“種菜”不僅僅是在田間巷陌，也曾出現在“天宮二號”，到了神舟十四號任務(wù)期間，航天員在“太空之家”種植的生菜還豐富了航天員的在軌食譜。太空種植植物有何難點(diǎn)？航天員又是如何澆水施肥的呢？
太空種植植物的目的
(相關(guān)資料圖)
太空種植植物，主要有以下三個(gè)目的。一是利用空間實(shí)驗室平臺，研究太空微重力等特殊環(huán)境對植物生長(cháng)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(guò)光合作用得到清新的空氣；生產(chǎn)食物，為航天員提供新鮮蔬菜水果，補充維生素和膳食纖維等。三是植物可為航天員提供綠色鮮活的環(huán)境，通過(guò)照料植物可以緩解航天員壓力，正向調節航天員心理情緒。
太空“種菜”有何難點(diǎn)
太空微重力環(huán)境下種植植物有何難點(diǎn)？在神舟十四號航天員乘組返回75天后首次公開(kāi)亮相的記者見(jiàn)面會(huì )上，航天員蔡旭哲就曾和大家分享在太空培育蔬菜與地面培育的不同：“我覺(jué)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(cháng)必須具備適宜的光照、水分、養分（土壤)、溫度和空氣（氣體)等環(huán)境條件。太空微重力環(huán)境下，水分養分傳導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(huì )造成在植物根系周?chē)纬梢粋€(gè)邊界層，水/氣無(wú)法自動(dòng)分離，植物必須依賴(lài)外力才能與周?chē)h(huán)境進(jìn)行正常物質(zhì)交換。如果植物根部水分運動(dòng)控制不好，極易造成根部水分過(guò)多而根系缺氧，或者水分過(guò)少而根系缺水。
太空微重力條件下的水分供應是否合理將直接影響植物生長(cháng)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(huì )影響礦質(zhì)養分的流動(dòng)與供給，最終影響到植物的正常生長(cháng)。因此，微重力條件下的水分養分供給技術(shù)是空間植物栽培的關(guān)鍵。
如何實(shí)現太空“種菜”
為解決微重力條件下的水分養分供給問(wèn)題，科技工作者們開(kāi)展了大量的研究工作。從研究的結果來(lái)看，利用人工基質(zhì)進(jìn)行培養是太空植物培養的主要方式，水分的運動(dòng)主要依靠基質(zhì)顆粒的毛細作用力來(lái)進(jìn)行。栽培基質(zhì)的選擇從早期的離子交換樹(shù)脂、固態(tài)化瓊脂，到后來(lái)的巖棉、蛭石、蒙脫石、P土、人工燒結的陶粒等，并圍繞這些基質(zhì)材料，研發(fā)了多種太空植物培養水分養分供應系統，應用到不同類(lèi)型的太空植物栽培裝置中，進(jìn)行太空植物培養。
我國科研人員針對太空植物培養，也開(kāi)展了大量研究工作。中國航天員科研訓練中心研發(fā)了空間植物培養裝置，并于2016年在“天宮二號”成功進(jìn)行了生菜的在軌培養試驗。這次是我國首次在太空人工栽培蔬菜，當時(shí)并沒(méi)有讓航天員在軌食用，而是將植物采樣帶回進(jìn)行生物安全性檢測。
隨著(zhù)中國空間站進(jìn)入常態(tài)化運營(yíng)，航天員在軌工作生活長(cháng)達半年之久，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量將會(huì )越來(lái)越大。
●植物栽培基質(zhì)“新升級”在新的情況下，對植物培養過(guò)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(wèn)題。
目前太空植物栽培采用的栽培基質(zhì)大多為細小顆粒狀，盡管采用了特殊的防護措施，但還是避免不了植物栽培過(guò)程中有顆粒狀基質(zhì)脫落并漂浮在艙內，給航天員制造了不少麻煩。
為此，科研人員在開(kāi)展廢棄物處理與植物培養再利用的相關(guān)研究基礎上，設計了一種可生物降解、能重復利用的植物栽培基質(zhì)，這種基質(zhì)以塊狀結構形式存在，不會(huì )脫落碎屑，而且具備良好的通氣、保肥和導水性能。
此外，科研人員還根據植物生長(cháng)對礦質(zhì)養分的需求特性規律預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(cháng)過(guò)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雜性，也較好地解決了太空環(huán)境下植物栽培過(guò)程中根系的水分供給、養分供給和通氣等技術(shù)難題。
●植物栽培裝置“新設計”中國航天員科研訓練中心科研人員基于“新升級”的栽培基質(zhì)，設計了一種模塊化的簡(jiǎn)易太空植物栽培裝置，采用開(kāi)放式結構，擺脫了此前使用的“大裝置”形式，航天員可以與植物隨時(shí)親密接觸。植物生長(cháng)所需要的二氧化碳、溫濕度和氧氣等氣體環(huán)境，和艙內航天員基本一致，植物種植操作簡(jiǎn)單，便于照料。
航天員還可按個(gè)人喜好將該裝置任意擺放在艙內有光照的地方，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)的空間植物培養技術(shù)。盡管該裝置沒(méi)有專(zhuān)門(mén)配備植物光照系統，僅僅利用艙內照明光源，但種植的三種植物都完成了發(fā)芽、生長(cháng)發(fā)育等過(guò)程。神舟十四號航天員乘組還收獲了新鮮生菜，首次實(shí)現了在軌食用。
“天宮種菜夢(mèng)”已經(jīng)實(shí)現。目前，科研人員正基于“神十四”任務(wù)試驗結果，抓緊研制功能更加強大的太空植物栽培裝備，以便為航天員提供更加多樣化的蔬菜水果，豐富在軌食譜。未來(lái)，期待更多的“綠色”豐富“太空菜園”！
□作者 艾為黨 （中國航天員科研訓練中心）
標簽：
營(yíng)業(yè)執照公示信息