南极植物生产系统概述与分析.pdf

DOI10．16289/j． cnki．1002-0837．2018．06．015南极植物生产系统概述与分析唐永康，吴志强*，董文平中国航天员科研训练中心人因工程重点实验室，北京 100094摘要植物是受控生态生保系统中的关键生物部件，可以为乘员提供食物、氧气和净水，同时可以起到一定的心理支持作用。世界各国/组织在南极开展了多年的植物生产系统研究和实施工作，研制了不同类型的植物生产系统。这些系统不仅为南极考察人员提供了一定的食物供给，也为推动受控生态生保系统的发展提供了技术支持和试验验证。本文总结和分析了南极曾经建设或现有的植物生产系统，对比分析了这些植物生产系统的建设目的、规模、类型和自动化程度等具体信息，并展望了南极植物生产系统未来的发展趋势。关键词南极;植物;受控生态生保系统中图分类号V419．9;R852．82 文献标识码A 文章编号1002-0837201806-0669-07Review and Analysis of Antarctic Plant Production Facilities． Tang Yongkang，Wu Zhiqiang，Dong Wen-ping． Space Medicine ＆ Medical Engineering，2018，316669-676AbstractAs a biological component in the controlled ecological life support system CELSS，the higherplant can not only provide food，oxygen and purified water for the crew，but also can provide certain psycho-logical support． Many plant production facilities have been developed and operated in the Antarctic since asearly as 1902． These facilities not only produced foods such as vegetables and fruits for Antarctic crews，butalso promoted the developments of CELSS． In this paper，the past plant production facilities and the presentoperational facilities in the Antarctic were summed up and analyzed including their purposes，scales，automa-tion levels and so on． In the end，the development trend of the facilities in the future was prospected．Key words Antarctic; plant; controlled ecological life support systemAddress correspondence and reprint requests to Wu Zhiqiang． National Key Laboratory of Human FactorsEngineering，China Astronaut Research and Training Center，Beijing 100094，China人类想要在太空开展长期探索任务或星球定居，必须首先解决生保物资的自给自足问题［1］。短期空间飞行或空间站上的生保物资主要靠地球补给，而对于长期载人深空探测任务如建立月球/火星基地，则必须在星球基地建立受控生态生保系统 Controlled Ecological Life Support Sys-tem，CELSS，就地利用当地资源进行食物生产，这是解决生保物资供给难题的根本出路［2-3］。目前，国内外已开展近60 年的 CELSS 试验研究，包括在南北极、沙漠、孤岛等地面极端环境中的试验研究，如美国的生物圈2 号试验［4-5］。其中，南极成为开展受控生态生保系统试验的重要场地，已有46 个不同的植物生产系统在此建设运行。这些植物生产系统不仅可以就地利用资源生产食物，还可以推进空间轨道或月球和火星表面的空间受控生态生保系统的发展［6］。本文总结和分析了南极曾经建设或现有的植物生产系统，对比分析了这些植物生产系统的目的、规模、类型和自动化程度等具体信息，展望了南极植物生产系统未来的发展趋势，以期为空间受控生态生保系统研究提供一定的参考和借鉴。1 植物生产系统各国/组织去南极考察初期，考察队员就把植物带到了南极进行种植。最初，考察队员更多是从心理需求层面出发，来进行小规模的植物种植。而现在则主要是从新鲜食物的实际需要和心理支持出发，来进行大规模培养植物［6］，并且大部分收稿日期2017-10-28 修回日期2018-05-15基金项目中国航天医学工程预先研究项目 SYFD150051801，2012SY54A0304作者简介唐永康，男，博士，副研究员，研究方向为载人航天环控生保技术。E-mail yktang126． com*通讯作者吴志强，男，博士，研究员，研究方向为载人航天环控生保技术。E-mailwzqacc126． com第31 卷 第6 期 航天医学与医学工程 Vol．31 No．62018 年 12 月 Space Medicine ＆ Medical Engineering Dec．2018由国家/组织来统一实施和管理，以确保严格遵守相关南极条约或协议。目前，南极仍然有9 个水培植物生产系统在运行。在南极建立站点的大多数国家都曾经有一个或多个植物生产设施在一个或多个站点运行。南极已有或正在运行的植物生产系统至少有46种，主要由13 个不同的国家和某非政府组织管理和运行。为方便物流运输，这些南极植物生产系统主要建立在南极沿海地区，集中在乔治王岛、南极半岛、席尔马赫绿洲和罗斯岛附近。大约有一半的植物生产系统在相应的南极主站设施内建立，其余的则为独立/外部设施。以下将针对不同国家/组织的植物生产系统进行阐述。1．1 美国美国自1957 年就开始在南极极点阿蒙森－斯科特站建造植物生产系统。这个系统相对比较简单，主要由1 个覆盖着透明塑料盖的大型烤盘组成，在盘内有3 个食品托盘，用来培养红薯、喜林芋、水芹、萝卜和三叶草。除了这些非正式的植物种植实验外，1960/1961 年，在南极极点以及麦克默多站进行了第一次详细的植物生产研究，其中涉及到许多植物、昆虫和小动物，以评估地球旋转对其生物钟的影响。美国在南极第一个长期使用的温室是在1990 年建造的，植物种植区大约3 m2，包括加热器、铝箔墙壁、电照明、单独营养储存器，以及1 个2 层的水培植物种植架等结构。在1991 ～1992 年夏季期间又对托盘、照明高压钠灯、热交换器和隔热进行了大量改进。改进后，进行了番茄、胡椒、甜椒、黄瓜、菠菜和莴苣等植物种植。该种植系统1994 年进行了搬迁，并一直运行至2005 年后关闭［7］。图1 美国南极麦克默多站温室a和阿蒙森站食物种植室bFig．1 The South Pole McMurdo greenhouse a andfood growth chamber b of USA麦克默多站温室于1989 年建成开放。它由2 个军用集装箱建造，水培设施约 50 m2。1994年对温室进行了扩大新建造了一座玻璃房，面积约为16 m2，采用聚苯乙烯泡沫塑料保温。在黑暗的南极冬季，整个设施可在电照明下继续种植。麦克默多温室使用营养液膜技术 NFT水培法，在温室内共有11 个独立的水培系统。虽然麦克默多站后续计划建造新的水培设施，但该温室却在2010 ～2011 年度末被关闭了［8］。2004 年，美国又在阿蒙森 －斯科特站建成了南极食物种植室 The South Pole Food GrowthChamber，SPFGC，一直运行至今天 图 1。SPFGC建在立方体绝缘冰箱上，有1 个5． 60 m 3．91 m 2．50 m高的植物生产室和1 个2． 35m 3．91 m 2．50 m高的环境室。两室中间由1 个玻璃墙分隔。植物生产室照明为高压钠灯，采用NFT无土水培和深液流营养技术。种植的植物包括莴苣、黄瓜、番茄、草本植物、哈密瓜和胡椒，每周可以生产新鲜蔬菜27 kg。白天16 h电力消耗约为16 kW，晚上8 h为3 kW。该系统主要由现场站点人员维护，但也可以通过卫星连接进行远程监控和操控［9］。1．2 俄罗斯俄罗斯在其南极站点进行的植物种植报道较少。最早的报道是在和平站利用自然光生产洋葱，在沃斯托克站内温室中生产鲜花、番茄和萝卜。20 世纪70 年代中期，在拉扎列夫站运行过相对较大的温室，期间种植过番茄、西红柿、黄瓜、洋葱、韭菜和几种花卉。20 世纪80 年代中期，在列宁格勒站也进行了植物水培生产。20 世纪80年代后期关闭了在和平站、列宁格勒站和青年站运作的植物生产温室。目前，俄罗斯在南极站没有运行专门的植物生产设施，也没有计划重新启动任何上述设施［6］。1．3 英国英国在其多个南极站点均建造过不同规模的植物生产系统。1946 年，英国在其斯托宁顿岛站基地E 车间的一侧建立了单坡型温室。该温室与基地 E 站通过内部的一扇门相连。温室占地面积6 英尺4 英尺，屋顶最高处为6 英尺，采用自然光照明，自然光可透过2． 5 英寸的双层玻璃窗。基地车间的炉子产生的热量通过管道输送到温室。温室大部分为木结构，内部铺有用于反光的铝箔，以使光线最大化反射。在夏天，需要对076 航天医学与医学工程 第31 卷温室进行遮挡。该温室采用水培进行种植植物，包括莴苣、萝卜、胡萝卜、卷心菜、大葱、水芹和三色紫罗兰等［6］。在威廉群岛的沃迪屋，从 1947 年前后至1953 年，英国一直使用木材和玻璃组成的单坡型温室进行植物种植。该温室占地面积7．1 英尺4．1 英尺，主要用于种植沙拉蔬菜。1968 年在基地F主屋一侧的平台上建造了温室，面积为10． 6英尺7．8 英尺，高7． 5 英尺。采用木结构双层玻璃，自然光和电气照明。照明灯安装在滑轮上，可以针对不同作物调整高度。采用多层次种植安排，底层植物可以在人造光下全年种植，而上层搁板上的植物可以在夏季自然光照下种植。并用铝箔最大限度增加光照反射。采用水培和土壤两种方式种植植物，包括莴苣、西红柿、黄瓜、萝卜、芥末和水芹，每隔1 ～2 周可为站点每个成员提供1次沙拉餐。该温室一直使用到1976 年［6］。英国在位于乔治王岛的金钟湾站基地 G建造过一个简易温室，该温室是由木材和玻璃搭建而成的单坡型建筑，面积为4． 9 英尺 4． 4 英尺，主要在夏天种植蔬菜和鲜花，冬天则不种植。在西格尼岛上的西格尼岛站，英国也曾建造了一个单坡型温室面积约为6． 3 英尺 4． 1 英尺。1952 年被强风摧毁，1956 年又重新建造了1 个同样大小的温室。主要种植了芥末、水芹、萝卜、洋葱、莴苣、水仙。该温室使用至 1967 年。此外，1962 年，在英国哈雷一站，越冬队员自发建造了水培种植系统，种植了番茄、莴苣、萝卜、芥末、水芹和豌豆。用荧光灯进行照明，用砾石和蛭石混合作为基质。之后又建立了一个小型户外温室，采用自然光照明，用6∶4 的砾石和蛭石作为基质，浇灌营养液进行培养［6］。1．4 澳大利亚自1960 以来，澳大利亚就在其站点开展了各种植物种植活动，直到1989 年考虑到南极条约，才暂停了所有的植物生产活动，但1991 年又开始在其南极站点实施有条理的植物培养计划。澳大利亚在1980 年开始使用位于凯西站较大的植物培养设施。该设施有一个面积为3． 0 m2．2 m的种植房间，在许多种植模块内衬塑料，填满了用于无机种植基质的矿渣，并加入循环营养液。采用荧光灯进行照明。后来系统因为光照和供水不足等原因而关闭。2000 ～2001 年夏季，澳大利亚在凯西站重新引入水培植物生产系统。该设施建造在两个相邻并连接的20 英尺的运输集装箱中图2a。凯西站水培设施独立特点限制了疾病或感染的蔓延，而且隔热容器的内部衬有不锈钢方便清洁。该设施种植了包括番茄、莴苣、草本植物罗勒、欧芹、香葱、莳萝和百里香、黄瓜、洋葱、雪豌豆和银甜菜等植物［10］。1969 年，戴维斯站在一处闲置的峡谷内建造了1 个室内花园和1 个温室。该植物水培系统由砂、砾石和蛭石的混合物组成种植基质，由10 个荧光灯提供照明，外部温室包括一个由双层玻璃板组成的倾斜屋顶。采用手工浇水，可以全年种植水芹、萝卜、莴苣、洋葱、卷心菜和西红柿。1984年，戴维斯站建造了大型植物种植室。该设施是安装在集装箱6．0 m 2．4 m 2． 3 m内的水培系统，用矿物棉做基底，浇灌营养液，荧光灯管照明，可全年进行植物种植。2000 年初，戴维斯建立了第二个水培设施图2b，该系统安装在两个由螺栓连接在一起的20 英尺的集装箱中类似凯西站，种植了莴苣、辣椒、黄瓜、西红柿、银贝、芹菜和各种草本植物。2012 年12 月1 日至2013年10 月16 日期间，该设施生产的可食用蔬菜和水果总产量为237 kg。可惜的是，2014 年冬季，该水培设施遭遇了严重的病虫害，不得不关闭，以防止害虫扩散。后来澳大利亚建造了一个大型水培设施取代2014 年关闭的设施。植物种植面积约9 m2，采用荧光灯和高压钠照明，并利用 NFT灌溉系统进行种植［6］。澳大利亚第一个南极站莫森站早在1984 年就开始进行植物生产活动。植物培养设施安装在外部完全隔热的胶合板建筑物中。建筑物大小为8 m 3 m，并在一头有个冷门廊。该设施的内部装有反光箔，包括10 个内部带百叶窗的双层小玻璃窗。设施用水每周需用卡车运输。营养液就地采用两部分的营养盐溶解混合而成，并尽可能在设施内再循环。该设施使用粘土球、珍珠岩和蛭石作为种植基底，采用 NFT 技术培养植物。2001～2002 年夏季，空置油漆储存装置经过翻新，成为当前莫森水培种植系统图2c。该建筑物包括1 个2 室L型建筑，大小分别为6 m 3 m和4m 2．5 m的2 个房间和1 个冷门廊，是有聚氨酯176第6 期 唐永康，等. 南极植物生产系统概述与分析隔热和金属包层锌合金 的木柱结构。配备了与目前凯西和戴维斯站系统相似的植物种植系统和照明设备，计划长期使用［11］。1．5 新西兰1986 年，斯科特站将两个大型隔热的外部水箱由连在一起图3a并配备基本的水培植物种植设备，采用荧光灯为植物培养光源。该系统种植了番茄和莴苣，以及其他绿叶蔬菜和各种草本植物，一直运行至1999 年［12］。2005 年，斯科特站建造了集装箱式水培装置图3b，由2 个20 英尺的集装箱组成，总面积约为27． 7 m2。该装置可以利用发电厂的废热，并采用新的照明系统旧照明灯也同时使用，因此同时使用荧光、金属卤化物和高压钠照明。采用 NFT 技术培养植物，使用珍珠岩和蛭石为培养基质，先后种植了莴苣、番茄、雪豌豆、黄瓜、西葫芦、辣椒、草莓、南瓜、菠菜、瑞士甜菜和一系列花卉作物。后来因为发生两次严重虫害，系统停止运行再未启动［13］。2012 年，新西兰在起草了植物培养系统风险分析和标准操作程序文件之后，在斯科特站又运作新的小型植物水培装置。该系统只能在冬季运行，并最多种植 10 种植物，约 0． 8 m2的种植面积，有2 个吊灯用作照明图3c。该系统主要是基于现有的商业 NFT 水培装置改造而成。冬季运行后，该系统要经过拆卸，并用偏亚硫酸氢钠彻底清洗，在夏季贮存，第二年冬季再使用［14］。1．6 意大利1997 年，意大利在马里奥祖切利站利用20英尺集装箱建立了植物温室。该温室采用弯曲的18 mm 厚的聚甲基丙烯酸甲酯板采集自然光，命名为南极生命保障单元 Plant-based Unit for LifeSupport in Antarctica，PULSA。1999 年进行扩建，增加了1 个标准的20 英尺集装箱温室，并通过桥梁1．50 m 2． 46 m 2． 59 m连接。PUL-SA装置原来有封闭的 NFT 系统，有6 个培养槽1．60 m 0．20 m 0． 12 m，配置有测量和控制pH和EC 的混合罐。扩增的 PULSA 装置有5 个培养槽 4． 0 m 0． 19 m 0．07 m，可以手动调节营养液pH和EC。PULSA装置最初采用空气加热器/冷却系统，扩增的装置则增加了除湿器。装置最大功率为5． 0 kW，温度保持在 15 ℃ ～ 30 ℃，湿度在40 ～70。PULSA主要培养叶菜类类蔬菜叶用莴苣、茎用莴苣和结球莴苣，也培养种植一些高产作物，如番茄、草莓和黄瓜。虽然 PULSA 是在自然光照下种植植物，但也可以用电灯来照明，从而保证全年运作。此外，该装置还开展了相关研究工作，如受控环境下莴苣种植的多层水培、LED照明、生物量生产模式，以及废弃营养液净化和回收利用等方面［15］。图2 澳大利亚南极植物生长舱Fig．2 The South Pole plant growth chamber of Australia图3 新西兰在斯科特站植物培养设施Fig．3 The Scott Base hydroponics unit of New Zealand276 航天医学与医学工程 第31 卷1．7 中国2014 年，中国在长城站开始建造一座温室图4。该温室同时采用自然光照明和由 LED和高压钠灯组成的电照明。对称双斜屋顶和墙壁均由安装在钢结构框架内的聚甲基丙烯酸甲酯透明材料组成。建筑面积36 m2，每月可以生产约60 kg 蔬菜。主要生产莴苣、黄瓜、樱桃番茄和胡椒等作物。温室最大电力负荷达8． 5 kW。水培种植系统中产生的废水均输送到长城站进行循环降解处理，不可食的生物均被烘干后烧炉。该温室还可以回收利用冷凝水［16］。图4 中国长城站水培食物生产系统Fig．4 Plant production system in Great Wall Station ofChina1．8 韩国2010 年，韩国在世宗王站建成当时南极最先进的植物生产系统植物工厂图5a。该系统同样利用20 英尺集装箱改造而成，内壁上安装了15 ～20 cm厚的聚氨酯隔热板。室内水培栽培系统有3 层，可以安装72 个60 cm 30 cm 的培养盘，每天可以生产至少1 kg 的新鲜蔬菜。同时采用LED和荧光灯照明，用于针对特定作物进行光质调节，种植室内还安装了反光材料以使光照最大化。先后种植了莴苣、胡椒和白菜等作物，而系统产生的废物全部送到智利南极站进行处理［17］。2014 年，韩国在长博戈站建立并运行了另外一个植物种植设施。该设施面积达35m2，植物生产图5 韩国世宗王站a和长博戈站b植物工厂Fig．5 Plant factories in the KING Sejong Station aand the Jang Bogo Station b of Republic ofKorea部件分为2 个单独的房间图5b。第一个包括4 个单层种植架，采用滴灌方式。另一个包括 4个3 层底部浇灌系统。1．9 日本1960 年中期，日本就研发了“植物箱”并送到昭和站使用。同时，日本在南极再补给“富士”船上也装有植物种植设备，整个轮船种植系统大小为1．3 m 1．3 m 1．0 m高，提供了2．7 m2的栽培面积，由16 个荧光灯提供3500 勒克斯的光照。昭和站后来安装了6 个植物箱，每个植物箱有约0．2 m2的栽培面积，尺寸为0．70 m 0．40 m0．55 m高。每个植物箱有4 个荧光灯提供3500 勒克斯的光照。培养基是珍珠岩和页岩6∶ 4的比例混合而成。2008 年，日本在昭和站安装了新的水培植物种植系统，占地面为2． 0 m 1． 5 m2．1 m高。种植系统高 5 层，栽培面积约 3m2。系统最初使用荧光灯，后来改用LED灯。二氧化碳浓度保持在1500 ppm 左右。主要用于提供多叶蔬菜，如莴苣，也提供一部分豆芽，当然也为乘员提供了心理支持［18］。1．10 其他国家和组织智利于2005 年2 月，在南极奥希金斯站建立了温室进行植物水培试验。该设施安置在贝纳尔多奥希金斯站大楼主入口附近，9．7 m 2．52 m2．80 m高，栽培面积约19． 02 m2。温室采用自然光照明，冬季则通过16 盏250 W 高压钠灯照明。植物培养则采用NFT 技术，可同时培养多种植物［6］。德国曾在1976 年左右，在乔治福斯特站也建造过温室，主要用于调节队员们的心理。该温室利用从南极外部带来的土壤，主要种植莴苣、黄瓜、西红柿、草莓、草本植物、花卉以及许多其他物种。采用自然光和电照明［19］。波兰则在1977 年建立了南极著名的植物生产设施亨里克阿尔茨托夫斯基站。该大型温室设施面积约为38 m2，同时使用自然光和高压钠灯人工照明［6］。印度曾在其两个南极站点南根戈德里站和梅特里站均建造过植物温室。主要利用当地土壤和从印度运输的土壤，采用人工照明和自然光照进行植物种植，但种植的植物数量有限［19］。此外，一些国际组织也在开展这项研究工作。国际环保组织1989 年夏季，在罗斯岛世界公园基地建立了水培植物种植系统。该系统采用管道式376第6 期 唐永康，等. 南极植物生产系统概述与分析结构进行营养液循环和植物培养。植物培养过程和生产的各类蔬菜为队员提供了良好的心理支持［6］。当然，还有一些国家/组织已经计划但并未实施的植物生产系统，在此不再列举分析。2 比较分析2．1 植物生产目的各国/组织在南极开展植物生产系统研究，其主要目的在于①为考察队员提供必要的心理支持。许多文献资料表明，在空间密闭环境、极地或沙漠等孤独条件下，植物能起到很好的“陪伴”作用，可以缓解人的孤独感。比如韩国世宗王站83的站点人员表示，生产的蔬菜对他们的心理健康“有帮助”［3，20-21］。②为考察队员提供必需的新鲜蔬菜或水果供应。现在大多数南极航班只能飞行5 个月左右的时间，到南极冬天的时候，外界无法给南极站点提供必要的新鲜农产品，尤其是一些较小的南极站点。因此，只能依靠队员自己动手种植植物，生产他们需要的新鲜食物;③开展受控生态生保技术方面的科学研究。利用南极特殊的环境条件，开展受控生态生保技术试验验证工作，如受控环境下植物的多层水培技术、节能高效的LED照明、生物量生产模式，以及废物循环利用等方面［22］。2．2 培养技术和规模2．2．1 培养方式在南极，早期的植物培养大多采用从外部带去的土壤进行植物种植，而且大部分是小规模的人工种植。培养的容器较小，而且非常不规则，需要人工进行施肥和浇水。随着技术发展、规模扩大和南极条约的限制，后来南极植物培养大多采用固体基质如矿渣 营养液培养或营养液膜技术 NFT的方式，并且大多采用多层立体培养。该培养方式既符合南极条约限制和要求，同时也便于进行自动化培养操作。这些培养方式的变化有利于解放劳动力，扩大植物生产的规模，大大提高植物生产的速度和效率。2．2．2 培养光源主要是采用自然光人工光源相结合的光照模式。而人工光源最初主要是采用荧光灯和高压钠灯等光源来培养植物，植物对这些光的有效利用率较低，能耗消耗较大，利用率较低;现在则利用LED进行植物光照补光，既提高植物的光能利用效率，也能促进植物生长。使用时大多是白天利用自然光照培养植物，阴天或无太阳光时则利用LED进行照明或补光。其中，LED 光源也是开展空间植物生产和研究所必需的光源类型。2．2．3 植物种类从已知文献来看［6］，南极至少种植了42 种不同类植物，包括蔬菜类作物，如莴苣、菠菜、番茄、萝卜和黄瓜等，还有花卉类如兰花，草本类如三叶草，粮食类如甘薯，等等。从已种植的植物类别来分析，绝大部分是蔬菜类作物，尤其是叶菜类居多，还有观赏用的花卉和草本类，而粮食类作物非常少。其中的蔬菜类作物大部分符合空间候选植物品种范围［23］。可能考虑到培养周期、规模和条件限制，南极各个植物生产系统粮食类作物种植非常少，尤其是在受控生态生保系统中研究最多的粮食作物小麦也没有在南极种植过。2．2．4 废物循环在南极条约和马德里协议［24］实施前，各个南极站点植物生产活动相对随意，培养植物产生的不可食生物和种植用的其他废弃物大部分没有进行处理。而在南极条约和马德里协议实施之后，现有的植物生产系统均需要对不可食的植物秸秆、根系和种植废弃营养液和固体物质进行处理之后才能排放。但废物循环处理的规模、能力和程度均有待提高。2．2．5 培养规模从最初的小规模盆栽式土壤培养，到现在的大规模植物工厂化水培，南极植物生产的规模单个系统逐渐扩大。中国长城站、澳大利亚戴维斯站、韩国长博戈站、波兰亨里克阿尔茨托夫斯基站的植物生产系统植物培养面积都超过了35 m2，而美国阿蒙森－斯科特站和麦克默多站的植物生产系统培养面积分别达到50 m2和66 m2［6］。大规模的植物培养满足了考察队员对新鲜蔬菜和心理支持的需求，但也会产生大量的废物，一定程度上限制着植物的培养规模。2．3 自动化程度植物生产由比较原始的人工种植到现在自动化生产迈进。一个大型的植物温室，只需要几名队员即可进行维护和管理，大大减少考察队员的管理时间。南极植物生产自动化程度的提高主要476 航天医学与医学工程 第31 卷体现在①大气环境监控自动化。自动控制大气的温度、湿度和植物生长需要的二氧化碳浓度;②光照自动化。可以根据植物的种类配置相应的关照条件光谱、光强和光周期;③营养调控自动化。采用水培方式，适时检测营养液中各种参数 pH、电导和溶解氧，掌握营养成分的浓度和变化并据此自动添加相应的营养成分，保证植物生长的营养供应;④废物循环自动化。主要是采用烘干焚烧植物不可食部分进行植物生产过程中废物的循环处理。随着植物种植技术自动化程度不断提高，植物生产系统构成也非常复杂。而不断完善的南极环境法规对于规范南极植物生产系统的建设也发挥了重要的作用，尤其是南极条约和马德里协议［35］对南极植物种植需要遵守严格的要求禁止引进非本地物种，限制废物产出。3 展望南极植物生产活动是人类勇于适应极端环境条件，满足自身生理和心理需求的重要体现。南极条约和马德里协议的实施则进一步推动和规范了南极植物生产活动，对于规范南极植物生产活动起到了很好的制约作用，不符合相关要求的植物种植活动均会被取消，因此，将来南极的植物生产将是规模化、系统化、标准化、可监测并符合相关要求的现代化植物工厂。该植物工厂不仅仅是大量蔬菜种植的试验室、生产和加工车间，更是人类为开展月球或火星基地等深空探测活动，在地球极端环境条件下进行受控生态生保系统探索性研究的重要试验基地。［参考文献］［1］ 果琳丽，王平，朱思涌 等． 载人月球基地工程［M］． 北京 中国宇航出版社，2013312-314．Guo LL，Wang P，Zhu SY，et al． Engineering of Manned Lu-nar Base［M］． Beijing Chinese Aerospace Press，2013312-314．［2］ 王普秀，郑传先． 航天环境控制与生命保障工程基础［M］． 北京 国防工业出版社，2003 13-18．Wang PX Zheng CX． Space Environmental Control and LifeSupport Engineering［M］． Beijing National Defense 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