今天是植树节，在地球上，我们通过植树造林为地球增添绿意，而在中国空间站，航天员也在努力打造“太空菜园”，为“太空之家”增添一抹生机。为什么要在太空种植果蔬类作物？太空蔬菜种在哪里？哪些蔬菜已实现航天员自主种植与食用？今天，我们一探究竟。

 

 

空间植物在受控生态生保系统中发挥着重要的作用，可以提供食物、氧气和净水，吸收二氧化碳，净化环境并缓解航天员的心理压力。各国航天机构先后在太空中利用不同栽培技术和方式栽培了40多种植物，广泛开展了空间微重力环境下的植物生长特性研究，并进行植物栽培技术和食用安全性评价，实现了航天员在轨食用自己培养的新鲜蔬菜。

 

国际空间站上进行蔬菜种植的设备Veggie（左）国际空间站中种植出来的辣椒（右）

 

在太空种植作物，不仅可以解决航天员的食物供应问题，还可以研究太空微重力等特殊环境对植物生长发育、生理生化等方面的影响。我国曾先后利用卫星、神舟飞船和空间实验室，搭载了不同植物培养装置，开展了萝卜种子萌发，番茄和青菜开花，拟南芥和水稻开花等实验研究。在地面实验研究的基础上，利用天宫二号开展了莴苣在轨生长实验，验证了空间水分和养分供应等植物培养技术，为后续开展基于食物再生的空间植物培养奠定了重要基础。

 

航天员陈冬在天宫二号介绍太空中的植物栽培情况

 

2022年，科研人员在中国空间站验证了植物再生基质培养技术，先后在轨培养了生菜、樱桃番茄和小麦等植物。

 

中国空间站内培养的小麦

 

 

 

中国空间站的空间植物栽培装置（SVCF）是通过再生栽培基质的筛选和制备、水分/养分主动供应、LED光环境调控、功能单元的模块化设计与研制，以及系统集成与调试、植物全周期栽培验证等步骤研制完成的。

 

 

果蔬培养的栽培基质采用了植物不可食部分发酵而成的再生基质，具有良好的吸水性能、外形可根据需求塑造、换茬时易取出且不成碎屑的特点。

 

再生基质块

 

通过栽培实验结果表明，再生基质可以满足不同类植物根系的生长需求，有效容纳并支撑根系，在导水材料与植物根系之间有效传递水分，存储并按需释放果蔬植物需要的养分，为其提供足量的氧气。

 

再生基质培养的生菜和番茄

 

在水分供应方面，SVCF的水分供应路径为供水袋→供水泵→供水盘→栽培杯→导水介质→基质块→植物根系。其中，供水袋→栽培杯通过供水泵主动供应，栽培杯→植物根系则通过毛细力传输。同时，采用吸水材料、棉绳和栽培基质三级导水结构有效导水，保证根系能接触到足够空气。

 

水分供应路径

 

在养分供应方面，科研人员基于几种果蔬植物养分需求特性和数量，按满足果蔬一个连续采收模式下（种植60天）添加肥料量。

 

控释肥

 

 

植物对可见光的吸收主要在红光和蓝光区域。SVCF的灯板组件可提供植物生长所需的光照，采用红、蓝、白三种颜色LED灯珠，满足了几种果蔬类植物生长发育需求，同时提高了能源的利用率。红光和蓝光作为光合作用的能量来源，白光包含全波段可见光，可发挥其他单色光的调控作用。

 

LED光源

 

SVCF系统组成主要由光照通风模块（灯板组件、通风风扇组件）、生长模块（升降杆组件、遮光帘组件）、栽培盘模块（栽培杯组件、供水盘组件等）和测量模块组成。

 

SVCF系统组成

 

光照通风模块：可为植物生长提供光质、光强和光周期，同时能够通风散热，促进栽培区内外空气循环。

生长模块：位于光照通风模块和栽培盘之间，用于调节植物和LED灯之间的距离，并为植物提供一定的封闭空间，维持一定的温湿度。

栽培盘模块：用于提供植物根系所需的结构支撑与生长空间、充足的水分和养分等。

测量模块：用于测量栽培基质环境和大气环境参数，主要由水分测量仪和二氧化碳测量仪组成，水分测量仪主要测量栽培基质中的含水量、电导率和温度参数，以此作为基质中水分、养分状况的参考和依据；二氧化碳测量仪主要在通风停止并关闭各个对外接口时，测量密闭栽培室内大气中的二氧化碳浓度，以此计算一定时间内植株的光合速率。

 

 

 

在轨植物栽培操作主要包括装置在轨组装与调试、植物培养管理、果蔬采摘和样品采集等。植物培养管理包括基质块装填、水分供应、播种、间苗、定植、追肥、授粉（番茄），以及植物换茬培养相关的基质撤收等工作。

 

目前，中国航天员已将SVCF安装于空间站问天实验舱，并在轨开展了3种生菜（“生菜王”“红叶”“美罗”）和1种樱桃番茄（“红蕾”）的栽培实验，实现了从种子播种到收获的全周期培养，植株生长良好。

 

“生菜王”生菜（左）“红叶”和“美罗”生菜（中）“红蕾”樱桃番茄（右）

 

航天员乘组全程参与生菜和樱桃番茄的培养与管理，采摘并食用了生菜叶片和樱桃番茄果实，并通过鲜活的绿色环境和适度的植物栽培操作，调节了自身情绪和心理状态。

此外，樱桃番茄果实收获后进行留种并随飞船下行，在地面开展了樱桃番茄种子第二代培养试验，并与在轨培养的第一代樱桃番茄进行了对比分析。

 

中国空间站的“太空菜园”不仅为航天员提供了新鲜的食物，更为后续持续开展多类果蔬在轨培养技术的验证和生产奠定了重要技术基础。随着在轨植物栽培技术的不断进步，未来航天员乘组的太空生活将更加绿意盎然，“植”得期待！

 

参考文献：

[1]唐永康,卞强,王俊峰等.空间站几种果蔬类作物生长栽培验证初探[J].航天医学与医学工程,2024,35(06):379-384.

[2]唐永康,沈韫赜,毛瑞鑫等.体积可调型蔬菜培养装置的研制及特性分析[J].航天医学与医学工程,2024,35(04):216-217.