如何在火星上種菜?沒有電影演的那麼簡單

作者：佰思科學 ｜ 沈東旭 邱亞明

幾年前有一部非常好看的科幻電影，叫做《火星救援》（The Martian）。由馬特·達蒙扮演的主角Mark Watney因一場沙塵暴被困火星。一開始地球上的人不知道Watney還活著。後來Watney想辦法與地球取得了聯繫，於是太空船趕去營救Watney。關鍵在於，Watney必須確保自己在太空船趕到時還活著。首先要解決的是吃飯問題。

《火星救援》中的馬特·達蒙

吃飯這件事難不倒身為植物學家的Watney，他決定在火星上種土豆。Watney手頭土豆是有的，可以直接出芽繁殖，但是土豆的生長需要水和肥料。Watney採用的是于謙的父親王老爺子的打法，用自己的屎和尿做肥料，再將飛船氫燃料燃燒後得到水，於是水和肥料都有了。結果土豆種植大獲成功，解決了Watney火星生存最大的問題。

火星大棚裡面的土豆

據Watney自己說，土豆味道很不錯。套用于謙父親李老爺子的經驗，Watney回地球之後，別人拉的可能就吃不習慣了。別笑，這是有科學道理的。吃糞便施肥的農作物會感染糞便中帶有的病原體。但是吃自己拉的反而沒事，因為本來都是自己的病原體。

在火星吃土豆

電影雖然好看，但其實在火星上種菜哪有這麼簡單。《火星救援》這本書寫於2011年，由於時代的局限性，書中有幾處嚴重的問題。首先，火星的土壤中就有水，只不過被凍成了冰。Watney如果能找到凍有冰的土壤，就不需要用燃燒這種危險的方式獲得水了。

Watney用燃燒的方式獲得水

當然，火星土壤中水冰的發現是在2017年，距離2015年電影的上映都過去兩年了。不過如何獲取水這事倒不是大問題，畢竟只是方法不同而已。最關鍵的問題是，火星的土壤，其實根本就不能用來種菜！！！至少地球上現在的植物適應不了。

火星衛星拍攝到的火星土壤中的冰（標示為藍色區域）

最近美國的一些科學家進行了一項實驗。他們選取了兩種植物：生菜和阿拉伯草。阿拉伯草學名又叫擬南芥，本來是一種常見的路邊雜草，沒有什麼農業價值，但在實驗室中常用來模擬植物的種植，在植物學研究中起著生物學中小白鼠和果蠅一樣的作用。在2000年，擬南芥成為第一個被人類進行完整基因測序的植物。

實驗室常用來做養殖用途的擬南芥

同時，研究人員準備了三種土壤。前兩種分別來自於夏威夷和南加州的莫哈韋沙漠（Mojave Desert），因為這兩個地方的土壤和火星土壤看起來很像。尤其是莫哈韋沙漠，這裡的巖石泛著紅色，看起來和火星有那麼點相似。NASA經常在這裡測試它的火星車。

莫哈韋沙漠景觀

第三種土壤是用地球上的材料，按照預期的火星土壤成分進行合成的。實驗結果是這樣的：在保證光照、溫度、澆水和施肥的條件下，植物在頭兩種土壤裡生活得很好，但在模擬火星土壤中，連種子發芽都沒能實現。顯然，真·火星土壤很可能不適合地球植物的生長。

實驗中使用地球土壤生長出的生菜

無奈之下，研究人員將地球土壤中發芽出來的植物再移植到模擬火星土壤中。儘管保證了澆水、施肥，植物們還是在一周內紛紛離世。該團隊發現，模擬火星土壤的PH值太高，高達9.5，而地球土壤PH值通常在7附近。說白了火星土壤屬於重度鹽鹼地（輕度鹽鹼地PH值為7.1到8.5，中度8.5到9.5，超過9.5是重度），地球極少植物能在這樣的PH值下生存。於是他們把PH值降到7.2，那些植物只多生存了一周，還是死了。

胡楊能在PH9的鹽鹼環境生長，但顯然不是人類火星食物來源

還有一個問題。火星土壤中含有大量的高氯酸鈣，含量能高達3%。對地球植物來說，這是一種有毒物質。在模擬土壤中加入類似比例的高氯酸鈣之後，那些植物根本無法生長，很快就掛了。高氯酸鈣是高氯酸鹽的一種，可以溶於水，通過水洗可以去除火星土壤裡的高氯酸鈣。另一方面，地球上有些微生物以高氯酸鹽為食物，同時釋放氧氣。因此，在火星上引入地球微生物，不僅能改善火星土壤，還能增加火星大氣中的氧含量。

高氯酸根的分子式為ClO4 ，氯原子加四個氧原子

現在問題來了，為什麼地球植物難以在火星土壤中生存呢？原來，地球土壤中，除了最基本的水、必要的礦物質元素比如氮磷鉀化合物等，還有大量的微生物，包括多種細菌和真菌。這些微生物將營養物質轉化成植物更容易吸收的成分。真·火星土壤中之所以植物難以長期存活，就是因為缺乏微生物的幫助造成營養物質吸收不好。此外，微生物還能幫助植物抵抗病原體的侵入。

土壤中的微生物對植物的生長是不可或缺的

因此，馬特·達蒙在火星照搬于謙父親郭老爺子的做法，其實是行不通的。在缺乏地球微生物的環境下，不光土豆難以吸收營養，生長過程中甚至都可能被馬特·達蒙自己拉出來的病原體殺死。

土豆苗

講到這裡，大家就應該明白，解決方案該是什麼了。科學家又模擬了五種火星不同區域的土壤成分，經過適當的處理後（比如調整到合適的PH值成分），在模擬的火星土壤裡面加入植物生長所需的細菌和真菌，這次實驗終於成功了，所有測試植物在保證水、肥、光照、溫度條件下都能正常生長。

蛾豆

科學家發現，一種叫做蛾豆（moth bean）的豆類植物，在乾燥的火星土壤中生長得非常好。蛾豆的營養成分不錯，和大豆的營養成分類似，產量還挺高。中國人對蛾豆不太熟悉，但是它是印度人喜歡的豆類食品。在各種咖喱煮成的糊糊中，常放上這種蛾豆。難道移民火星之後大家得改吃印度餐？

印度糊糊中常見蛾豆

為什麼要研究火星種菜的問題呢？按照NASA的計劃，2024年將重返月球（大概率實現不了），2030年代人類登陸火星。馬斯克正在賣力氣搞他的星艦（StarShip），搞成之後打算強行上馬火星單程之旅。也就是說，人過去之後就在火星呆著，先別回來，也沒辦法回來。因此，必須實現在火星種菜，這樣能把餓死的時間儘量往後推。

火星基地想像圖

現在有人正策劃在前文中提到的莫哈韋沙漠建一個火星生活模擬基地，為人類未來登上火星做準備。

莫哈韋沙漠中模擬火星基地

基地的主體由多個球形透明半圓球體組成，裡面將種植植物，研究如何讓這些植物在類似於火星的環境下生存下去。

基地的植物

此外，這還會是一個旅遊項目。遊客可以按每周花費3000至6000美元的價格在基地中生活，體驗火星度假的感覺。平均一天500到1000美元的開銷，你覺得花這個錢值得嗎？

夜景

我要是基地的運營主管，會設定這麼個項目。讓遊客按照于謙父親京城於八爺（簡稱京八）的模式種菜，規定自己拉的自己吃（不許送別人），說不定門票能賣得更火。