任海:從生物圈二號的失敗看環境保護和生態恢復的必要性

1991年9月26日，全球所有主要媒體均在頭版頭條刊登了一條激動人心的消息：由美國太空生物圈風險投資公司建立的「生物圈二號」投入運行，8位科學家笑容滿面地於上午8:15正式入住位於美國亞利桑那荒漠的一個模擬地球環境的全封閉溫室，開始了長期自給自足、與世隔離的生活。次年4月，英國的《新科學家》周刊還認為「這是甘迺迪總統提出飛向月球計劃以後美國實施的最令人激動的科學研究項目」。但一年後，這些科學家們實在呆不下去了，一個個病怏怏地出來了。隨後，科學家們又組織了兩次封閉住人實驗，但均以失敗草草收場，而且住人的時間一次比一次短。那麼生物圈二號是怎麼回事呢？它為什麼會以失敗告終呢？

自1940年以來，由於科學技術的進步，人類生產、生活和探險的足跡遍及全球。據統計，87%的陸地已受到人類活動的幹擾，僅有3%的地方沒有人類涉足。現在全球人口已達57億，而且每年仍以9000多萬的速度在遞增。在那些有人居住的地方，人類為了生存，將大部分的自然生態系統被改造為城鎮和農田，原有的生態系統結構及功能退化，有的甚至已失去了生產力。隨著人口的持續增長，對自然資源的需求也在增加。環境汙染、植被破壞、土地退化、水資源短缺、氣候變化、生物多樣性喪失等增加了對全球自然生態系統的脅迫。人類面臨著合理恢復、保護和開發自然資源的挑戰。在這種背景下，有人提出了向太空移民的計劃，也有人提出了「我們只有一個地球」的呼籲。生物圈二號就是在這種背景下產生的。

按照設計思想，地球是生物圈一號，生物圈二號是地球的縮影，人類如果能在這個模擬的地球中生活下去，就不怕地球環境惡化和資源枯竭，實在不行了就在人類控制的「地球」中生存。這個大科學工程從1986年設計，次年動工，至1991年完工，共花費1.5億美元。它採用了全封閉的鋼筋與玻璃結構，僅有陽光、電和信息與外界相通。其面積相當於3個足球場大，引入了3800多種生物布置成森林生態系統、草地生態系統、水和沼澤生態系統、農田生態系統和海洋生態系統，還有供研究和生活用的樓房和人造風雨設施。生物圈二號的設計壽命100年，科學家們希望通過人在這個系統中能實現長期自給自足的生活，從而為人類開發太空、建立生存模型、探討人與生物間關係、保護生態環境、實現可持續發展等提供依據。

但結果卻是令許多人意想不到的：當入住的科學家們還未從興奮和喜悅的心情中釋放出來，他們就發現生物圈二號內的空氣越來越差，氧氣越來越少，二氧化碳濃度升高後導致了疲勞和失眠，以至後來有兩位科學家不得不依靠氧氣筒睡覺。剛開始，科學家們每天還可以到「海洋」中去暢遊一番，但海水富營養化後形成的赤潮使人望而生畏。當科學家們看到許多活蹦亂跳的生物一一死亡時，心情就一天比一天糟，不到一年就死了近1/4的物種使他們徹底喪失了信心。

科學家們檢討了實驗失敗的原因：自然界不同於人工控制系統，大而全的設計導致了顧此失彼。生物圈二號內的土壤均來自一個地方，不像地球那樣不同地帶有不同的土壤類型。模擬的各類生態系統的空間分布格局及大小比例不合理。地球上生態系統內的生物間關係很複雜，目前人類還未全面了解生物間的協調性。它最重要的啟示在於：我們人類目前對地球的了解還是遠遠不夠的，目前最好的辦法還是保護和利用好地球，進行環境保護和生態恢復是實現人類可持續發展的必由之路。

實驗的失敗使投資者失去了耐心，他在追加一筆運行費後將這個溫室送給哥倫比亞大學作科普和科研基地。今天，任何人只要憑票即可進入參觀。但無論如何，這個實驗體現了人類智慧和科學進取精神，也為人類更好地了解地球和生態系統的複雜性提供了最直接的證明。

作者簡介：

任海：中科院華南植物所華南植物園主任、副研究員。1997年在華南植物所獲博士學位(提前一年畢業)。1998年破格晉升為副研究員。曾赴美國Arizona State University做高級訪問學者，現在荷蘭WAGENINGEN UNIVERSITY &RESEARCH CENTER從事博士後工作。主要從事生態系統生態學和恢復生態學研究。目前主持有國家基金重大項目「中國東部陸地農業生態系統與全球變化相互作用機理研究」一級課題等6項。出版有《恢復生態學導論》(科學出版社)等專著2本，在國內外學術刊物上發表論文80餘篇。曾獲得中國科學院科技進步一等獎、廣東省自然科學一等獎等在內的省部級成果獎5次。