在空間站里“種菜”有什么不一樣？

小編的話：

我們經(jīng)常在網(wǎng)絡(luò)上聽到這樣的聲音：中國人的血液里仿佛流動著種菜的基因，走到哪里就想把菜種到哪里。春天是播種的季節(jié)，你瞧，田間地頭里到處都是農(nóng)民伯伯辛勤勞作的身影。抬起頭舉目向上看，嗨，航天員也在天上種菜呢！想知道航天員在空間站里怎么種菜嗎？讓我們一起來看看吧！

為什么要在太空“種菜”？

說是種菜，其實更準(zhǔn)確的說是在太空種植植物。航天員在天上種植植物主要有以下三個目的。

一是利用空間實驗室平臺，研究太空微重力等特殊環(huán)境對植物生長發(fā)育、生理生化等方面的影響。

二是為航天員提供食物、氧氣和水。植物可通過光合作用吸收航天員產(chǎn)生的二氧化碳，制造氧氣，在一定程度上凈化密閉艙室環(huán)境，獲得清新的空氣；生產(chǎn)食物，為航天員提供新鮮蔬菜水果，補(bǔ)充維生素和膳食纖維，豐富航天員食譜；此外，通過植物的蒸騰作用，還可實現(xiàn)密閉系統(tǒng)內(nèi)水的凈化，為航天員補(bǔ)充純凈的水。

三是植物可為航天員提供綠色鮮活的環(huán)境，通過照料植物可以緩解航天員壓力，正向調(diào)節(jié)航天員心理情緒。

在太空“種菜”有什么難處

太空微重力環(huán)境下種植植物有何難點？神舟十四號航天員蔡旭哲曾和大家分享在太空培育蔬菜與地面培育的不同：“我覺得最大的不一樣就是澆水比較困難，在失重環(huán)境下，水停留在根系表面，不容易深入植物根層?！?/p>

我們知道，植物正常生長必須具備適宜的光照、水分、養(yǎng)分（土壤）、溫度和空氣（氣體）等環(huán)境條件。太空微重力環(huán)境下，水分養(yǎng)分傳導(dǎo)和氣體交換等特性與地面1G 重力環(huán)境不一樣。太空微重力環(huán)境會造成在植物根系周圍形成一個邊界層，水/ 氣無法自動分離，植物必須依賴外力才能與周圍環(huán)境進(jìn)行正常物質(zhì)交換。

如果植物根部水分運動控制不好，極易造成根部水分過多而根系缺氧，或者水分過少而根系缺水。太空微重力條件下的水分供應(yīng)是否合理將直接影響植物生長介質(zhì)中的水分、氧氣分布情況，進(jìn)而影響到植物根系水分吸收和根系呼吸，也會影響礦質(zhì)養(yǎng)分的流動與供給，最終影響到植物的正常生長。因此，微重力條件下的水分養(yǎng)分供給技術(shù)是空間植物栽培的關(guān)鍵。

怎樣在太空“種菜”？

為解決微重力條件下的水分養(yǎng)分供給問題，科技工作者們開展了大量的研究工作。從研究的結(jié)果來看，利用人工基質(zhì)（可以理解為人造“土壤”）進(jìn)行培養(yǎng)是太空植物培養(yǎng)的主要方式，水分的運動主要依靠基質(zhì)顆粒的毛細(xì)作用力來進(jìn)行。栽培基質(zhì)的選擇從早期的離子交換樹脂、固態(tài)化瓊脂，到后來的巖棉、蛭石、蒙脫石、P 土、人工燒結(jié)的陶粒等，并圍繞這些基質(zhì)材料，研發(fā)了多種太空植物培養(yǎng)水分養(yǎng)分供應(yīng)系統(tǒng)，應(yīng)用到不同類型的太空植物栽培裝置中，進(jìn)行太空植物培養(yǎng)。

在中國空間站種菜，精彩多多

隨著中國空間站進(jìn)入常態(tài)化運營，航天員在軌工作生活長達(dá)半年之久，對新鮮蔬菜，以及太空綠色鮮活環(huán)境的需求增加，植物種植的面積和數(shù)量將會越來越大。

植物栽培基質(zhì)“新升級”

目前，對植物培養(yǎng)過程中產(chǎn)生的各種廢物（如根系、枯枝殘葉、廢棄基質(zhì)等）的處理，成為了科研人員需要解決的問題。太空植物栽培采用的栽培基質(zhì)大多為細(xì)小顆粒狀，盡管采用了特殊的防護(hù)措施，但還是避免不了植物栽培過程中有顆粒狀基質(zhì)脫落并漂浮在艙內(nèi)，給航天員制造了不少麻煩。

為此，科研人員設(shè)計了一種可生物降解、能重復(fù)利用的植物栽培基質(zhì)，這種基質(zhì)以塊狀結(jié)構(gòu)形式存在，不會脫落碎屑，而且具備良好的通氣、保肥和導(dǎo)水性能。

此外，科研人員還根據(jù)植物生長對礦質(zhì)養(yǎng)分的需求特性規(guī)律預(yù)先在材料中添加了一定量的緩釋肥料，這樣就不需要在植物生長過程中再進(jìn)行添加肥料等操作，可大大降低太空植物栽培管理的復(fù)雜性，也較好地解決了太空環(huán)境下植物栽培過程中根系的水分供給、養(yǎng)分供給和通氣等技術(shù)難題。

植物栽培裝置“新設(shè)計”

中國航天員科研訓(xùn)練中心科研人員基于“新升級”的栽培基質(zhì)，設(shè)計了一種模塊化的簡易太空植物栽培裝置（可以理解為“小花盆”），采用開放式結(jié)構(gòu)，航天員可以與植物隨時親密接觸。植物生長所需要二氧化碳、溫濕度和氧氣等氣體環(huán)境，和艙內(nèi)航天員基本一致，植物種植操作簡單，便于照料。航天員還可按個人喜好將該裝置任意擺放在艙內(nèi)有光照的地方，為自己的工作生活環(huán)境增添一抹綠意，還能呼吸植物釋放的新鮮氧氣，起到心理調(diào)劑作用。

神舟十四號航天員乘組在軌期間，利用該裝置成功栽培了生菜、小麥和矮桿番茄等植物，驗證了利用這種“新”栽培基質(zhì)的空間植物培養(yǎng)技術(shù)。盡管該裝置沒有專門配備植物光照系統(tǒng)，僅僅利用艙內(nèi)照明光源，但種植的三種植物都完成了發(fā)芽、生長發(fā)育等過程。神舟十四號航天員乘組還收獲了新鮮生菜，首次實現(xiàn)了在軌食用。

“天宮種菜夢”已經(jīng)夢想成真。據(jù)說，科研人員正在抓緊研制功能更強(qiáng)大的太空植物栽培裝備。相信在不久的將來，航天員能在空間站上種出品種豐富的“太空菜園”，在天上也能實現(xiàn)“蔬菜水果自由”！

（本文摘編自“中國載人航天”微信公眾號）