠定了技术基础。

摘要：目的研制体积可调型蔬菜培养装置,满足空间开展蔬菜培养技术研究的需求。方法通过设计光照通风模块、生长模块、栽培盘模块和测量模块并采用伸缩式结构,研制三套蔬菜培养装置并进行性能验证实验和特性分析。结果研制完成的蔬菜培养装置可在250~700 mm高度范围内调节,配置三种光谱组成的LED光源,栽培篮与基质可移动或替换,基质中的水分、电导和温度参数,以及大气二氧化碳浓度等参数均可在线监测。验证实验表明,装置性能和各项指标均满足后续开展“不同光质对植物生长的影响”的研究需求。结论研制完成的体积可调型蔬菜培养装置,重量轻、体积小,所培养的莴苣(12株/0.12 m^(2))生产能力达49.7克/株(鲜重),可为后续研制在轨蔬菜培养装置提供技术支持。

摘要：研制一种植物光照系统,以满足植物栽培地面模拟试验的需要。以灯板作为发光单元,组合成光照阵列,通过AC/DC电源模块供电,恒流驱动LED工作,并进行光周期、光强控制和调节,采用冷板及循环冷却液方式对灯板集中散热。通过多次栽培实验证明,该系统结构紧凑、控制简单、调节方便、发光稳定、散热效果好,为36m2的植物提供了适宜的光照条件,满足密闭系统植物正常生长的需要。该植物光照系统的成功研制,为开展空间植物栽培地面模拟试验提供了必备的条件,对下一步空间植物装置光照系统设计具有重要的参考价值。

摘要：目的 研制空间蔬菜培养装置,并在中国空间站在轨开展几种果蔬类作物栽培验证试验。方法 通过再生栽培基质的筛选和制备,水分/养分主动供应,LED光环境调控,功能单元的模块化设计与研制,以及系统集成与调试,植物全周期栽培验证,研制完成空间蔬菜培养装置(太空菜园)。利用蔬菜培养装置,通过培养3种生菜和1种樱桃番茄作物,在轨验证再生基质培养方法的可行性,并开展几种果蔬作物的生长特性研究。结果 空间蔬菜培养装置在轨运行正常,可主动供应水分并在轨检测基质水分和电导参数,可根据植物光照需求调节高度,装置各项性能指标均满足多类果蔬的在轨培养要求。在轨实现了3种生菜(“生菜王”“红叶”“美罗”)和1种樱桃番茄(“红蕾”)从种子播种到收获的全周期培养,植株生长良好。航天员全程参与生菜和樱桃番茄的培养与管理,采摘并食用了生菜叶片(约900 g,鲜重)和樱桃番茄果实。樱桃番茄果实收获后进行留种并随飞船下行,在地面开展了樱桃番茄种子第二代培养试验,并与在轨培养的第一代樱桃番茄进行对比分析。结论 空间蔬菜培养装置性能指标满足多类果蔬在轨培养要求;所培养的生菜和樱桃番茄植株在轨生长良好,航天员进行了几种果蔬的采摘和食用;研究结果为后续持续开展多类果蔬在轨培养技术的验证和生产奠定了重要技术基础。