不想在太空餓肚子，你需要解決這4個問題

在宇宙里種菜有多難？按科幻片里的時間軸寫部太空農業簡史，大概會長這樣：

2035年，好萊塢科幻巨制《火星救援》，宇航員馬克·沃特尼自製的蔬菜大棚漏氣爆炸，土豆在火星上滅絕。

2057年，災難科幻片《太陽浩劫》，伊卡洛斯2號途徑水星時，植物倉失火，飛船氧氣餘量告急。

2061年，美國國家地理拍攝的科幻紀錄片《火星時代》，因基地遭遇火星沙暴，植物學家保羅博士精心照料的小麥死於電力不足。

很久很久之後（年代不可考），老牌環保主義電影《宇宙靜悄悄》，地球環境惡化，宇航員洛厄爾將人類最後一片綠洲送進深空。

電影《火星救援》中，宇航員馬克·沃特尼在火星上種植土豆。圖片來源：NASA/Peter Mountain

關於未來農業的想像總是十分美好：漂浮在海洋和天空的城市裡，枝葉在透明穹頂下肆意生長，水上世界風格的植物工廠遍布異星荒原。然而，在太空里當農夫是件倒霉差事。除了進取號上的紅衫軍，植物學家也是宇宙里的高危職業密閉環境里的種植關乎食物供給、水氧循環、空間分配和成員的心理健康，還會因為各種稀奇古怪的理由而引發意外，比如溫室漏氣、連日沙暴、運費過高，或者僅僅是，嗯，宇航員排便過多。

自製一份合格、適口、健康無毒的太空口糧，都需要注意什麼？鑒於以下知識會幫你的曾曾曾曾孫女在外星活下來，我們強烈建議你從頭到尾仔細閱讀。

1. 人造光源：淡粉色的太陽

在由植物所和福建三安集團共建的中科生物植物工廠內，燈光神似80年代街機廳——藍、紅、綠色的LED發光二極體以某種規律排列，把生菜葉上每一根絨毛照得清清楚楚。長久以來，科幻小說營造了一種錯覺：光源比氧氣和水更好解決。《火星救援》的作者安迪·威爾在小說原著中寫道，火星棲息艙內的照明足以為土豆提供「大量日光」。但其實，白熾燈、熒光燈這些常見光源的光譜很雜，轉化率低。換句話說，就是費電。

植物的生物量90%來源於光合作用，但植物並不是吸收所有的光：它們更青睞可見光的藍色和紅色部分，比例超過60%，因此，適當比例的紅藍複合光就能滿足基本的生長需求。至於紅外、紫外光，就算沒有也不造成損失。

傳統認為溫度和二氧化碳是影響植物產量和品質的關鍵，但調節光源效率更高。上世紀80年代後期，NASA（美國宇航局）首次採用LED充當光源。他們在第一批測試中用紅色LED照射小麥，但長出的麥子細得離譜，而且像漂白了一樣。後來實驗發現，添加藍光可以糾正這個問題，綠光雖然沒什麼用，但能保證蔬菜賣相良好。如今，世界上多數植物工廠——NASA的Veggie計劃，日本千葉大學的未來植物工廠和我國中科生物的植物工廠——都採用紅、藍、綠三色LED照明，其複合光線呈淡粉色。

在粉紅色燈光下生長的萵苣。圖片來源：NASA/Gioia Massa

但是植物所的「光配方」技術更進一步，為不同蔬菜和生長階段配置了不同光譜。紅光在萵苣生長後期可加快成熟，藍光可顯著提高豌豆幼苗的植株鮮重和葉綠素含量，對其他植物完全相反——藍紫光有利於紫葉或紅葉生菜著色，國際空間站上的宇航員吃的就是那種紫得發瘋的羅馬萵苣，另一邊，照射特種藥用植物的LED是白光+橙光。培養室一片凈白，發光二極體製造著霓虹大爆炸，假如未來的人造太陽都這麼迷幻，唔，不聽迪斯科真有點不對勁（《火星救援》電影里，馬克·沃特尼被困火星兩年，唯一的解悶工具只有隊長劉易斯留下的迪斯科舞曲）。

2. 人造土壤：只送粉末

中科生物植物工廠的門口立著一台頗有《大都會》遺風的金屬「洗眼器」。首次參觀的人大多會一路納悶這台古怪儀器的用途，直到進入培養室內部——工作人員抬起栽培面板，展示淺槽里潺潺流動的營養液，解釋如何用洗眼器對付不慎濺到臉上的液體。

早在二戰期間，美軍就開始以砂礫培（砂礫為固定基質，加入營養液提供養分）生產蔬菜，之後無土栽培技術被英國農業部採用，用於解決駐外英軍的蔬菜供應問題。科學家預見了無土栽培（又稱水培）的未來，國際空間站的宇航員將塞滿粒狀基質的「枕頭」浸滿培養液，解決失重或微重力環境下液體流動的問題，中國南極科考站曾經成功水培辣椒，中科生物植物工廠80%的模組都被水培生菜、白菜和冰菜佔領，它們生長周期短，最快20天收穫，是傳統栽培法耗時的一半，乾淨到可以揪下來生吃。

對於太空栽培，很多人主張就地取材，將火星土壤改良為盆栽土，或者從地球帶土——現實中，荷蘭瓦赫寧根大學從NASA買了一批模擬的火星和月球土壤，改良後，種出的胡蘿蔔長勢良好。不過，為火星殖民地的常駐人口提供卡路里是一回事，在短期飛船上改善伙食又是另一回事，假如宇航員只是嘴饞想吃口拌菜，培養液的便利不言而喻：水肥一體，不勞您吭哧吭哧澆水施糞。

不過國際空間站的項目科學家霍華德·萊文（Howard Levine）表示，目前近地軌道的運費是每磅約1萬美元，把液體帶上太空划算嗎？中科院專家給出的解決辦法是：只送配置好的營養液原料粉末。「植物的的原始養分來自礦物質，基本就那麼幾類，培養液很好調配，這種植物模組的應用方向是大眾化。」福建中科生物股份有限公司的總經理占卓說。

水培生菜。圖片來源：昵圖網

3. 空氣調節：ALERT ! 二氧化碳告急

假如你聞過國際空間站里的空氣，就知道長期的太空生活並不好受——很久沒洗澡的宇航員在金屬通道里飄來飄去，大家擠成一團，空氣混濁，如同你宅了一個星期不開窗通風的卧室。不過，這對植物來說是個好消息。

像照明質量一樣，二氧化碳成分是地外栽培又一個容易被忽略的問題。研究表明，適量增加二氧化碳濃度，植物就會加強光合作用，光能利用率顯著提高。在葉用萵苣植物廠區，空氣過濾裝置24小時不間斷運轉，牆上的一面液晶監控器顯示，二氧化碳濃度根據不同植物的需求，被控制在了400~1200ppm之間（二氧化碳濃度過量也不行）。地球大氣中的二氧化碳含量一般佔總體積的0.033％，2013年世界氣象組織的數據顯示，其日均濃度已經超過400ppm的闕值。對植物光合作用來說，這才剛剛夠用。

地球的空氣並不完美，但封閉的太空艙內，永遠不愁沒有過量的二氧化碳：國際空間站里的空氣成分接近地球，氧氣含量為20-24%，大部分是氮，甲烷(屁)、二氧化碳和氫氣佔比極少，但0.4%的二氧化碳含量已接近地球平均水平的10倍。一些體質敏感的宇航員因此遭遇了嚴重的副作用：頭痛、焦慮，時不時就要去通風口吹一吹。NASA一直為此糾結，到底是培養高抗二氧化碳的忍者宇航員，還是製造超重型二氧化碳清除器？反正兩個都得花大錢，也許還是種菜更經濟划算。

4. 為了太空的育種，為了更少的便便

傳統意義上的太空育種，是為了在地面種植出更好的作物，讓種子去太空溜達一圈，沐浴在高輻射、失重的環境下，誘發基因變異。但很多科學家正在轉變思路，認為應該在地面上進行種子改良，應對人類在密閉環境中遇到的特殊問題，比如空間小、缺鉀、便便過多。

「為了太空的育種」，其終極目標是創造再生系統，在空間站、殖民地上持續種植作物，因此，經濟高效、出土即食的作物最受歡迎，萵苣類植物首當其衝。在轉化效率上，土豆和小麥都不是最好的選擇，因為它們收穫周期很長，而且需要烹飪處理——現階段，宇航局肯定不許帶鍋上天。

選種番茄、辣椒、豌豆這些小矮個兒，旨在節省空間。關於這一點，中科院植物所正在培育更矮的木本植物（目前只有桃樹），以便提高空間利用率。

宇航員的健康也不容忽視。大航海時代的船員因為缺乏維生素而飽受壞血病折磨，直到庫克船長用橘子解決了這個問題。無獨有偶，阿波羅15號宇航員曾因食物缺鉀而心率失調，嚇得NASA趕緊在食譜上增加了多鉀果汁。從古到今，遠航者的飲食結構都異於常人。鑒於光配方可以調節植物中的微量元素，通過特殊照射，讓專供腎病患者食用的蔬菜鉀含量更少。針對宇航員的多鉀生菜也許是下一個目標。

最後，食物導致的人體殘渣也很重要。NASA對人體排泄物一向十分苛刻，為了阻止宇航員放屁，曾把豆類食品划進黑名單。那麼，吃啥能減少排便量呢？動物蛋白和澱粉都排在果蔬前面。但由於土豆收穫周期長，太空養雞業遙遙無期，便秘的宇航員又不好找，栽種減少便便的作物迫在眉睫——便便雖好，也要分場合，它雖然救過馬克·沃特尼的命，但很難在太空艙內再生成為食物（化學家稱，糞便其實可以水解成碳，做成小餡餅，但據說在座的宇航員紛紛拒絕了屎漢堡）。

日本科學家Mitsuyuki Ikeda已經把這一設想化為了現實：他用人類糞便的提取物做出了可以吃的「肉」。圖片來源：inhabitat.com

無數太空故事告訴我們：別惹植物學家。這些人為了保護幼苗可以拚命，前面提到的《宇宙靜悄悄》就是一個典型——植物學家洛厄爾聽說他的溫室要被炸掉，徒手干翻2位同伴。至於某位愛爆粗口的火星魯濱遜，你敢動他的土豆試試？

植物學家這麼暴躁不是沒有原因。一方面，科幻作家老是把糧食增產、病害防治、營養土壤這類本屬於農學家的活兒塞給他們。另一方面，經典的科幻設想中，植物除了承擔科研任務，往往還充當糧倉、制氧機和心靈治癒室。在無垠的太空，植物很脆弱，光的顏色、土壤的重量、空氣成分和排便頻率，任何一點小小的變動，都可能導致一場地外大饑荒。但植物又無比強大，在電影《地心引力》里，宇航員瑞恩進入天宮一號求救，發現船艙內壁種滿綠油油的小蔥（也可能是韭菜）——綠植帶來的心理安慰，可以拯救一個崩潰的宇航員；美國科幻巨匠羅伯特·海因萊茵的長篇小說Variable Star里，老農佐格比只用幾塊水培農場，養活了整個星球的人。

電影《地心引力》中，內部種滿了綠蔬的天宮一號。圖片來源：youtube.com

當植物是已知唯一能把太陽能轉化為化學能的東西，你無法不去大膽想像植物工廠的應用前景。植物所的科學家們極其謙虛：「我們必須樹立這種常識：太空近地軌道栽培目前只是實驗階段」，但是，質量優於數量、封閉系統、高效利用空間、尋找每一塊可用的表面……這些太空農場的決定性原則，經典科幻里的明日幻想，正在慢慢實現。太陽能一體化的植物集裝箱，可在島嶼、沙漠、艦船內和海底進行持續生產；全世界關於種植的概念設計、科研項目、實體企業，都在瘋狂地向天空延伸：在城市、社區、樓宇、工廠之間，實現蔬菜連續循環種植，不受季節氣候影響，同等面積產量可達到傳統土地的數十倍。

但科幻作家算錯了一件事。

在智能監控系統接手大部分管理後，專業人士將在傳統農耕中全身而退。一旦食材種類和新鮮度跟上，未來的火星還需要農學家和植物學家嗎？不不，送一個好廚子就夠了。（編輯：姜Zn）

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