植物科普|太空种植有多难？

相信看过“大萌”（指马克·达蒙）主演的《火星救援》的友友们，对达蒙种土豆的一幕都记忆深刻，达蒙在电影中种植土豆尚且困难重重，如果放在现实中这种情况会将更加糟糕甚至难以实现。为什么这么说呢？下面小编就结合美国宇航局雷·惠勒博士的研究来为大家说明。

美国国家航空航天局（NASA）的雷·惠勒博士是一名植物学家。他在美国肯尼迪太空中心领导“探索性研究与技术”项目，是高级生命支撑技术课题组的植物生理学家。惠勒和他的植物学家同事一直在研究如何在地球之外安全、有效地种植新鲜农作物。
 
惠勒从1988年就在肯尼迪太空中心工作，是帮助测试Veggie系统并验证其有效性的工作团队成员之一。由NASA小企业创新研究计划支持的“种植室”（Plant chamber）研究，通过了安全审查，满足了在太空中的低能耗和低质量要求。但除了植物室，在地外星球种植农作物所需的元素还包括水、光线和土壤，以及帮助其生长所需的各种营养素等。

太空种植的条件

一、只有少数作物适合在太空种植——土豆是首选

“提供食物是个很复杂的命题。”惠勒说，“我们必须考虑营养问题，哪些可以接受以及哪些品尝起来口感很好。如果没有人愿意吃，那将毫无意义。”
 
由于作物自身条件，并非所有作物都适合在太空中种植。根据惠勒的观点，土豆、红薯、小麦和大豆等富含大量淀粉的植物是很好的选择，因为它们提供了大量的碳水化合物，而大豆还是很好的蛋白质来源。
 
拿土豆来说，它是块茎植物，可以长时间在地下存储，这对太空的长时间运输提供了便利。并且土豆在获得等量阳光的时候，能够产出两倍于其他作物的食物产量。

二、水是宝贵的资源

在电影里，宇航员选择使用风化层或者火星土壤来种植农作物。而在现实中，火星土壤基本是破碎的岩石，缺乏维持农作物生长的大部分养分。因此，这种情节也只能发生在电影中。
 
惠勒在土豆研究中做出众多努力，包括利用循环水在较浅的倾斜托盘中种植农作物。“对于土豆而言，它们不喜欢被淹没在水中的生长要求看起来很有趣，为此我们只需要保持供给很薄一层的营养水膜即可。”
 
根据惠勒的描述，他们的方法非常有效，推而广之还可以应用在很多其他作物上。但是航天器旅行到另一个星球上，可能会在质量和重量上有所限制——你无法将所有所需都打包带上，一些资源需要回收和重复利用。

三、植物生长需光线

在地球上，光线是很充足的，但是到了外太空，光线直射而来，没有经过任何的过滤，它们包含着大量热以及复杂的光谱，这对于作物生长是个巨大的挑战。
 
2007年，科罗拉多大学的研究生对火星表面的光线密度进行了图谱绘制。火星有大量的沙尘暴，阻碍了大部分的光线，这颗红色星球接收到的太阳光只相当于地球的43%，但在低纬度地区还是能够接收到足够种植农作物的阳光。
 
惠勒介绍说：“一个备用方法是利用电光源。高强度的高效LED灯可能帮助推进作物种植。”太空站上使用的蔬菜植物生长系统Veggie就是利用了蓝光和红光LED。惠勒说，利用LED光线助作物生长的主意来自上世纪80年代威斯康星大学的研究。
 
肯尼迪航天中心的植物学家还第一次使用了垂直农场，用水资源和LED光给植物托盘分层。现在，这项技术在日本、韩国和中国以及北美洲的农业中都有应用。

四、辐射防护

找到合适的土壤、水源和光线，植物并非就此安枕无忧，紫外线辐射也构成了威胁。植物生长外层遮蔽空间必须能够承受火星环境下的辐射和极端温度的考验。
 
这种情况在核电研究上有相似之处，即生物组织包括植物在内的潜在辐射效应。植物能够吸收的辐射很有限，农作物能够承受多少辐射还需要更多的研究支持。

五、回收机制

在空间站，美国宇航员利用环境控制和生命支持系统回收废水及尿液。这对于太空种植有着重要的意义。在太空中或者其他星球上种植作物，除了提供食物以外，还有其他好处。植物可以提供氧气并清除空气中的二氧化碳。

 
总结：从本文分析中，我们得知《火星救援》电影中在火星上种植土豆的想法并非无法实现，大量研究表明了其可行性。或许，在未来的几十年中，太空种植能获得蓬勃发展，以解决人类目前飞往其他星球时面临的真正挑战。