太空独特的环境为培育适宜地球的植物物种创造了可能性。
上月，荷兰瓦赫宁根大学及研究中心的研究人员在科学期刊PLOS ONE发布了一项关于太空种植方式的研究成果，论文题为“Intercropping on Mars: A promising system to optimise fresh food production in future martian colonies”（译：《火星间作种植方式：优化人类未来居住地火星上新鲜食品生产的有潜力的系统》，以下简称《火星间作种植方式》）。研究团队利用火星风化层模拟物（“风化层”指不含有机物或生命的土壤）进行了豌豆、胡萝卜和西红柿三种作物的种植试验，并且发现，在火星上采用古老的间作种植方式（在同一田地与同一生长期内，分行或分带相间种植两种或两种以上作物的种植方式）有助于提升部分作物产量。
研究团队成员包括天体生物学家Rebeca Gonçalves、植物生态学家Wieger Wamelink、农业系统专家Jochem Evers和作物系统分析中心教学助理Peter van der Putten。该研究不仅使得太空农业研究更进一步，同时按照Rebeca Gonçalves的说法，研究的成果也可直接应用于地球农业生态，实现一举多得的效果。
荷兰瓦赫宁根大学及研究中心研究人员正在进行种植试验
图片来源：hortidaily.com
太空种植不断尝试新方式
从英国维珍银河（Virgin Gaalactic）、蓝色起源（Blue Origin）到Space X，一系列商业太空飞行公司在商业太空旅行领域大量投入，曾经出现在科幻读物中的太空生活畅想正一步步迈向现实。亚利桑那州立大学旗下刊物The State Press科技记者Hunter Rhea表示，“随着Space Perspective等私营公司宣布在火星居住的长期目标，以及美国宇航局（NASA）招募模拟火星生活志愿者，人类如何在另一个星球上生存的问题已不再是假设。”
然而，要在太空实现自给自足，尤其是食物供应，是一个必须面对的挑战。荷兰瓦赫宁根大学及研究中心研究人员在《火星间作种植方式》中指出，“从地球供应和补给长期定居所需的所有食物既不切实际，也不经济”，因此，从保证太空基本饮食需求、均衡营养摄入方面综合考虑，研究适合太空的食物系统必不可缺。
但现实情况却是，太空作物种植面临着巨大挑战。美国有线电视新闻网CNN撰稿人Nadia Leigh-Hewitson介绍，火星的氧气较地球稀薄100倍，阳光强度仅有地球的一半，缺乏可利用的淡水资源，且平均气温在零下62摄氏度左右，“这是人类计划进行食物生产的最具挑战性的环境”。
图片来源：NASA
因此，从政府机构到科研院校，多个研究团队长期致力于太空种植相关研究，尝试解决太空食物供给问题。2017年，美国宾夕法尼亚州维拉诺瓦大学天文学和天体物理学教授Edward Guinan带领学生开启了“火星花园”项目，研究哪些植物和蔬菜可以在模拟火星土壤（模拟火星土壤大部分来自于莫哈韦沙漠的火山岩，和火星土壤较为接近）中生长。经过实验，Edward Guinan团队已经发现蒲公英、生菜、芝麻菜、菠菜、豌豆、大蒜、紫甘蓝、洋葱等植物长势较好，西红柿、豆科植物、玉米及许多根茎植物难以茁壮成长。 美国阿肯色大学跨学科研究团队则通过基因编辑方式创造了新的水稻品种，并且实验发现，经过基因编辑的水稻能在模拟火星土壤中生长，且即使在模拟火星土壤中添加少量高氯酸盐（火星表面发现的有毒化学物质），新品种依然可以发芽。
中国的太空种植研究已经从地球走向了太空。早在2016年，中国国际空间站的“太空菜园”就尝试了人工栽培生菜，且生菜长势喜人。神州十四号载人飞行任务期间，航天员成功栽培了生菜、小麦和矮杆番茄。去年12月，“太空菜园”中种植的生菜、小葱、樱桃番茄也喜获丰收。
去年12月，中国国际空间站的“太空菜园”丰收
图片来源：中国载人航天工程网官方微博（视频截图）
在过去研究的基础上，荷兰瓦赫宁根大学及研究中心研究人员的研究方向不止是探索适合太空种植的食物，而是在于如何使太空种植的植物可以更加茁壮地成长，并且对地球农业发展有启迪作用。因此，研究团队尝试采用古老的间作种植方式，利用岩石、灰尘和沙子的混合物模拟火星风化层，并在其中种植了豌豆、胡萝卜和西红柿。
Rebeca Gonçalves解释，选择以上三种植物一方面是出于营养价值考虑，另一方面，三种植物也是具有互补特性的伴生植物，豌豆是可以“固氮”的豆科植物，胡萝卜可以帮助土壤通气，番茄既可以为胡萝卜提供遮蔽，也可以为豌豆生长提供攀爬支撑。实验发现，三种植物的长势好坏参半，番茄表现较好，胡萝卜和豌豆相较于单作种植方式（一块土地只种植一种作物）产量更低。番茄在采用间作种植时的丰收程度明显优于传统的单作方法，不仅产量翻番，而且番茄生长更快、根茎也更为粗壮。
采用间作种植（左）和单作种植（右）培育的番茄
图片来源：Wageningen University & Research/Rebeca Gonçalves
太空农业研究如何造福地球？
研究不仅发现了间作种植对番茄更有效，而且Rebeca Gonçalves表示，研究更重要的意义在于，发现了太空领域的农业种植方式“可以直接应用于地球上的农业系统”。团队不仅在模拟太空土壤中进行了间作种植，同时也在沙质土壤中按照相同的种植方式进行了对照试验，并且发现采用间作种植可以提升豌豆、番茄的产量。
亚利桑那大学可控环境农业研究中心主任Gene Giacomelli表示，尽管该研究为如何在火星上使用传统农业方法提供了“诱人见解”，但间作种植可能不是太空上最理想的农业种植方式，该方案更适用于地球上贫瘠的、难以用作耕地的土壤。
间作种植作为古老的种植模式，有诸多优势，不仅有助于提升产量，而且相较于单作种植，间作种植需要的土地面积和消耗的水资源都更少。但是环境杂志Grist作者Ayurella Horn-Mullerchan介绍，这种古老的种植模式仅在部分地区（拉丁美洲、非洲和中国部分区域）为小型农户所用，在世界大部分地区仍然受关注度较低。原因包括，管理间作种植的农田更为复杂、现代育种倾向于针对单一作物品种进行改良。
间作种植
图片来源：geopard.tech
Rebeca Gonçalves指出，首先，间作种植是应对地球不可持续耕作方式的解决方案，目前全球土地退化情况非常严重，退化率已经高达40%，而间作种植可以有效提升土地利用率，其所需的土地相较于单作种植模式少19%。其次，“间作种植对于解决一些气候变化问题确实有很大的潜力”，间作种植不仅减少了对自然资源的消耗，而且在保证生物多样性的同时有助于改善原本贫瘠的土壤。
在Rebeca Gonçalves看来，太空农业科学领域的影响范围不仅在于太空，“我们的首要任务是开发太空农业新方案并且造福地球”，虽然了解在其他星球的恶劣环境下种植农作物有科学意义，但是“我们进行的每一项研究都必须对地球产生直接的益处”。
太空农业科学领域的革命性创新，也确实赋予着地球农业新的解决方案。首先，包括《火星间作种植方式》在内的研究，探索了在恶劣的太空气候下种植植物的方式，这类方式对地球农业种植亦有极高的借鉴和参考作用，并且尤其对于土壤贫瘠、受气候变化影响较大的区域帮助更大。
图片来源：grist.org
其次，太空农业研究的研究成果也可以更好地支持地球农业的发展。美国宇航局正在研究太空的微重力环境和其他因素如何影响土壤微生物群落的相互作用，美国宇航局生物和物理科学部门副首席科学家Mamta Patel Nagaraja解释，微生物群落的相互作用影响着土壤中的碳含量和营养水平，因此提高相关领域的理解亦有助于优化地球上的土壤微生物群落，从而提高地球农业生产的可持续性。
另外，太空独特的环境也为培育适宜地球的植物物种创造了可能性。根据中国国家航天局介绍，目前中国航天工程的任务之一就是完成太空育种，农作物种子或试管种苗通过航天器送到太空，利用太空特殊的、地面无法模拟的高真空、宇宙高能离子辐射、宇宙磁场、高洁净的环境诱变作用，使种子产生变异，并且在种子返回地面后选育携带新性状的新种子、新材料，培育新品种。海南日报记者刘梦晓去年介绍，中国通过航天育种实验项目已经创造出4万余份空间诱变种质材料，育成新品种460多个，显著提高了农作物产量和品质。
海南航天工程育种研发中心培育的“太空南瓜”
图片来源：海南航天工程育种研发中心
太空农业研究是探索太空的必经之路，也对地球发展有深远影响。正如Rebeca Gonçalves所强调的，“我们从太空农业中获得的所有知识都可以直接并实际应用于地球”，当太空农业研究既能为未来太空生活创造出适合的农业系统，又能恢复地球上贫瘠土壤的活力时，则相关研究可以真正实现科学探索与环境保护的双赢。
