Научная статья на тему 'Проект создания замкнутой экосистемы uBioSystem для бесконечно длительного автономного существования живых организмов'

Проект создания замкнутой экосистемы uBioSystem для бесконечно длительного автономного существования живых организмов Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

CC BY
0
0
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
замкнутая экосистема / круговорот элементов / устойчивость экосистем / ЭкоКосмоДом (ЭКД) / uBioSystem / cycle of elements / EcoCosmoHouse / enclosed ecosystem / sustainability of ecosystems / uBioSystem

Аннотация научной статьи по экологическим биотехнологиям, автор научной работы — А.Э. Юницкий, А.М. Павлюченко, П.А. Буглак, И.В. Налетов, Н.С. Зыль

Описан проект uBioSystemзамкнутой экосистемы c контролируемыми технологическими процессами (освещение, температурный режим, воздушный обдув, скорость течения воды и др.) для автономного и длительного существования сообщества живых организмов. Предложенные технические и биологические решения позволяют управлять естественными циклами биогенных элементов и проводить долгосрочный мониторинг всех ключевых параметров, влияющих на исследуемые круговороты веществ.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по экологическим биотехнологиям , автор научной работы — А.Э. Юницкий, А.М. Павлюченко, П.А. Буглак, И.В. Налетов, Н.С. Зыль

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Project of Creating an Enclosed Ecosystem uBioSystem for the Infinitely Long Autonomous Existence of Living Organisms

The uBioSystem project is described, which is an enclosed ecosystem with controlled technological processes (lighting, temperature, air flow, water flow speed, etc.), designed for the autonomous and long-term existence of a living organisms’ community. The proposed technical and biological solutions make it possible to control the natural cycles of nutrients and carry out long-term monitoring of all key parameters affecting the studied cycles of substances.

Текст научной работы на тему «Проект создания замкнутой экосистемы uBioSystem для бесконечно длительного автономного существования живых организмов»

УДК 574.24

Проект создания замкнутой экосистемы иВю^^ет

для бесконечно длительного автономного существования живых организмов

А.Э. Юницкий12

доктор философии транспорта

А.М. Павлюченко2 П.А. Буглак2 И.В. Налетов2 Н.С. Зыль2 П.В. Наумчик2

1 ООО «Астроинженерные технологии»,

г. Минск, Беларусь

2 ЗАО «Струнные технологии», г. Минск, Беларусь

ГГ

Описан проект иВ1оЗу81ет - замкнутой экосистемы с контролируемыми технологическими процессами (освещение, температурный режим, воздушный обдув, скорость течения воды и др.) для автономного и длительного существования сообщества живых организмов. Предложенные технические и биологические решения позволяют управлять естественными циклами биогенных элементов и проводить долгосрочный мониторинг всех ключевых параметров, влияющих на исследуемые круговороты веществ.

Ключевые слова:

замкнутая экосистема, круговорот элементов, устойчивость экосистем, ЭкоКосмоДом (ЭКД), иВю5у81ет.

UDC 574.24

Project of Creating

an Enclosed Ecosystem

uBioSystem

for the Infinitely Long

Autonomous Existence

of Living Organisms

A. Unitsky12

Ph.D. in Information Technologies (Transport)

A. Pauliuchenka2

P. Buglak2

I. Naletov2

N.Zyl2

P. Naumchik2

1 Astroengineering Technologies LLC, Minsk, Belarus

2 Unitsky String Technologies Inc., Minsk, Belarus

PP

The uBioSystem project is described, which is an enclosed ecosystem with controlled technological processes (lighting, temperature, air flow, water flow speed, etc.), designed for the autonomous and long-term existence of a living organisms' community The proposed technical and biological solutions make it possible to control the natural cycles of nutrients and carry out long-term monitoring of all key parameters affecting the studied cycles of substances.

Keywords:

cycle of elements, EcoCosmoHouse, enclosed ecosystem, sustainability of ecosystems, uBioSystem.

Введение

Актуальность биосферных исследований непрерывно возрастает в связи с негативными результатами нерационального влияния человека на окружающую среду. Постоянный дефицит водных ресурсов [1] не только является угрозой жизни людей, но и усложняет ведение сельского хозяйства, что приводит к дополнительной деградации почвы и уменьшению видового разнообразия организмов, обитающих в ней. Продолжается значительный рост отходов, при этом процент их утилизации и обезвреживания с каждым годом уменьшается. Общая площадь, занимаемая отходами, составляет более 4 млн га [2], а под их размещение ежегодно выделяется не менее 400 ООО га. Подобная нагрузка создаёт угрозу сокращения биоразнообразия в биосфере и утраты целых природных комплексов. Из-за несоответствия естественных природных возможностей и устоявшейся модели землепользования сельскохозяйственные земли теряют плодородие. По данным ЮНЕП, сейчас пустынями антропогенного происхождения занято более 9 млн кмг, и ежегодно 7 млн га выбывают из продуктивного применения [3]. Перечисленные факты свидетельствуют о наступлении экологического кризиса, выходом из которого станет безракетная индустриализация ближнего космоса, благодаря чему на Земле останутся отрасли производства, либо не оказывающие вредного воздействия на биосферу, либо достаточно эффективные и восстанавливающие природные ресурсы, а также те, без которых человечеству не обойтись.

Изучение биосферы с помощью замкнутых экосистем

Несмотря на то что существует огромное количество накопленных, но зачастую разрозненных данных об устройстве биосферы, в настоящий момент нет точных, достоверных и подтверждённых прогностических моделей для значительных изменений, которые привносит текущая активность человека. Для того чтобы реализовать осознанную деятельность с целью долгосрочного планирования и устранения последствий нерационального антропогенного воздействия, изучение биосферных процессов проводят на базе искусственных аналогов экосистем с замкнутыми циклами веществ, энергии и информации. Такие модели и используемые в них технологии могут применяться при освоении космоса, организации автономных поселений на Земле и других планетах. Концепция ЭкоКосмоДома [4] демонстрирует возможность создания

замкнутых экосистем с неограниченным сроком действия, решает актуальные научно-практические задачи, предполагает моделирование и контроль биосферных процессов, а также выступает альтернативой особо охраняемым природным территориям, которые постоянно подвержены негативному влиянию внешних факторов.

Попытки организации подобных систем предпринимаются в США («Биосфера-2»), Европе (МЕ^А), Японии (Есоиоп), России («БИОС»), а также в Канаде и Китае. Практическое исполнение некоторых из них («Биосфера-2», «БИОС») показало недооценку ключевых природных процессов и связей. Слабая проработка основных циклов биогенных элементов привела кувеличению кислотности воды (из-за растворения избытка С0г). Недостаток кислорода был вызван дыханием почвенных микроорганизмов, которые не смогли выполнять свои функции в изменённой среде. Это привело к увеличенному разложению мёртвой органики, что в свою очередь поглощало кислород. Кроме того, значительное влияние оказывали неучтённые трофические взаимодействия, в результате которых разнообразие животного мира снижалось. Однако главным фактором неудач стало отсутствие сбалансированного почвенного покрова с населяющей его биотой.

Учитывая опыт предыдущих исследований, разработан проект замкнутой экосистемы иВю^^ет (рисунок 1) для длительного существования сообщества живых организмов, который включает дополнительные технологические процессы, удовлетворяющие её потребности.

Рисунок! - Замкнутая экосистема иБюЗуэйт

Строение и компоненты uBioSystem

uBioSystem представляет собой модель окружающей среды с полностью замкнутыми циклами веществ в её внутреннем пространстве. Необходимые экосистеме абиотические параметры обеспечивают следующие элементы:

• модули поверхностей (нижней, боковых, верхней);

• модули возвышенности;

• модуль русла ручья и двух озёр;

• система управления микроклиматом;

• система освещения;

• система циркуляции воды;

• система контроля и управления.

Все поверхности uBioSystem должны герметично изолировать внутреннее пространство и быть достаточно прочными, чтобы выдержать давление изнутри. Модуль нижней поверхности (рисунок 2) должен состоять из теплопроводного металла (например, дюралюминия), под ним будут располагаться нагревательные элементы (с возможностью регулировки в диапазоне 15-50 °С) для обогрева и поддержания температуры внутри экосистемы. Кроме того, данный модуль имеет направленный равномерный уклон для самостоятельного стока воды к нижней точке водозабора, а также с целью создания небольшой разности температур в противоположных краях для естественной конвекции.

Боковые стенки иВю^^ет (рисунок 3) планируется изготовить из прозрачного термоизоляционного материала. Для получения результатов исследования биосферных процессов необходим постоянный мониторинг, который можно осуществлять через прозрачные поверхности, инертные к изменению температуры (таким образом предотвращается образование конденсата на внутренних стенках), а также обладающие достаточной прочностью, чтобы выдерживать давление от компонентов экосистемы. Наиболее значительную нагрузку на боковые поверхности будет оказывать почвенная система.

Рисунок 3 - uBioSystem (визуализация)

Рисунок 2 - Модуль нижней поверхности uBioSystem

Экологическая характеристика почвы иВю$уз1ет

Важнейший компонент замкнутой экосистемы - сбалансированная почва. Именно в ней через бактериальные микроорганизмы, простейших и грибы происходит взаимодействие биологического и химического круговорота веществ. Кроме того, почва является средой для огромного количества животных, которые в процессе жизнедеятельности регулируют большинство потоков вещества и энергии. Пищевые сети почвенных сообществ, распределяющие потоки энергии экосистем, имеют сложную структуру и представлены широким набором организмов, которые формируют множественные трофические связи, изменчивые во времени и условиях [5]. Энергетическая основа почвенных детритных цепей - листовой, корневой и древесный опад растений. Вместе с тем энергия может поступать

в почвенные пищевые сети с прижизненными корневыми выделениями, из живой фитомассы растений и при ассимиляции стабилизированного почвенного органического вещества [6].

Листовой опад по химическому составу неоднороден, включает в себя водорастворимые органические компоненты и ге м и целлюлозу, которые начинают разлагаться сразу же, в то время как расщепление целлюлозы и лигнина длится несколько лет. Распадающееся органическое вещество по трофической цепи усваивается бактериями и грибами либо переходит в детрит (рисунок 4).

Активно размножающиеся бактерии и грибы утилизируют наиболее легкодоступные компоненты опада, а затем он заселяется микроорганизмами, разлагающими стабильные органические полимеры. Таким образом в почвенной подстилке происходит временно-пространственная сукцессия разложения растительных остатков. Однако даже на её поздних стадиях в микробном сообществе присутствуют микроорганизмы, утилизирующие легкодоступные компоненты. Свежий опад может осваиваться зигомицетами (порядок Mucorales], а также некоторыми аскомицетами (роды Talaromyces, Pénicillium и др.); пектин и целлюлозу разлагают гидролитические грибы (роды Auœobasidium, Chaetomium, Cladosporium, Trichoderma, Gliocladium). В течение первых месяцев на опаде начинают развиваться са-протрофы из группы лигнолитиков, не способные к быстрому росту, однако осваивающие более инертные химические компоненты. Это в подавляющем большинстве бази-диомицеты (роды Marasmius, Мусепа). Последними на опаде начинают доминировать почвенные грибы разных групп (виды Mortierella ramanniana, Trichoderma viride, Pénicillium spp.).

Третий трофический уровень составляют беспозвоночные животные. Мокрицы, дождевые черви, диплоподы, а также некоторые личинки насекомых и клещей используют в пищу ткани растений, но в основном это организмы со смешанным растительно-животным питанием, которое зависит от жизненного цикла. Клещи, коллемболы и нематоды потребляют колонии бактерий и грибов. К этому же уровню можно отнести и детритофагов (орибатиды, энхитреиды].

Следующий консументный уровень составляют зоофаги (жужелицы, медведки, пауки], фитозоофаги (двукрылые, ма-лакофаги; встречаются реже, чем на предыдущем уровне], а также паразиты [клещи].

Таким образом, в почвенных сетях должно быть от трёх трофических уровней. Важную роль играют полифаги, которые частично объединяют различные потоки энергии на уровне животных-сапрофагов. Сочетая пищевую специализацию (позволяет избежать межвидовой конкуренции, поддерживая высокое разнообразие почвенной фауны) с временной полифагией (увеличивает компенсирующую способность почвенного сообщества и взаимозаменяемость его компонентов], полифаги являются одним из основных элементов замкнутых экосистем.

Сбалансированная плодородная почва не может существовать без ещё одного ключевого компонента - земляного червя. Именно он рыхлит землю, обеспечивая дыхание и увлажнение корней, усиливает процессы гумусообразо-вания, нитрификации и аммонификации, а также поддерживает необходимое количество ценных для почв микроорганизмов. Пищеварительный тракт дождевого червя уменьшает число патогенных микроорганизмов и одновременно способствует переводу органики в малорастворимые, но биологически доступные соли гуминовых кислот.

Хищники

Сапрофаги

Сапротрофные грибы, бактерии

Микоризные грибы, бактерии ризосферы

Фитофаги, сапрофитофаги

Почвенное органическое вещество

Листовой, древесный и корневой опад

Прижизненные корневые выделения, микориза

Мхи, лишайники, почвенные водоросли

Консументы I

Консументы II Консументы I

Источники

органических

веществ

Смешанные пищевые цепи Детритные пищевые цепи Пастбищные пищевые цепи

Рисунок 4 - Общая схема почвенной трофической сети

В результате накапливается питание для растений, устойчивое к вымыванию из почвы осадками. Eisenia fétida, Eisenia andrei, Dendrobaena veneta кроме способности утилизировать органические отходы естественным образом, обладают высокой скоростью поглощения, переваривания и ассимиляции органических веществ, толерантностью к широкому диапазону факторов окружающей среды, а также высоким темпом репродукции при коротком периоде половозрелое™.

Внесение червей следует производить комплексно: смесь коконов (минимум 14 500), ювенилов (минимум 8000) и половозрелых червей каждого вида вносят на каждый квадратный метр и покрывают кормовым субстратом. Такого количества будет достаточно [7] для формирования устойчивой популяции, аналогичной естественной (с плотностью минимум 50 особей на 1 мг]. Учитывая, что одна такая популяция в идеальных условиях ежедневно пропускает через свой пищеварительный канал 25 г почвы (250 кг/га в сутки) [8], превращая её в копролиты, и что содержание гумуса в ко-пролитах червей составляет 11-35 %, можно рассчитать скорость гумусообразования в год - от 1 т/га.

Процессы преобразования энергии в почве и её трофическая сеть остаются недостаточно изученными. Это обусловлено высоким разнообразием почвенных обитателей, пищевых связей между ними и огромным количеством нестационарных биохимических процессов. Несмотря на множество моделей и данных, большинство из них являются теоретическими и не подтверждаются практическими экспериментами. Таким образом, исходя из того, что до сих пор нет полного понимания всех процессов в почве, её структуру и состав следует определять на основе естественных природных экосистем.

Компоненты почвенной системы uBioSystem:

• 5-10 см - слой природных камней и керамзита. Нижний пласт, который обеспечит сток грунтовых вод к самой нижней точке, откуда они насосом будут подниматься к водопаду верхнего модуля возвышенности. Используемые камни (доломит, известняк, сланец, гранулированная вулканическая лава) обладают сравнительно небольшой плотностью и достаточной теплопроводностью, а также служат источником ценных макро-, микро- и ультрамикроэлементов, одновременно являясь местом жительства ценных бактериальных культур;

• 10 см - слой песчано-угольно-глинистой смеси. Создаст необходимую опору для рельефа. Из-за своего состава труднопроницаем для воздуха, благодаря чему анаэробные бактерии смогут выжить в нижних слоях почвы и участвовать в круговороте уникальных элементов (цинк, сера, йод, марганец, бор, селен и др.) [9];

• 40 см - слой лёгкого почвогрунта [10] - плодородной почвы (биогумуса) с минеральными компонентами (перлит, керамзит). Обладает балансом всех макро-, микро-и ультрамикроэлементов, правильным микробиологическим составом и не содержит вредных примесей.

Основываясь на списке компонентов почвенной системы, можно рассчитать давление на боковые поверхности uBioSystem по формуле:

p=pgh,

где р- давление, Па;

р - плотность вещества, кг/м5;

д- ускорение свободного падения, м/с2;

h- высота вещества, м.

Плотность компонентов учитывалась по максимальным значениям согласно литературным источникам или измерялась самостоятельно:

• нижний слой - 3000 кг/м5 [11];

• перлит -150 кг/м5;

• керамзит - 400 кг/м5;

• песок - 2000 кг/м5 [12];

• глина - 2000 кг/м5 [13];

• лёгкий почвогрунт -142 кг/м5 [10].

В таблице 1 представлены данные по давлению каждого почвенного слоя на стенки замкнутой экосистемы.

Исходя из указанных компонентов (до 60 см в высоту) и принимая во внимание, что в расчёт не включена масса воды, животных и растений, а также модулей возвышенности, ручья и водоёма, каждая поверхность и грань uBioSystem должна выдерживать давление не менее 0,1 МПа. При известных площади (24 мг), высоте (0,6 м) и компонентном составе почвенной системы рассчитано её среднее давление на 1 м2 -107 кг.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Таблица 1 - Расчёт давления основных компонентов почвенной системы иВюЗуБгет

Компонент Плотность, кг/м3 Высота, м Давление на поверхность, Па

Камень 3000 0,05 1473

Песок 2000 0,05 982

Глина 2000 0,05 982

Почва 142 CD 558

Всего 3995

Особенности конструкции иВ1оЗу81ет

Модули боковых поверхностей иВю^^ет совмещены с осветительной системой. Светодиодные светильники вмонтированы непосредственно в стену на высоте от 0,6 до 2 м, что позволит имитировать восходящее солнце, постепенно меняя спектр освещения, выключая со временем нижние лампы и включая остальные ряды. Верхний модуль оснащён светильниками с соответствующим зениту спектром. Данная поверхность дополнительно должна быть насквозь пронизана (с сохранением герметичности внутреннего пространства) тонкими металлическими конусами. Извне к ним подводится контур охлаждения

для возможности регуляции температуры воздуха внутри замкнутой экосистемы, а на самих конусах осуществляется сбор и последующий сброс водяного конденсата (для равномерного орошения).

В ясный день уровень естественной фотосинтетически активной радиации (ФАР) возрастает на 100 мкмоль/с/мг за 30 мин до пика - около 2000 мкмоль/с/мг в полдень [14]. Основное отличие лунного света состоит в том, что он достигает максимума в красной части спектра (643 нм) в зените в ясную ночь. Таким образом, накопленные знания в области дневного и ночного освещения и описанные технологические решения позволяют реализовать солнечный и лунный циклы (рисунок 5] в замкнутой экосистеме.

2200

2000

1800

о I ьии

-О с; о 1400

^ ж 1200

1ППП

О

.а 800

О)

о 600

о_

400

200

Л I 1 ^

-пА \1

^ \ ж Ч

1_0 1_0 сэ СЭ 1-0

Т". СЧ| СЧ1 СЭ СЧ]

^ Ю О) К5 ^

'М и: <1- о V.

1_о |_о со

□ ЮОООЮЮОООООООООООООО

г-О го г-О 1_0

оо Г-О |_п

СО со СО Щ

|_о 1_0 со

см <3" ю ш

СЭ сэ сэ

1_0 1_0 1_0 СЭ 1-0

1-0 Т". Т". ГО

ОО СО СО со г^

СЭ т— Сч^ Г-О

сч] сч] сч] сч] сч]

Время

о

□ оооооооооооооооооо

С^СЭ^1"СЧ1СЭ-<1"СЧ1СЭ-<1"СЧ1СЭ-<1"СЧ1СЭ-<1"СЧ1СЭ-<1"СЧ1

СО О) О)

С-0 Г-О Г-О |_0 1-0 со

Время

550 750 950 Длина волны А, нм

в)

Рисунок 5 - Фотосинтетические циклы иВюЗуз1ет: ■ фотосинтетический цикл Солнца; б - фотосинтетический цикл Луны; в - спектральные особенности лунного света

Модуль возвышенности состоит из девяти элементов (рисунок 6), образующих трёхуровневую «горную» систему. Все они полые, но имеют жёсткий каркас из прочного металла (дюралюминий). В верхней части каждого элемента расположены отверстия, закрытые мелкозернистой сеткой. За ними находятся кулеры, которые выполняют функцию создания ветра для регуляции температуры и влажности, а также для воздушного перемещения воды и опыления растительности.

Каждый ярус покрыт натуральной смесью глины и почвы для высадки растений.

Стандартный режим работы системы обдува следующий: кулеры верхнего модуля (1,8 х 0,4 х 0,4 м) функционируют постоянно, обеспечивая тихий ветер (0,2-1,5 м/с]; кулеры среднего (1,4 х 0,4 х 0,4 м] и нижнего (1 х 0,4 х 0,4 м) ярусов включаются по мере необходимости с целью регуляции термо- и гидрорежимов, опыления, выработки лигнина для укрепления механических тканей растений (максимальный обдув 8 м/с]. Система циркуляции воды начинается с верхнего модуля возвышенности и по руслу из глины проходит через небольшие резервуары среднего и нижнего модулей в ручей (рисунок 7).

По мере спуска часть воды с помощью кулеров будет орошать ближайшие растения. Дно русла ручья заполнено грунтом для растений-реофитов и покрывается мелкоячеистой сеткой до устья. Ручей впадает в водоём (1 х 1 х 0,55 м). Устье ручья обустроено пологим берегом (из глиняно-песчаной смеси) для возможности доступа животных к воде. В нижней части водоёма предусмотрено выходное отверстие (0 0,05 м), через которое вода по системе из фильтра и шлангов подаётся к насосу, расположенному в зоне модулей возвышенности (к нему также подводится водный шланг от самой нижней части uBioSystem, где вода будет собираться естественным образом), а далее поднимается на высоту 1,8 м верхнего яруса.

Из нижней части uBioSystem и от верхнего отверстия водного шланга насоса отходят трубки для отбора проб. На этом расстоянии водный шланг расположен максимально извилисто для увеличения пути протекания воды через пористый наполнитель, в котором находятся бактерии-нитрификаторы (для биологической очистки воды). Принимая во внимание то, что многим амфибиям, рептилиям и членистоногим на определённых стадиях жизненных циклов необходим стоячий водоём, в uBioSystem предусмотрен модуль озера. Его дно выложено обожжённой глиной, на которой выстлана комплексная озёрная почва и высажены растения.

В водных системах должен присутствовать фитопланктон, в частности хлорелла, который наряду с растениями будет вырабатывать кислород. Для хлореллы и других продуцентов, а также в качестве ещё одного источника питания для животных могут быть сделаны специальные ванны на втором и третьем ярусах возвышенностей. Общий объём воды в uBioSystem составляет 200 л.

Контроль абиотических параметров в замкнутой экосистеме (температура воздуха, почвы и воды, давление, влажность воздуха и почвы) будет осуществляться с помощью непрерывно работающей метеостанции, например Davis 6345RU. Данный прибор (характеристики приведены в таблице 2), расположенный в зоне контроля uBioSystem, позволит подключить к себе два датчика влажности листвы, четыре датчика влажности почвы и четыре датчика температуры, которые можно перманентно и герметично разместить в зоне замкнутой экосистемы.

Все элементы контроля и управления uBioSystem выведены в техническую зону. С помощью метеостанции происходит мониторинг абиотических показателей в режиме реального времени, каждый час параметры среды (температура, влажность, давление и др.) фиксируются, обработка и анализ данных проводятся один раз в неделю.

Таблица 2 - Характеристики непрерывно работающей метеостанции

Измеряемый параметр Разрешение Диапазон Точность

Температура почвы и воды, °С 1 -40... -65 0,5

Влажность почвы, сантибар 1 0... 200 -

Атмосферное давление, мм рт. ст. (гПа) 0,1 (0,1) 410... 820 (540... 1100) 0,8 (1)

Температура воздуха внутри, °С 0,1 0... 60 0,5

Температура воздуха снаружи, °С 0,1 -40... +65 0,5

Температура охлаждения ветром, °С 1 -79... +57 1

Индекс жары, °С 1 -45... +74 15

Температура точки росы, °С 1 -76... +54 15

Относительная влажность воздуха внутри, % 1 0... 90 4

Относительная влажность воздуха снаружи, % 1 0... 100 4

Интенсивность выпадения осадков 0,2 мм 0... 2438 мм/ч 5 %

Количество осадков 0,2 мм 0... 2438 мм/ч Ъ%

Скорость ветра, м/с (км/ч) 0,5 (1,8) 1... 80 (3,6... 288) 5 %

Направление ветра, ° 1 0... 360 3

Интенсивность солнечного излучения, Вт/мг 1 0... 1800 5 %

Плотность потока солнечной энергии, Дж/смг 0,1 0... 2000 5 %

По результатам оценивается общее состояние экосистемы и при необходимости вносятся корректировки (например, при излишках С0г увеличивается интенсивность освещённости; при повышенной влажности регулируются температура и характеристики воздушного обдува). Освещённость и поток ветра определяются по количеству включённых ламп и кулеров. Режим дождевания/проветривания корректируется вручную исходя из полученных данных с метеостанции.

Принимая во внимание предыдущие исследования газовой среды замкнутых экосистем [15] и её взаимосвязи

с гетеротрофными обитателями почвы (мокрицы), где отмечались большие эмиссии С0г в период роста культур и наступление стабилизации лишь на 10-й месяц (рисунок 8), в иВю^^ет предусмотрен контроль газового состояния через герметично установленные полые трубки с перекрывающим вентилем. Концентрация С0г, N,0 и 0г на начальном этапе будет контролироваться ежедневно, до стабилизации параметров.

т

fmL

Рисунок 8 - Модель малой замкнутой экосистемы (а) и её обитатель - мокрица (б)

Отбор вод для анализа осуществляется через герметичную систему трубок один раз в неделю - из модулей водоёма и из нижней части водостока иВю^^ет; пробы почвы отбираются ежемесячно.

Заключение

В настоящее время земная биосфера находится под постоянно увеличивающейся антропогенной нагрузкой. Для сохранения баланса взаимоотношений человечества и среды его обитания требуется глубокое понимание естественных процессов, которое можно приобрести с помощью небольших моделей экосистем с замкнутыми циклами веществ, энергии и информации.

В предложенном проекте иВю5у81ет особое внимание уделено почве, её строению, трофической сети. Описанные модули и устройства дают возможность контролировать и при необходимости корректировать все факторы, присущие естественным экосистемам, что позволит организовать длительное изучение населяющих иВю^^ет живых организмов.

Список ОСНОВНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Чикунова, В. В. Дефицит водных ресурсов как глобальная экологическая проблема / В. В. Чикунова, Н.И. Сту-женко // Водные ресурсы - основа глобальных и региональных проектов обустройства России, Сибири и Арктики в XXI веке: материалы нац. науч.-практ. конф. с между нар. участием, Тюмень, 17-18 марта 2022 г.: сб. ст.: в2т./отв. ред. Л.В. Белова. - Тюмень: Тюмен. индустр. ун-т, 2022. - T. I - С. 93-96.

2. Слинчак, А. И. Признаки глобального экологического кризиса в России: риски, угрозы, вероятные последствия / А.И. Слинчак//Проблемы устойчивости эко-лого-хозяйственных и социально-культурных систем трансграничных регионов: материалы между нар. науч.-практ. конф., Псков, 20-21 нояб. 2014 г. - Псков: ЛОГОС Плюс, 2014. - С. 226-234.

3. Мясков, A.B. Эколого-экономические причины сокращения биоразнообразия /A.B. Мясков, Н.В. Лукьянова // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2005.- №7. -С. 186-191.

4. Юницкий, А.Э. ЭкоКосмоДом как пространство для сохранения видового разнообразия тропической и субтропической флоры /А.Э. Юницкий, В.К. Павловский, Д.В. Феофанов // Безракетная индустриализация космоса: проблемы, идеи, проекты: материалы II между-нар. науч.-техн. конф., Марьина Горка, 21 июня 2019 г. / ООО «Астроинженерные технологии»; под общ. ред.

A.Э. Юницкого. - Минск: Парадокс, 2019. - С. 153-157.

5. Berg, M.P. Temporal and Spatial Variability in Soil Food Web Structure/M.P. Berg, J. Bengtsson//Oikos. - 2007. -Vol. 116, No. 11. - P. 1789-1804.

6. Adding to 'the Enigma of Soil Animal Diversity': Fungal Feeders and Saprophagous Soil Invertebrates Prefer Similar Food Substrates/M. Maraun [et al.]//European Journal of Soil Biology. - 2003. - Vol. 39, iss. 2.-P. 85-95.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

1. Curry, J.P. Factors Affecting the Abundance of Earthworms in Soils/J.P. Curry//Earthworm Ecology/ed. CA Edwards. -2nd ed. - Boca Raton: CRC Press, 2004. - P. 91-113.

8. Николаева, Т.Г. Сохранение биоразнообразия и почвенного плодородия - основа устойчивого развития органического сельского хозяйства / Т.Г. Николаева, Б.Р. Григорьян, Л.М. Сунгатуллина // Учёные записки Казанского университета. - 2011. - Т. 153, кн. 1. -С. 136-151.

9. Агроэкология: учеб. / В.А. Черников [и др.]; под ред.

B.А. Черникова, А.И. Чекереса. - М.: Колос, 2000. - 536 с.

10. Плодородие и физико-химические показатели лёгких «космических» почвогрунтов для ЭкоКосмоДома / А.Э. Юницкий [и др.]// Безракетная индустриализация ближнего космоса: проблемы, идеи, проекты: материалы IV междунар. науч.-техн. конф., Марьина Горка, 18 сент. 2021 г. /ООО «Астроинженерные технологии», ЗАО «Струнные технологии»; под общ. ред. А.Э. Юницкого. - Минск: СтройМедиаПроект, 2022. - С. 313-328.

11. Марченко, М.В. Сравнительное исследование огнеупорных свойств доломита с использованием глины в качестве добавок/М.В. Марченко, ДА Козлов// Образование. Наука. Производство: XIII междунар. молодёж. форум, Белгород, 8-9 окт. 2021г.: сб. тр. конф. - Белгород: БГТУим. В.Г. Шухова, 2021. - С. 1857-1861.

12. Боровских, И.В. Оптимизация гранулометрического состава песка для получения высокопрочного тонкозернистого бетона/И.В. Боровских, Н.М. Морозов, В.Г.Хозин// Известия КазГАСУ. - 2008. - №2(10). - С. 121-124.

13. Алексеев, В.М. Физико-механические свойства грунтов и лабораторные методы их определения: учеб.-метод, пособие / В.М. Алексеев, П.И. Калугин. - Воронеж: ВГАСУ 2009. - 88 с.

14. Определение ключевых параметров технологического освещения для растений / А.Э. Юницкий [и др.] // Безракетная индустриализация ближнего космоса: проблемы, идеи, проекты: материалы Vмеждунар. науч.-техн. конф., Марьина Горка, 23-24 сент. 2022 г. / ООО «Астроинженерные технологии», ЗАО «Струнные технологии»; под общ. ред. А.Э. Юницкого. - Минск: СтройМедиаПроект, 2023. - С. 170-177.

15. Количественная оценка углеродного баланса сообществ автотрофов и гетеротрофов в прототипе замкнутой экосистемы/ А.М. Павлюченко [и др.]//Безракетная индустриализация ближнего космоса: проблемы, идеи, проекты: материалы Vмеждунар. науч.-техн. конф., Марьина Горка, 23-24 сент. 2022 г./ООО «Астроинженерные технологии», ЗАО «Струнные технологии»; под общ. ред. A3. Юницкого. -Минск: СтройМедиаПроект, 2023. - С. 234-241.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.