Các nhà khoa học Nhật Bản đã trồng thành công lúa trên đất mô phỏng Mặt Trăng bằng một phương pháp tạo phân bón từ nitơ trong không khí, mở ra triển vọng sản xuất lương thực tại các căn cứ tương lai ngoài Trái Đất.
Nghiên cứu do các nhà khoa học thuộc Đại học Tohoku và Cơ quan Thám hiểm Hàng không Vũ trụ Nhật Bản (JAXA) thực hiện nhằm giải quyết một trong những thách thức lớn nhất đối với việc định cư trên Mặt Trăng: sản xuất thực phẩm trong môi trường gần như không có đất canh tác.
Lớp đất đá trên bề mặt Mặt Trăng, gọi là regolith, hầu như không chứa chất hữu cơ và rất nghèo các hợp chất nitơ – dưỡng chất thiết yếu cho sự phát triển của thực vật. Trong khi đó, Mặt Trăng gần như không có khí quyển, khiến nguồn nitơ phục vụ nông nghiệp phải được mang từ Trái Đất lên hoặc tự sản xuất tại chỗ.
Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã phát triển một thiết bị plasma nhỏ gọn có thể tách nitơ từ không khí trong các khu sinh sống kín khí và chuyển hóa thành đinitơ pentoxit (N₂O₅) bằng lượng điện năng dưới 100 W. Khi hòa tan vào nước, khí này tạo thành nitrat, một dạng phân bón mà cây trồng có thể hấp thụ trực tiếp, với hiệu suất chuyển đổi gần như 100%.
Nhóm nghiên cứu sau đó sử dụng nước giàu nitrat để tưới cho cây lúa được trồng trên đất mô phỏng regolith. Kết quả cho thấy phương pháp này không chỉ bổ sung dinh dưỡng mà còn cải thiện đáng kể đặc tính của đất.
Cụ thể, độ pH của đất giảm từ 9,09 xuống còn 6,76, giúp giải phóng các nguyên tố như canxi, magie và kali vốn bị giữ lại trong đất, đồng thời làm giảm nồng độ các ion nhôm có thể gây hại cho bộ rễ.
Sau ba tháng, các cây lúa được xử lý bằng dung dịch nitrat phát triển khỏe hơn đáng kể so với nhóm đối chứng chỉ được tưới nước thông thường. Đến tháng thứ tư, cây đã bước vào giai đoạn trổ bông, dấu hiệu cho thấy quá trình hình thành hạt đang bắt đầu.
Ngoài ra, các nhà khoa học phát hiện việc phun trực tiếp khí N₂O₅ lên lá còn kích hoạt các cơ chế miễn dịch tự nhiên của cây, giúp tăng khả năng kháng bệnh. Phương pháp này cũng khiến thân cây thấp và cứng cáp hơn, một đặc điểm được đánh giá là có lợi trong môi trường trọng lực thấp như trên Mặt Trăng.
Theo trưởng nhóm nghiên cứu Toshiro Kaneko, công nghệ mới có thể giúp giảm đáng kể nhu cầu vận chuyển phân bón từ Trái Đất, qua đó hỗ trợ các sứ mệnh định cư dài ngày trên Mặt Trăng hoặc các thiên thể khác.
Không chỉ phục vụ thám hiểm không gian, công nghệ này còn có tiềm năng ứng dụng trên Trái Đất. Do toàn bộ quá trình sản xuất phân bón chỉ sử dụng điện thay vì nhiên liệu hóa thạch, phương pháp này có thể trở thành một giải pháp thay thế thân thiện với môi trường cho quy trình sản xuất amoniac truyền thống, vốn phát thải lượng lớn khí nhà kính.
Kết quả nghiên cứu cho thấy những công nghệ được phát triển để phục vụ cuộc sống ngoài Trái Đất có thể mang lại lợi ích thiết thực cho nông nghiệp và môi trường ngay trên hành tinh của chúng ta.
Ảnh chụp từ sứ mệnh Apollo 12 của NASA cho thấy một phi hành gia trên bề mặt Mặt Trăng cầm hộp chứa mẫu đất Mặt Trăng, trong khi phi hành gia còn lại phản chiếu trên kính mũ bảo hiểm. Ảnh: NASA
Giống lúa Oryza sativa ở giai đoạn trổ bông, với các bông phân nhánh mang nhiều hạt trên mỗi thân, được trồng trong thử nghiệm mô phỏng môi trường Mặt Trăng. Ảnh: Universe Today
