春天，萬物初萌、生機勃勃，那一抹綠象征著希望和未來。你知道嗎？“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？航天員又是如何澆水施肥的呢？今天我們一同了解。

△航天員蔡旭哲同地面人員分享生菜生長情況

(資料圖片僅供參考)

太空種植植物的目的

太空種植植物，主要有以下三個目的：

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

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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生的二氧化碳，生產氧氣，可一定程度上凈化密閉艙室環境，獲得清新的空氣；生產食物，為航天員提供新鮮蔬菜水果，補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，還可實現密閉系統內水的凈化，為航天員補充純凈的水。植物的這種生產功能對建立自給自足、高物質閉合度的地外生命保障系統具有非常重要的作用，可大大降低長期載人飛行任務的后勤物資供應成本，科研人員已開展以植物為核心部件的地外生命保障系統研究工作。

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三是植物可為航天員提供綠色鮮活的環境，通過照料植物可以緩解航天員壓力，正向調節航天員心理情緒。

△航天員蔡旭哲給植物澆水

太空“種菜”有何難點？

太空微重力環境下種植植物有何難點？在神舟十四號航天員乘組返回75天后首次公開亮相的記者見面會上，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：“我覺得最大的不一樣就是澆水比較困難，在失重環境下，水停留在根系表面，不容易深入植物根層。”

我們知道，植物正常生長必須具備適宜的光照、水分、養分（土壤）、溫度和空氣（氣體）等環境條件。太空微重力環境下，水分養分傳導和氣體交換等特性與地面1G重力環境不一樣。太空微重力環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境進行正常物質交換。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是否合理將直接影響植物生長介質中的水分、氧氣分布情況，進而影響到植物根系水分吸收和根系呼吸，也會影響礦質養分的流動與供給，最終影響到植物的正常生長。因此，微重力條件下的水分養分供給技術是空間植物栽培的關鍵。

△“神十四”任務期間生菜在軌生長情況

如何實現太空“種菜”？

為解決微重力條件下的水分養分供給問題，科技工作者們開展了大量的研究工作。從研究的結果來看，利用人工基質進行培養是太空植物培養的主要方式，水分的運動主要依靠基質顆粒的毛細作用力來進行。栽培基質的選擇從早期的離子交換樹脂、固態化瓊脂，到后來的巖棉、蛭石、蒙脫石、P土、人工燒結的陶粒等，并圍繞這些基質材料，研發了多種太空植物培養水分養分供應系統，應用到不同類型的太空植物栽培裝置中，進行太空植物培養。

我國科研人員針對太空植物培養，也開展了大量研究工作。

△在“天宮二號”種菜時使用的基質材料

天宮二號空間實驗室階段

中國航天員科研訓練中心研發了空間植物培養裝置，并于2016年在“天宮二號”成功進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，當時并沒有讓航天員在軌食用，而是將植物采樣帶回進行生物安全性檢測。

△航天員景海鵬在“天宮二號”進行生菜培養試驗

△航天員陳冬在“天宮二號”介紹太空中的植物栽培情況

空間站階段

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

植物栽培基質“新升級”

在新的情況下，對植物培養過程中產生的各種廢物（如根系、枯枝殘葉、廢棄基質等）的處理，成了科研人員需要解決的問題。

目前太空植物栽培采用的栽培基質大多為細小顆粒狀，盡管采用了特殊的防護措施，但還是避免不了植物栽培過程中有顆粒狀基質脫落并飄浮在艙內，給航天員制造了不少麻煩。為此，科研人員在開展廢棄物處理與植物培養再利用的相關研究基礎上，設計了一種可生物降解、能重復利用的植物栽培基質，這種基質以塊狀結構形式存在，不會脫落碎屑，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對礦質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過程中再進行添加肥料等操作，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境下植物栽培過程中根系的水分供給、養分供給和通氣等技術難題。

△“天宮課堂”中展示的“太空菜園”

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，設計了一種模塊化的簡易太空植物栽培裝置，采用開放式結構，擺脫了此前使用的“大裝置”形式，航天員可以與植物隨時親密接觸。植物生長所需要的二氧化碳、溫濕度和氧氣等氣體環境，和艙內航天員基本一致，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有光照的地方，為自己的工作生活環境增添一抹綠意，還能呼吸植物釋放的新鮮氧氣，起到心理調劑作用。

△問天艙里生長的小麥

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、小麥和矮稈番茄等植物，驗證了利用這種“新”栽培基質的空間植物培養技術。盡管該裝置沒有專門配備植物光照系統，僅僅利用艙內照明光源，但種植的三種植物都完成了發芽、生長發育等過程。神舟十四號航天員乘組還收獲了新鮮生菜，首次實現了在軌食用。

△矮稈番茄在軌生長情況

△2022年中秋節“神十四”乘組食用在軌種植的生菜

“天宮種菜夢”已經實現，目前，科研人員正基于“神十四”任務試驗結果，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多的鮮食蔬菜水果。期待在不久的將來，航天員能在空間站上種植收獲更加多樣化的蔬菜水果，豐富在軌食譜。

未來，期待更多的“綠色”豐富“太空菜園”！

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