我们能够在火星上种植土豆吗？

事实上，美国宇航局（NASA）目前正在开展一项名为MOXIE（火星氧气原位资源利用实验）的研究，同时也已经和国际马铃薯研究中心（International Potato Centre，简IPC，Peru）共同研究在太空中种植土豆的可能性。

专家们从数以千计候选者中挑选出这些土豆，并在地球上寻找和火星类似的严酷环境试种，也许未来土豆真的会成为火星殖民基地的主粮。

作为太阳系中除地球外人类探索能够到达的行星，火星是NASA特别关注的。如果在火星上种植土豆成功，那是火星殖民的重要资源。

一、为何要在火星上种植土豆

自从20世纪60年代发往火星的“水手号”空间探测器，到2018年11月人类第8次登陆火星的“洞察号”，美国NASA已经搜集了大量关于火星大气、水文地质、地理环境等详细信息，为新一轮火星载人登陆计划奠定了基础。

2016年10月，美国前总统奥巴马（Barack Obama）宣布，美国政府致力于在2030年将人类送上火星。特朗普（Donald Trump）总统也曾于2017年3月专门签署法案，为NASA火星计划今后若干财年拨付巨款，在10年内专款增加到超过1500亿美元，并提出2033年载人登陆火星的目标。

美国私人企业SpaceX（太空探索技术公司）总裁埃隆·马斯克（Elon Musk）制定了宏伟的火星殖民计划，与NASA合作用其SpaceX研发的系列技术，到2033年将在火星上建立一个殖民基地。

因此，火星上的粮食自给种植问题已被提上日程。

二、火星的自然条件如何

1976年，NASA的两艘飞船在火星上着路，“看到”一片荒凉的没有生命的土地。这颗红色星球似乎是沐浴在致命的紫外线中的冻结的荒漠。

最近几年来自火星探测器更多的详细资料，进一步揭示了一些看起来像洪水冲击平原和干涸湖底的地形，甚至还有古海洋的遗迹。显然，火星曾经也温暖湿润过，与我们的地球没什么不同。在遥远的过去，那里很可能有过茂盛的植物。

火星表面对于我们熟悉的任何以液态水为源泉的动植物生命来说，都是十分可怕的。

火星的平均温度只有零下63摄氏度，两极存在着大量的水冰，冰不可能消融。即使融化了，液体也会很快蒸发，因为火星的大气仅有地球大气的6/1000。大气主要由二氧化碳构成，只有不到0.4%的氧气。土壤含高氯酸盐，可以杀死一切植物。

由于大气稀薄和很弱的磁场，高能太阳风离子和宇宙射线可以直接轰击大气层抵达地面，对地面的宇航员会造成伤害。

因此，人们可以在火星上建造一个小型封闭的殖民基地。这样，大气压过低就不是困扰了，而氧气可以从火星大气中提取，水可以从土壤（含水率为1.5～3%）中获得，净化后就可以用来饮用、种植土豆等。

火星的重力只有地球的2/5，可让建造工作轻松不少。火星上，人们甚至无需调节自己的生活节律，实行8小时工作制，因为火星的自转周期与地球非常接近。

三、“MOXIE”与“生命圈2号”实验

人类殖民火星首先面临的是呼吸，获取氧气是第一要务。目前，NASA与麻省理工学院（MIT）合作开发一项“MOXIE”火星氧气原位资源利用试验。这项技术生产的氧气可以供给人类呼吸，也可补给探测器返回地球之用。

NASA声称，“火星2020”任务中所测试的MOXIE是将来支撑2030年人类探索火星的氧化处理厂的1%规模的模型。MOXIE不仅仅是一个技术演示，还会执行一系列控制参数，探索性能极限。

NASA计划将MOXIE随下一代火星车“火星2020号”探测器于今年夏天发射，并于2021年2月降落火星。MOXIE所采用的电化学方法，分解火星大气中的二氧化碳。MOXIE模拟50个火星日中以22g/hr的速度产生具有99.6%纯度的氧气实验已经获得成功。NASA希望厘清这一方法是否可扩大规模，以支撑未来人们在火星上的生活。

回到土豆种植问题上。国际马铃薯研究中心（IPC）的专家认为，在火星种植土豆或许是最佳的选择。作为淀粉类食物，土豆含有大量的碳水化合物，同时也不缺乏蔬菜中的营养成分。土豆种起来也比较容易，直接用土豆块埋在土中就可以繁殖出新的土豆。

但是，任何作物都无法在火星的露天环境中生长，必须建造一个适宜种植的温室，把土豆（其他作物也一样）种在含有水分的被改良的土壤中。

要想在火星上殖民生存，人类需要建立封闭的殖民基地。上世纪末，一个名叫“Synergist（协作者）”的组织在美国亚利桑那州建造了一个大型的封闭基地，用于测试在外太空殖民和耕种的可靠性。

在实业家艾德·巴斯的支持下，协作者组织建起了著名的“生命圈2号”（Biosphere 2）。这是个全封闭的生态实验基地。生命圈2号，包含了沙漠、雨林等多种陆地生态类型，种植了包括淀粉类植物的多种作物。生命圈完全与外界隔绝，氧气、水循环、食物生产都完全由圈内设施完成。1991年，8名志愿者开始了为期两年的实验。

随后的实验中，预料之外的问题却时有发生。例如，由于室内温度和湿度过高，雨林类植物疯长，很快击败了其他的植物。第一年，试验者没能种出足够的粮食，导致他们的体重明显下降，好在第二年他们多产出了一吨粮食，才恢复正常体重。

还有，遇到的最严重的挑战是氧气的缺失。在生命圈2号中，虽然种植了大量的植物，但氧气含量并不如想象中稳定，而是逐渐减少，原因是二氧化碳的复杂循环过程。植物的光合作用将二氧化碳转化为碳水化合物，并释放氧气。

另外，二氧化碳还可以与岩石、建筑物混凝土发生碳化反应，二氧化碳与其中的钙结合成碳酸钙而被固定在岩石中，消耗掉了一部分的二氧化碳，但此过程中没有释放氧气，碳循环平衡被打破了。

1995年第一期实验结束时，经测评认为，生命圈2号实验未达到原先设计的预定目标。第二期实验在开始后不久被迫终止。

四、未来的期待

从今天看来，生命圈2号并非完全失败。它确实教给我们很多的知识。比如，殖民火星，对火星基地的地球化改造十分关键。首先，生态系统是非常复杂而多变的，即使精心设计出的平衡也很容易在大环境（如温度）的变化下迅速被打破。其次，生命圈2号的氧气缺失说明了地层物质和大气复杂的相互作用，这是人们之前所忽视的。

专家认为，未来火星上的殖民环境不应该依赖初始的精细调节，而应有足够的能力维持动态平衡，不受突发事件影响。在火星上种植土豆成功的可能性很大，但应考虑种植物种的多样性，使得殖民基地内的生态循环系统能够达到一个动态平衡。

如果SpaceX最终真的要在火星上建立殖民基地，其大规模生命维持系统中种植物种多样性的平衡实验，应放在和飞船设计同等重要的地位上。

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