今天是植樹節(jié)，在地球上，我們通過植樹造林為地球增添綠意，而在中國空間站，航天員也在努力打造“太空菜園”，為“太空之家”增添一抹生機(jī)。為什么要在太空種植果蔬類作物？太空蔬菜種在哪里？哪些蔬菜已實(shí)現(xiàn)航天員自主種植與食用？今天，我們一探究竟。
太空種菜：既能吃
還能提供“情緒價(jià)值”
空間植物在受控生態(tài)生保系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，可以提供食物、氧氣和凈水，吸收二氧化碳，凈化環(huán)境并緩解航天員的心理壓力。各國航天機(jī)構(gòu)先后在太空中利用不同栽培技術(shù)和方式栽培了40多種植物，廣泛開展了空間微重力環(huán)境下的植物生長特性研究，并進(jìn)行植物栽培技術(shù)和食用安全性評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)了航天員在軌食用自己培養(yǎng)的新鮮蔬菜。
△國際空間站上進(jìn)行蔬菜種植的設(shè)備Veggie
△國際空間站中種植出來的辣椒
在太空種植作物，不僅可以解決航天員的食物供應(yīng)問題，還可以研究太空微重力等特殊環(huán)境對(duì)植物生長發(fā)育、生理生化等方面的影響。我國曾先后利用衛(wèi)星、神舟飛船和空間實(shí)驗(yàn)室，搭載了不同植物培養(yǎng)裝置，開展了蘿卜種子萌發(fā)，番茄和青菜開花，擬南芥和水稻開花等實(shí)驗(yàn)研究。在地面實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，利用天宮二號(hào)開展了萵苣在軌生長實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了空間水分和養(yǎng)分供應(yīng)等植物培養(yǎng)技術(shù)，為后續(xù)開展基于食物再生的空間植物培養(yǎng)奠定了重要基礎(chǔ)。
△航天員陳冬在天宮二號(hào)介紹太空中的植物栽培情況
2022年，科研人員在中國空間站驗(yàn)證了植物再生基質(zhì)培養(yǎng)技術(shù)，先后在軌培養(yǎng)了生菜、櫻桃番茄和小麥等植物。
△中國空間站內(nèi)培養(yǎng)的小麥
打造“太空菜園”
給綠色植株建一個(gè)家
中國空間站的空間植物栽培裝置（SVCF）是通過再生栽培基質(zhì)的篩選和制備、水分/養(yǎng)分主動(dòng)供應(yīng)、LED光環(huán)境調(diào)控、功能單元的模塊化設(shè)計(jì)與研制，以及系統(tǒng)集成與調(diào)試、植物全周期栽培驗(yàn)證等步驟研制完成的。
△空間植物栽培裝置（SVCF）
再生栽培基質(zhì)的篩選和制備
果蔬培養(yǎng)的栽培基質(zhì)采用了植物不可食部分發(fā)酵而成的再生基質(zhì)，具有良好的吸水性能、外形可根據(jù)需求塑造、換茬時(shí)易取出且不成碎屑的特點(diǎn)。
△再生基質(zhì)塊
通過栽培實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，再生基質(zhì)可以滿足不同類植物根系的生長需求，有效容納并支撐根系，在導(dǎo)水材料與植物根系之間有效傳遞水分，存儲(chǔ)并按需釋放果蔬植物需要的養(yǎng)分，為其提供足量的氧氣。
△再生基質(zhì)培養(yǎng)的生菜和番茄
水分/養(yǎng)分主動(dòng)供應(yīng)
在水分供應(yīng)方面，SVCF的水分供應(yīng)路徑為供水袋→供水泵→供水盤→栽培杯→導(dǎo)水介質(zhì)→基質(zhì)塊→植物根系。其中，供水袋→栽培杯通過供水泵主動(dòng)供應(yīng)，栽培杯→植物根系則通過毛細(xì)力傳輸。同時(shí)，采用吸水材料、棉繩和栽培基質(zhì)三級(jí)導(dǎo)水結(jié)構(gòu)有效導(dǎo)水，保證根系能接觸到足夠空氣。
△水分供應(yīng)路徑
在養(yǎng)分供應(yīng)方面，科研人員基于幾種果蔬植物養(yǎng)分需求特性和數(shù)量，按滿足果蔬一個(gè)連續(xù)采收模式下（種植60天）添加肥料量。
△控釋肥
LED光環(huán)境調(diào)控
植物對(duì)可見光的吸收主要在紅光和藍(lán)光區(qū)域。SVCF的燈板組件可提供植物生長所需的光照，采用紅、藍(lán)、白三種顏色LED燈珠，滿足了幾種果蔬類植物生長發(fā)育需求，同時(shí)提高了能源的利用率。紅光和藍(lán)光作為光合作用的能量來源，白光包含全波段可見光，可發(fā)揮其他單色光的調(diào)控作用。
△LED光源
功能單元模塊化設(shè)計(jì)與研制
SVCF系統(tǒng)組成主要由光照通風(fēng)模塊（燈板組件、通風(fēng)風(fēng)扇組件）、生長模塊（升降桿組件、遮光簾組件）、栽培盤模塊（栽培杯組件、供水盤組件等）和測量模塊組成。
△SVCF系統(tǒng)組成
光照通風(fēng)模塊
可為植物生長提供光質(zhì)、光強(qiáng)和光周期，同時(shí)能夠通風(fēng)散熱，促進(jìn)栽培區(qū)內(nèi)外空氣循環(huán)。
生長模塊
位于光照通風(fēng)模塊和栽培盤之間，用于調(diào)節(jié)植物和LED燈之間的距離，并為植物提供一定的封閉空間，維持一定的溫濕度。
栽培盤模塊
用于提供植物根系所需的結(jié)構(gòu)支撐與生長空間、充足的水分和養(yǎng)分等。
測量模塊
用于測量栽培基質(zhì)環(huán)境和大氣環(huán)境參數(shù)，主要由水分測量儀和二氧化碳測量儀組成，水分測量儀主要測量栽培基質(zhì)中的含水量、電導(dǎo)率和溫度參數(shù)，以此作為基質(zhì)中水分、養(yǎng)分狀況的參考和依據(jù)；二氧化碳測量儀主要在通風(fēng)停止并關(guān)閉各個(gè)對(duì)外接口時(shí)，測量密閉栽培室內(nèi)大氣中的二氧化碳濃度，以此計(jì)算一定時(shí)間內(nèi)植株的光合速率。
收獲頗豐、碩果累累的
“太空菜園”
在軌植物栽培操作主要包括裝置在軌組裝與調(diào)試、植物培養(yǎng)管理、果蔬采摘和樣品采集等。植物培養(yǎng)管理包括基質(zhì)塊裝填、水分供應(yīng)、播種、間苗、定植、追肥、授粉（番茄），以及植物換茬培養(yǎng)相關(guān)的基質(zhì)撤收等工作。
△航天員乘組在軌給植株澆水
目前，中國航天員已將SVCF安裝于空間站問天實(shí)驗(yàn)艙，并在軌開展了3種生菜（“生菜王”“紅葉”“美羅”）和1種櫻桃番茄（“紅蕾”）的栽培實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了從種子播種到收獲的全周期培養(yǎng)，植株生長良好。
△“生菜王”生菜
△“紅葉”和“美羅”生菜
△“紅蕾”櫻桃番茄
航天員乘組全程參與生菜和櫻桃番茄的培養(yǎng)與管理，采摘并食用了生菜葉片和櫻桃番茄果實(shí)，并通過鮮活的綠色環(huán)境和適度的植物栽培操作，調(diào)節(jié)了自身情緒和心理狀態(tài)。
△航天員乘組在軌采摘并食用生菜
此外，櫻桃番茄果實(shí)收獲后進(jìn)行留種并隨飛船下行，在地面開展了櫻桃番茄種子第二代培養(yǎng)試驗(yàn)，并與在軌培養(yǎng)的第一代櫻桃番茄進(jìn)行了對(duì)比分析。
中國空間站的“太空菜園”不僅為航天員提供了新鮮的食物，更為后續(xù)持續(xù)開展多類果蔬在軌培養(yǎng)技術(shù)的驗(yàn)證和生產(chǎn)奠定了重要技術(shù)基礎(chǔ)。隨著在軌植物栽培技術(shù)的不斷進(jìn)步，未來航天員乘組的太空生活將更加綠意盎然，“植”得期待！
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