最近，英國(guó)政府首席科學(xué)顧問戴維·金爵士宣稱，地球大氣中二氧化碳的濃度將在本世紀(jì)末達(dá)到19世紀(jì)工業(yè)革命前的兩倍，從而使地球平均氣溫上升3℃。美國(guó)科學(xué)家馬克，萊納斯悲觀地預(yù)計(jì)，當(dāng)?shù)厍驕囟壬?℃時(shí)，地球上99真的物種將消失，這將嚴(yán)重危及人類自身的生存，人類怎樣保護(hù)地球呢?我們能到天外建造一個(gè)適合人類居住的家園嗎?

上世紀(jì)末，舉世聞名的“生物圈二號(hào)”實(shí)驗(yàn)在遭遇到種種意想不到的困難后被迫宣布失敗，有專家稱這次失敗是由于人類自作聰明地妄圖改造自然所致，作為世界上首次進(jìn)行的運(yùn)用生態(tài)系統(tǒng)原理而維持時(shí)間最長(zhǎng)的封閉住人實(shí)驗(yàn)，它給我們帶來了諸多經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，筆者試就在“生物圈二號(hào)”的親身經(jīng)歷對(duì)此談一些自己的看法。

“生物圈二號(hào)”的背景

諾亞方舟是《圣經(jīng)》中拯救人類于洪澇之中的神舟，現(xiàn)代的諾亞方舟則是人們對(duì)位于美國(guó)亞利桑那州的生物圈二號(hào)工程的美稱。

“生物暖二號(hào)”的命名，是相對(duì)于地球生物圈(生物圈一號(hào))而獲名的，它位于美國(guó)亞利桑那州沃洛克鎮(zhèn)，這里光照強(qiáng)烈，生境相對(duì)荒涼，有些類似于太空的環(huán)境，“生物圈二號(hào)”建成于1991年5月，占地面積1.28公頃，內(nèi)部填土體積20.4萬立方米，封閉空間20.4萬立方米，工程建造經(jīng)費(fèi)約2億美元，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用每年約600萬美，它是根據(jù)地球生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的原理模擬運(yùn)行的，其簡(jiǎn)要的過程可以用美國(guó)市場(chǎng)上出售的“生態(tài)球”演示。這個(gè)特制的密封玻璃球里裝著淡水，空氣、綠藻植物、一種似蝦狀節(jié)肢動(dòng)物、蝸牛及一些浮游類動(dòng)物和植物，當(dāng)然還有微生物，這些生物及其所在環(huán)境與外界完全隔絕。其中，綠色植物利用空氣中的二氧化碳和水分在陽(yáng)光下進(jìn)行光合作用合成有機(jī)物質(zhì)并釋放氧氣，動(dòng)物以植物或其碎屑為食，微生物及浮游動(dòng)物將死亡的動(dòng)植物或排泄物分解，生成二氧化碳和礦物質(zhì)。這種密封玻璃球式的生態(tài)系統(tǒng)，就是地球生態(tài)系統(tǒng)工作的原理，也是未來人類在太空建造長(zhǎng)期生存空間的必然模式，但模擬的地球環(huán)境在上天之前必須在地球上先進(jìn)行密封住人實(shí)驗(yàn)，德克薩斯州年輕的石油億萬富翁巴斯將這一大膽的設(shè)想付諸實(shí)施，建造了“生物圈二號(hào)”。

“生物圈二號(hào)”在社會(huì)上招募的“生物圈人”包括海洋學(xué)家、植物學(xué)家、氣象學(xué)家、機(jī)械工程專家及醫(yī)學(xué)專家等，第一階段的實(shí)驗(yàn)持續(xù)了兩年，第二階段換人后進(jìn)行了半年被迫停止。

隨后，關(guān)于“生物圈二號(hào)”失敗的消息不經(jīng)而非，“科學(xué)笑話”、“有錢人吃飽了撐的”等尖刻的言語不絕于耳。

“生物圈二號(hào)”緣何失敗

科學(xué)輿論界對(duì)“生物圈二號(hào)”的批評(píng)主要包括：作為一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，它和外界真正的生態(tài)系統(tǒng)不可同日而語，如土壤是非自然的，光線不足；野生動(dòng)植物數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，尤其是動(dòng)物，只剩下螞蟻和蟑螂等少數(shù)種；它的封閉也是不完全的，電力、信息、藥品等要從外界輸入。更關(guān)鍵的是僅有這么一個(gè)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所，缺少重復(fù)，數(shù)據(jù)的科學(xué)性無從確定。

盡管如此，作為在地球上首例利用生態(tài)系統(tǒng)原理進(jìn)行的大規(guī)模封閉住人實(shí)驗(yàn)，“生物圈二號(hào)”的意義遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了輿論界對(duì)它的批評(píng)，兩年半的實(shí)驗(yàn)為人類今后在太空成地面上進(jìn)行類似的實(shí)驗(yàn)積累了大量數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，科學(xué)家們對(duì)“生物圈二號(hào)”的失敗原因進(jìn)行了總結(jié)。這些因素主要包括；

元素化學(xué)循環(huán)平衡失調(diào)。封閉以后，人類一切生命活動(dòng)都依賴?yán)锩娴木G色植物及其與光、土壤、大氣、海洋、動(dòng)物、微生物組成的生態(tài)系統(tǒng)，不幸的是，由于設(shè)計(jì)時(shí)的缺陷——土壤、大氣、海洋的比例與“生物圈一號(hào)”的比例相去甚遠(yuǎn)，土壤及其微生物，連同里面的動(dòng)物和人呼吸釋放的二氧化碳大大超過了植物所能利用的數(shù)量，而海洋來不及將多余的碳以無機(jī)鹽的形式固定下來；植物制造的寶貴氧氣又被大量的呼吸及分解過程迅速消耗。同樣原因，笑氣(N₂O)的濃度也在上升，氧氣降低、氧化亞氮和二氧化碳升高的程度幾度超過警戒水平，以CO₂為例，1991年6月為500ppm，到1992年2月達(dá)2500ppm，1993年2月升至4000ppm，以后基本維持在1000(夏季)～4000ppm(冬季)之間。而地球上的二氧化碳濃度僅為350ppm。氧氣濃度從21％～度下降到14％。這個(gè)濃度相當(dāng)于地球上海拔5300米高度上的氧濃度，以至于最后必須從外界補(bǔ)充氧氣，N₂O也增加了79ppm。氧、碳、氮、氫等是最重要的幾大生命元素，它們的平衡失調(diào)是設(shè)計(jì)者們始料不及的。

物種關(guān)系失調(diào)。“生物圈二號(hào)”內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)是由“生物圈一號(hào)”(地球生物圈)充分簡(jiǎn)化而來，雖然設(shè)計(jì)者們把地球上的熱帶南林、熱帶荒漠、薩王那群落、紅樹林、溫帶農(nóng)田、海洋等類型的生態(tài)系統(tǒng)都“搬進(jìn)”了“生物圈”，然而所搬進(jìn)的主要是生態(tài)系統(tǒng)的第一性生產(chǎn)者——植被，并未把相應(yīng)的動(dòng)物、真菌、微生物等群落也按比例搬入。如熱帶雨林中沒有大型動(dòng)物，倒是引進(jìn)土壤時(shí)帶來的螞蟻及蟑螂卵大量繁殖，動(dòng)物及科學(xué)家們雖是植物的消費(fèi)者，然而人只能吃農(nóng)作物和動(dòng)物蛋白，飼養(yǎng)動(dòng)物的食物也多來自作物秸稈，而幾個(gè)主要類型的生態(tài)系統(tǒng)尤其是熱帶雨林植物，在高二氧化碳濃度下生長(zhǎng)得非常繁茂，表現(xiàn)出異常強(qiáng)的光合能力。由于缺乏相應(yīng)的消費(fèi)者和分解者，大量枯枝落葉面臨清理問題。過度生長(zhǎng)的熱帶雨林喬木觸及了頂部玻璃，大有穿破玻璃之虞，引進(jìn)藤本植物(如牽牛等)的目的是為了用作固定二氧化碳的匯，卻不料這些植物在高二氧化碳濃度環(huán)境下瘋長(zhǎng)，危及其他檀物與農(nóng)田，所有花粉傳播動(dòng)物消失，使一些依靠昆蟲傳粉的植物不能正常授粉。引入的25種脊椎動(dòng)物中有19種消失。

水循環(huán)失調(diào)，為去除水體中的過量營(yíng)養(yǎng)元素，設(shè)計(jì)者們采用了藻類植物，但大量生長(zhǎng)的藻類植物處理起來非常困難，因?yàn)閮?nèi)部“雨”量調(diào)節(jié)的失調(diào)，“荒漠區(qū)”變成了“草原區(qū)”，加重了水分循環(huán)的失調(diào)，而且球內(nèi)頂部溫度比預(yù)想的高的多，促使水循環(huán)加快，使可飲用水的凈化跟不上，內(nèi)部海洋面積在減少，最后出現(xiàn)了水危機(jī)。

食物短缺，盡管第一批進(jìn)住的“生物圈人”都是各路精英，唯獨(dú)缺少種地的“農(nóng)民”，雖然“生物圈二號(hào)”中農(nóng)田區(qū)占了很大比例，但種出的小麥、水稻卻不結(jié)籽，糧食供給成了問題，最后餓的“生物圈”人到了食紅薯根的地步。其實(shí)，并不是里面的環(huán)境條件不適合作物種植，而是因?yàn)檫@些人不善種地，在第二次實(shí)驗(yàn)中，指揮部門特意從尼泊爾物色了一名農(nóng)學(xué)院畢業(yè)的大學(xué)生，該名人員進(jìn)駐后，情況大為改觀，生產(chǎn)出的糧食吃不完了。由此，這位尼泊爾人成了“生物圈人”中的大英雄。

完美“生物圈一號(hào)”難模仿

盡管“生物圈二號(hào)”的設(shè)計(jì)原理是正確的，但是，地球生物圈的大氣、土壤、海洋、生物群落之間是經(jīng)歷了非常漫長(zhǎng)的歲月后才達(dá)到高度和諧的，“生物圈二號(hào)”的失敗也從另一方面反證出保持地球生態(tài)平衡的重大意義。

其實(shí)，上述問題在生態(tài)學(xué)研究者看來是非常簡(jiǎn)單的，完全能夠避免，遺憾的是實(shí)驗(yàn)者并沒有做到。

“生物圈二號(hào)”實(shí)驗(yàn)后，科學(xué)界達(dá)成這樣一種共識(shí)，即使用最好的生態(tài)學(xué)知識(shí)，用最新的現(xiàn)代高新技術(shù)知識(shí)和充足的資金做后盾，營(yíng)造完全封閉的像地球那樣完美的人工生態(tài)系統(tǒng)仍是十分困難的，甚至是不可能的。

雖然地球上存在一些惡劣環(huán)境，如干旱區(qū)面臨比濕潤(rùn)地區(qū)干旱貧瘠的自然環(huán)境，但它仍在地球的大氣環(huán)流圈內(nèi)，僅是個(gè)別生態(tài)因子如水的循環(huán)出現(xiàn)局部失調(diào)，其他一些生態(tài)因子如光照等還處于優(yōu)勢(shì)狀態(tài)，只要遵循生態(tài)系統(tǒng)的原則，加以合理的人工措施，是能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)高效、持續(xù)發(fā)展的良性循環(huán)的。

另外，任何大規(guī)模的生態(tài)環(huán)境工程與人類改變自然的活動(dòng)都要慎重。人類雖然能夠局部改善環(huán)境，或試圖靠高技術(shù)與投資徹底改善環(huán)境。但這樣做都是有代價(jià)的。比如，“生物圈二號(hào)”使地球上不同地理起源的i000多種植物和無數(shù)種土壤動(dòng)物和微生物在沙漠上安了家。然而，種間的競(jìng)爭(zhēng)、互利、協(xié)調(diào)發(fā)展等關(guān)系卻是人工所難以改變的，也因此出現(xiàn)了諸多“始料不及”。

無論世人對(duì)“生物圈二號(hào)”封閉實(shí)驗(yàn)的成敗如何看待，“生物圈二號(hào)”的設(shè)計(jì)思想及其對(duì)未來人類生存環(huán)境的超前憂患意識(shí)，都是不容抹殺的?！吧锶Χ?hào)”無時(shí)不在向人們宣傳這樣一個(gè)道理：我們只有一個(gè)地球，在太空找到或建造出適應(yīng)人類生存的空間并非人類真正的愿望，如果那一天出現(xiàn)，將是地球末日的來臨。

盡管人類創(chuàng)造了文明，但這些文明又對(duì)地球產(chǎn)生了巨大的威脅。全球氣候變化(溫室效應(yīng)引起)、臭氧洞擴(kuò)大、酸雨與生物多樣性危機(jī)(環(huán)境污染引起)等重大環(huán)境問題的出現(xiàn)，都是人類破壞了地球生物圈中生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)的固有規(guī)律而造成的惡果。

[責(zé)任編輯] 趙 菲