在太空种土豆，总共分几步？植物学家的答案在这里

 以下是史军的演讲节选：

俗话说“民以食为天”，前往星辰大海的旅行，有一个绕不开的问题——吃。

在太空中，食物从哪里来？有人说从地球带上去，但这个价格是非常昂贵的，而且也无法满足大量的人群的需求。所以，只能在太空当中生产自己所需的食物。

那么，在众多的食物中，为什么我们要把菜园搬到太空去？又为什么会选择土豆？这里面其实有很多非常有趣的植物科学知识。

首先，人类所依赖的巨大的能量源——太阳，实际上是有寿命的。到现在为止，太阳的寿命大概是 46 亿年，这个时间听起来很长，但是万一哪天太阳发生了一些变化，我们可能需要迁居到外星球。再者，我们还面临“天外来客”的威胁，比如小行星撞击地球。这样的撞击可能会导致大规模的生物灭绝，这在地球历史上并非罕见，最著名的例子就是导致恐龙灭绝的那次。

当然，这些事情听起来都离我们很遥远，可人类今天还面临着一个更棘手的问题，就是全球气候变化。由于工业化进程中对化石燃料的大量消耗，全球气候正在发生剧变，极端天气事件日益频繁，地球可能逐渐变成一个不适合人类居住的地方。在这种情况下，我们不得不考虑寻找新的家园，这也是我们将菜园搬到太空的原因之一。

在太空中种菜，为什么会选择土豆？不光是因为土豆好吃，还和土豆自身的特点有关。土豆的可食用部分并非其花朵或果实，我们真正吃的是土豆的块茎。

选择吃块茎带来了显著的优势：只需将土豆切成几块，埋入土中，就能生长出新的土豆。这种方法比等待土豆开花结果后再收获果实，更为简便高效。

以火星为例，火星的土壤里含有我们难以想象的复杂成分，尤其是高氯酸盐，这种成分在地球上主要用于强力消毒，比如一些消毒湿巾中就含有高氯酸盐。想象一下，这种消毒剂能杀死所有微生物，那么将土豆直接种植在这种土壤中，土豆的命运恐怕会和那些微生物一样，无法存活。因此，如果我们想利用火星土壤种植土豆，必须先将其彻底清洗，去除高氯酸盐，这个过程非常复杂。

更关键的是，火星土壤里没有肥料，肥料对于植物生长至关重要。中国有句农谚“庄稼一枝花，全靠粪当家”，说明了肥料对作物生长的重要性。因此，首批登陆火星的宇航员需要努力改善土壤条件。不过这并不意味着可以直接将人类排泄物用作肥料，必须经过发酵过程。未经发酵的排泄物植物无法吸收，只有经过发酵分解为简单矿物质营养后，植物才能吸收利用。虽然这个过程听起来复杂，但幸运的是，我们不必完全依赖土壤来种植植物。

很多人可能都试过水培植物。只要有足够的水，即使不需要土壤，也能种植许多蔬菜，包括土豆。这种新型的栽培方法，不是将土豆直接泡在水里，而是将其架空，通过喷雾直接提供营养，这种方法已经相当成熟。因此，即使脱离土壤，我们仍然可以种植蔬菜。但是，水是不可或缺的，因为水是植物生长的必需元素。

以电影《火星救援》为例，影片中主角在火星上种植了大约 100 平方米的土豆田。种植这些土豆需要 60 立方米，即 60 吨的水。听起来很可怕，是吧？60 吨水可不是小数目。这些水并非全部用于土豆生长，部分水会被土豆释放到空间中。这是因为土豆在吸收营养时，其体内的液体需要流动，就像心脏泵血一样。

虽然植物没有心脏，但它们通过叶子进行类似的功能。每片叶子都像一个小水泵，当水被释放到空气中时，会产生微小的动力，将根系吸收的水抽上来。这种水泵虽小，但耗水量却很大。因此，种植 100 多平方米的土豆需要 60 立方米的水，这是一个非常庞大的数字。

幸运的是，我们现在有各种节水设备，可以将水循环利用，这在今天已经可以实现。因此，水不再是太空种植蔬菜的一个重大障碍。

还有一个大家可能通常想象不到的关卡——缺乏二氧化碳。

有人可能会问，二氧化碳还会缺乏吗？我们每天都在讨论减少二氧化碳排放，但二氧化碳的影响是双面的。虽然二氧化碳在今天的很多宣传里面有点被妖魔化了，一提二氧化碳这个词，就觉得它是一个坏东西，但实际上二氧化碳给我们带来的正向影响要远远大于负向的影响。例如，二氧化碳是温室效应的关键成分，如果温室效应完全消失，那我们地球表面很可能就变得跟月球表面一样——昼夜温差可能有几百摄氏度。这样的星球还能有生物生存吗？不可能。

更重要的是，在太空菜园里，我们还要给植物提供足量的二氧化碳。这是为什么呢？我们常说的光合作用，也就是绿色植物吸收二氧化碳和水、产生葡萄糖的过程。这个过程是分两个步骤来完成的，一是光反应，二是暗反应。所谓的“光反应”，就是接收太阳光的过程，“暗反应”就是把收集到的这些能量变成葡萄糖里面储存的能量。

图片来源于史军演讲PPT

为了应对这种情况，植物可能会进行“光呼吸”，分解自身产生的二氧化碳以维持光合作用，但这也只是一个不得已而为之的事情。所以说，也许在未来的太空菜园中，二氧化碳反倒成为一种宝贵资源。

太空种土豆，还有一个“隐藏关卡”——重力。

对于生活在地球上的人，重力司空见惯，我们很容易忽略了它的存在。但在太空中，一切都处于失重状态，这与我们在地面上的环境截然不同。我们带到太空的植物也习惯了有重力的环境。例如，当我们把种子种在土壤中，植物的苗和芽会向上生长，而根则向下生长，这正是重力的作用。

如果没有重力的话，植物怎么知道哪边是天空，哪边是土壤呢？这个事情怎么解决呢？有一个好消息是，中国的科学家去年发现了解决这一难题的关键。他们发现植物细胞中存在一种特殊的颗粒——淀粉体。这些淀粉体受到重力影响时，它们会沉积到细胞的底部。当这些颗粒与细胞壁和细胞膜接触时，它们会传递信号，告诉细胞哪边是下方。因此，未来我们可能会利用这一发现，帮助植物在太空中更好地生长。

图片来源于史军演讲PPT

关于“太空种土豆”的先期尝试，实际上现在已经在进行中。比如，我们的天宫空间站已经种植出了多种蔬菜，尤其是生菜，在之前的直播中我们已经看到天宫的宇航员们享用了新鲜的生菜。不知道它们的味道如何，希望将来大家都有机会品尝。

在太空中种植蔬菜充满挑战，尤其是在太空船上种植，更是难上加难。

举个例子，上世纪 90 年代，美国进行了一个名为生物圈 2 号的实验，目的是模拟一个微缩的地球。这个建筑体积庞大，有 18 万立方米的空间，内部分为七个生态区，放置了 4000 个物种，试图模拟地球上的所有生态系统。实验持续了 21 个月，但最终不得不结束，因为实验人员几乎饿死或者被憋死，原因是这个小型生态系统无法正常运行。

这个实验给我们的最大启示是，地球上的生态系统并非简单地将物种放在一起就能形成。生态系统是一个有机的整体，不能简单地通过堆砌物种来构建。就像我们不能简单地将汽车零件堆在一起，然后期望它们自动组装成一辆汽车一样。因此，即使我们将大量物种聚集在一起，它们也不会自发地形成一个健康的生态系统。最好的解决方案仍然是保护我们的地球——这颗美丽的蓝色星球。

即使有一天我们有能力走出太阳系，甚至走出银河系，去探索更遥远的宇宙，我们也不应忘记，地球永远是我们的母星，是我们最美好的家园。这是我们每个人都需要铭记在心的。希望大家带着这份对地球的记忆，去探索星辰大海吧！