植物科普|太空種植有多難？

相信看過“大萌”（指馬克·達蒙）主演的《火星救援》的友友們，對達蒙種土豆的一幕都記憶深刻，達蒙在電影中種植土豆尚且困難重重，如果放在現實中這種情況會將更加糟糕甚至難以實現。爲什麼這麼說呢？下面小編就結合美國宇航局雷·惠勒博士的研究來爲大家說明。

美國國家航空航天局（NASA）的雷·惠勒博士是一名植物學家。他在美國肯尼迪太空中心領導“探索性研究與技術”項目，是高級生命支撐技術課題組的植物生理學家。惠勒和他的植物學家同事一直在研究如何在地球之外安全、有效地種植新鮮農作物。惠勒從1988年就在肯尼迪太空中心工作，是幫助測試Veggie系統並驗證其有效性的工作團隊成員之一。由NASA小企業創新研究計劃支持的“種植室”（Plant chamber）研究，通過了安全審查，滿足了在太空中的低能耗和低質量要求。但除了植物室，在地外星球種植農作物所需的元素還包括水、光線和土壤，以及幫助其生長所需的各種營養素等。

“提供食物是個很複雜的命題。”惠勒說，“我們必須考慮營養問題，哪些可以接受以及哪些品嚐起來口感很好。如果沒有人願意吃，那將毫無意義。”由於作物自身條件，並非所有作物都適合在太空中種植。根據惠勒的觀點，土豆、紅薯、小麥和大豆等富含大量澱粉的植物是很好的選擇，因爲它們提供了大量的碳水化合物，而大豆還是很好的蛋白質來源。拿土豆來說，它是塊莖植物，可以長時間在地下存儲，這對太空的長時間運輸提供了便利。並且土豆在獲得等量陽光的時候，能夠產出兩倍於其他作物的食物產量。

在電影裏，宇航員選擇使用風化層或者火星土壤來種植農作物。而在現實中，火星土壤基本是破碎的岩石，缺乏維持農作物生長的大部分養分。因此，這種情節也只能發生在電影中。惠勒在土豆研究中做出衆多努力，包括利用循環水在較淺的傾斜托盤中種植農作物。“對於土豆而言，它們不喜歡被淹沒在水中的生長要求看起來很有趣，爲此我們只需要保持供給很薄一層的營養水膜即可。”根據惠勒的描述，他們的方法非常有效，推而廣之還可以應用在很多其他作物上。但是航天器旅行到另一個星球上，可能會在質量和重量上有所限制——你無法將所有所需都打包帶上，一些資源需要回收和重複利用。

在地球上，光線是很充足的，但是到了外太空，光線直射而來，沒有經過任何的過濾，它們包含着大量熱以及複雜的光譜，這對於作物生長是個巨大的挑戰。2007年，科羅拉多大學的研究生對火星表面的光線密度進行了圖譜繪製。火星有大量的沙塵暴，阻礙了大部分的光線，這顆紅色星球接收到的太陽光只相當於地球的43%，但在低緯度地區還是能夠接收到足夠種植農作物的陽光。惠勒介紹說：“一個備用方法是利用電光源。高強度的高效LED燈可能幫助推進作物種植。”太空站上使用的蔬菜植物生長系統Veggie就是利用了藍光和紅光LED。惠勒說，利用LED光線助作物生長的主意來自上世紀80年代威斯康星大學的研究。肯尼迪航天中心的植物學家還第一次使用了垂直農場，用水資源和LED光給植物托盤分層。現在，這項技術在日本、韓國和中國以及北美洲的農業中都有應用。

找到合適的土壤、水源和光線，植物並非就此安枕無憂，紫外線輻射也構成了威脅。植物生長外層遮蔽空間必須能夠承受火星環境下的輻射和極端溫度的考驗。這種情況在覈電研究上有相似之處，即生物組織包括植物在內的潛在輻射效應。植物能夠吸收的輻射很有限，農作物能夠承受多少輻射還需要更多的研究支持。

在空間站，美國宇航員利用環境控制和生命支持系統回收廢水及尿液。這對於太空種植有着重要的意義。在太空中或者其他星球上種植作物，除了提供食物以外，還有其他好處。植物可以提供氧氣並清除空氣中的二氧化碳。

總結：從本文分析中，我們得知《火星救援》電影中在火星上種植土豆的想法並非無法實現，大量研究表明了其可行性。或許，在未來的幾十年中，太空種植能獲得蓬勃發展，以解決人類目前飛往其他星球時面臨的真正挑戰。