近日，神舟十六號航天員乘組在中國空間站通過專業的太空栽培裝置喜獲豐收。

▲ 乘組成員正在向鏡頭展示“太空菜園”的勞動成果

這個裝置就是此前被稱為“太空菜園”的太空栽培裝置，是中國航天員科研訓練中心科研人員設計的一種模塊化的簡易太空植物栽培裝置，采用開放式結構，航天員可以與植物隨時親密接觸。

植物生長所需要的二氧化碳、溫濕度和氧氣等氣體環境，和艙內航天員基本一致，植物種植操作簡單，便于照料。航天員還可按個人喜好將該裝置任意擺放在艙內有光照的地方，為自己的工作生活環境增添一抹綠意。這次種植的生菜得到科學配置的光照和水分，在太空環境下也長勢喜人。

▲ 神舟十六的小“菜園”光照提供

此前，在神舟十一號、神舟十四號任務期間，已有多位航天員體驗過當“太空菜農”的感覺，并成功種植過生菜、小麥、水稻和擬南芥。

神舟十一號任務中，航天員完成了生菜播種、培育、收割的全過程，神舟十四號航天員在中秋節當天還吃上了太空種植的新鮮蔬菜。

▲ 2022年中秋節“神十四”乘組食用在軌種植的生菜

▲航天員陳冬在“天宮二號”介紹太空中的植物栽培情況

在神舟十四號航天員乘組返回75天后首次公開亮相的記者見面會上，航天員蔡旭哲就曾和大家分享在太空培育蔬菜與地面培育的不同：“我覺得最大的不一樣就是澆水比較困難，在失重環境下，水停留在根系表面，不容易深入植物根層。”

太空微重力環境下，水分養分傳導和氣體交換等特性與地面1G重力環境不一樣。太空微重力環境會造成在植物根系周圍形成一個邊界層，水、氣無法自動分離，植物必須依賴外力才能與周圍環境進行正常物質交換。

如果植物根部水分運動控制不好，極易造成根部水分過多而根系缺氧，或者水分過少而根系缺水。

▲ 神舟十六的菜園供水裝置

太空微重力條件下的水分供應是否合理將直接影響植物生長介質中的水分、氧氣分布情況，進而影響到植物根系水分吸收和根系呼吸，也會影響礦質養分的流動與供給，最終影響到植物的正常生長。因此，微重力條件下的水分養分供給技術是空間植物栽培的關鍵。

為解決微重力條件下的水分養分供給問題，科技工作者們開展了大量的研究工作。

▲ 在“天宮二號”種菜時使用的基質材料

從研究的結果來看，利用人工基質進行培養是太空植物培養的主要方式，水分的運動主要依靠基質顆粒的毛細作用力來進行。栽培基質的選擇從早期的離子交換樹脂、固態化瓊脂，到后來的巖棉、蛭石、蒙脫石、P土、人工燒結的陶粒等，并圍繞這些基質材料，研發了多種太空植物培養水分養分供應系統，應用到不同類型的太空植物栽培裝置中，進行太空植物培養。

隨著中國空間站進入常態化運營，航天員在軌工作生活長達半年之久，對新鮮蔬菜，以及太空綠色鮮活環境的需求增加，植物種植的面積和數量將會越來越大。

在新的情況下，對植物培養過程中產生的各種廢物（如根系、枯枝殘葉、廢棄基質等）的處理，成了科研人員需要解決的問題。

目前太空植物栽培采用的栽培基質大多為細小顆粒狀，盡管采用了特殊的防護措施，但還是避免不了植物栽培過程中有顆粒狀基質脫落并飄浮在艙內，給航天員制造了不少麻煩。

為此，科研人員在開展廢棄物處理與植物培養再利用的相關研究基礎上，設計了一種可生物降解、能重復利用的植物栽培基質，這種基質以塊狀結構形式存在，不會脫落碎屑，而且具備良好的通氣、保肥和導水性能。

“天宮種菜夢”已經實現未來，“太空菜園”將不僅為航天員提供食物、氧氣和水，作為空間實驗平臺，還將對研究太空微重力等特殊環境對植物生長發育、生理生化等方面的影響發揮作用。

期待在不久的將來，航天員能在空間站上種植收獲更加多樣化的蔬菜水果，豐富在軌食譜。

資料來源 | 掌上青島、光明網、載人航天小喇叭