据阿根廷布宜诺斯艾利斯经济新闻网3月22日报道，未来载人火星任务的可行性面临一个后勤难题：从地球运输数吨肥料和食物几乎不可行。因此，在火星土壤上实现农业自给自足已不再是科幻小说中的幻想，而成为一个至关重要的试验场。挑战不仅在于抵达这颗红色星球，还在于开发能够将火星土壤转化为可供人类生存的有用资源的生物技术系统。
为此，德国不来梅大学和德国航空航天中心的研究人员设计了一种方法，利用蓝藻——一种能够捕获二氧化碳并转化模拟火星尘埃中营养物质的微生物——来生产肥料和可食用生物质。
这项近期发表于《化学工程杂志》的研究详细阐述了一种能够生成甲烷作为能源，并生产适用于无土栽培系统（即水培法）的营养物质的工艺。在水培法中，植物生长于水和矿物质的混合溶液中。这一进展标志着在构建封闭式栖息地、最大限度地减少对地球资源依赖方面迈出了坚实的一步。
研究团队发现，在火星上种植作物的关键在于实现肥料本地化生产。研究文章解释说，蓝藻是一种能够利用简单元素制造有机物的微生物，它们仅利用火星上现有的资源就能生长，例如模拟火星表层风化层（一种在实验室中人工合成的材料，用于模拟覆盖火星的岩石和尘土层）、水、阳光以及火星大气中的氮气和二氧化碳等。
所选的蓝藻可以从环境中吸收二氧化碳和氮气，并从火星表层风化层中提取矿物质，从而构建一个无需从地球输入营养物质的种植系统。与依赖难以从地球获取的肥料和矿物质的传统作物相比，这种策略具有显著优势。
这种方法基于厌氧消化原理，即蓝藻生物质在无氧条件下分解的过程。通过这一过程，可以获得富含铵和磷酸盐的肥料（二者均为植物生长所必需），同时还会产生甲烷，甲烷可用作能源。
文章称：“厌氧消化能够分解生物质，并以甲烷的形式回收部分化学能，甲烷是火星定居点的宝贵燃料。”该系统被描述为稳定、可靠且易于操作，这在时间和人力资源有限的环境中尤为重要。
为了提高系统的效率，研究人员分析了多个工艺变量。他们评估了蓝藻的不同预处理方法，测试了不同的温度，并调整了初始有机物的用量。
采用高压灭菌法加热蓝藻材料，并将操作温度维持在35摄氏度，可以最大程度地去除有机碳，从而产生更多的氨和甲烷。此外，研究还比较了处理组和未处理组的样品，并研究了温度对相关微生物活性的影响。
研究团队的主要发现之一是，他们证实了生物质用量与铵产量之间存在直接关系。他们发现“初始生物质浓度与最终铵浓度呈线性相关”，这使得肥料的生产能够根据作物的需求进行调节。
此外，实验表明，使用MGS-1——一种模拟火星风化层成分的材料——作为矿物来源，可以优化植物必需营养素的产出。这使得整个过程仅使用火星上的材料即可完成，而无需依赖从地球运来的资源。
厌氧消化过程的最终产物被用于培养浮萍，这种水生植物因其生长迅速且蛋白质含量高，被认为是太空任务的潜在作物。研究指出，“每克干蓝藻生物质可产出27克新鲜浮萍生物质”，这表明将火星本地资源转化为食物的效率非常高。
该系统不仅可以生产食物，还能产生甲烷作为能源副产品，有助于火星栖息地的自给自足。在技术方面，科学家们提醒，“铵代谢后培养基的酸化可能会干扰植物生长”，因此需要调整酸碱度或改变氮源。
该研究得出结论，利用火星风化层进行蓝藻厌氧消化是火星上生产肥料和食物的一种可行方案。研究成果为设计利用火星本地资源、最大限度减少对地球投入的自主农业系统铺平了道路。该研究为未来更大规模的试验奠定了基础，并凸显了生物技术在太空探索领域的巨大潜力。
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