Новый проект показал, что можно вырастить на Марсе
Разговоры о потенциальной колонизации Марса сподвигли студентов астробиологов разработать проект Mars Gardens. В нем юные специалисты исследуют, какие овощи могут расти в богатой оксидом железа марсианской почве. С начала программы в 2017 году было протестировано более 45 различных видов культур.
Студенты предприняли все необходимые шаги, чтобы воспроизвести марсианские условия, с целью ответить на вопрос: можно ли выращивать растения в марсианской почве при пониженном освещении окружающей среды?
Среда на Марсе не совсем приветливая: в целом планета достаточно маленькая (примерно одна десятая массы Земли), холодная (-50°С) и пустынная. Атмосфера Марса очень тонкая, с повышенным содержанием углекислого газа. Марс удален от солнца на 141 миллион километров, то есть максимальная интенсивность солнечного света на Красной планете составляет около 43% от силы света на Земле. Однако есть и хорошие новости, например, углекислый газ и азот составляют около 95% и 2,6% атмосферы планеты соответственно. Однако в марсианской атмосфере нет озона, без него окна теплицы должны блокировать вредное ультрафиолетовое излучение.
Несколько миллиардов лет назад Марс мог похвастаться более благоприятной окружающей средой, включая океаны, умеренный климат и, вполне возможно, жизнь. С тех пор он потерял большую часть своих запасов атмосферы и воды. Эти суровые условия делают необходимым выращивание всех растений в нагретых, герметичных теплицах со значительной компенсацией влажности и воды.
В своих тепличных экспериментах студенты создали среду похожую на то, что можно было бы сделать в теплицах на Марсе. Например, они обеспечили растения примерно таким же количество солнечного света. Учитывая эти требования, студенты также экспериментировали с выращиванием некоторых растений гидропоникой.
Исследования показали, что рост культур может быть улучшен с помощью двух факторов: увеличения солнечного света с помощью многоволновых светодиодов и рыхления плотных марсианских почв (реголита) путем добавления горшечной почвы или фекалий дождевых червей.
После проведения множественных экспериментов, студенты исключили некоторые растения. Например, низкая освещенность на Марсе плохо подходит для выращивания культур, которые требуют много солнечного света, например помидоры, бобы, кукуруза или другие корневые растения. Морковь также не подходит для выращивания в марсианском реголите. Картофель не цветет в условиях симулирующей почвы и низкой освещенности, а вот батат показывает лучшие результаты. Ученые обнаружили, что одуванчики будут процветать и иметь значительные преимущества на Марсе: они растут быстро, каждая часть растения съедобна, и у них высокая питательная ценность. Также расти на Марсе смогут салат, руккола, шпинат, горох, чеснок, капуста и лук.
Источник
Выбрано первое растение для выращивания на Марсе
Будущим колонистам Марса придется решать множество проблем, одна из которых — питание. Важно производить продукты питания на месте, так как их доставка будет слишком дорогостоящей. Выращивание сельскохозяйственных культур в марсианской почве поможет решить эту проблему.
В марсианской почве мало питательных веществ, что в сочетании с высокой соленостью воды делало невозможным выращивание сельскохозяйственных растений на Марсе. В исследовании в журнале Plos изложены эффективные стратегии обработки почвы, имитирующей марсианский реголит. Авторы исследования предлагают высадить в марсианскую почву люцерну — эта кормовая культура без проблем выживает в твердой вулканической почве, подобной той, что покрывает Марс, причем без удобрений. Люцерна не съедобна, но это хорошее удобрение для других культур, таких как репа, редис и салат – им не нужен особый уход, частый полив и они быстро растут.
Редька, выращенная в почве, имитирующей марсианскую, с люцерной в качестве удобрения. Слева — после полива пресной водой, по центру — нефильтрованной опресненной, справа — опресненной после фильтрации водой. Изображение здесь и далее: Plos, 2022
Однако растениям все же нужна пресная вода. На Марсе есть залежи замороженного льда, который является соленым. Новое исследование также показывает, что морские цианобактерии Synechococcus sp. эффективно опресняют соленую воду, и это опреснение может быть дополнительно усилено фильтрацией через вулканические породы базальтового типа.
Марсианский реголит в основном представляет собой выветренный базальт, который содержит такие соли, как сульфаты и перхлораты. Анализы показали, что базальтовый реголитовый грунт содержит основные и второстепенные макроэлементы, необходимые для жизни растений. Однако основными лимитирующими факторами базальтовой реголитовой почвы являются низкая биодоступность питательных веществ и плохая водоудерживающая способность из-за отсутствия в ней органического углерода.
В рамках исследования ученые измельчили природные вулканические породы базальтового типа — эта почва имитировала марсианский реголит из-за схожести элементного состава и физических свойств. Водоудерживающую способность определяли по разнице массы водонасыщенной и высушенной почвы. Через две недели после прорастания семян в почве, имитирующей базальтовый реголит, грунт еженедельно обрабатывали химическим удобрением или порошком люцерны, выращенной в голой базальтовой почве. Для контроля ученые использовали обычную садовую почву.
Сверху: рост репы через 3 недели в садовой почве (слева) и в субстрате, имитирующем реголит, политым пресной водой (справа). Снизу: рост репы через 4 недели в необработанном реголите, политым пресной водой (справа) и обработанном химическими удобрениями (справа)
В ходе эксперимента семена репы, редьки, салата и люцерны высевали в горшки с имитатором реголита и садовой почвы, а всхожесть оценивали через неделю. Растения выращивали в ростовой камере в контролируемых условиях (16 ч мягкого белого света при 26 °С и 8-часовой темноте при 24°С) и поливали один раз в неделю. измеряя высоту побегов и длину корней.
Люцерну выращивали в голой базальтовой почве, имитирующей реголит, высушивали при комнатной температуре и измельчали вручную в порошок. Почва-имитатор для люцерны была бедна органическими веществами, а также была щелочной по сравнению с садовой почвой.
Люцерна, выращенная в реголите: слева — политая пресной водой, справа — опресненной и отфильтрованной водой
Так, репа в реголите отставала в росте и, в целом, рост был нездоровым по сравнению с выращиванием в садовой почве. После обработки химическими удобрениями высота побегов в реголите значительно увеличилась (на 163%) по сравнению с растениями в почве без удобрений.
В почве с добавлением порошка люцерны рост также усилился: например, рост репы был на 190% выше, чем в почве без удобрений. Более того, рассада репы дала здоровые корнеплоды в почве с добавлением люцерны. Биомасса плодов редьки и листьев салата тоже оказалась значительно больше по сравнению с таковой при выращивании на необработанной почве — на 311 и 79% соответственно.
Кроме того, ученые поливали растения пресной, соленой или опресненной при помощи цианобактерий Synechococcus sp. водой. Лучший рост культуры показали при поливе водой, которую опреснили, а затем дополнительно отфильтровали, удалив биомассу бактерий при пропускании воды через пористые вулканические породы базальтового типа. В реголите с добавлением люцерны, политым соленой водой, семена репы не проросли в течение 7 дней после посева, в то время как 100% семян проросли через 3 дня при поливе опресненной и отфильтрованной водой.
Репа через 6 недель в обработанном люцерной реголите при поливе пресной (слева), нефильтрованной опресненной (по центру) и фильтрованной опресненной водой (справа)
Таким образом, работа показывает, что на Марсе можно выращивать сельскохозяйственные культуры в марсианской почве с добавлением порошка люцерны, если поливать субстрат опресненной фильтрованной водой. А первым растением, выращенным на Красной планете, как раз может стать люцерна — она будет служить удобрением для других культур. Следующим шагом ученых станет проверка роста зерновых и бобовых растений на обработанной схожим образом почве.
Источник