太空植物栽培學者指南
在太空中栽培植物面臨著獨特的挑戰，這些挑戰來自微重力、有限資源以及需要控制環境條件。然而，隨著太空科學和技術的進步，我們正在開始探索如何讓植物在太空中茁壯成長，支持長期太空任務並為太空人提供新鮮的食物。
本指南旨在為有興趣在太空中栽培花卉和植物的植物學家和研究人員提供指導，重點介紹成功的太空園藝所需的科學原則、挑戰及最佳實踐。
1. 理解在太空中栽培植物的挑戰
A. 微重力
問題：微重力（或失重狀態）會改變水分和養分在植物體內的運動方式。在地球上，重力幫助水分和養分從根部運送到葉片，而在太空中，這一過程會被打亂，導致根部生長和養分吸收的挑戰。
解決方案：使用專門的系統，如水耕和空氣耕作種植室，通過直接將水分和養分提供給植物根部，而不依賴重力來克服這一問題。
B. 有限的空間和資源
問題：太空任務需要高效使用可用的空間，而水、空氣和土壤等資源有限。植物必須在能夠維持最佳溫度、濕度和二氧化碳水平的受控環境中生長。
解決方案：垂直農業技術、人工照明系統和自動化系統可用於最大限度地提高有限空間中的植物生長效率。
C. 輻射暴露
問題：地球上的植物受到大氣層的保護，免受有害的宇宙輻射影響，但在太空中，這種保護缺失。輻射可能會損害植物細胞，抑制生長並影響基因物質。
解決方案：太空棲息地和植物生長室需要有輻射屏蔽設計或使用具有抗輻射功能的材料來最小化暴露。此外，基因工程可以用來使植物對輻射更具抵抗力。
2. 太空中植物的選擇
A. 堅韌且生長迅速的植物
理想選擇：具有短生命週期的植物，如蘿蔔、生菜和微型綠葉蔬菜，非常適合在太空中栽培。這些植物可以迅速收穫，減少長期資源消耗的需求。
花卉：儘管許多花卉可能不是當前的首要目標，但研究表明，像百日草這樣的花卉有可能在太空中生長。國際太空站（ISS）的Veggie實驗中就成功地栽培了百日草，證明了開花植物可以在微重力環境中生長。
B. 基因改造植物
基因工程：經過基因改造的植物，增強了抗旱、抗病蟲害及更快生長等特徵，可能在太空條件下表現更好。此外，研究正在探索如何提高植物在太空環境中使用較少水分和更高效吸收養分的能力。
範例：經過基因工程的太空生菜品種，由於其在受控環境中強健的生長，對長期太空任務顯示出良好的前景。
3. 太空植物栽培的關鍵考慮因素
A. 照明
問題：在太空中，缺乏自然光源，需要人工光源來進行光合作用。必須精確控制光線的強度和持續時間。
解決方案：使用LED照明系統，提供特定波長（紅色和藍色）的光線來模擬陽光。這些光線促進光合作用並有助於調節植物的生長週期。
範例：Veggie生長系統在國際太空站上使用紅、藍和綠色LED燈光提供植物所需的光譜。
B. 灌溉系統
問題：在太空中灌溉植物非常棘手，因為水在微重力中表現不同，水分可能會脫離植物根部或聚集在不應該存在的地方。
解決方案：水耕栽培（在富含養分的水中栽培植物）和空氣耕作（在空氣中用霧化養分栽培植物）系統旨在防止水分漂浮，同時確保植物根部獲得適量的水分。
範例：國際太空站上的先進植物生境使用水耕系統來維持植物根部的適當濕度。
C. 空氣循環
問題：如果沒有適當的空氣流通，二氧化碳濃度可能過高，氧氣濃度可能下降，從而影響植物的生長。
解決方案：通風系統和二氧化碳增補對於維持植物生長的理想環境至關重要。植物生長室需要配備回收空氣並確保光合作用所需的二氧化碳水平的系統。
D. 土壤或生長介質
問題：土壤太重且容易弄髒，且在太空中使用土壤並不理想。土壤在微重力中也不太適用。
解決方案：使用無土栽培系統，如水耕栽培和空氣耕作，植物可以在富含養分的水或霧中生長，而不需要傳統的土壤。
範例：國際太空站上的Veggie實驗使用了一種無土栽培系統，這種系統使用名為**“植物枕頭”**的生長介質，這是一種能夠容納植物並保持養分溶液的布料。
4. 監控與自動化
A. 感測器和數據收集
問題：維持植物生長的最佳條件需要不斷監測溫度、濕度、光線和養分等因素。
解決方案：在生長系統中集成感測器，以監控環境因素。數據會傳回地球進行分析，並讓科學家根據需要調整條件。
範例：植物生境-02實驗在國際太空站上使用先進的感測器來追蹤植物健康狀況，包括濕度、溫度和二氧化碳濃度。
B. 自動化系統
問題：太空人有有限的時間和資源來照顧植物，因此系統必須儘可能自動化。
解決方案：自動灌溉、養分供應和照明系統設計用於減少人工干預。機器人系統也能協助植物的收穫和護理。
5. 太空農業的好處
A. 支持長期太空任務
在太空中栽培植物將對長期太空任務至關重要，如火星任務。植物提供新鮮的食物、必需的營養以及氧氣。它們還有助於回收二氧化碳和廢物，成為太空生存系統的一部分。
B. 心理健康
在封閉的空間中栽培植物也有心理健康的好處。綠色植物有助於減少壓力並改善心理狀態，這對於長期太空任務中的太空人尤其重要。
6. 未來的太空農業
隨著太空任務變得越來越長和頻繁，太空農業的重要性將日益增加。未來，我們可能會見到更加高效、自給自足的系統，使植物能夠在最惡劣的太空環境中茁壯成長。這些進步可能包括：
閉環生態系統，其中植物與廢物回收系統集成。
經基因工程的植物，具有太空優化特徵，如增強的抗輻射能力和更好的微重力生長。
人造重力系統，模擬地球般的條件來促進植物生長。
太空農業將在促進人類探索太空方面發揮至關重要的作用，為未來的太空旅行提供生存所需的資源，並為未來的世代打開太空大門。
在太空中栽培花卉和植物面臨獨特的挑戰，但隨著創新、科學理解和先進技術的發展，這些挑戰正被逐步克服。太空農業不僅有望支持長期太空探索，還有可能徹底改變我們對地球農業的看法。通過繼續研究和改進太空中的植物生長，我們正在為可持續的自給
