失败的“生物圈二号”工程
最近，英国政府首席科学顾问戴维·金爵士宣称，地球大气中二氧化碳的浓度将在本世纪末达到19世纪工业革命前的两倍，从而使地球平均气温上升3℃。美国科学家马克，莱纳斯悲观地预计，当地球温度升高6℃时，地球上99真的物种将消失，这将严重危及人类自身的生存，人类怎样保护地球呢?我们能到天外建造一个适合人类居住的家园吗?
上世纪末，举世闻名的“生物圈二号”实验在遭遇到种种意想不到的困难后被迫宣布失败，有专家称这次失败是由于人类自作聪明地妄图改造自然所致，作为世界上首次进行的运用生态系统原理而维持时间最长的封闭住人实验，它给我们带来了诸多经验与教训，笔者试就在“生物圈二号”的亲身经历对此谈一些自己的看法。
“生物圈二号”的背景
诺亚方舟是《圣经》中拯救人类于洪涝之中的神舟，现代的诺亚方舟则是人们对位于美国亚利桑那州的生物圈二号工程的美称。
“生物暖二号”的命名，是相对于地球生物圈(生物圈一号)而获名的，它位于美国亚利桑那州沃洛克镇，这里光照强烈，生境相对荒凉，有些类似于太空的环境，“生物圈二号”建成于1991年5月，占地面积1.28公顷，内部填土体积20.4万立方米，封闭空间20.4万立方米，工程建造经费约2亿美元，运转费用每年约600万美，它是根据地球生态系统中能量流动和物质循环的原理模拟运行的，其简要的过程可以用美国市场上出售的“生态球”演示。这个特制的密封玻璃球里装着淡水，空气、绿藻植物、一种似虾状节肢动物、蜗牛及一些浮游类动物和植物，当然还有微生物，这些生物及其所在环境与外界完全隔绝。其中，绿色植物利用空气中的二氧化碳和水分在阳光下进行光合作用合成有机物质并释放氧气，动物以植物或其碎屑为食，微生物及浮游动物将死亡的动植物或排泄物分解，生成二氧化碳和矿物质。这种密封玻璃球式的生态系统，就是地球生态系统工作的原理，也是未来人类在太空建造长期生存空间的必然模式，但模拟的地球环境在上天之前必须在地球上先进行密封住人实验，德克萨斯州年轻的石油亿万富翁巴斯将这一大胆的设想付诸实施，建造了“生物圈二号”。
“生物圈二号”在社会上招募的“生物圈人”包括海洋学家、植物学家、气象学家、机械工程专家及医学专家等，第一阶段的实验持续了两年，第二阶段换人后进行了半年被迫停止。
随后，关于“生物圈二号”失败的消息不经而非，“科学笑话”、“有钱人吃饱了撑的”等尖刻的言语不绝于耳。
“生物圈二号”缘何失败
科学舆论界对“生物圈二号”的批评主要包括：作为一个生态系统，它和外界真正的生态系统不可同日而语，如土壤是非自然的，光线不足；野生动植物数量远远不够，尤其是动物，只剩下蚂蚁和蟑螂等少数种；它的封闭也是不完全的，电力、信息、药品等要从外界输入。更关键的是仅有这么一个实验场所，缺少重复，数据的科学性无从确定。
尽管如此，作为在地球上首例利用生态系统原理进行的大规模封闭住人实验，“生物圈二号”的意义远远超过了舆论界对它的批评，两年半的实验为人类今后在太空成地面上进行类似的实验积累了大量数据。
实验结束后，科学家们对“生物圈二号”的失败原因进行了总结。这些因素主要包括；
元素化学循环平衡失调。封闭以后，人类一切生命活动都依赖里面的绿色植物及其与光、土壤、大气、海洋、动物、微生物组成的生态系统，不幸的是，由于设计时的缺陷——土壤、大气、海洋的比例与“生物圈一号”的比例相去甚远，土壤及其微生物，连同里面的动物和人呼吸释放的二氧化碳大大超过了植物所能利用的数量，而海洋来不及将多余的碳以无机盐的形式固定下来；植物制造的宝贵氧气又被大量的呼吸及分解过程迅速消耗。同样原因，笑气(N2O)的浓度也在上升，氧气降低、氧化亚氮和二氧化碳升高的程度几度超过警戒水平，以CO2为例，1991年6月为500ppm，到1992年2月达2500ppm，1993年2月升至4000ppm，以后基本维持在1000(夏季)～4000ppm(冬季)之间。而地球上的二氧化碳浓度仅为350ppm。氧气浓度从21％～度下降到14％。这个浓度相当于地球上海拔5300米高度上的氧浓度，以至于最后必须从外界补充氧气，N2O也增加了79ppm。氧、碳、氮、氢等是最重要的几大生命元素，它们的平衡失调是设计者们始料不及的。
物种关系失调。“生物圈二号”内的生态系统是由“生物圈一号”(地球生物圈)充分简化而来，虽然设计者们把地球上的热带南林、热带荒漠、萨王那群落、红树林、温带农田、海洋等类型的生态系统都“搬进”了“生物圈”，然而所搬进的主要是生态系统的第一性生产者——植被，并未把相应的动物、真菌、微生物等群落也按比例搬入。如热带雨林中没有大型动物，倒是引进土壤时带来的蚂蚁及蟑螂卵大量繁殖，动物及科学家们虽是植物的消费者，然而人只能吃农作物和动物蛋白，饲养动物的食物也多来自作物秸秆，而几个主要类型的生态系统尤其是热带雨林植物，在高二氧化碳浓度下生长得非常繁茂，表现出异常强的光合能力。由于缺乏相应的消费者和分解者，大量枯枝落叶面临清理问题。过度生长的热带雨林乔木触及了顶部玻璃，大有穿破玻璃之虞，引进藤本植物(如牵牛等)的目的是为了用作固定二氧化碳的汇，却不料这些植物在高二氧化碳浓度环境下疯长，危及其他檀物与农田，所有花粉传播动物消失，使一些依靠昆虫传粉的植物不能正常授粉。引入的25种脊椎动物中有19种消失。
水循环失调，为去除水体中的过量营养元素，设计者们采用了藻类植物，但大量生长的藻类植物处理起来非常困难，因为内部“雨”量调节的失调，“荒漠区”变成了“草原区”，加重了水分循环的失调，而且球内顶部温度比预想的高的多，促使水循环加快，使可饮用水的净化跟不上，内部海洋面积在减少，最后出现了水危机。
食物短缺，尽管第一批进住的“生物圈人”都是各路精英，唯独缺少种地的“农民”，虽然“生物圈二号”中农田区占了很大比例，但种出的小麦、水稻却不结籽，粮食供给成了问题，最后饿的“生物圈”人到了食红薯根的地步。其实，并不是里面的环境条件不适合作物种植，而是因为这些人不善种地，在第二次实验中，指挥部门特意从尼泊尔物色了一名农学院毕业的大学生，该名人员进驻后，情况大为改观，生产出的粮食吃不完了。由此，这位尼泊尔人成了“生物圈人”中的大英雄。
最近，英国政府首席科学顾问戴维·金爵士宣称，地球大气中二氧化碳的浓度将在本世纪末达到19世纪工业革命前的两倍，从而使地球平均气温上升3℃。美国科学家马克，莱纳斯悲观地预计，当地球温度升高6℃时，地球上99真的物种将消失，这将严重危及人类自身的生存，人类怎样保护地球呢?我们能到天外建造一个适合人类居住的家园吗?
上世纪末，举世闻名的“生物圈二号”实验在遭遇到种种意想不到的困难后被迫宣布失败，有专家称这次失败是由于人类自作聪明地妄图改造自然所致，作为世界上首次进行的运用生态系统原理而维持时间最长的封闭住人实验，它给我们带来了诸多经验与教训，笔者试就在“生物圈二号”的亲身经历对此谈一些自己的看法。
“生物圈二号”的背景
诺亚方舟是《圣经》中拯救人类于洪涝之中的神舟，现代的诺亚方舟则是人们对位于美国亚利桑那州的生物圈二号工程的美称。
“生物暖二号”的命名，是相对于地球生物圈(生物圈一号)而获名的，它位于美国亚利桑那州沃洛克镇，这里光照强烈，生境相对荒凉，有些类似于太空的环境，“生物圈二号”建成于1991年5月，占地面积1.28公顷，内部填土体积20.4万立方米，封闭空间20.4万立方米，工程建造经费约2亿美元，运转费用每年约600万美，它是根据地球生态系统中能量流动和物质循环的原理模拟运行的，其简要的过程可以用美国市场上出售的“生态球”演示。这个特制的密封玻璃球里装着淡水，空气、绿藻植物、一种似虾状节肢动物、蜗牛及一些浮游类动物和植物，当然还有微生物，这些生物及其所在环境与外界完全隔绝。其中，绿色植物利用空气中的二氧化碳和水分在阳光下进行光合作用合成有机物质并释放氧气，动物以植物或其碎屑为食，微生物及浮游动物将死亡的动植物或排泄物分解，生成二氧化碳和矿物质。这种密封玻璃球式的生态系统，就是地球生态系统工作的原理，也是未来人类在太空建造长期生存空间的必然模式，但模拟的地球环境在上天之前必须在地球上先进行密封住人实验，德克萨斯州年轻的石油亿万富翁巴斯将这一大胆的设想付诸实施，建造了“生物圈二号”。
“生物圈二号”在社会上招募的“生物圈人”包括海洋学家、植物学家、气象学家、机械工程专家及医学专家等，第一阶段的实验持续了两年，第二阶段换人后进行了半年被迫停止。
随后，关于“生物圈二号”失败的消息不经而非，“科学笑话”、“有钱人吃饱了撑的”等尖刻的言语不绝于耳。
“生物圈二号”缘何失败
科学舆论界对“生物圈二号”的批评主要包括：作为一个生态系统，它和外界真正的生态系统不可同日而语，如土壤是非自然的，光线不足；野生动植物数量远远不够，尤其是动物，只剩下蚂蚁和蟑螂等少数种；它的封闭也是不完全的，电力、信息、药品等要从外界输入。更关键的是仅有这么一个实验场所，缺少重复，数据的科学性无从确定。
尽管如此，作为在地球上首例利用生态系统原理进行的大规模封闭住人实验，“生物圈二号”的意义远远超过了舆论界对它的批评，两年半的实验为人类今后在太空成地面上进行类似的实验积累了大量数据。
实验结束后，科学家们对“生物圈二号”的失败原因进行了总结。这些因素主要包括；
元素化学循环平衡失调。封闭以后，人类一切生命活动都依赖里面的绿色植物及其与光、土壤、大气、海洋、动物、微生物组成的生态系统，不幸的是，由于设计时的缺陷——土壤、大气、海洋的比例与“生物圈一号”的比例相去甚远，土壤及其微生物，连同里面的动物和人呼吸释放的二氧化碳大大超过了植物所能利用的数量，而海洋来不及将多余的碳以无机盐的形式固定下来；植物制造的宝贵氧气又被大量的呼吸及分解过程迅速消耗。同样原因，笑气(N2O)的浓度也在上升，氧气降低、氧化亚氮和二氧化碳升高的程度几度超过警戒水平，以CO2为例，1991年6月为500ppm，到1992年2月达2500ppm，1993年2月升至4000ppm，以后基本维持在1000(夏季)～4000ppm(冬季)之间。而地球上的二氧化碳浓度仅为350ppm。氧气浓度从21％～度下降到14％。这个浓度相当于地球上海拔5300米高度上的氧浓度，以至于最后必须从外界补充氧气，N2O也增加了79ppm。氧、碳、氮、氢等是最重要的几大生命元素，它们的平衡失调是设计者们始料不及的。
物种关系失调。“生物圈二号”内的生态系统是由“生物圈一号”(地球生物圈)充分简化而来，虽然设计者们把地球上的热带南林、热带荒漠、萨王那群落、红树林、温带农田、海洋等类型的生态系统都“搬进”了“生物圈”，然而所搬进的主要是生态系统的第一性生产者——植被，并未把相应的动物、真菌、微生物等群落也按比例搬入。如热带雨林中没有大型动物，倒是引进土壤时带来的蚂蚁及蟑螂卵大量繁殖，动物及科学家们虽是植物的消费者，然而人只能吃农作物和动物蛋白，饲养动物的食物也多来自作物秸秆，而几个主要类型的生态系统尤其是热带雨林植物，在高二氧化碳浓度下生长得非常繁茂，表现出异常强的光合能力。由于缺乏相应的消费者和分解者，大量枯枝落叶面临清理问题。过度生长的热带雨林乔木触及了顶部玻璃，大有穿破玻璃之虞，引进藤本植物(如牵牛等)的目的是为了用作固定二氧化碳的汇，却不料这些植物在高二氧化碳浓度环境下疯长，危及其他檀物与农田，所有花粉传播动物消失，使一些依靠昆虫传粉的植物不能正常授粉。引入的25种脊椎动物中有19种消失。
水循环失调，为去除水体中的过量营养元素，设计者们采用了藻类植物，但大量生长的藻类植物处理起来非常困难，因为内部“雨”量调节的失调，“荒漠区”变成了“草原区”，加重了水分循环的失调，而且球内顶部温度比预想的高的多，促使水循环加快，使可饮用水的净化跟不上，内部海洋面积在减少，最后出现了水危机。
食物短缺，尽管第一批进住的“生物圈人”都是各路精英，唯独缺少种地的“农民”，虽然“生物圈二号”中农田区占了很大比例，但种出的小麦、水稻却不结籽，粮食供给成了问题，最后饿的“生物圈”人到了食红薯根的地步。其实，并不是里面的环境条件不适合作物种植，而是因为这些人不善种地，在第二次实验中，指挥部门特意从尼泊尔物色了一名农学院毕业的大学生，该名人员进驻后，情况大为改观，生产出的粮食吃不完了。由此，这位尼泊尔人成了“生物圈人”中的大英雄。