怎样在火星上种植？

吴岛

2016年，在荷兰的一个酒店，植物生态学家维格·韦姆林克和他的几十位客人坐在一起，享用了一次独特的餐点。从菜单上看，食物很普通，有豌豆泥、土豆、黑麦面包、萝卜泡沫和荨麻汤，还有胡萝卜冰糕等。为什么说它“独特”呢？原来，所有的这些食物都是在模拟火星和月球的土壤中种植出来的。这些土壤由地球上的火山岩碎石制成——将碎石颗粒分为不同的大小，并按与火星土壤相同的比例进行混合（火星土壤数据来自火星流动站的分析）。韦姆林克用“火星土壤”种植了10种农作物，包括藜麦、水芹、芝麻菜和西红柿等。

“火星土壤”的种植

最初开发这种土壤，是为了在地球上模拟火星和月球的环境，对太空船和太空服进行试验，以观察它们在这些星体上可能会出现的情况。很少有人认为这些土壤可以用来种植农作物。

一开始，人们担心土壤的质地。特别是在早期，科学家在模拟的月球土壤中进行种植，结果失败了。“月球土壤”似乎不适合农作物生长——它是一些极其细小、锋利的磨蚀性岩石，刺穿了作物的根部。

但在模拟火星的土壤上，农作物的种植成功了。韦姆林克表示，从营养上讲，来自“火星土壤”的食物与地球土壤的食物没有区别;在口感方面，“火星番茄”甚至比“地球番茄”更甜一些。

目前韦姆林克正试验将富含氮的人类尿液添加到“火星土壤”中，以此来提高农作物的产量。毕竟，如果人类要执行任何有关“红色星球”任务，“尿液”这种资源都很容易获得。他还计划在这些土壤中添加细菌，用来吸收、固定（火星）大气中更多的氮，并吸食土壤中存在的有毒的高氯酸盐。

在美国的维拉诺瓦大学，研究人員开展了一个“红拇指”项目，该项目在模拟出来的火星土壤上种植了许多作物。这些“火星土壤”原料来自美国加州的莫哈韦沙漠中的岩石。他们在该土壤中添加了蚯蚓，因为蚯蚓具有从死去的有机物质中释放出氮的能力。

研究人员在“火星土壤”上种植了西红柿、大蒜、菠菜、罗勒、羽衣甘蓝、生菜、芝麻菜、洋葱和萝卜等。收成的质量参差不齐，其中，羽衣甘蓝比较成功——它在“火星土壤”比在当地土壤生长得更好。

土豆在致密的火星泥土中不太好生长

“红拇指”项目在2018年还成为了全球热门新闻，当时，国际媒体对“火星啤酒”的前景感到兴奋，因为该项目成功种植了大麦和啤酒花。

失败的土豆

土豆是人们非常理想的食物，因为它能提供较高的热量，因此，维拉诺瓦大学的研究人员也在“火星土壤”上努力种植它们，但可惜失败了：土豆喜欢松散的土壤，由于“火星土壤”被浇水后变得厚重又不透气，结果，土豆“窒息而亡”。

研究人员表示，模拟火星种植，成功的关键可能在于如何选择作物——应该选择多种不同的作物，这些作物可以享受更丰富的自然生态系统，而不是单一物种生态系统。

即使在地球上，农业单一栽培也经常会随着时间的流逝而遭受损失。土壤中某种作物生长所必须的营养物质在每次收成后都会减少，如果不更换种植别的作物，这些营养物质甚至会枯竭。

为了抵消这种影响，农民经常在同一种植区引入次生物种。它们的根系较浅，因此无法与主要农作物竞争，但它们仍可以提供额外的固氮作用，以提高土壤肥力。研究人员现在正计划通过大豆、玉米分别与藜草（一种多叶蔬菜）的混种来验证这一点。

模拟土壤的局限性

欧洲航天局的一名科学家指出，无论这些项目多么成功，模拟土壤始终具有非常现实的局限性。这些土壤只是在对火星现有了解的基础上模拟出来的，它可能与火星表面任何一个地点的土壤都不同。我们始终非常谨慎选取模拟的原料，但在单一的模拟中也很难呈现火星土壤的所有特征。

要解决这个问题，唯一的方法是从火星表面采集真正的样本并将其送返地球。

2020年7月30日，美国宇航局的“毅力号”漫游者出发前往火星，目标是该“红色星球”上的“Jezero Crater”区域（小行星撞击形成的一个45千米宽、近500米深的陨石坑）——它是许多人们感兴趣的岩石的所在地。按照计划，“毅力号”将在这一片最肥沃的土地上，花费长达10年的时间来分析其表面。

对于那些希望在火星上种植农作物的人来说，有一点至关重要，那就是漫游者将收集岩石和土壤的样本，然后将其储存起来，并在未来某一天将它们送返地球进行分析。而在此之前，我们只能使用模拟的火星土壤。

火星种植的障碍

即使研制出了合适的“火星土壤”，还有其他挑战需要克服。

其中一个挑战是，火星距离太阳比地球距离太阳远约7000万千米，因此，火星上的阳光只有地球阳光43%的能量，而且它的平均温度在-60℃左右。此外，由于火星本身的倾斜度再加上它绕太阳的轨道高度呈椭圆，它的季节性变化非常明显且强烈。

另一个挑战是火星的大气层。它比地球大气层薄很多，并且缺乏对植物生长至关重要的氮。在光合作用中，二氧化碳至关重要，但是火星上的二氧化碳浓度很低，以至于在其表面生长的任何作物都难以充分利用它以刺激生长。

此外，稀薄的大气层还会将其土壤暴露在宇宙辐射之下，给所有微生物创造了一个不利的环境（这些微生物可以从死去的植物中回收营养物）。天体生物学家指出，太阳辐射可以活化火星土壤中的氯化合物，将其转变为有毒的高氯酸盐。如果这些有毒的东西进入到人体，可能会导致甲状腺功能减退，从而阻止代谢调节激素的释放。

还有，在火星土壤中发现的有毒重金属，例如镉、汞和铁，也构成了挑战。虽然这些重金属对于植物来说不是问题（因为它们可以将其存储在某个部位），但是，如果我们人类吃了这些植物，那就是“大问题”了。

如此看来，在火星上种植作物实在不容易，但我们似乎还有另外的选择：目前地球上已经使用的无土栽培技术——将植物悬浮在空中，并在根部喷洒了营养雾;还有水培法——将植物根浸入营养液中。

这些方法都可以产生更大、生长更快的作物，目前已经被成功地用于在国际空间站上种植生菜。事实上，宇航员对这些生菜的收成感到非常满意，而且他们吃了很多。但这些生菜最大的问题是——热量太低。

因此，高热量的土豆再次引起人们的关注，但在水中种植土豆非常困难，如果要向火星进军，在火星土地上种植始终是一个需要解决的问题。毕竟，对任何一个生活在离家数千万千米外的、具有开拓精神的宇航员来说，充足的营养无论对于生理还是心理，都是无价的。

火星花园二期，这是“红拇指”项目的一部分