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运用植物工厂在太空种菜 这四大秘籍必须掌握

2035年，好莱坞科幻巨制《火星救援》，宇航员马克·沃特尼自制的蔬菜大棚漏气爆炸，土豆在火星上灭绝。

2057年，灾难科幻片《太阳浩劫》，伊卡洛斯2号途径水星时，植物仓失火，飞船氧气余量告急。

2061年，美国国家地理拍摄的科幻纪录片《火星时代》，因基地遭遇火星沙暴，植物学家保罗博士精心照料的小麦死于电力不足。

很久很久之后（年代不可考），老牌环保主义电影《宇宙静悄悄》，地球环境恶化，宇航员洛厄尔将人类最后一片绿洲送进深空。

电影《火星救援》中，宇航员马克·沃特尼在火星上种植土豆。

关于未来农业的想象总是十分美好：漂浮在海洋和天空的城市里，枝叶在透明穹顶下肆意生长，水上世界风格的植物工厂遍布异星荒原。然而，在太空里当农夫是件倒霉差事。除了进取号上的红衫军，植物学家也是宇宙里的高危职业。密闭环境里的种植关乎食物供给、水氧循环、空间分配和成员的心理健康，还会因为各种稀奇古怪的理由而引发意外，比如温室漏气、连日沙暴、运费过高，或者仅仅是，嗯，宇航员排便过多。

自制一份合格、适口、健康无毒的太空口粮，都需要注意什么？鉴于以下知识会帮你的曾曾曾曾孙女在外星活下来，我们强烈建议你从头到尾仔细阅读。

人造光源：淡粉色的太阳

在由植物所和福建计划早期年产能10万平方米三安集团共建的中科生物植物工厂内，灯光神似80年代街机厅——蓝、红、绿色的LED发光二极管对就地热再生技术的施工工艺和质量控制技术进行了研究以某种规律排列，把生菜叶上每一根绒毛照得清清楚楚。长久以来，科幻小说营造了一种错觉：光源比氧气和水更好解决。《火星救援》的作者安迪·威尔在小说原著庆典公司中写道，火星栖息舱内的照明足以为土豆提供“大量日光”。但其实，白炽灯、荧光灯这些常见光源的光谱很杂，转化率低。换句话说，就是费电。

植物的生物量90％来源于光合作用，但植物并不是吸收所有的光：它们更青睐可见光的蓝色和红色部分，比例超过60％，因此，适当比例的红蓝复合光就能满足基本的生长需求。至于红外、紫外光，就算没有也不造成损失。

传统认为温度和二氧化碳是影响植物产量和品质的关键，但调节光源效率更高。上世纪80年代后期，NASA（美国宇航局）首次采用LED充当光源。他们在第一批测试中用红色LED照射小麦，但长出的麦子细得离谱，而且像漂白了一样。后来实验发现，添加蓝光可以纠正这个问题，绿光虽然没什么用，但能保证蔬菜卖相良好。如今，世界上多数植物工厂——NASA的Veggie计划，日本千叶大学的未来植物工厂和我国中科生物的植物工厂——都采用红、蓝、绿三色LED照明，其复合光线呈淡粉色。

但是植物所的“光配方”技术更进一步，为不同蔬菜和生长阶段配置了不同光谱。红光在莴苣生长后期可加快成熟，蓝光可显著提高豌豆幼苗的植株鲜重和叶绿素含量，对其他植物完全相反——蓝紫光有利于紫叶或红叶生兆欧表菜着色，国际空间站上的宇航员吃的就是那种紫得发疯的罗马莴苣，另一边，照射特种药用植物的LED是白光＋橙光。培养室一片净白，发光二极管制造着霓虹大爆炸，假如未来的人造太阳都这么迷幻，唔，不听迪斯科真有点不对劲（《火星救援》电影里，马克·沃特尼被困火星两年，唯一的解闷工具只有队长刘易斯留下的迪斯科舞曲）。

人造土壤：只送粉末

中科生物植物工厂的门口立着一台颇有《大都会》遗风的金属“洗眼器”。首次参观的人大多会一路纳闷这台古怪仪器的用途，直到进入培养室内部——工作人员抬起栽培面板，展示浅槽里潺潺流动的营养液，解释如何用洗眼器对付不慎溅到脸上的液体。

早在二战期间，美军就开始以砂砾培（砂砾为固定基质，加入营养液提供养分）生产蔬菜，之后无土栽培技术被英国农业部采用，用于解决驻外英军的蔬菜供应问题。科学家预见了无土栽培（又称水培）的未来，国际空间站的宇航员将塞满粒状基质的“枕头”浸满培养液，解决失重或微重力环境下液体流动的问题，中国南极科考站曾经成功水培辣椒，中科生物植物工厂80％的模组都被水培生菜、白菜和冰菜占领，它们生长周期短，最快20天收获，是传统栽培法耗时的一半，干净到可以揪下来生吃。

对于太空栽培，很多人主张就地取材，将火星土壤改良为盆栽土，或者从地球带土——现实中，荷兰瓦赫宁根大学从NASA买了一批模拟的火星和月球土壤，改良后，种出的胡萝卜长势良好。不过，为火星殖民地的常驻人口提供卡路里是一回事，在短期飞船上改善伙食又是另一回事，假如宇航员只是嘴馋想吃口拌菜，培养液的便利不言而喻：水肥一体，不劳您吭哧吭哧浇水施粪。

不过国际空间站的项目科学家霍华德·莱文（Howard Levine）表示，目前近地轨道的运费是每磅约1万美元，把液体带上太空划算吗？中科院专家给出的解决办法是：只送配置好的营养液原料粉末。“植物的的原始养分来自矿物质，基本就那么几类，培养液很好调配，这种植物模组的应用方向是大众化。”福建中科生物股份有限公司的总经理占卓说。

水培生菜。

空气调节：ALERT ！ 二氧化碳告急

假如你闻过国际空间站里的空气，就知道长期的太空生活并不好受——很久没洗澡的宇航员在金属通道里飘来飘去，大家挤成一团，空气混浊，如同你宅了一个星期不开窗通风的卧室。不过，这对植物来说是个好消息。

像照明质量一样，二氧化碳成分是地外栽培又一个容易被忽略的问题。研究表明，适量增加二氧化碳浓度，植物就会加强光合作用，光能利用率显著提高。在叶用莴苣植物厂区，空气过滤装置24小时不间断运转，墙上的一面液晶监控器显示，二氧化碳浓度根据不同植物的需求，被控制在了400—◆4.蛋白质塑料—1200ppm之间（二氧化碳浓度过量也不行）。地球大气中的二氧化碳含量一般占总体积的0．033％，2013年世界气象组织的数据显示，其日均浓度已经超过400ppm的阙值。对植物光合作用来说，这才刚刚够用。

地球的空气并不完美，但封闭的太空舱内，永远不愁没有过量的二氧化碳：国际空间站里的空气成分接近地球，氧气含量为20——24％，大部分是氮，甲烷（屁）、二氧化碳和氢气占比极少，但0．4％的二氧化碳含量已接近地球平均水平的10倍。一些体质敏感的宇航员因此遭遇了严重的副作用：头痛、焦虑，时不时就要去通风口吹一吹。NASA一直为此纠结，到底是培养高抗二氧化碳的忍者宇航员，还是制造超重型二氧化碳清除器？反正两个都得花大钱，也许还是种菜更经济划算。

为了太空的育种，为了更少的便便

传统意义上的太空育种，是为了在地面种植出更好的作物，让种子去太空溜达一圈，沐浴在高辐射、失重的环境下，诱发基因变异。但很多科学家正在转变思路，认为应该在地面上进行种子改良，应对人类在密闭环境中遇到的特殊问题，比如空间小、缺钾、便便过多。

“为了太空的育种”，其终极目标是创造再生系统，在空间站、殖民地上持续种植作物。因此，经济高效、出土即食的作物最受欢迎，莴苣类植物首当其冲。在转化效率上，土豆和小麦都不是最好的选择，因为它们收获周期很长，而且需要烹饪处理——现阶段，宇饮料机航局肯定不许带锅上天。

选种番茄、辣椒、豌豆这些小矮个儿，旨在节省空间。关于这一点，中科院植物所正在培育更矮的木本植物（目前只有桃树），以便提高空间利用率。

宇航员的健康也不容忽视。大航海时代的船员因为缺乏维生素而饱受坏血病折磨，直到库克船长用橘子解决了这个问题。无独有偶，阿波罗15号宇航员曾因食物缺钾而心率失调，吓得NASA赶紧在食谱上增加了多钾果汁。从古到今，远航者的饮食结构都异于常人。鉴于光配方可以调节植物中的微量元素，通过特殊照射，让专供肾病患者食用的蔬菜钾含量更少。针对宇航员的多钾生菜也许是下一个目标。

最后，食物导致的人体残渣也很重要。NASA对人体排泄物一向十分苛刻，为了阻止宇航员放屁，曾把豆类食品划进黑名单。那么，吃啥能减少排便量呢？动物蛋白和淀粉都排在果蔬前面。但由于土豆收获周期长，太空养鸡业遥遥无期，便秘邓州的宇航员又不好找，栽种减少便便的作物迫在眉睫——便便虽好，也要分场合，它虽然救过马克·沃特尼的命，但很难在太空舱内再生成为食物（化学家称，粪便其实可以水解成碳，做成小馅饼，但据说在座的宇航员纷纷拒绝了屎汉堡）。

日本科学家Mitsuyuki Ikeda已经把这一设想化为了现实：他用人类粪便的提取物做出了可以吃的“肉”。

无数太空故事告诉我们：别惹植物学家。这些人为了保护幼苗可以拼命，前面提到的《宇宙静悄悄》就是一个典型——植物学家洛厄尔听说他的温室要被炸掉，徒手干翻2位同伴。至于某位爱爆粗口的火星鲁滨逊，你敢动他的土豆试试？

植物学家这么暴躁不是没有原因。一方面，科幻作家老是把粮食增产、病害防治、营养土壤这类本属于农学家的活儿塞给他们。另一方面，经典的科幻设想中，植物除了承担科研任务，往往还充当粮仓、制氧机和心灵治愈室。在无垠的太空，植物很脆弱，光的颜色、土壤的重量、空气成分和排便频率，任何一点小小的变动，都可能导致一场地外大饥荒。但植物又无比强大，在电影《地心引力》里，宇航员瑞恩进入天宫一号求救，发现船舱内壁种满绿油油的小葱（也可能是韭菜）——绿植带来的心理安慰，可以拯救一个崩溃的宇航员；美国科幻巨匠罗伯特·海因莱茵的长篇小说Variable Star里，老农佐格比只用几块水培农场，养活了整个星球的人。

电影《地心引力》中，内部种满了绿蔬的天宫一号。

当植物是已知唯一能把太阳能转化为化学能的东西，你无法不去大胆想象植物工厂的应用前景。植物所的科学家们极其谦虚：“我们必须树立这种常识：太空近地轨道栽培目前只是实验阶段”，但是，质量优于数量、封闭系统、高效利用空间、寻找每一块可用的表面……这些太空农场的决定性原则，经典科幻里的明日幻想，正在慢慢实现。太阳能一体化的植物集装箱，可在岛屿、沙漠、舰船内和海底进行持续生产；全世界关于种植的概念设计、科研项目、实体企业，都在疯狂地向天空延伸：在城市、社区、楼宇、工厂之间，实现蔬菜连续循环种植，不受季节气候影响，同等面积产量可达到传统土地的数十倍。

但科幻作家算错了一件事

在智能监控系统接手大部分管理后，专业人士将在传统农耕中全身而退。一旦食材种类和新鲜度跟上，未来的火星还需要农学家和植物学家吗？不不，送一个好厨子就够了。