葉菜俠科技丨如何在月球上無土栽培蔬菜
作者: 時間: 2024-03-14
種菜，中華民族的種族天賦，詩人陶淵明一句“種豆南山下，草盛豆苗稀”打開了中華民族種植業發展的壯美詩篇。老祖宗講話了“寧舍丈母娘，不賣種子糧”，足以可見老百姓對種菜的重視程度。毛主席說：工業學大慶，農業學大寨，總有一天要到太空上去種菜！這不是，緊跟著2016年11月11日，在神州十一號航天飛船進入組合體的第24天，航天員所種的菜已經長得枝繁葉茂了。
天宮二號空間站 | 人工氣候箱種植的生菜
今天我們就聊聊如何在月球上無土栽培種菜
其實要說在外太空種菜，中國人確實不是最早的，早在1973年，美國宇航局的天空實驗室計劃（Skylab）研究了在太空環境中重力與光照對稻子的影響；
國際空間站 | “漂浮”的植物樣本
1979年，由捷克斯洛伐克、東德、法國、匈牙利、波蘭、羅馬尼亞和美國（這奇怪的組合）聯合執行的Bion5號生物試驗衛星任務，將野胡蘿卜帶入太空；1985年的Bion7號則攜帶了玉米；1997年，在俄羅斯的和平號空間站上，科學家們利用SVET植物生長系統成功地進行了從種子到種子植物的生長實驗。
國際空間站 | 太空栽培大豆植株生長試驗
在月球種菜為什么一定要用無土栽培技術呢？
據報道，通過對嫦娥五號從月球上挖回的2公斤土壤研究發現，月壤不能種菜。主要原因是與地球土壤富含微生物和有機養分不同，月壤不含任何有機養分，且非常干燥，所以無論種菜還是種土豆都不行。一時間，國民登月熱情驟減，自發成立中華人民共和國月球農業農村部的計劃也暫時擱淺。一把鐵鍬綠化整個月球怕是行不通了，在這種情況下無土栽培技術就顯身手了。
國際空間站 | 迷你氣候單元Veggie中生長的作物
在月球上種植蔬菜要解決的技術問題
水和肥料由于月球的土壤不適合進行蔬菜種植，就必須尋找一種擺脫自然土壤的方式。無土栽培是指不用天然土壤而用基質或僅育苗時用基質，在定植以后用營養液進行灌溉的栽培方法。由于無土栽培可人工創造良好的根際環境以取代土壤環境，充分滿足作物對礦質營養、水分、氣體等環境條件的需要，所以在月球上種菜水肥供應的問題就基本解決了。
人工氣候下的NFT無土栽培系統
光照
現階段對于植物生長所需光照的研究已經基本清晰，正常來講植物對太陽光的利用不是全波段，植物只利用藍紫光和紅橙光。其實就是光源的兩端，中間的光基本不用。所以伴隨著人工光的發展尤其高性能LED光源的問世，人造光比太陽光更容易提升植物對光源的利用能力。
國際空間站的LED蔬菜生產系統
值得一提的是，月球的光照時間比地球久多了。
月球南北緯88度以上的照明示意圖
紅色為照明率為80%以上地區、綠色為70%至80%、淺藍色為60%至70%，藍色為無照明區。
2000天照明率統計。
下方標尺為0.01%至99%的照明率，0%顯示為黑色。
氣候問題
氣候環境是影響蔬菜生產的重要環節，一般蔬菜生長的溫度空間在15℃-30℃之間，而據科學觀測月球的晝夜溫差約在340度，因為白天，也就是被日光照射到的地方，溫度約127℃；夜間，也就是日光沒有照射或者背陰的地方，溫度為-183℃。
所以尋找一個氣候穩定的空間就顯得十分重要，搭建人工氣候室也就是所謂的植物工廠就可以很好的解決這個問題。
博主Ace Zhu通過建模分析月球表面溫度變化
重力
我們生活在地球上，由于地面上的萬物皆有質量，地球也是個有著龐大質量的星球，于是地球對所有的東西都有吸引力，這就是重力。吃的越多，就越重，這是大家都懂的道理，于是人人都羨慕那些吃不胖的人。
蒸騰作用及光合作用的強弱與溫度、光照、相對溫度以及空氣流動的速度有關。由于在太空微重力環境下沒有空氣對流，葉片蒸騰發出的水汽會聚集在植物周圍，甚至就吸附在葉片表面完全堵塞住所有的氣孔，蒸騰作用無法進行下去，植株得不到營養，植物就會被自己“淹死”。而光合作用也一樣，產生大量的氧氣也會導致二氧化碳進不來。