科学家最近的一项实验显示，人类排泄物与月球或火星风化层结合后，可以为在这些星球上种植作物提供必要的养分。
德克萨斯农工大学的负责人哈里森·科克在声明中指出：“在月球和火星前哨站，有机废弃物将成为生成健康、高产土壤的关键。通过用有机废弃物处理月球和火星的模拟风化层，我们发现许多植物所需的关键养分可以从这些地表矿物中释放出来。”
这一理念让人想起《火星救援》小说和电影中宇航员马克·沃特尼的行为，他利用自己的排泄物来肥沃火星土壤，种植作物以维持生存。如果人类希望在月球或火星建立永久基地，就必须学会依靠当地资源生存，尤其是在火星上，地球供应无法频繁到达，航行成本极高，肥料和食物无法依赖地球定期运输。
目前，月球和火星的表层并不是真正意义上的土壤，而是风化层。这种风化层主要由无机矿物组成，虽然含有一定养分，但大多数封闭在矿物结构中，对生命不可直接利用。科学家长期在探索如何使这些养分变得可获取，并尝试将风化层转化为更接近地球土壤的状态。
过去，科学家们尝试了热处理、水培、离子液体和电解氧化等方法，这些技术可以在地球上处理废水污染物，也能部分释放风化层中的养分，但这些方法往往需要额外化学物质、能源和技术支持，并且需要不断补充新鲜养分，成本非常高昂。因此，科克团队寻找另一种方案：利用现有星球资源生成土壤，不依赖地球输入。
这个方案的核心材料就是风化层和宇航员产生的人类排泄物。科克与同校的朱莉·豪及NASA肯尼迪航天中心科学家合作，使用一种名为有机处理组件（OPA）的生物再生生命支持系统原型（BLiSS）。OPA系统包括生物反应器和过滤装置，模拟污水进入系统后，经过处理最终以营养丰富且去除毒素的排放物形式输出。
在实验中，研究人员使用了模拟月球和火星风化层，因为地球上没有真正的火星风化层，而月球样本数量极少且珍贵。科克团队将OPA产生的处理水与模拟风化层结合，并在摇床中浸泡24小时，使风化层发生“风化”反应。实验结果显示，月球风化层模拟物释放了大量硫、钙和镁，而火星模拟物则释放了这些元素以及钠，这些养分可以被植物吸收并用于生长。
显微观察发现，摇床中的风化层颗粒表面出现微小坑洞，火星颗粒还覆盖了纳米粒子，这一现象标志着向更接近土壤的材料迈出重要一步。虽然实验中吸附的养分有限，植物仍需更多的铁、锌、铜等必需元素，但这些结果表明，通过排泄物和微生物处理，可以部分释放风化层养分，使植物获得所需营养。
然而，BLiSS系统尚未完全高效，实验使用的模拟物质仅与真实风化层相似，真实环境可能表现不同，因此仍需更多研究。已有研究显示，经过处理的月球风化层能促进作物生长，而火星风化层则表现较差，部分原因是其质地致密，阻碍氧气到达植物根部，并含有高氯酸盐，这是一种强氧化剂。印度航天研究组织的科学家也探索了通过特定细菌生成结合剂，将火星风化层颗粒固定成砖块材料，以用于建造栖息地，但高氯酸盐毒性限制了菌株选择。
同样的方法也被用于月球风化层，但发现通过烧结生成的砖块虽坚固，却容易开裂。研究人员提出，将巴氏菌生成的材料作为密封剂填补裂缝，可以提高砖块耐用性。这些实验表明，如果人类要在月球或火星上生活，完全依赖当地资源生成土壤、建造栖息地和种植作物是可行的。
随着研究的不断推进，利用风化层和有机废弃物生成可耕种土壤，将使外星前哨更接近自给自足，也赋予“靠土地生活”这一概念全新的意义，为未来的星际定居提供了可行路径。
封面图片：unsplash