人造生物圈真的有必要吗？未来的我们会在里面生活么？

　　人造生物圈，或曰人造封闭生态系统，可以帮我们加深对地球生物的了解，其研究成果能应用于航海（尤其是潜艇）、航天、环境保护、民防工程等领域，有必要发展，但并无特别迫切的需求。这方面最大的障碍是缺少资金，而且＂生物圈二号＂之类大规模项目在自然科学上取得的成果还不如工程学上来得多：它揭露了我们过去对生物和身边的建筑材料的严重无知。
　　过去几十年里，许多先驱讨论过在空间站、月球、火星上建立人造生物圈的可行性。现在有不少解决方案，其中一些方法在现有技术水平下是可以实现的，但没有足够的资金投入。
　　在封闭生态系统中，至少要有一种自养生物来生产有机物，每一种生物新陈代谢产生的废弃物必须能被至少一种生物所利用，上述过程可以有机器辅助，但现有的机器还不能完全包办。如果该系统的目的是让人在里面维持至少一段时间的生存，人呼吸释放的二氧化碳、日常排泄的粪便和尿液等必须被其他生物和机器转化为氧气、食物和水。在现有的实践中，很难期待靠化能自养生物维持人的生活所需，绝大多数封闭生态系统实验设施建立在光能自养生物的基础上，小球藻之类单细胞光合生物是热门选择。
　　2012年12月1日 ，在北京航天城内，完成试验的中国航天员中心唐永康、米涛结束为期30天的封闭试验，顺利走出中国首次受控生态生保系统试验平台密封舱。与其他密封舱需要外部供氧不同，这个舱体内的氧气完全由其搭载的四种蔬菜产生。这次试验成功标志着中国载人深空探测和建立月球基地的基础保障技术已经攻克。 内部结构
　　密闭舱内总面积54平方米，一进密封门，就是大约18平方米的乘员舱。这个舱室的布局与＂筒子楼＂房间几乎相同。
　　进门左手边是医监医保设备，乘员还可以在这里用餐。紧挨着的是一台跑步机，旁边还放着拉力器和有氧训练仪等。右手边是两张双层床，上面是床铺，下面装有写字台，参试乘员就在这里上网、看书。挨着床铺的，是密闭淋浴室。
　　舱内的厨房是开放式的，只能用微波炉加热一些预包装食品，绝对不能进行炒菜等易产生油烟、蒸汽和废气的操作。
　　在＂灶台＂附近有一扇小门，穿过去就是36平方米的植物培养舱。这里种植的蔬菜并不像农田里一样种在土壤上，而都采用无土栽培和滴灌技术。  生存环境
　　密闭舱内模拟了航天员在太空的生存环境。生活空间，除了18平方米的乘员舱，还有36平方米的植物培养舱，种植了生菜、油麦菜、紫背天葵和苦菊四种蔬菜。在数盏LED灯光的照射下，这些植物通过光合作用，净化舱内乘员呼出的二氧化碳，使舱室内的氧气和二氧化碳保持动态平衡。
　　由于要模拟太空状态，种植这些蔬菜要突破低气压、人工光照、人工土壤制备、微藻、废水循环、缓释肥料等多种技术。一公斤蔬菜的种植成本甚至高达上万元。 实验成果
　　受控生态生保系统集成实验平台内景。试验数据显示，每天参试乘员上床休息后，舱内氧气含量就会明显升高。而早上唐永康、米涛起床开始刷牙时，舱内含氧量就会随之降低，两人开展有氧体能训练时舱内的氧气含量最低。可以确定，每13.5平方米绿色植物可为1名中国航天员提供足够的氧气。
　　本次试验选择的生菜等四种蔬菜的氧气转化效率最优，也就是说同等种植面积下可以吸收最多的二氧化碳，释放出最多的氧气。而培养舱内的紫红色LED灯光也是根据这四种蔬菜对光谱、光质的＂偏爱＂确定的。
　　在试验舱内，乘员的尿液也被收集起来，经净化成为纯水，一部分用于浇灌植物，一部分用于电解产生氧气。据介绍，试验舱内，冷凝水实现了100%回收利用，卫生废水和尿液回用率也达到了60%。 科学用途
　　＂人造生物圈＂在地外星球上，可在月球环形山的半山腰建造窑洞安置＂人造生物圈＂。届时，可利用月球上丰富的氦资源，以核电和太阳能为能源维持＂人造生物圈＂的运行。
　　在地球上，＂人造生物圈＂也有多种用途。在南北极科考站，核潜艇、航母和远洋作业船上，在南沙岛礁中的孤岛和边防哨所等特殊环境中，都可建立微生态循环系统，提供新鲜蔬菜，改善生活环境，缓解驻守人员的心理压力。 未来发展
　　中国航天员中心计划将建设更大规模的太空生态园，可以满足最多8人、数月乃至数年的物质闭合循环试验研究，为将来建立月球或火星基地生命保障系统提供技术支撑。
　　未来的生态园和外星基地中还会种小麦、养动物。航天员可以亲手收割并把小麦磨成面粉，制成面包、馒头，还可以包饺子。＂
　　未来可在太空中养殖的动物，而太空中养殖的动物，将优选无异味儿的水生动物，入选的鱼类等还要少骨、少刺、生长快，最好全部都能食用，为航天员提供动物蛋白质。泥鳅、海参等都是目前的备选品种。
　　我们可以再简单了解一下＂生物圈二号＂的情况:
　　生物圈2号(Biosphere 2)位于美国亚利桑那州，是艾德·巴斯等人在1987~1989年主持建造的人造封闭生态系统，占地1.3万平方米，约有8层楼高，为圆顶形密封钢架结构的玻璃建筑物。
　　生物圈2号的设计目的是探索基于各种生物群系的、具有不同区域结构的生命系统内的相互作用网络，证明人造封闭生态系统能在太空或其它天体上自我维持并支持人类居住。建筑内有数个生物群落和生活区、农业区、工作空间。
　　由于当时人们对从蜻螂到混凝土的各种东西的认识都很天真，生物圈2号的设计步子迈得太大，在里面设置了不完整的小块热带雨林、小块海水、小块湿地等对维持封闭环境并无好处的东西。
　　生物圈2号规划了两次长期科研任务:让8个人在只有阳光输入的状态下生活2年。第一次任务从1991年9月26日至1993年9月26日，第二次任务从1994年3月6日开始，在1994年9月6日由于资金问题而提前结束。
　　在第一次任务中，八位组员靠农业系统生产了83%的饮食。在第一年试验期间，由于缺乏经验，八人十分有效地减了肥，在第二年食物生产量提高之后体重才回升。他们还遇到氧气与二氧化碳浓度变化的问题:实验期间，封闭空间里的氧浓度徐徐下降，直到一些实验者感到不适。外界管理团队在1993年1月与1993年8月从外部朝生物圈2号泵入纯氧来解决。
　　生物圈2号的农业区、热带草原区、雨林区在任务前设置了支持植物生长的微生物，事后调查发现这些微生物消耗了超出预期的氧气，而建筑物基部的混凝土在硬化过程中吸收了微生物排出的大部分二氧化碳，从而让整个环境中的氧气徐徐减少。
　　在将受伤的实验者送出建筑等操作中，新闻界有人怀疑他们从外界输入了食物等物品，让实验的可信度下降。
　　实验过程中，人们想当然地引入的大量的授粉昆虫很快灭绝，一种热带蚂蚁和嶂螂大量繁殖、成为优势物种，并负起了一部分授粉的责任——对，下次有人和你吹嘘说蜜蜂灭绝后人类OO个月云云的时候，你可以用这事实去啐ta——后期因二氧化碳浓度升高，热带雨林区的一些植物快速生长，枝干的支撑力下降，造成安全隐患。总之就是十分混乱，显示了地球生物的特性。
　　在第一次任务结束后，人们针对上述种种问题进行了大规模的改善工程与研究，用涂料封闭了所有的混凝土表面来防止其吸收二氧化碳。
　　在第二次任务中，八位实验者达成了食物生产自给自足的目标。但是，1994年4月5日，两名前项目成员从外部破坏生物圈2号，将一扇双门气闸和三个单门紧急出口打开了约十五分钟、损伤了5块玻璃。生物圈2号在一小时内重新密封，但已经有约10%的空气与外界发生交换。那之后又发生了两次组员变动，实验的意义下降了很多。
　　1994年9月6日，由于管理公司的财务困难，生物圈2号提前结束了封闭任务。那之后哥伦比亚大学、亚利桑那大学先后使用它进行了科研项目。
　　或者，要看成功的项目的话，可以看苏联的BIOS-3，美国的CELSS，日本的CEEF，我国的＂绿航星际＂与＂月宫一号＂。但我更建议读者看看火星-500，思考一下你要应用人造封闭生态系统的领域是否真的需要在封闭状态持续循环。