在宇宙里種菜有多難?按科幻片里的時間軸寫部太空農(nóng)業(yè)簡史，大概會長這樣：
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號途徑水星時，植物倉失火，飛船氧氣余量告急。
2061年，美國國家地理拍攝的科幻紀錄片《火星時代》，因基地遭遇火星沙暴，植物學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，水上世界風格的植物工廠遍布異星荒原。然而，在太空里當農(nóng)夫是件倒霉差事。除了進取號上的紅衫軍，植物學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，還會因為各種稀奇古怪的理由而引發(fā)意外，比如溫室漏氣、連日沙暴、運費過高，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?鑒于以下知識會幫你的曾曾曾曾孫女在外星活下來，我們強烈建議你從頭到尾仔細閱讀。
1
人造光源：淡粉色的太陽
在由植物所和福建三安集團共建的中科生物植物工廠內(nèi)，燈光神似80年代街機廳——藍、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。長久以來，科幻小說營造了一種錯覺：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，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色和紅色部分，比例超過60%，因此，適當比例的紅藍復(fù)合光就能滿足基本的生長需求。至于紅外、紫外光，就算沒有也不造成損失。
傳統(tǒng)認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80年代后期，NASA(美國宇航局)首次采用LED充當光源。他們在第一批測試中用紅色LED照射小麥，但長出的麥子細得離譜，而且像漂白了一樣。后來實驗發(fā)現(xiàn)，添加藍光可以糾正這個問題，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計劃，日本千葉大學的未來植物工廠和我國中科生物的植物工廠——都采用紅、藍、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的萵苣。
但是植物所的“光配方”技術(shù)更進一步，為不同蔬菜和生長階段配置了不同光譜。紅光在萵苣生長后期可加快成熟，藍光可顯著提高豌豆幼苗的植株鮮重和葉綠素含量，對其他植物完全相反——藍紫光有利于紫葉或紅葉生菜著色，國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，不聽迪斯科真有點不對勁(《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長劉易斯留下的迪斯科舞曲)。
[NT:PAGE]2
人造土壤：只送粉末
中科生物植物工廠的門口立著一臺頗有《大都會》遺風的金屬“洗眼器”。首次參觀的人大多會一路納悶這臺古怪儀器的用途，直到進入培養(yǎng)室內(nèi)部——工作人員抬起栽培面板，展示淺槽里潺潺流動的營養(yǎng)液，解釋如何用洗眼器對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家預(yù)見了無土栽培(又稱水培)的未來，國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)境下液體流動的問題，中國南極科考站曾經(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)，它們生長周期短，最快20天收獲，是傳統(tǒng)栽培法耗時的一半，干凈到可以揪下來生吃。
對于太空栽培，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)實中，荷蘭瓦赫寧根大學從NASA買了一批模擬的火星和月球土壤，改良后，種出的胡蘿卜長勢良好。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。
不過國際空間站的項目科學家霍華德·萊文(Howard Levine)表示，目前近地軌道的運費是每磅約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
3
空氣調(diào)節(jié)：ALERT ! 二氧化碳告急
假如你聞過國際空間站里的空氣，就知道長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，空氣混濁，如同你宅了一個星期不開窗通風的臥室。不過，這對植物來說是個好消息。
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，植物就會加強光合作用，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小時不間斷運轉(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)，永遠不愁沒有過量的二氧化碳：國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重的副作用：頭痛、焦慮，時不時就要去通風口吹一吹。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?反正兩個都得花大錢，也許還是種菜更經(jīng)濟劃算。
[NT:PAGE]4
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。但很多科學家正在轉(zhuǎn)變思路，認為應(yīng)該在地面上進行種子改良，應(yīng)對人類在密閉環(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)濟高效、出土即食的作物最受歡迎，萵苣類植物首當其沖。在轉(zhuǎn)化效率上，土豆和小麥都不是最好的選擇，因為它們收獲周期很長，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、豌豆這些小矮個兒，旨在節(jié)省空間。關(guān)于這一點，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。大航海時代的船員因為缺乏維生素而飽受壞血病折磨，直到庫克船長用橘子解決了這個問題。無獨有偶，阿波羅15號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。針對宇航員的多鉀生菜也許是下一個目標。
最后，食物導(dǎo)致的人體殘渣也很重要。NASA對人體排泄物一向十分苛刻，為了阻止宇航員放屁，曾把豆類食品劃進黑名單。那么，吃啥能減少排便量呢?動物蛋白和淀粉都排在果蔬前面。但由于土豆收獲周期長，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(化學家稱，糞便其實可以水解成碳，做成小餡餅，但據(jù)說在座的宇航員紛紛拒絕了屎漢堡)。
日本科學家Mitsuyuki Ikeda已經(jīng)把這一設(shè)想化為了現(xiàn)實：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：別惹植物學家。這些人為了保護幼苗可以拼命，前面提到的《宇宙靜悄悄》就是一個典型——植物學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，你敢動他的土豆試試?
植物學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、營養(yǎng)土壤這類本屬于農(nóng)學家的活兒塞給他們。另一方面，經(jīng)典的科幻設(shè)想中，植物除了承擔科研任務(wù)，往往還充當糧倉、制氧機和心靈治愈室。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，任何一點小小的變動，都可能導(dǎo)致一場地外大饑荒。但植物又無比強大，在電影《地心引力》里，宇航員瑞恩進入天宮一號求救，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，可以拯救一個崩潰的宇航員;美國科幻巨匠羅伯特·海因萊茵的長篇小說Variable Star里，老農(nóng)佐格比只用幾塊水培農(nóng)場，養(yǎng)活了整個星球的人。
電影《地心引力》中，內(nèi)部種滿了綠蔬的天宮一號。
當植物是已知唯一能把太陽能轉(zhuǎn)化為化學能的東西，你無法不去大膽想象植物工廠的應(yīng)用前景。植物所的科學家們極其謙虛：“我們必須樹立這種常識：太空近地軌道栽培目前只是實驗階段”，但是，質(zhì)量優(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)場的決定性原則，經(jīng)典科幻里的明日幻想，正在慢慢實現(xiàn)。太陽能一體化的植物集裝箱，可在島嶼、沙漠、艦船內(nèi)和海底進行持續(xù)生產(chǎn);全世界關(guān)于種植的概念設(shè)計、科研項目、實體企業(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)量可達到傳統(tǒng)土地的數(shù)十倍。
但科幻作家算錯了一件事。
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)學家和植物學家嗎?不不，送一個好廚子就夠了。
粵公網(wǎng)安備 44010602001351號