美国国家航空航天局（NASA）对“太空农场”有着宏大的计划，天体生物学家们也为火星上“最适合种植的作物”提出了许多想法。为了最好地优化这些未来的地外农场，科学家们还在探索哪些种植方法可以提高火星上作物的潜在产量。近期对番茄、胡萝卜和豌豆进行的实验发现，将不同作物混合种植可以提高某些植物在特定火星条件下的产量。这些发现也可能对地球上的生命产生影响，并已在5月1日在《PLOS One》杂志上发表的一项研究中进行了描述。
火星温室
为了让人类能够“在火星上长时间生存”，营养丰富的食物将至关重要。虽然从科幻小说和电影《火星救援》中学习虚构宇航员马克·沃特尼是如何种植土豆的很有趣且有启发性，但真实的宇航员应该能够从地球上获得一些有用的资源，用于在未来的火星定居点种植食物。
为了学习如何最好地做到这一点，地球上的科学家必须在这里模拟火星上独特的条件。火星大气层比地球大气层“薄约100倍”，主要由二氧化碳、氮气和氩气组成。未来整个火星殖民地都需要建立在受控的封闭空间中，类似于拥有适宜的氧气、氮气和二氧化碳混合物的类地大气的温室。
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“最好的‘火星环境’实际上就是一个拥有温度、湿度和气体等受控条件的温室，”瓦赫宁根大学与研究所（荷兰）的研究合著者、天体生物学家Rebeca Gonçalves告诉《流行科学》。“”
在这项研究中，Gonçalves和团队在大学的温室中模拟了火星的生长环境。他们测试了作物在模拟的“火星表层土”（覆盖火星的松散岩石材料）中的表现。标准盆栽土和沙子的盆栽被用作对照组。还在沙子和火星表层土样本中添加了少量有机地球土壤和其他营养物质，以改善保水性和根系固定。
采摘植物
对于这个“假火星农场”的植物，团队选择了豌豆、胡萝卜和番茄。一项“2014年的研究”发现，这三种植物都能在火星表层土中生长。据Gonçalves说，知道这些植物能够生长是关键，因为他们要寻找的是一个不同问题的答案。他们想知道如何利用伴生植物和“套种”（一种古老的种植技术，将两种或多种植物近距离种植在一起）来提高作物产量。这三种作物在未来也可能扮演重要的营养角色。
“它们因其营养含量而被选中，富含抗氧化剂、维生素C和β-胡萝卜素，”Gonçalves说。“这很重要，因为这些营养物质在“食品脱水”过程中会完全丢失，而这是我们将食物运往太空任务的主要过程。因此，生产含有这些营养素的新鲜食物在火星殖民地是必须的。”
这些作物也是“具有互补特性的伴生种”。豌豆被认为是套种系统的主要贡献者，因为它们是豆科植物，能够“固定”氮。在“固氮”过程中，某些植物和细菌可以将空气中的氮转化为植物可用的氨，从而为植物提供营养。这反过来又使其他植物受益，并减少了在植物系统中添加肥料的需要。据Gonçalves说，这优化了植物在火星上生长所需的资源。
“胡萝卜用于帮助土壤透气，这可以改善伴生植物对水分和养分的吸收，而番茄则为对温度敏感的胡萝卜提供遮荫，并为豌豆提供攀爬支撑，”Gonçalves说。
红色的果实，红色的星球
这三种物种在火星表层土中都生长得相当好，仅添加少量营养物质就产生了超过半磅的农产品。与单独种植的对照番茄相比，与豌豆和胡萝卜一起套种的番茄生长得更好。采用这种方式种植的番茄生物量更高，钾含量也更高。
然而，在这片表层土中套种似乎“降低了胡萝卜和豌豆的产量”。这些植物单独生长效果更好。在未来的实验中，团队希望通过对模拟火星表层土的处理方式进行一些调整，能够提高套种时的产量，从而使胡萝卜和豌豆也能获得类似的大丰收。
“其中一种物种表现得非常好，这是一个重要的发现，我们现在可以在此基础上进一步研究，”Gonçalves说。
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该团队还对套种在沙质土壤对照组中显示出的优势感到惊讶。它使三种植物中的两种受益，这一发现可以“应用于地球的农业系统”。气候变化“正在使一些土壤变得更加沙化”，而这项研究是正在进行的，旨在了解“套种如何帮助解决这个问题”的努力的一部分。
在未来的研究中，团队希望弄清楚如何实现“一个完全自给自足的系统，100%利用火星当地资源”。这将有助于使未来的火星殖民地在经济上更可行，并且不像依赖补给任务。
“如果我们能够解锁在开发高产、自给自足的粮食生产系统的同时，还能再生贫瘠土壤的秘密——这正是火星农业研究的目标——那么我们将为我们在地球上遇到的许多问题找到解决方案，”Gonçalves说。
