在宇宙里種菜有多難?按科幻片里的時(shí)間軸寫部太空農(nóng)業(yè)簡(jiǎn)史，大概會(huì)長(zhǎng)這樣：
2035年，好萊塢科幻巨制《火星救援》，宇航員馬克·沃特尼自制的蔬菜大棚漏氣爆炸，土豆在火星上滅絕。
2057年，災(zāi)難科幻片《太陽浩劫》，伊卡洛斯2號(hào)途徑水星時(shí)，植物倉(cāng)失火，飛船氧氣余量告急。
2061年，美國(guó)國(guó)家地理拍攝的科幻紀(jì)錄片《火星時(shí)代》，因基地遭遇火星沙暴，植物學(xué)家保羅博士精心照料的小麥死于電力不足。
很久很久之后(年代不可考)，老牌環(huán)保主義電影《宇宙靜悄悄》，地球環(huán)境惡化，宇航員洛厄爾將人類最后一片綠洲送進(jìn)深空。
電影《火星救援》中，宇航員馬克·沃特尼在火星上種植土豆。
關(guān)于未來農(nóng)業(yè)的想象總是十分美好：漂浮在海洋和天空的城市里，枝葉在透明穹頂下肆意生長(zhǎng)，水上世界風(fēng)格的植物工廠遍布異星荒原。然而，在太空里當(dāng)農(nóng)夫是件倒霉差事。除了進(jìn)取號(hào)上的紅衫軍，植物學(xué)家也是宇宙里的高危職業(yè)。密閉環(huán)境里的種植關(guān)乎食物供給、水氧循環(huán)、空間分配和成員的心理健康，還會(huì)因?yàn)楦鞣N稀奇古怪的理由而引發(fā)意外，比如溫室漏氣、連日沙暴、運(yùn)費(fèi)過高，或者僅僅是，嗯，宇航員排便過多。
自制一份合格、適口、健康無毒的太空口糧，都需要注意什么?鑒于以下知識(shí)會(huì)幫你的曾曾曾曾孫女在外星活下來，我們強(qiáng)烈建議你從頭到尾仔細(xì)閱讀。
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人造光源：淡粉色的太陽
在由植物所和福建三安集團(tuán)共建的中科生物植物工廠內(nèi)，燈光神似80年代街機(jī)廳——藍(lán)、紅、綠色的LED發(fā)光二極管以某種規(guī)律排列，把生菜葉上每一根絨毛照得清清楚楚。長(zhǎng)久以來，科幻小說營(yíng)造了一種錯(cuò)覺：光源比氧氣和水更好解決?！痘鹦蔷仍返淖髡甙驳稀ね栐谛≌f原著中寫道，火星棲息艙內(nèi)的照明足以為土豆提供“大量日光”。但其實(shí)，白熾燈、熒光燈這些常見光源的光譜很雜，轉(zhuǎn)化率低。換句話說，就是費(fèi)電。
植物的生物量90%來源于光合作用，但植物并不是吸收所有的光：它們更青睞可見光的藍(lán)色和紅色部分，比例超過60%，因此，適當(dāng)比例的紅藍(lán)復(fù)合光就能滿足基本的生長(zhǎng)需求。至于紅外、紫外光，就算沒有也不造成損失。
傳統(tǒng)認(rèn)為溫度和二氧化碳是影響植物產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)鍵，但調(diào)節(jié)光源效率更高。上世紀(jì)80年代后期，NASA(美國(guó)宇航局)首次采用LED充當(dāng)光源。他們?cè)诘谝慌鷾y(cè)試中用紅色LED照射小麥，但長(zhǎng)出的麥子細(xì)得離譜，而且像漂白了一樣。后來實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，添加藍(lán)光可以糾正這個(gè)問題，綠光雖然沒什么用，但能保證蔬菜賣相良好。如今，世界上多數(shù)植物工廠——NASA的Veggie計(jì)劃，日本千葉大學(xué)的未來植物工廠和我國(guó)中科生物的植物工廠——都采用紅、藍(lán)、綠三色LED照明，其復(fù)合光線呈淡粉色。
在粉紅色燈光下生長(zhǎng)的萵苣。
但是植物所的“光配方”技術(shù)更進(jìn)一步，為不同蔬菜和生長(zhǎng)階段配置了不同光譜。紅光在萵苣生長(zhǎng)后期可加快成熟，藍(lán)光可顯著提高豌豆幼苗的植株鮮重和葉綠素含量，對(duì)其他植物完全相反——藍(lán)紫光有利于紫葉或紅葉生菜著色，國(guó)際空間站上的宇航員吃的就是那種紫得發(fā)瘋的羅馬萵苣，另一邊，照射特種藥用植物的LED是白光+橙光。培養(yǎng)室一片凈白，發(fā)光二極管制造著霓虹大爆炸，假如未來的人造太陽都這么迷幻，唔，不聽迪斯科真有點(diǎn)不對(duì)勁(《火星救援》電影里，馬克·沃特尼被困火星兩年，唯一的解悶工具只有隊(duì)長(zhǎng)劉易斯留下的迪斯科舞曲)。
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人造土壤：只送粉末
中科生物植物工廠的門口立著一臺(tái)頗有《大都會(huì)》遺風(fēng)的金屬“洗眼器”。首次參觀的人大多會(huì)一路納悶這臺(tái)古怪儀器的用途，直到進(jìn)入培養(yǎng)室內(nèi)部——工作人員抬起栽培面板，展示淺槽里潺潺流動(dòng)的營(yíng)養(yǎng)液，解釋如何用洗眼器對(duì)付不慎濺到臉上的液體。
早在二戰(zhàn)期間，美軍就開始以砂礫培(砂礫為固定基質(zhì)，加入營(yíng)養(yǎng)液提供養(yǎng)分)生產(chǎn)蔬菜，之后無土栽培技術(shù)被英國(guó)農(nóng)業(yè)部采用，用于解決駐外英軍的蔬菜供應(yīng)問題?？茖W(xué)家預(yù)見了無土栽培(又稱水培)的未來，國(guó)際空間站的宇航員將塞滿粒狀基質(zhì)的“枕頭”浸滿培養(yǎng)液，解決失重或微重力環(huán)境下液體流動(dòng)的問題，中國(guó)南極科考站曾經(jīng)成功水培辣椒，中科生物植物工廠80%的模組都被水培生菜、白菜和冰菜占領(lǐng)，它們生長(zhǎng)周期短，最快20天收獲，是傳統(tǒng)栽培法耗時(shí)的一半，干凈到可以揪下來生吃。
對(duì)于太空栽培，很多人主張就地取材，將火星土壤改良為盆栽土，或者從地球帶土——現(xiàn)實(shí)中，荷蘭瓦赫寧根大學(xué)從NASA買了一批模擬的火星和月球土壤，改良后，種出的胡蘿卜長(zhǎng)勢(shì)良好。不過，為火星殖民地的常駐人口提供卡路里是一回事，在短期飛船上改善伙食又是另一回事，假如宇航員只是嘴饞想吃口拌菜，培養(yǎng)液的便利不言而喻：水肥一體，不勞您吭哧吭哧澆水施糞。
不過國(guó)際空間站的項(xiàng)目科學(xué)家霍華德·萊文(Howard Levine)表示，目前近地軌道的運(yùn)費(fèi)是每磅約1萬美元，把液體帶上太空劃算嗎?中科院專家給出的解決辦法是：只送配置好的營(yíng)養(yǎng)液原料粉末?！爸参锏牡脑拣B(yǎng)分來自礦物質(zhì)，基本就那么幾類，培養(yǎng)液很好調(diào)配，這種植物模組的應(yīng)用方向是大眾化?！备＝ㄖ锌粕锕煞萦邢薰镜目偨?jīng)理占卓說。
水培生菜
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空氣調(diào)節(jié)：ALERT ! 二氧化碳告急
假如你聞過國(guó)際空間站里的空氣，就知道長(zhǎng)期的太空生活并不好受——很久沒洗澡的宇航員在金屬通道里飄來飄去，大家擠成一團(tuán)，空氣混濁，如同你宅了一個(gè)星期不開窗通風(fēng)的臥室。不過，這對(duì)植物來說是個(gè)好消息。
像照明質(zhì)量一樣，二氧化碳成分是地外栽培又一個(gè)容易被忽略的問題。研究表明，適量增加二氧化碳濃度，植物就會(huì)加強(qiáng)光合作用，光能利用率顯著提高。在葉用萵苣植物廠區(qū)，空氣過濾裝置24小時(shí)不間斷運(yùn)轉(zhuǎn)，墻上的一面液晶監(jiān)控器顯示，二氧化碳濃度根據(jù)不同植物的需求，被控制在了400～1200ppm之間(二氧化碳濃度過量也不行)。地球大氣中的二氧化碳含量一般占總體積的0.033%，2013年世界氣象組織的數(shù)據(jù)顯示，其日均濃度已經(jīng)超過400ppm的闕值。對(duì)植物光合作用來說，這才剛剛夠用。
地球的空氣并不完美，但封閉的太空艙內(nèi)，永遠(yuǎn)不愁沒有過量的二氧化碳：國(guó)際空間站里的空氣成分接近地球，氧氣含量為20-24%，大部分是氮，甲烷(屁)、二氧化碳和氫氣占比極少，但0.4%的二氧化碳含量已接近地球平均水平的10倍。一些體質(zhì)敏感的宇航員因此遭遇了嚴(yán)重的副作用：頭痛、焦慮，時(shí)不時(shí)就要去通風(fēng)口吹一吹。NASA一直為此糾結(jié)，到底是培養(yǎng)高抗二氧化碳的忍者宇航員，還是制造超重型二氧化碳清除器?反正兩個(gè)都得花大錢，也許還是種菜更經(jīng)濟(jì)劃算。
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為了太空的育種，為了更少的便便
傳統(tǒng)意義上的太空育種，是為了在地面種植出更好的作物，讓種子去太空溜達(dá)一圈，沐浴在高輻射、失重的環(huán)境下，誘發(fā)基因變異。但很多科學(xué)家正在轉(zhuǎn)變思路，認(rèn)為應(yīng)該在地面上進(jìn)行種子改良，應(yīng)對(duì)人類在密閉環(huán)境中遇到的特殊問題，比如空間小、缺鉀、便便過多。
“為了太空的育種”，其終極目標(biāo)是創(chuàng)造再生系統(tǒng)，在空間站、殖民地上持續(xù)種植作物。因此，經(jīng)濟(jì)高效、出土即食的作物最受歡迎，萵苣類植物首當(dāng)其沖。在轉(zhuǎn)化效率上，土豆和小麥都不是最好的選擇，因?yàn)樗鼈兪斋@周期很長(zhǎng)，而且需要烹飪處理——現(xiàn)階段，宇航局肯定不許帶鍋上天。
選種番茄、辣椒、豌豆這些小矮個(gè)兒，旨在節(jié)省空間。關(guān)于這一點(diǎn)，中科院植物所正在培育更矮的木本植物(目前只有桃樹)，以便提高空間利用率。
宇航員的健康也不容忽視。大航海時(shí)代的船員因?yàn)槿狈S生素而飽受壞血病折磨，直到庫(kù)克船長(zhǎng)用橘子解決了這個(gè)問題。無獨(dú)有偶，阿波羅15號(hào)宇航員曾因食物缺鉀而心率失調(diào)，嚇得NASA趕緊在食譜上增加了多鉀果汁。從古到今，遠(yuǎn)航者的飲食結(jié)構(gòu)都異于常人。鑒于光配方可以調(diào)節(jié)植物中的微量元素，通過特殊照射，讓專供腎病患者食用的蔬菜鉀含量更少。針對(duì)宇航員的多鉀生菜也許是下一個(gè)目標(biāo)。
最后，食物導(dǎo)致的人體殘?jiān)埠苤匾?。NASA對(duì)人體排泄物一向十分苛刻，為了阻止宇航員放屁，曾把豆類食品劃進(jìn)黑名單。那么，吃啥能減少排便量呢?動(dòng)物蛋白和淀粉都排在果蔬前面。但由于土豆收獲周期長(zhǎng)，太空養(yǎng)雞業(yè)遙遙無期，便秘的宇航員又不好找，栽種減少便便的作物迫在眉睫——便便雖好，也要分場(chǎng)合，它雖然救過馬克·沃特尼的命，但很難在太空艙內(nèi)再生成為食物(化學(xué)家稱，糞便其實(shí)可以水解成碳，做成小餡餅，但據(jù)說在座的宇航員紛紛拒絕了屎漢堡)。
日本科學(xué)家Mitsuyuki Ikeda已經(jīng)把這一設(shè)想化為了現(xiàn)實(shí)：他用人類糞便的提取物做出了可以吃的“肉”。
無數(shù)太空故事告訴我們：別惹植物學(xué)家。這些人為了保護(hù)幼苗可以拼命，前面提到的《宇宙靜悄悄》就是一個(gè)典型——植物學(xué)家洛厄爾聽說他的溫室要被炸掉，徒手干翻2位同伴。至于某位愛爆粗口的火星魯濱遜，你敢動(dòng)他的土豆試試?
植物學(xué)家這么暴躁不是沒有原因。一方面，科幻作家老是把糧食增產(chǎn)、病害防治、營(yíng)養(yǎng)土壤這類本屬于農(nóng)學(xué)家的活兒塞給他們。另一方面，經(jīng)典的科幻設(shè)想中，植物除了承擔(dān)科研任務(wù)，往往還充當(dāng)糧倉(cāng)、制氧機(jī)和心靈治愈室。在無垠的太空，植物很脆弱，光的顏色、土壤的重量、空氣成分和排便頻率，任何一點(diǎn)小小的變動(dòng)，都可能導(dǎo)致一場(chǎng)地外大饑荒。但植物又無比強(qiáng)大，在電影《地心引力》里，宇航員瑞恩進(jìn)入天宮一號(hào)求救，發(fā)現(xiàn)船艙內(nèi)壁種滿綠油油的小蔥(也可能是韭菜)——綠植帶來的心理安慰，可以拯救一個(gè)崩潰的宇航員;美國(guó)科幻巨匠羅伯特·海因萊茵的長(zhǎng)篇小說Variable Star里，老農(nóng)佐格比只用幾塊水培農(nóng)場(chǎng)，養(yǎng)活了整個(gè)星球的人。
電影《地心引力》中，內(nèi)部種滿了綠蔬的天宮一號(hào)。
當(dāng)植物是已知唯一能把太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的東西，你無法不去大膽想象植物工廠的應(yīng)用前景。植物所的科學(xué)家們極其謙虛：“我們必須樹立這種常識(shí)：太空近地軌道栽培目前只是實(shí)驗(yàn)階段”，但是，質(zhì)量?jī)?yōu)于數(shù)量、封閉系統(tǒng)、高效利用空間、尋找每一塊可用的表面……這些太空農(nóng)場(chǎng)的決定性原則，經(jīng)典科幻里的明日幻想，正在慢慢實(shí)現(xiàn)。太陽能一體化的植物集裝箱，可在島嶼、沙漠、艦船內(nèi)和海底進(jìn)行持續(xù)生產(chǎn);全世界關(guān)于種植的概念設(shè)計(jì)、科研項(xiàng)目、實(shí)體企業(yè)，都在瘋狂地向天空延伸：在城市、社區(qū)、樓宇、工廠之間，實(shí)現(xiàn)蔬菜連續(xù)循環(huán)種植，不受季節(jié)氣候影響，同等面積產(chǎn)量可達(dá)到傳統(tǒng)土地的數(shù)十倍。
但科幻作家算錯(cuò)了一件事。
在智能監(jiān)控系統(tǒng)接手大部分管理后，專業(yè)人士將在傳統(tǒng)農(nóng)耕中全身而退。一旦食材種類和新鮮度跟上，未來的火星還需要農(nóng)學(xué)家和植物學(xué)家嗎?不不，送一個(gè)好廚子就夠了。
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