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。為什么要在太空種植果蔬類作物？太空蔬菜種在哪里？哪些蔬菜已實現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。各國航天機構先后在太空中利用不同栽培技術和方式栽培了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，并進行植物栽培技術和食用安全性評價，實現了航天員在軌食用自己培養(yǎng)的新鮮蔬菜。
△國際空間站上進行蔬菜種植的設備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問題，還可以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。我國曾先后利用衛(wèi)星、神舟飛船和空間實驗室，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驗研究。在地面實驗研究的基礎上，利用天宮二號開展了萵苣在軌生長實驗，驗證了空間水分和養(yǎng)分供應等植物培養(yǎng)技術，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。
△航天員陳冬在天宮二號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證了植物再生基質培養(yǎng)技術，先后在軌培養(yǎng)了生菜、櫻桃番茄和小麥等植物。
△中國空間站內培養(yǎng)的小麥
打造“太空菜園”
給綠色植株建一個家
中國空間站的空間植物栽培裝置（SVCF）是通過再生栽培基質的篩選和制備、水分/養(yǎng)分主動供應、LED光環(huán)境調控、功能單元的模塊化設計與研制，以及系統(tǒng)集成與調試、植物全周期栽培驗證等步驟研制完成的。
△空間植物栽培裝置（SVCF）
再生栽培基質的篩選和制備
果蔬培養(yǎng)的栽培基質采用了植物不可食部分發(fā)酵而成的再生基質，具有良好的吸水性能、外形可根據需求塑造、換茬時易取出且不成碎屑的特點。
△再生基質塊
通過栽培實驗結果表明，再生基質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，在導水材料與植物根系之間有效傳遞水分，存儲并按需釋放果蔬植物需要的養(yǎng)分，為其提供足量的氧氣。
△再生基質培養(yǎng)的生菜和番茄
水分/養(yǎng)分主動供應
在水分供應方面，SVCF的水分供應路徑為供水袋→供水泵→供水盤→栽培杯→導水介質→基質塊→植物根系。其中，供水袋→栽培杯通過供水泵主動供應，栽培杯→植物根系則通過毛細力傳輸。同時，采用吸水材料、棉繩和栽培基質三級導水結構有效導水，保證根系能接觸到足夠空氣。
△水分供應路徑
在養(yǎng)分供應方面，科研人員基于幾種果蔬植物養(yǎng)分需求特性和數量，按滿足果蔬一個連續(xù)采收模式下（種植60天）添加肥料量。
△控釋肥
LED光環(huán)境調控
植物對可見光的吸收主要在紅光和藍光區(qū)域。SVCF的燈板組件可提供植物生長所需的光照，采用紅、藍、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，同時提高了能源的利用率。紅光和藍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)揮其他單色光的調控作用。
△LED光源
功能單元模塊化設計與研制
SVCF系統(tǒng)組成主要由光照通風模塊（燈板組件、通風風扇組件）、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
光照通風模塊
可為植物生長提供光質、光強和光周期，同時能夠通風散熱，促進栽培區(qū)內外空氣循環(huán)。
生長模塊
位于光照通風模塊和栽培盤之間，用于調節(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構支撐與生長空間、充足的水分和養(yǎng)分等。
測量模塊
用于測量栽培基質環(huán)境和大氣環(huán)境參數，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中的含水量、電導率和溫度參數，以此作為基質中水分、養(yǎng)分狀況的參考和依據；二氧化碳測量儀主要在通風停止并關閉各個對外接口時，測量密閉栽培室內大氣中的二氧化碳濃度，以此計算一定時間內植株的光合速率。
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)管理包括基質塊裝填、水分供應、播種、間苗、定植、追肥、授粉（番茄），以及植物換茬培養(yǎng)相關的基質撤收等工作。
△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驗艙，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”）的栽培實驗，實現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，并通過鮮活的綠色環(huán)境和適度的植物栽培操作，調節(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，櫻桃番茄果實收獲后進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，并與在軌培養(yǎng)的第一代櫻桃番茄進行了對比分析。
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)技術的驗證和生產奠定了重要技術基礎。隨著在軌植物栽培技術的不斷進步，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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