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種菜，中華民族的種族天賦，詩(shī)人陶淵明一句“種豆南山下，草盛豆苗稀”打開(kāi)了中華民族種植業(yè)發(fā)展的壯美詩(shī)篇。老祖宗講話了“寧舍丈母娘，不賣種子糧”，足以可見(jiàn)老百姓對(duì)種菜的重視程度。毛主席說(shuō)：工業(yè)學(xué)大慶，農(nóng)業(yè)學(xué)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(hào)航天飛船進(jìn)入組合體的第24天，航天員所種的菜已經(jīng)長(zhǎng)得枝繁葉茂了。
 

天宮二號(hào)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(wú)土栽培種菜 

其實(shí)要說(shuō)在外太空種菜，中國(guó)人確實(shí)不是最早的，早在1973年，美國(guó)宇航局的天空實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃（Skylab）研究了在太空環(huán)境中重力與光照對(duì)稻子的影響；


國(guó)際空間站 |  “漂浮”的植物樣本
 
1979年，由捷克斯洛伐克、東德、法國(guó)、匈牙利、波蘭、羅馬尼亞和美國(guó)（這奇怪的組合）聯(lián)合執(zhí)行的Bion5號(hào)生物試驗(yàn)衛(wèi)星任務(wù)，將野胡蘿卜帶入太空；1985年的Bion7號(hào)則攜帶了玉米；1997年，在俄羅斯的和平號(hào)空間站上，科學(xué)家們利用SVET植物生長(zhǎng)系統(tǒng)成功地進(jìn)行了從種子到種子植物的生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)。
 

國(guó)際空間站 | 太空栽培大豆植株生長(zhǎng)試驗(yàn)
 

在月球種菜為什么一定要用無(wú)土栽培技術(shù)呢？
 
據(jù)報(bào)道，通過(guò)對(duì)嫦娥五號(hào)從月球上挖回的2公斤土壤研究發(fā)現(xiàn)，月壤不能種菜。主要原因是與地球土壤富含微生物和有機(jī)養(yǎng)分不同，月壤不含任何有機(jī)養(yǎng)分，且非常干燥，所以無(wú)論種菜還是種土豆都不行。一時(shí)間，國(guó)民登月熱情驟減，自發(fā)成立中華人民共和國(guó)月球農(nóng)業(yè)農(nóng)村部的計(jì)劃也暫時(shí)擱淺。一把鐵鍬綠化整個(gè)月球怕是行不通了，在這種情況下無(wú)土栽培技術(shù)就顯身手了。


國(guó)際空間站 | 迷你氣候單元Veggie中生長(zhǎng)的作物
 
 

在月球上種植蔬菜要解決的技術(shù)問(wèn)題

水和肥料

由于月球的土壤不適合進(jìn)行蔬菜種植，就必須尋找一種擺脫自然土壤的方式。無(wú)土栽培是指不用天然土壤而用基質(zhì)或僅育苗時(shí)用基質(zhì)，在定植以后用營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行灌溉的栽培方法。由于無(wú)土栽培可人工創(chuàng)造良好的根際環(huán)境以取代土壤環(huán)境，充分滿足作物對(duì)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)、水分、氣體等環(huán)境條件的需要，所以在月球上種菜水肥供應(yīng)的問(wèn)題就基本解決了。
                                                                                                                 

    人工氣候下的NFT無(wú)土栽培系統(tǒng)
 
光照
 
現(xiàn)階段對(duì)于植物生長(zhǎng)所需光照的研究已經(jīng)基本清晰，正常來(lái)講植物對(duì)太陽(yáng)光的利用不是全波段，植物只利用藍(lán)紫光和紅橙光。其實(shí)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(fā)展尤其高性能LED光源的問(wèn)世，人造光比太陽(yáng)光更容易提升植物對(duì)光源的利用能力。                                                                                                   


國(guó)際空間站的LED蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)
 
值得一提的是，月球的光照時(shí)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(qū)、綠色為70%至80%、淺藍(lán)色為60%至70%，藍(lán)色為無(wú)照明區(qū)。
 

2000天照明率統(tǒng)計(jì)。
下方標(biāo)尺為0.01%至99%的照明率，0%顯示為黑色。
 
氣候問(wèn)題
 
氣候環(huán)境是影響蔬菜生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，一般蔬菜生長(zhǎng)的溫度空間在15℃-30℃之間，而據(jù)科學(xué)觀測(cè)月球的晝夜溫差約在340度，因?yàn)榘滋欤簿褪潜蝗展庹丈涞降牡胤?，溫度約127℃；夜間，也就是日光沒(méi)有照射或者背陰的地方，溫度為-183℃。
所以尋找一個(gè)氣候穩(wěn)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(gè)問(wèn)題。
 
 
博主Ace Zhu通過(guò)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(wàn)物皆有質(zhì)量，地球也是個(gè)有著龐大質(zhì)量的星球，于是地球?qū)λ械臇|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(qiáng)弱與溫度、光照、相對(duì)溫度以及空氣流動(dòng)的速度有關(guān)。由于在太空微重力環(huán)境下沒(méi)有空氣對(duì)流，葉片蒸騰發(fā)出的水汽會(huì)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(wú)法進(jìn)行下去，植株得不到營(yíng)養(yǎng)，植物就會(huì)被自己“淹死”。而光合作用也一樣，產(chǎn)生大量的氧氣也會(huì)導(dǎo)致二氧化碳進(jìn)不來(lái)。