生物圈Ⅱ号

生物圈二号 生物圈2号（Biosphere 2）是美国建于亚利桑那州图森市以北沙漠中的一座微型人工生态循环系统，因把地球本身称作生物圈1号而得此名，它由美国前橄榄球运动员约翰u2022艾伦发起，并与几家财团联手出资，委托空间生物圈风险投资公司承建，历时8年，耗资1 .5亿美元。生物圈2号计划设计在密闭状态下进行生态与环境研究，帮助人类了解地球是如何运作，并研究在仿真地球生态环境的条件下，人类是否适合生存的问题。为了尽量贴近自然环境，该圈中的土壤、草皮、海水、淡水均取自外界的不同地理区间，通过 一定的人工处理再利用。例如，实验用的海水是将运进来的海水和淡水按照适当比例配制而成的。 这个实验为什么会失败呢？科学家对此做出了总结：除了二氧化碳多、氧气少、水循环失调等原因以外，生物种类关系的失调也是重要的原因。 原来，设计者虽然在“生物圈II号”内模拟了多种生态系统，但引进的生物却主要是生产者，动物、真菌和细菌的种类和数量都较少。传粉的昆虫死去了，有些植物就只开花不结果了。由于动物的种类和适量减少了，植物很少恐怕还有比例不对的原因,在真的生物圈中平均每人所对应的大气,水,植物等是那么的广阔,而二号呢?环境资源与人的比例严重偏小,就那点大气,水,植物等,哪怕就是生活一个人也已严重不够了,更何况是几个人. 二氧化碳多、氧气少是结果而非原因,二氧化碳多、氧气少是因为植物相对太少了,不足以将人和植物自身产生的那么多二氧化碳转化并释放氧气.氧气的消耗速度高于产生速度,而二氧化碳的产生高于消耗.

生物圈2号是美国科学家在1987年建造的模拟地球生态系统，位于美国亚利桑那州图森市。生物圈2号总面积12000平方米，里面建造了微型的生态系统，其中包括高山，平原，盆地，高原，海洋，沼泽，沙漠，森林等等。整个建筑采用全密封结构。生物圈2号的目的是为了研究人类是否能在人造生态系统中存活，以便日后为人类离开地球居住在其他星球提供可行性方案。但是生物圈2号最终实验失败，内部的氧气含量急速下降，动植物死亡。事后分析原因，是因为生物圈2号本身体积太小，虽然实验室高度模拟地球生态系统，但毕竟这不是真正的生态系统，物质之间的循环太小，最终无法维持生态平衡。生物圈2号的故事成为了2019年中国科幻电影《流浪地球》的剧本素材。

生物圈2号是一座封闭型的生态循环系统，其意义主要在于研究地球是如何运作的，并探索在类似地球生态环境下的可能性。其内部包括仿真地球生态环境的各种条件，如土壤、水、植物、动物等。然而，生物圈2号的实验并未成功。原因包括土壤中有机质被氧化导致氧气总量下降，产生的二氧化碳被混凝土吸收，无法进入循环。此外，生物圈2号内的光合作用能力不足，导致容器内的二氧化碳含量上升，无法维持研究者的生命。生物圈2号中降雨失控、多数动物灭绝、为植物传播花粉的昆虫全部死亡等也是生物圈2号失败的原因。因此，生物圈2号的实验结果提醒我们，地球仍是人类的唯一家园，保护地球环境是人类的当务之急。

美国建于亚利桑那州图森市以北沙漠中的生物圈2号是一座微型人工 生态循环系统,因把地球本身称作生物圈1号而得此名。它由美国前橄榄球运动员 约翰·艾伦发起,并与几家财团联手出资,委托空间生物圈风险投资公司承建,历时8年,耗资1 5亿美元。1991年9月26日4男4女共8名科研人员首次进驻生物圈2号,1993年6月26日走出 ,停留共计21个月,在各自的研究领域内均积累了丰富的科学数据和实践经验。来自英国、墨 西哥、尼泊尔、南斯拉夫和美国等5国的4男3女共7位实验人员在对首批结果进行评 估并改进技术后,于1994年3月6日二次进驻,工作10个月后于1995年1月走出。他们在这期间 对大气、水和废物循环利用及食物生产进行了广泛而系统的科学研究。 生物圈2号是世界上最大的闭式人工生态系统。它使人类首次能够在整体水平上研 究生态学,从而开辟了了解目前地球生物圈全球范围生态变化过程的新途径。更为重要的是, 它将作为首例永久性生物再生式生保系统的地面模拟装置而有可能应用于人类未来的地外星 球定居和宇宙载人探险不过实践证明，该计划失败了然而事实表明，“生物圈2号”的设想是不现实的。1993年1月，8名科学家进入“生物圈2号”一年多后，由于土壤中的碳与氧气反应生成二氧化碳，部分二氧化碳又与建“生物圈2号”用的混凝土中的钙反应，生成碳酸钙，导致其中氧气含量从21%降到14%；二氧化碳含量猛增。另一个意外是，“生物圈之号”运行3年后，其中的一氧化氮含量剧增到了79%，足以使人体合成维生素B12的能力减弱，危害大脑健康。　　科学家还发现，除了藤本植物比较繁荣外，所有靠花粉传播繁殖的植物都灭绝了，大树也摇摇欲坠；昆虫除了白蚁、蟑螂和蝈蝈外，几乎都死了，人造海洋中生物生存情况略好于陆地；人造沙漠由于没有控制好降雨，变成了草地；“生物圈2号”下层的温度又大大低干预计的数字。1996年卫月卫日，哥伦比亚大学接管了“生物圈2号”。　　科学又一次证明，地球是唯一孕育生命的星球。20多亿年间，地球上生物繁衍生息，存优汰劣，留存至今的动物约有数百万种·人类从诞生起，衣、食、住、行以及经济活动，无一不依赖这个星球，地球上的森林、湖泊、草原、海岸等自然系统，是人类赖以生存的基本环境。目前，人类还无法用人工方法保持地球的活力，没有人知道怎样建造一个脱离地球自然环境，而又能让人类休养生息的生态系统

原因:氧气总量因为土壤中有机质被氧化而下降,而产生的二氧化碳被建造建筑的混凝土吸收了,没有进入循环. 生物圈内光合作用能力不够,密闭容器内的二氧化碳含量上升,比地球上正常含量高出10倍以上 一年多以后,“生物圈2号”的生态状况急转直下,氧气（O2）含量从21％迅速下降到14％,而二氧化碳（CO2）和二氧化氮（NO2）的含量却直线上升,大气和海水变酸,很多物种死去,而用来吸收二氧化碳的牵牛花却疯长.大部分脊椎动物死亡,所有的传粉昆虫的死亡造成靠花粉传播繁殖的植物也全部死亡.由于降雨失控,人造沙漠变成了丛林和草地.“生物圈2号”内空气的恶化直接危及了居民们的健康,科学家们被迫提前撤出这个“伊甸园”.二氧化碳多、氧气少（因为植物相对太少了,不足以将人和植物自身产生的那么多二氧化碳转化并释放氧气.氧气的消耗速度高于产生速度,而二氧化碳的产生高于消耗）、水循环失调、生物种类关系的失调等.“生物圈2号”的实验以失败告终.

生物圈二号工程2005-1-25 20:30:00生物圈二号外观 1991年，美国科学家进行了一个耗资巨大规模空前的“生物圈二号”实验。“生物圈二号”是一个巨大的封闭的生态系统，位于美国亚利桑拿州，大约有两个足球场大小。从外观看，它很像科幻片里建在月球上的空间站。依照设计，这个封闭生态系统尽可能模拟自然的生态体系，有土壤、水、空气与动植物，甚至还有森林、湖泊河流和海洋。1991年，8个人被送进“生物圈二号”，本来预期他们与世隔绝两年，可以靠吃自己生产的粮食，呼吸植物释放的氧气，饮用生态系统自然净化的水生存。但18个月之后，“生物圈二号”系统严重失去平衡：氧气浓度从21%降至14%，不足以维持研究者的生命，输入氧气加以补救也无济于事；原有的25种小动物，19种灭绝；为植物传播花粉的昆虫全部死亡，植物也无法繁殖。事后的研究发现：细菌在分解土壤中大量有机质的过程中，耗费了大量的氧气；而细菌所释放出的二氧化碳经过化学作用，被“生物圈二号”的混凝土墙所吸收，又打破了循环。此次失败的实验项目在社会上引起了广泛的争论，从事此项实验的科研机构的威信大受影响。1994年3月，7名科学家再次进入“生物圈二号”进行第二次实验，这种努力在1年半之后再次以失败告终。“生物圈二号”还有用吗？公众再一次表示了疑虑。 生物圈2号的第2百万名及第2百万零1名参观者 1996 年1月1日，哥伦比亚大学接管了“生物圈2号”。9月，由数名科学家组成的委员会对实验进行了总结，他们认为，在现有技术条件下，人类还无法模拟出一个类似地球一样的、可供人类生存的生态环境。同时，哥伦比亚大学加强了对实验的研究力度。实验的内容有所扩大，从2000年开始，利用数码相机技术分分秒秒地记录叶片的生长情况，以得到图片合成影像以便确定植物和生长过程。实验还增加了学生实验内容。实验还要进行10年，以便有充足时间观察“生物圈二号”内的野生动植物的生长规律。 目前，“生物圈二号”已经成为亚利桑那州沙漠中的一道风景线，每年到此旅游的人数超过18万人。游客交上13美元，就可以到“生物圈二号”外的各种设施上走一遭。如果再添上10美元，还可以进入“生物圈二号”呢。

生物圈二号 生物圈二号实验计划是从1984年起，在美国亚利桑那州沙漠地区，运用科技手段再造一个地球的实验计划。该计划拟耗资2亿美元，美国科学家将此工程命名为“生物圈二号”的原因，其意思是将现在人类居住的地球看成是“生物圈一号”。此实验的主要任务是模拟地球的生态过程。这项实验是在一个占地3.1英亩（12 550平方米），大约有两个足球场的大小的、用玻璃和钢架建成的一个密闭的拱形玻璃罩内进行的。这个拱形玻璃罩从外观看，由三个圆拱形结构和一个金字塔形结构组合成的建筑群组成，有10～20层楼高，里面设置了多个连通的实验室。一些科学家将此实验戏称为“在一个瓶子中的星球”。这是世界上最大的、用人工建筑与陆地表面连接起来的一个封闭生态系统。“生物圈二号”试验的目的是：观察空气、水和废物在一个封闭的环境中怎样有效地进行再循环，以及评价在这样的实验条件下，是否能够创造出一个稳态的生态系统，以寻找维持生存和净化环境的有效途径。在这个封闭生态系统中，设置了土壤、水、空气与动植物，还人为再造了一系列栖息地，如盐碱滩涂、沙漠、珊瑚礁、树林、湖泊、亚热带的大草原和密集型的农业；选用了4000多个代表热带雨林的自然物种；还利用了制造人工风雨的装置。该系统除了电力供应和计算机与外界联系外，其他方面均与外界完全隔绝。1993年1月开始，这个系统由8名男女科学家自愿者在密闭系统中工作两年，通过种植农作物、饲养家禽和家畜进行生态试验，以自我维持、自我满足。如果发生病虫害，只允许用瓢虫和金小蜂进行生物防治，不准使用任何农药。可以说这个实验系统，已集中了当时各项科学技术最先进的成就，反映了所能够实验的所有意图和目的，科学家们尝试着循环使用各种自然资源并维持生态平衡。例如，人和动植物的呼吸作用要消耗氧气，同时放出二氧化碳；而绿色植物的光合作用则刚好相反。科学家通过不断地测定系统内部的空气中氧气和二氧化碳的含量，来准确地测定并调整人与动植物的适当比例。如果食草动物过多，有可能破坏草原，他们就食用一些食草动物；如果某种植物消失了，他们就尝试用试管内储存的细胞重新培养这些植物，并且逐步找出它们消亡和保存的条件。这项预期进行两年的实验，在进行了18个月过后，该系统就严重失去平衡，氧气浓度从21.5％降到14％，不足以维持研究者的生命，被迫从外部向系统内输入氧气，以便完成原定两年的实验。此封闭系统总共开启了24次加以补救，但原有的25种小动物中有19种绝灭；为植物传播花粉的昆虫也全部死亡，植物无法繁殖。为期两年的实验，于1993年9月26日正式以失败告终。1996年1月1日，哥伦比亚大学接管了“生物圈二号”，同年9月，由数名科学家组成的委员会对实验进行了总结，这项试验得出的一个重要结论是：即使利用人类最发达的科学技术来对地球生物圈大尺度生态过程进行模拟和控制，其能力也是非常有限的，用科学技术圈代替地球生物圈是不可能实现的。

生物圈二号 1991年，美国科学家进行了一个耗资巨大规模空前的“生物圈二号”实验。“生物圈二号”是一个巨大的封闭的生态系统，位于美国亚利桑拿州，大约有两个足球场大小。从外观看，它很像科幻片里建在月球上的空间站。依照设计，这个封闭生态系统尽可能模拟自然的生态体系，有土壤、水、空气与动植物，甚至还有森林、湖泊河流和海洋。1991年，8个人被送进“生物圈二号”，本来预期他们与世隔绝两年，可以靠吃自己生产的粮食，呼吸植物释放的氧气，饮用生态系统自然净化的水生存。但18个月之后，“生物圈二号”系统严重失去平衡：氧气浓度从21%降至14%，不足以维持研究者的生命，输入氧气加以补救也无济于事；原有的25种小动物，19种灭绝；为植物传播花粉的昆虫全部死亡，植物也无法繁殖。事后的研究发现：细菌在分解土壤中大量有机质的过程中，耗费了大量的氧气；而细菌所释放出的二氧化碳经过化学作用，被“生物圈二号”的混凝土墙所吸收，又打破了循环。 此次失败的实验项目在社会上引起了广泛的争论，从事此项实验的科研机构的威信大受影响。1994年3月，7名科学家再次进入“生物圈二号”进行第二次实验，这种努力在1年半之后再次以失败告终。“生物圈二号”还有用吗？公众再一次表示了疑虑。 1996年1月1日，哥伦比亚大学接管了“生物圈2号”。9月，由数名科学家组成的委员会对实验进行了总结，他们认为，在现有技术条件下，人类还无法模拟出一个类似地球一样的、可供人类生存的生态环境。同时，哥伦比亚大学加强了对实验的研究力度。实验的内容有所扩大，从2000年开始，利用数码相机技术分分秒秒地记录叶片的生长情况，以得到图片合成影像以便确定植物和生长过程。实验还增加了学生实验内容。实验还要进行10年，以便有充足时间观察“生物圈二号”内的野生动植物的生长规律。 目前，“生物圈二号”已经成为亚利桑那州沙漠中的一道风景线，每年到此旅游的人数超过18万人。游客交上13美元，就可以到“生物圈二号”外的各种设施上走一遭。如果再添上10美元，还可以进入“生物圈二号”呢

一、什么是生物圈二号： 从1991年9 月26日起的两年中，美国科学界进行了人工生物圈实验。八名男女科学家自愿住进了一个由玻璃和钢架建成的3.1 英亩的人造小世界里，从事两年的生态实验。除了一部电传机和电能供给外，他们与外界完全隔离，而且，除患严重疾病外，任何人不得离开这个地方。这项实验被称为"生物圈二号"。"生物圈二号"就像一个巨大的"生态球"，在拱型玻璃罩下，里面有3 800 种动植物。此外还有湖泊、沙漠、树林、草地和农田、楼房，以及制造人工风雨的装置。两年里，八位科学家要亲自饲养家禽、牲畜，种植农作物，方能维持生活。在这里，任何东西也不会浪费，都会循环使用，比如人吸入氧气呼出二氧化碳，绿色植物进行光合作用则正好相反。任何农药都严禁使用，庄稼有病虫害，将用瓢虫、黄小蜂进行生物防治。在这个生物圈里，科学家将对生态环境严格控制。如果食草动物过多，将引起草地破坏，就必须猎食一些食草动物，如果一种植物灭亡了，他们将取出试管内储存的植物细胞，重新培养。科学家们需要进行大量的实验，才能维持生存、净化环境，稍有不慎，生态危机就会出现。"生物圈二号"实验为世界瞩目，因为这项实验的成功不仅将对人类面临的环境危机、能源危机提出有意义的解决途径，而且可以有效利用现有资源，向宇宙空间、沙漠、海底进军。 二、从生物圈二号的失败看环境保护和生态恢复的必要性1991年9月26日，全球所有主要媒体均在头版头条刊登了一条激动人心的消息：由美国太空生物圈风险投资公司建立的“生物圈二号”投入运行，8位科学家笑容满面地于上午8:15正式入住位于美国亚利桑那荒漠的一个模拟地球环境的全封闭温室，开始了长期自给自足、与世隔离的生活。次年4月，英国的《新科学家》周刊还认为“这是肯尼迪总统提出飞向月球计划以后美国实施的最令人激动的科学研究项目”。但一年后，这些科学家们实在呆不下去了，一个个病怏怏地出来了。随后，科学家们又组织了两次封闭住人实验，但均以失败草草收场，而且住人的时间一次比一次短。那么生物圈二号是怎么回事呢？它为什么会以失败告终呢？自1940年以来，由于科学技术的进步，人类生产、生活和探险的足迹遍及全球。据统计，87%的陆地已受到人类活动的干扰，仅有3%的地方没有人类涉足。现在全球人口已达57亿，而且每年仍以9000多万的速度在递增。在那些有人居住的地方，人类为了生存，将大部分的自然生态系统被改造为城镇和农田，原有的生态系统结构及功能退化，有的甚至已失去了生产力。随着人口的持续增长，对自然资源的需求也在增加。环境污染、植被破坏、土地退化、水资源短缺、气候变化、生物多样性丧失等增加了对全球自然生态系统的胁迫。人类面临着合理恢复、保护和开发自然资源的挑战。在这种背景下，有人提出了向太空移民的计划，也有人提出了“我们只有一个地球”的呼吁。生物圈二号就是在这种背景下产生的。按照设计思想，地球是生物圈一号，生物圈二号是地球的缩影，人类如果能在这个模拟的地球中生活下去，就不怕地球环境恶化和资源枯竭，实在不行了就在人类控制的“地球”中生存。这个大科学工程从1986年设计，次年动工，至1991年完工，共花费1.5亿美元。它采用了全封闭的钢筋与玻璃结构，仅有阳光、电和信息与外界相通。其面积相当于3个足球场大，引入了3800多种生物布置成森林生态系统、草地生态系统、水和沼泽生态系统、农田生态系统和海洋生态系统，还有供研究和生活用的楼房和人造风雨设施。生物圈二号的设计寿命100年，科学家们希望通过人在这个系统中能实现长期自给自足的生活，从而为人类开发太空、建立生存模型、探讨人与生物间关系、保护生态环境、实现可持续发展等提供依据。但结果却是令许多人意想不到的：当入住的科学家们还未从兴奋和喜悦的心情中释放出来，他们就发现生物圈二号内的空气越来越差，氧气越来越少，二氧化碳浓度升高后导致了疲劳和失眠，以至后来有两位科学家不得不依靠氧气筒睡觉。刚开始，科学家们每天还可以到“海洋”中去畅游一番，但海水富营养化后形成的赤潮使人望而生畏。当科学家们看到许多活蹦乱跳的生物一一死亡时，心情就一天比一天糟，不到一年就死了近1/4的物种使他们彻底丧失了信心。科学家们检讨了实验失败的原因：自然界不同于人工控制系统，大而全的设计导致了顾此失彼。生物圈二号内的土壤均来自一个地方，不像地球那样不同地带有不同的土壤类型。模拟的各类生态系统的空间分布格局及大小比例不合理。地球上生态系统内的生物间关系很复杂，目前人类还未全面了解生物间的协调性。它最重要的启示在于：我们人类目前对地球的了解还是远远不够的，目前最好的办法还是保护和利用好地球，进行环境保护和生态恢复是实现人类可持续发展的必由之路。实验的失败使投资者失去了耐心，他在追加一笔运行费后将这个温室送给哥伦比亚大学作科普和科研基地。今天，任何人只要凭票即可进入参观。但无论如何，这个实验体现了人类智慧和科学进取精神，也为人类更好地了解地球和生态系统的复杂性提供了最直接的证明。

地球是最大生态系统，叫生物圈。而那个是仿地球环境设计的实验室，故称为二号！

国建于亚利桑那州图森市以北沙漠中的生物圈2号是一座微型人工 生态循环系统,因把地球本身称作生物圈1号而得此名.它由美国前橄榄球运动员 约翰·艾伦发起,并与几家财团联手出资,委托空间生物圈风险投资公司承建,历时8年,耗资1.5亿美元. 1991年9月26日4男4女共8名科研人员首次进驻生物圈2号,1993年6月26日走出 ,停留共计21个月,在各自的研究领域内均积累了丰富的科学数据和实践经验.来自英国,墨 西哥,尼泊尔,南斯拉夫和美国等5国的4男3女共7位实验人员在对首批结果进行评 估并改进技术后,于1994年3月6日二次进驻,工作10个月后于1995年1月走出.他们在这期间 对大气,水和废物循环利用及食物生产进行了广泛而系统的科学研究. 生物圈2号是世界上最大的闭式人工生态系统.它使人类首次能够在整体水平上研 究生态学,从而开辟了了解目前地球生物圈全球范围生态变化过程的新途径.更为重要的是, 它将作为首例永久性生物再生式生保系统的地面模拟装置而有可能应用于人类未来的地外星 球定居和宇宙载人探险. 一,概况 占地1.28公顷的生物圈2号的地上部分为涂有粉剂的立体钢架构型,配有双层玻璃 窗板;地面部分为焊接不锈钢板,并用钢垫密封.总体积约为180000m3.其内部主要由7种 生态群落区和两个大气扩张室(也称作"肺")组成.此外,还设有能量中心和冷却塔等设施 .其外观及有关结构参数如表1和图1所示. 为了减轻立体结构的负荷,生物圈2号的内部压力略高于周围大气压.众所周知,温 度改变必然导致压力变化,而这种伸缩中的压力变化足以破坏玻璃窗板(计算值极易超过kPa ).为了解决这一矛盾,没有像通常那样采取抵抗压力的措施,而是为该圈装配了两个称为" 肺"的体积可变室,以使大气在恒压下胀缩.两"肺"就如同巨大活塞通过密封膜连接在气 缸上一样,上下垂直运动距离约达15m.活塞重量产生相对于周围大气压力的内部正压.正压 具有两大优点:不论什么地方有泄漏,内部大气就会向外扩散从而保证排除外界污染;活塞的 持续下滑则表明某处出现泄漏.两"肺"的体积占到该圈密闭体积的30%. 除上述设施外,其内部还包括分析,医疗,兽医,监控,维修,锻炼,影视等室,分布在不同 部位. 与地球生物圈类同,生物圈2号在物质上闭环,通过工程手段禁止它与外界大气和地 下 土壤进行物质变换.在能量上开环,允许太阳光通过玻璃结构供植物进行光合作用,同时引入 电能供技术系统操作运转.在信息上也同样开环,通过计算机系统,电话,摄像,电视与外 界进 行数据信息交换,并通过电视可以与外界工作人员及亲属进行面对面的交谈,还可放映电影和 收看商业电视节目.电能及热控能源从外界通过气密装置输送进来,当进行能量转移时,不允 许内外流体进行任何形式的交换或混合. 表2 圈内大气温度,压力及重量范围 生物群落 温度(°C) 最高 最低 大气成分 压力(kPa) 百分比(%) 总重量(kg) 热带雨林 35 13 O2 1810 2051 31800 热带草原/ 38 13 N2 6751 7651 103775 海洋/沼泽 CO2 003 003 67 沙漠 43 2 H2O 178 202 1761 集约农业区 30 13 Ar 081 092 1782 居住区 35 15 总量 8824 10000 139185 生物圈2号的"神经系统"是一个完整的计算机数据采集和控制系统,它是从位 于居住区的指挥室辐射出的微处理机网络系统.这一内部"神经系统"通过信息通路与外界 附近的"飞行控制"楼内的计算中心相联通.该楼作为分析中心而成为生物圈1号 和2号间获取分析数据及通讯的主要窗口.居住区内的指挥室通过遍布圈内的5000 多个传感器(每15分钟记录一次并读入无限增长数据库)能够有效地控制所有主要的操作参数 ,如温度,湿度,光强,水流量,pH值,CO2浓度,土壤湿度,仪器运作状态等,并能进行 数据传感器及所有报警装置的状态显示.每件装置均有手动控制开关以防"神经系统"任何 部位的失灵. 尽管整个圈内为热带气候,但由于不同生物群落的冷暖要求不同,因此,各自又有相对独立的 温度.由于生物圈2号位于海拔1200m的沙漠上,其外围大气压不是标准压力101.3 kPa,而仅约为88.2kPa,因此,其内压只能略高,即为88.24kPa.详细情况见表2.利用机械 系统模拟地球自然环境,例如制造海洋波浪,潮汐,溪流,瀑布以及按照季节要求控制风, 雨,湿度等,并控制盐分梯度及营养循环速度和进行海水淡化. 二,生态群落 生物圈2号有5个野生生物群落(热带雨林,热带草原,海洋,沼泽,沙漠)和两个 人工生物群落(集约农业区和居住区).它们以地球北回归线和南回归线间的生态系统为样板 ,分别由美英生物和生态学家设计而成. 圈内共有约4000个物种,其中动物(包括浮游,软体,节肢,昆虫,鱼类,两栖,爬行,鸟类 ,哺乳等),植物(包括浮游,苔藓,蕨类,裸子和被子等)约3000种,微生物(包括细菌,粘 菌,真菌,微藻等)约1000种,它们分别来自澳大利亚,非洲,南美,北美等地. 该系统既有高大的树木(如红树),也有矮小的灌木草丛植物,错落有致,憩静秀美.各个野生 生物群落中的生境并不一致,它们分别有4,6,4,4,6种生境,如海洋有海滩,浅咸水湖, 珊瑚礁和海水等4种类型.生物群落间均有相对独立的生态区将它们互相隔开,例如,热带草 原和沙漠间有一簇灌木丛而相对隔离.为了保护各个群落不受环境胁迫,在其周围种植了耐 性强的植物,例如,热带雨林的三周围是浓密的姜科植物,从而保护内部树种免遭侧面强光照 射,而与海洋的界面间种有竹子来抵御盐分渗入. 为了尽量贴近自然环境,该圈中的土壤,草皮,海水,淡水均取自外界的不同地理区间,通过 一定的人工处理再利用.例如,实验用的海水是将运进来的海水和淡水按照适当比例配制而 成的. 生物圈2号中选择植物的标准主要考虑动物消费者的生命保障,分类多样性,物理 参数,植物的可利用程度和美学价值.为了适应达尔文的自然选择过程,植物种类开始时比 系统能支撑的要多一些,这样可以补偿物种的遗失或灭绝,并最终促进系统的持续稳定. 三,研究范围与主要结果 首批8名科学家在21个月的密闭人工生态环境中按照各自的研究范围进行了广泛,细致,深 入的观察,记录,分析,研究项目包括生物地球化学,土壤,水,海洋,"全球"生物量, 农 业,遗传,生理,营养,医学,心理以及技术和工程学等内容.本文仅就几个较为重要的研 究结果概括如下: 1大气动力学与大气泄漏 在微小的闭式生态系统中生物地球化学循环速率显著加大,这是由于它缺乏地球生物圈所具有的巨大贮存作用以及有机体与无机物的比率大大增加的缘故.即使在生物圈2号这样大的装置中,大气CO2的平均滞留时间仅为1～4天,而地球生物圈中则约为3年. 生物圈2号中浓度为1500ppm的大气CO2(约为地球大气CO2浓度的4倍),约相 当于100kg的碳,这一数量与圈内的生物量和土壤中的有机碳相比大大降低,分别为100:1 和5000:1,而地球中的相应比例分别为1:1和2:1. 生物圈2号中CO2的波动范围为700～800ppm/d,一般为500～600ppm/d,有时会更低,这与季节,昼夜循环和天气变化导致的光合作用和呼吸作用的动态消长有直 接关系.当光强(光合成光通量,PPF)达到一年的最低值时(16.8mol·m-2d- 1),CO2的平均浓度为2466ppm;相反,当PPF达到最高值时(53.7mol·m-2d-1),CO2浓度则达到一年中的最低值1060ppm. 为了缓冲这一系统在第一年冬季低光照时的高CO2浓度水平,利用一套CO2循环系统首 先将它通过化学反应形成CaCO3,如需要时把后者加热到950°C便可释放CO2进入大气 .4个月间[DK10]约有53880mol(相当于9450ppm)的CO2通过定期使用这一物化系统以CaCO3的形式沉积下来.这一沉淀可以间接说明约1%大气O2的下降(通过有机碳氧化和随后的CaCO3分离).相反,1991年12月用来补偿大气泄漏的10%外部大气的加入影响较小,CO2浓度暂时下降了200ppm,即为每天正常变化的1/3. CO2的浓度升高可导致海水酸度增加.为了避免此现象发生,在海水中分期加入碳酸钠和 碳酸氢钠,这样可以保持pH值在7.7以上. 表3, 生物圈2号一年内总的农业生产量(kg) 蔬菜: 菜豆8,甜菜叶273,甜菜根308,胡椒13,胡萝卜88,辣椒63,甘蓝83,黄瓜17,茄子155,羽衣甘蓝11,生菜90, 洋葱107,Bok choy12,雪豆1, 南瓜籽8,西葫芦287,Swiss Chard58,甘薯叶64,番茄288,冬瓜261;粮食:水稻196,高粱131,小麦113;淀粉类蔬菜: 白薯198,甘薯1335, Malanga84,薯蓣20;高脂肪豆类:花生24,大豆14;低脂肪豆类:蚕豆63,豌豆15 ;水果:苹果1,香蕉1024,无花果39,番石榴41,金柑4,柠檬10,酸橙4,柑桔6,番木瓜639;动物产品:山羊奶407,山羊肉8,猪肉35,鱼10,蛋6,鸡肉8,总计6630 . 氧气动力学令人困惑不解.1991年9月到1992年6月间,生物圈2号中氧浓度从20.51%下降到16.95%,到1993年1月中旬时则为14.5%.基于医学忠告,1992年6月后的几个星期 在圈内不断输入纯氧,使其浓度回到19%.O2浓度下降主要发生在密闭后的前4个月,此时为18%,1 9 92年4月以后,O2浓度则以每月0.25%的线性水平下降.O2浓度下降的真正原因并不十分清楚,利用几种方法的氧气动力学研究仍在进行,包括研究圈内氧同位素的分布. 生物圈2号气密性非常高.根据泄漏率和压力间的关系推知,年泄漏率为6%,而根据标记微量气体(SF6)逐渐稀释的测量结果证明,年泄漏率不超过10%.在最初的4个月中(19 91年9～12月),大气泄漏约10%,相应的外界气体于1991年末一次性注入.其它闭式人工生态系统(如肯尼迪航天中心制造的生物量生产舱)每天的泄漏率就在1%～10%之间 . 2,食物生产与废物处理 生物圈2号中的农业系统必须满足3个主要要求,即无污染,集约型和可持续性.空间生物圈风险投资公司和其农业区的主要顾问亚利桑那大学环境研究实验室,起初试验水培和气培的种植技术,最后由于种种原因而不得不转向以土壤为基础的农艺技术.原因之一就是水培必须依赖于化学营养液的输入,而这在空间是难以解决的.另外一个原因是如果没有能力做堆肥或利用植物/微生物系统进行废水再生,那么促使动物和人的废物及作物不可食生物量部分等循环利用的相关问题就更难以解决.此外,堆肥或沼泽废水处理系统较湿氧化或焚化等物理系统更省能. 集约农业区共有50种150个品种,每轮种植约30种,主要有粮食,蔬菜,水果,此外还有饲养动 物和鱼(稻田中养殖),动物饲料包括苜蓿,象草,水风信子及各种农作物(利用其不可食生物 量),见表3和图2. 图2 生物圈2号集约农业区的部分作 物生长情况 密闭后建立的农业系统平均提供8人80%的营养需要,包括谷物,豆类和蔬菜,但密闭后的前几个月需食用密闭前种植的食物(其余20%的营养需要).由于圈内缺乏紫外线辐射,因此,必须补充维生素B12和维生素D.肉类很少,蛋每人每周平均一个.前10个月的平均食物热量卡值限制在2000Cal/d(1Cal合4.18J),后来增加到2200Cal/d.食用前,食物均进行了称重和记录. 农业区内不使用杀虫剂,而是利用有益昆虫和喷雾器(如肥皂水和硫磺,芽孢杆菌)来控制病虫害的发生.废物循环是把动物废物和植物不可食生物量做成堆肥,并利用水生植物咸水湖系统进行"进驻人员"废水处理.利用"土壤床反应堆"降低微量气体的积累.使用大气水分冷凝系统提供饮用水. 3物种种群的动态变化 野生区域内的植物生长旺盛,前9个月生物量就增加了60%～75%.在热带雨林,树冠庞大茂 密,相连成荫,因而抑制了小型植物,尤其是肉质植物的生长.沙漠中的多年生草本植物生长 迅速,这也证明干旱条件下沙土有利于多年生草本的生长. 野生种数量起初有所下降,其中植物不到10%,陆地动物和昆虫不到30%,海洋种约为10%～20%.当食物网更为一体化且株冠成熟后,物种遗失的数量则减慢,且许多动植物在此时期 均有不同程度的繁殖.自从建立了生态系统后,人就作为主要捕食者来控制杂草和病虫害发 生并保持生物多样性.如果没有人的直接干预,在生物圈2号的初期运转期间,生物 多样性必然会下降. 4生理,营养及医学试验 生物圈2号中生产的食物基本上能满足"每日推荐饮食配额"(RDA)的需要,但没有什么剩余.进驻人员自从密闭后体重减轻了约10%～20%,这是对新环境初时不适应的结果.1992年4月后,体重不再下降,有人甚至还胖了一些.这种低脂肪,低热量,富营养的食物可以显著降低胆固醇(从平均值约195降到125),血压,白细胞数量和血糖含量.以前对小鼠的试验也有类似结果,并证实因此而可以延缓衰老,增加寿命. 上述下降后的氧浓度相当于海拔2900m处的O2分压,通过不断监测红细胞数量,形态及其生理生化指标和呼吸率等则可获知低O2浓度对健康产生的不良影响.一旦O2浓度继续下降时,可望能适应相当于海拔4600m处的O2分压.此外,在圈内的人和动物间,没有发生传染性疾病. 四,结束语 大量证据表明,火星土壤和月球表土经过一定的生物和化学技术处理后可以用作潜在的植物栽培基质,这样就使得生物再生式生命保障系统在空间居住地的应用比需要地球资源的装置要经济得多.但是到目前为止,在生物再生式生命保障系统中很少有以土壤为基础的技术实验 .生物圈2号是第一个建成并运作的以土壤为基础的生物再生式生命保障系统.因此,有关其操作性能的数据对应用于空间的类似系统是非常有用的. 生物圈2号无论从规模,技术难度和复杂程度,以及所取得的效果来看,均堪称人类科学史上的一大杰作,受到国际上的普遍关注与赞赏.但近来也遭到某些公众的严厉批评 . 引起公众非议主要是由于主客观两方面的原因:(1)商业投资造成游人络驿不绝,给人一种缺 少科学严肃性的印象;(2)遇到严重的阴雨天气和病虫害,造成欠收,开始时曾出现大气泄漏;(3)人们对他们的科学试验活动了解不多;(4)理论和实践经验不足;(5)行政管理不善,导致可以做的而没有去做. 生物圈2号与其100年的设计寿命相比,现仅处于摇篮时代,出现这样那样的问题和异议均在情理之中.只要不断总结经验,汲取教训,勤于实践,勇于探索,一定能够取得丰硕成果.向宇宙进发可以看作是人类要生存下去不可避免的问题.欲在那里建立居 民区,必 须开发生态生命保障系统,创造一个舒适的小地球样环境,从而为未来的太空人提供品种多样,营养丰富的食品以及氧气和水,并将CO2,废水和废物等再生为有效资源而重复利用 .生物圈2号恰恰能够教给人们这一本领.此外,通过了解其中:(1)生态系统逐渐 成熟的结果;(2)处于各种胁迫环境中的部件的稳定性;(3)遗传种群的连续性;(4)生物地球化 学的循环作用,可望为每况愈下的地球生态系统找到出路. 被视为反面教材的生物圈2号现状如何 它还是"奢移的伪科学吗" 美国石油大王所投的巨资是否打了水漂 生物圈2号,你还好吗 若干年前,在美国亚利桑那州的沙漠中再造一个"迷你地球"的实验失败后,耗资2亿美元的"生物圈2号"一时间成为笑柄,甚至被斥之为"奢侈的伪科学".直到今天,生物圈2号仍然被很多人看作是藐视自然的反面教材.然而,或许很少有人注意到,这些年来生物圈2号正在悄悄发生变化:它吸引了大量游客和学生,成为一个绝佳的旅游胜地和教育基地;尤其重要的是,它渐渐赢得了科学界的尊重,成为一个非常难得的关于全球气候变化效应的研究中心. "奢侈的伪科学" 曾经有人提出过一个看似天方夜谭的设想,在我们生活的地球上再造一个"迷你地球",探求人类在这个现代"南泥湾"之中自给自足,以及未来在月球或火星上建立生存空间的可能性.美国得克萨斯州的石油大王爱德华·巴斯为此憧憬不已. 从1984年到1991年,巴斯个人出资2亿美元,在美国亚利桑那州图森市以北的沙漠中建起了"生物圈2号".生物圈2号占地13000平方米,仿佛一个巨大的温室,雨林,沙漠,草原和海洋应有尽有."生物圈1号"是我们生活的地球,顾名思义,生物圈2号就是一个"迷你地球". 1991年9月26日,生物圈2号迎来第一批志愿者,4男4女开始了为期两年,与世隔绝的生活.尽管这些居民事先花去几年时间接受了工程,农业等方面的良好培训(其中一位甚至接受了牙科训练),拥有每年耗资百万美元的技术支持,各种各样的灾难仍然接踵而来:各种动植物大量死亡,蟑螂和蚂蚁却儿孙满堂;更为糟糕的是,到了1993年1月,生物圈2号内的氧气含量从21%下降到14%,不得不从外界补充氧气,自给自足的幻想彻底破灭. 实验失败了.经过短暂的休整,生物圈2号又迎来了第二批居民.5男2女住了个半月后,由于笑气(N2O)积累过多,在1994年9月17日被迫离开,实验再度以失败告终.打那以后,再也没人在生物圈2号中过日子了. 一个"乌托邦"式的科研计划宣告破产.生物圈2号遭到了一些人无情的嘲笑,有人甚至斥之为"奢侈的伪科学". 当然,生物圈2号也使人们更加明白一个看似浅显的道理:"目前地球仍然是人类的惟一家园."不仅如此,它还在不经意间给人们留下了一些佳话. 生物圈2号称得上是一个"小联合国",居民分别来自美国,英国,墨西哥,尼泊尔等7个国家.在这个"小联合国"里,培育出了爱情之花.实验结束几个月后,两批居民中分别有一对结成伉俪.这或许应了一句古话:患难见真情. 另外,由于粮食歉收,生物圈2号的居民不得不控制饮食.结果第一批居民中的4名男性体重平均下降18%,4名女性体重平均下降10%,胆固醇的平均值由195下降到正常值125,使得这些平常为减肥而痛苦不已的人平添一份惊喜,真可谓无心插柳柳成荫.当时的一位居民,加利福尼亚大学洛杉矶分校的罗伊·沃尔福德教授甚至继续维持当时的食量,"因为那样有助于健康". 走出乌托邦 痛定思痛,巴斯决心调整生物圈2号的定位.于是,他求助于哥伦比亚大学的科学家,看看用2亿美元打造出来的生物圈2号到底能做些什么. 1996年1月,巴斯干脆把生物圈2另交给哥伦比亚大学打理,并投入4000万美元作为今后5年的改造和运行费用.经过一番考虑,哥伦比亚大学计划把生物圈2号改造为一个致力于地球系统科学的研究中心,同时请来威廉·哈里斯担任新的负责人.哈里斯曾在美国国家科学基金会工作多年,是一位管理大型科研项目的高手. 其实,建造生物圈2号的2亿美元并不像一些媒体所说的那样"全打了水漂".就拿容量高达378万升的人造海洋来说,无疑是研究海洋科学的一个很好的平台.这大概也是哥伦比亚大学和哈里斯愿意接手烂摊子的原因之一. 处于转型期的生物圈2号,首先迎来的是痛苦和迷惑.关于生物圈2号究竟可以派上什么用场,科学家们就出现了分歧,有人希望把生物圈2号打造成一个生物多样性的研究中心,有人则希望着力于全球变化效应研究.再加上技术方面存在的困难,转型计划一度受挫,士气因此大受影响,一些科学家先后离开了生物圈2号. 有道是,峰回路转.两年后,人造海洋终于"溅起了一些水花".发表在1998年2月13日美国《科学》杂志上的一篇论文称,随着生物圈2号内温室气体二氧化碳含量的增加,人造海洋中珊瑚的生存受到了威胁. 这样一篇论文,对外行来说或许没什么大不了的,对生物圈2号来说却大概算得上一个转折点.在全球变暖日益受到国际社会高度重视的今天,那篇论文清楚地表明:生物圈2号恰恰是研究全球变暖如何影响生态系统的一个理想平台. 2001年4月,世界著名植物学家贝瑞·奥斯蒙德接替哈里斯领衔生物圈2号.生物圈2号研究中心的林光辉博士告诉本报记者,目前已有多项与全球气候变化有关的研究项目正在生物圈2号开展,吸引了不少世界一流的科学家. 新的梦想 生物圈2号昔日失败的阴影正在逐渐消失,全新的形象也逐渐树立起来. 据林光辉博士介绍,2001年12月,在生物圈2号召开了一次有世界各国科学家和美国能源部官员参加的学术会议.与会专家对生物圈2号过去5年的科学研究成果做出高度评价,也提出了未来的研究计划. 如今,生物圈2号已成为哥伦比亚大学手中的一张王牌."我们的目标是,将生物圈2号发展成对地球系统的科学,政策和管理事务进行教育,研究和交流的首选."该校副校长迈克尔·克罗说.与当初那个受人嘲笑的目标相比,这个目标更为务实,但同样是野心勃勃. 由于生物圈2号过去5年的表现得到了各方的认可,合同期满后,哥伦比亚大学又与巴斯续签了10年.哥伦比亚大学董事会决定从2001年到2005年投入2000万美元,巴斯也表示要追加3000万美元. 当初曾被人讥讽为不懂科学的巴斯,对科学研究可说是"仁至义尽".在2002年1月的《科学美国人》杂志上,哥伦比亚大学的格丽特·霍洛韦撰文称,到2010年,巴斯很可能最终以象征性的100万美元,将生物圈2号及周围100公顷土地卖给哥伦比亚大学. 历经风雨的生物圈2号,它究竟会给人类的生活带来什么 新的梦想会实现吗 新的努力会再次遭受失败吗 或许,洛克菲勒大学乔尔·科恩和明尼苏达大学戴维·蒂尔曼的话能给我们以信心. 这两位科学家认为,生物圈2号与哈勃望远镜有某些相似之处.耗资巨大的哈勃望远镜刚刚上天之时,由于所拍照片模糊不清而备受批评,但时至今日它已成为天文学研究不可或缺的重要工具.同样地.生物圈2号也有望在今后成为人类进一步认识地球的重要基地. 在科学研究上,恐怕没有人能够保证,只要有投入就一定会有回报,古今中外都不乏数以亿计的投资有去无回的实例.问题在于,我们是否明白科研计划失败的真正原因,是否真正理解"失败是成功之母".生物圈2号的今昔,为我们提供了一个极好的范本.

为涂有粉剂的立体钢架构型，配有双层玻璃窗板；地面部分为焊接不锈钢板，并用钢垫密封。总体积约为180000m3。其内部主要由7种生态群落区和两个大气扩张室（也称作“肺”）组成。此外，还设有能量中心和冷却塔等设施。其有关结构参数如下表所示：表1：生物圈2号内各个组成部分及结构参数一览表 区域 面积（m2;） 体积（m3;） 土壤（m3;） 水分（m3;） 大气（m3;） 集约农业区 2000 38000 2720 60 35220 居住区 1000 11000 2 1 10997 热带雨林 2000 6000 6000 100 28900 热带草原/海洋/沼泽 2500？ 49000 4000？ 3400 41600 沙漠 1400 22000 4000 400 17600 “西肺” 1800 15000 0 0 15000 “南肺” 1800 15750 0 750 15000 注：上述两“肺”的体积仅为其完全膨胀的50% 该系统内既有高大的树木（如红树），也有矮小的灌木草丛植物，错落有致、憩静秀美。各个野生生物群落中的生境并不一致，它们分别有4、6、4、4、6种生境，如海洋有海滩、浅咸水湖、 珊瑚礁和海水等4种类型。生物群落间均有相对独立的生态区将它们互相隔开，例如，热带草原和沙漠间有一簇灌木丛而相对隔离。为了保护各个群落不受环境胁迫，在其周围种植了耐性强的植物，例如，热带雨林的三周围是浓密的姜科植物，从而保护内部树种免遭侧面强光照射，而与海洋的界面间种有竹子来抵御盐分渗入。通过 一定的人工处理再利用。例如，实验用的海水是将运进来的海水和淡水按照适比例配制而成。生物圈2号中选择植物的标准主要考虑动物消费者的生命保障、分类多样性、物理 参数、植物的可利用程度和美学价值。为了适应达尔文的自然选择过程，植物种类开始时比 系统能支撑的要多一些，这样可以补偿物种的遗失或灭绝，并最终促进系统的持续稳定。

分类: 教育/科学 >> 升学入学 >> 高考 解析: 生物圈2号风雨十年 著名的美国“生物圈2号”实验是用来检验人类能否在火星上生存的。从实验伊始 到现在，已持续10年时间，中间经历了多次失败。这从侧面反映出，地球仍是已 知的唯一适合人类居住的星球，保护环境是何等重要。如果对此次实验的历程进行反省，就会发现以下几个问题： 圆屋居 大不易…….10年以前，在美国亚利桑那州的索诺兰沙漠博物馆建成了一 座圆顶的透明建筑，4对男女科研人员来到里面准备呆上两年时间。在这里，他们 在他们进入圆顶屋以前的4年中，有关人员已在圆顶屋内布置好了雨林、沙漠、草 原、海洋、农田，另一个微型的世界造就成了。哥伦比亚大学的许多科学家在这 一地区为这个实验项目提供着技术支持。 科研人员刚刚进入到圆顶屋时很兴奋，他们自称是“生物驾驶员”。但很快他们 就发现情况不妙。从1991年9月开始，圆顶屋内的“生态环境”开始恶化，氧气含 量下降如此之快以至于科研人员的健康受到严重挑战，他们不得不要求打开“屋 顶”以便从“地球”获得氧气补给。 为期两年的实验在经历了一连串的技术故障、“生物驾驶员”之间的激烈争吵之 后终告失败。许多人将失败原因归咎于“生物驾驶员”以及本次实验的赞助商亿 万富翁埃德沃德·巴斯缺乏基本的科技知识。 物种平衡的重要性……….圆顶屋内本来是有适宜数量的蚂蚁和蜜蜂的。但一段时 间以后，蚂蚁数目疯长，成了一害。而蜜蜂却全部死亡，“生物驾驶员”只好人 工对植物花卉授粉。这使人认识到，生物多样性和物种平衡对地球是多么重要。 再来一次………此次失败的实验项目在社会上引起了广泛的争论，从事此项实验 的科研机构的威信大受影响。1994年3月，7名“生物驾驶员”再次进入圆顶屋进 行第二次实验，这种努力在1年半之后再次以失败告终。圆顶屋还有用吗？公众 再一次表示了疑虑。 实验要发展，必须搞“三产”？…….1996年，实验项目换了新负责人―――查勒 斯·巴里·奥斯蒙德，同时，哥伦比亚大学加强了对试验的研究力度。实验的内 容有所扩大，从2000个开始，利用数码相机技术分分秒秒地记录叶片的生长情况， 以得到图片合成影像以便确定植物和生长过程。实验还增加了学生实验内容。 实验还要进行10年（巴斯曾要求进行100年）以便有充足时间观察圆顶屋内的野生 动植物的生长规律。 目前，圆顶屋已经成为亚利桑那州沙漠中的一道风景线，每年到此旅游的人数超 过18万人。游客交上13美元，就可以到圆顶屋外的各种设施上走一遭。如果再添 上10美元，还可以进入圆顶屋呢。

蓄积能量.著名的美国“生物圈2号”实验是用来检验人类能否在火星上生存的。从实验伊始 到现在，已持续10年时间，中间经历了多次失败。这从侧面反映出，地球仍是已 知的唯一适合人类居住的星球，保护环境是何等重要。 如果对此次实验的历程进行反省，就会发现以下几个问题： 圆屋居 大不易…….10年以前，在美国亚利桑那州的索诺兰沙漠博物馆建成了一 座圆顶的透明建筑，4对男女科研人员来到里面准备呆上两年时间。在这里，他们 在他们进入圆顶屋以前的4年中，有关人员已在圆顶屋内布置好了雨林、沙漠、草 原、海洋、农田，另一个微型的世界造就成了。哥伦比亚大学的许多科学家在这 一地区为这个实验项目提供着技术支持。 科研人员刚刚进入到圆顶屋时很兴奋，他们自称是“生物驾驶员”。但很快他们 就发现情况不妙。从1991年9月开始，圆顶屋内的“生态环境”开始恶化，氧气含 量下降如此之快以至于科研人员的健康受到严重挑战，他们不得不要求打开“屋 顶”以便从“地球”获得氧气补给。 为期两年的实验在经历了一连串的技术故障、“生物驾驶员”之间的激烈争吵之 后终告失败。许多人将失败原因归咎于“生物驾驶员”以及本次实验的赞助商亿 万富翁埃德沃德·巴斯缺乏基本的科技知识。 物种平衡的重要性……….圆顶屋内本来是有适宜数量的蚂蚁和蜜蜂的。但一段时 间以后，蚂蚁数目疯长，成了一害。而蜜蜂却全部死亡，“生物驾驶员”只好人 工对植物花卉授粉。这使人认识到，生物多样性和物种平衡对地球是多么重要。 再来一次………此次失败的实验项目在社会上引起了广泛的争论，从事此项实验 的科研机构的威信大受影响。1994年3月，7名“生物驾驶员”再次进入圆顶屋进 行第二次实验，这种努力在1年半之后再次以失败告终。圆顶屋还有用吗？公众 再一次表示了疑虑。 实验要发展，必须搞“三产”？…….1996年，实验项目换了新负责人―――查勒 斯·巴里·奥斯蒙德，同时，哥伦比亚大学加强了对试验的研究力度。实验的内 容有所扩大，从2000个开始，利用数码相机技术分分秒秒地记录叶片的生长情况， 以得到图片合成影像以便确定植物和生长过程。实验还增加了学生实验内容。 实验还要进行10年（巴斯曾要求进行100年）以便有充足时间观察圆顶屋内的野生 动植物的生长规律。 目前，圆顶屋已经成为亚利桑那州沙漠中的一道风景线，每年到此旅游的人数超 过18万人。游客交上13美元，就可以到圆顶屋外的各种设施上走一遭。如果再添 上10美元，还可以进入圆顶屋呢。生物圈二号是教训 媒体列举四大愚蠢事件 人类文明尽管只有五千年的历史，却已完整地覆盖了庞大的地球，今天，在地球的每一个角落都能找到工农业合作留下的痕迹。应该说，这些智慧成果大多数改善了社会福利，使人作为物种变得空前强大、幸福，但是，其中有些“成果”实际属于对自然环境的自作聪明之举。 《青年参考》发表中国国务院发展研究中心苏扬的文章：人类搬砖砸脚的几件事。文章认为，进入工业社会以来，由于人类自作聪明地改造自然，终于短时间即酿成了大规模的自然灾害。文章列举了以下四件“搬砖砸脚”的事。 文章指出：人类应保持对自然的敬畏，不满300万岁的人类想对45亿高龄的地球指手划脚当家作主，为时尚早。人类要避免对自然环境的种种自作聪明，否则，人们很可能不会再有下一个五千年文明。 农业的自作聪明：黑白双风暴 从农业文明开始，人类就大力拓荒垦植以增加粮食产出。但回顾历史，一个现象显而易见：文明越发达，衰亡越彻底。从伊拉克的两河流域到黄河流域，在人类大规模无节制的开发下，生态环境遭到毁灭性的破坏，文明被迫沦落他乡。进入工业社会以来，由于人类改造自然的手段“高明”了，终于短时间即酿成了大规模的自然灾害。 这种灾害中影响最大的是在美国和苏联两个大国发生的“黑白双风暴”。 19世纪，美国鼓励向半干旱的西部大草原移民开荒，认为这是既发展西部又解决饭碗的聪明之举。1860—1890年，90万平方公里处女地被开垦。孰料过度垦牧造成大面积沙化，20世纪30年代，沙尘暴渐成气候，1932年爆发14次，1933年达38次，1934年春季终于发展成灾害性的沙尘暴，扫荡了中西部大平原，使全国小麦减产1／3。1935年，震惊世界的黑风暴降临了，裹挟着大量新耕地表层黑土的西风“长成”了东西长2400公里、南北宽1440公里、高约3公里的“黑龙”，3天中横扫了美国2／3的地区，把3亿吨肥沃表土送进了大西洋。黑风暴所经之处，农田水井道路被毁，小溪河流干涸，16万农民逃离西部地区。当年美国农业损失惨重，粮食减产一半以上。事后美国不得不专门制定“农业复兴计划”，推行免耕法，建立了国民资源保卫队，实施世界四大造林工程之一——“罗斯福生态工程”，沿西经100度线种植了一条宽100英里、纵贯美国的防护林带，恢复了这一地区的自然环境，才避免了黑风暴的继续肆虐。 可是，前苏联并没有接受美国的教训，从1954年开始，为“让荒地服务于社会主义”，在哈萨克、乌拉尔等地的半干旱草原，10年之内开垦了约60万平方公里土地，一度使前苏联粮食年产量增加了2／3。但植被和表土结构被破坏的结果是1960年3月和4月两次出现的大面积黑风暴，仅哈萨克新垦区农田就被毁了20万平方公里，新垦区农耕系统几乎瘫痪，连邻国罗马尼亚、匈牙利和南斯拉夫也都尘雾迷漫。比黑风暴波及更广、持续更长且已覆水难收的，是同时发生并绵延至今的白风暴。前苏联在土库曼斯坦卡拉库姆沙漠中修建卡拉库姆运河，每年可从亚洲第三大湖、咸海的主要水源——阿姆河调水灌溉10万平方公里的农田和草场。这种“创造性地再造自然”带来了一系列生态环境问题：阿姆河河水被截走使得阿姆河下游的咸海水位急剧下降，30年间湖岸线后退了10至20公里，咸海湖底盐碱裸露，周围地区沙化严重，“白风暴”(含盐尘的风暴)接踵而至，不仅使咸海附近的环境荒漠化，白风暴还永久性地毁灭了60%的新垦区，使其成为生命的禁区，导致了不可逆转的生态灾难。 像“黑白双风暴”这样环境报复人类的事件说明，自然只有请出灾害作为代言人，人们才会相信自然的威严。 大型工程的自作聪明：给人添堵 人类文明的进步更多还是体现在大型工程上，因此在工程上的自作聪明影响就更大。如同有人搬起石头搞建设，这块石头放不好就会砸在自己脚上，当代最有争议的水坝工程——埃及的阿斯旺大坝建设就是一例。 阿斯旺大坝是一座横跨尼罗河的高坝，1970年建成，耗资约15亿美元。水坝体积相当于最大的胡夫大金字塔的17倍，是世界上七大水坝之一。按照初衷，高坝截河后形成的水库可用于防洪、灌溉、发电、航运和养鱼，是一项综合利用的工程。但竣工30多年来，阿斯旺大坝的作用和影响却引起了世界各国专家的激烈争议。一方面，它在蓄洪、灌溉、发电、航运和养殖等方面产生了较大的效益；但另一方面，阿斯旺大坝在生态环境方面的影响更加深远。历史上，尼罗河水每年泛滥带出的淤泥为沿岸土地提供了丰富的天然肥料。阿斯旺大坝建成后，这些肥沃的淤泥被挡在库内，还造成河口渔场退化，渔业捕获量大幅下降。 30多年过去，大坝的正向效益不断减少，而当时决策时认为可能克服的弊端却渐成灾害。造成这种状况一个主要原因是，有人急功近利，想借巨型工程替自己树碑立传；有人趋炎附势，明知违反科学规律也不敢直言，以致外行的自作聪明引来自然环境的报复，垮不掉的大坝成为埃及人心中永远的“堵”。我国目前正在实施南水北调、西气东输和青藏铁路、三峡工程等对区域性生态环境有重大影响的建设工程，因此无论在规划还是施工时都应该慎之又慎。 生态建设的自作聪明：坍塌的“绿色长城” 即便是为了生态恢复而实施的生态建设工程，如果不遵循自然规律，也会好心无好报。这在世界四大造林工程中体现尤为明显。 前苏联欧洲部分的草原地带由于过度开垦和乱砍滥伐导致自然灾害频发，当年斯大林提出了规模超过美国的“斯大林改造大自然计划”，倡导在草原区植树，同时继续发展灌溉农业。1949—1953年，该工程营建防护林近3万平方公里，但到60年代末，保存下来的防护林面积只有2%。 阿尔及利亚的“绿色坝项目”也是世界级造林工程。为防止撒哈拉沙漠的不断北侵，北非的阿尔及利亚从1975年起沿撒哈拉沙漠北缘大规模种植松树。该工程延伸到邻国摩洛哥和突尼斯，绵延1500公里。理论上讲，该工程能使阿尔及利亚林地面积每年扩展10%。但由于没有弄清当地的水资源状况和环境承载力，盲目用集约化的方式和外来物种搞高强度的生态建设，结果使生态建设变成生态灾难，沙漠依然在向北扩展，现在该国每年损失的林地超过造林面积。 中国在这方面也有深刻教训。“三北防护林”曾被誉为中国的“绿色长城”。20余年的时间里，中国用了上百亿资金来“筑城”，尽管局部收效不小，但首都北京每年仍要“迎接”沙尘暴。而且，绵延上千里的防护林，现在已经是坍塌的“绿色长城”。这是因为当初造林时不讲科学，以致北方都是“杨家将”——到处种杨树，不仅许多地方的杨树长成半死不活的“小老头”，而且由于普遍种纯林，在发生虫害时，一倒一大片，仅小小天牛就将宁夏20年的建设成果——几十亿株杨树毁于一旦。 世界四大造林工程都在退化草原地区展开，为什么只有罗斯福工程取得了成功？究其根源，恰恰是因为美国的治沙之道不只是种树。在开展罗斯福工程的同时，美国成立了土壤保持局，鼓励各州采取土壤保持措施，农田免耕、休耕和粮草轮作等措施得到广泛推广。与此同时，数百万公顷易受旱灾的农田退耕还草，改为牧场。另一个易被忽略的重要因素，就是在黑风暴肆虐的几年中，新垦地上的几十万居民举家迁往西海岸，上千万公顷的农田得到了自然退耕还草的机会。而在苏联、北非和中国的三北地区，人们把美国的经验片面理解为营造农田防护林网。伴随造林工程的不是退耕还草，反而是耕种面积的进一步扩展和生产用水进一步抢夺生态用水，结果就是生态环境局部变好整体恶化。 一败涂地的“生物圈二号”实验 世界级造林工程的纷纷失败可见主动的生态建设往往很难，这是由于自然的复杂造成的，有一个教训可为鉴证，这就是生物圈二号实验。1991年，美国科学家进行了一个耗资巨大规模空前的“生物圈二号”实验。“生物圈二号”是一个巨大的封闭的生态系统，位于美国亚利桑拿州，大约有两个足球场大小。从外观看，它很像科幻片里建在月球上的空间站。依照设计，这个封闭生态系统尽可能模拟自然的生态体系，有土壤、水、空气与动植物，甚至还有森林、湖泊河流和海洋。1991年，8个人被送进“生物圈二号”，本来预期他们与世隔绝两年，可以靠吃自己生产的粮食，呼吸植物释放的氧气，饮用生态系统自然净化的水生存。但18个月之后，“生物圈二号”系统严重失去平衡：氧气浓度从21%降至14%，不足以维持研究者的生命，输入氧气加以补救也无济于事；原有的25种小动物，19种灭绝；为植物传播花粉的昆虫全部死亡，植物也无法繁殖。事后的研究发现：细菌在分解土壤中大量有机质的过程中，耗费了大量的氧气；而细菌所释放出的二氧化碳经过化学作用，被“生物圈二号”的混凝土墙所吸收，又打破了循环。一败涂地的“生物圈二号”计划证明：天亦有道，面对大自然，才疏学浅的人类往往自作聪明

1、氧气未能顺利循环是导致生物圈二号失败的重要原因。由于细菌在分解土壤中大量有机质的过程中，耗费了大量的氧气，而细菌所释放出的二氧化碳经过化学作用，被生物圈二号的混凝土墙所吸收，又打破了循环，致使氧气含量下降，不足以维持研究者的生命。 2、生物圈二号中降雨失控、多数动物灭绝、为植物传播花粉的昆虫全部死亡等也是生物圈二号失败的原因。

生物圈2号是美国建于亚利桑那州图森市以北沙漠中的一座微型人工生态循环系统，为了与生物圈1号（地球本身）区分而得此名，它由美国前橄榄球运动员约翰·艾伦发起，是爱德华·P·巴斯及其他人员主持建造的人造封闭生态系统。 失败原因 氧气未能顺利循环是导致生物圈二号失败的重要原因。由于细菌在分解土壤中大量有机质的过程中，耗费了大量的氧气；而细菌所释放出的二氧化碳经过化学作用，被生物圈二号的混凝土墙所吸收，又打破了循环，致使氧气含量下降，不足以维持研究者的生命。 此外生物圈二号中降雨失控、多数动物灭绝、为植物传播花粉的昆虫全部死亡、还有黑蚂蚁爬满建筑物等也是生物圈二号失败的原因。 生物圈二号得到的操作性数据 大量证据表明，火星土壤和月球表土经过一定的生物和化学技术处理后可以用作潜在的植物栽培基质，这样就使得生物再生式生命保障系统在空间居住地的应用比需要地球资源的装置要经济得多。 但是到目前为止，在生物再生式生命保障系统中很少有以土壤为基础的技术实验。生物圈2号是第一个建成并运作的以土壤为基础的生物再生式生命保障系统。因此，有关其操作性能的数据对应用于空间的类似系统是非常有用的。

1.如果生物圈遭到严重破坏最终灭亡的是人类自己。所以我们要爱护地球 .2.最佳答案这个实验为什么会失败呢？科学家对此做出了总结：除了二氧化碳多、氧气少、水循环失调等原因以外，生物种类关系的失调也是重要的原因。 原来，设计者虽然在“生物圈II号”内模拟了多种生态系统，但引进的生物却主要是生产者，动物、真菌和细菌的种类和数量都较少。传粉的昆虫死去了，有些植物就只开花不结果了。由于动物的种类和适量减少了，植物很少被动物取食，加之缺少细菌和真菌的分解，导致枯枝落叶大量堆积，物质循环不能正常进行 恐怕还有比例不对的原因,在真的生物圈中平均每人所对应的大气,水,植物等是那么的广阔,而二号呢?环境资源与人的比例严重偏小,就那点大气,水,植物等,哪怕就是生活一个人也已严重不够了,更何况是几个人. 二氧化碳多、氧气少是结果而非原因,二氧化碳多、氧气少是因为植物相对太少了,不足以将人和植物自身产生的那么多二氧化碳转化并释放氧气.氧气的消耗速度高于产生速度,而二氧化碳的产生高于消耗. 3.生物圈2号是美国建于亚利桑那州图森市以北沙漠中的一座微型人工生态循环系统，因把地球本身称作生物圈1号而得此名4.是为了试验人能否摆脱原来的生物圈，在这个封闭的模拟环境通过物质循环和能量流动生存。

氧气未能顺利循环是导致生物圈二号失败的重要原因.由于细菌在分解土壤中大量有机质的过程中,耗费了大量的氧气；而细菌所释放出的二氧化碳经过化学作用,被生物圈二号的混凝土墙所吸收,又打破了循环,致使氧气含量下降,不足以维持研究者的生命.此外生物圈二号中降雨失控、多数动物灭绝、为植物传播花粉的昆虫全部死亡等也是生物圈二号失败的原因. 造多少都不会成功.

1986年，美国人巴斯为了扩展人类新的生存空间，出资2亿美元在美国亚利桑那州的沙漠区动工兴建了世界瞩目的“生物圈2号”。1991年9月26日，来自世界各地的8位志愿者参与了生物圈2号的实验计划。计划设计在密闭状态下进行生态与环境研究，帮助人类了解地球是如何运作，并研究在仿真地球生态环境的条件下，人类是否适合生存的问题。1993年6月26日走出 ，停留共计21个月，在各自的研究领域内均积累了丰富的科学数据和实践经验。来自英国、墨西哥、尼泊尔、南斯拉夫和美国等5国的4男3女共7位实验人员在对首批结果进行评估并改进技术后，于1994年3月6日二次进驻,工作10个月后于1995年1月走出。

失败了.正如第一个生物圈实验室一样,并不能维持它的平衡,在其中生活的生物之间并不能形成很好的生物链,各项能量消耗不能够及时得到补充,由于物种的不完整从而会导致生态系统失衡.从中的启示就是目前人类必须对生态环境问题重视起来,人类还无法建造一个脱离地球而存活的空间,因而只有保护好我们的地球.

1991年，位于美国亚利桑拿州，不过这次实验以失败告终。94年的时候又进行了第二次实验，也失败了~96年由哥伦比亚大学接管，现在貌似成了一个旅游景点了~

在1991至1993年的实验中，由于研究人员发现：生物圈2号的氧气与二氧化碳的大气组成比例，无法自行达到平衡；生物圈2号内的水泥建筑物影响到正常的碳循环；多数动植物无法正常生长或生殖，其灭绝的速度比预期的还要快。经广泛讨论，确认“生物圈2号”实验失败，未达到原先设计者的预定目标。氧气未能顺利循环是导致生物圈二号失败的重要原因。由于细菌在分解土壤中大量有机质的过程中，耗费了大量的氧气；而细菌所释放出的二氧化碳经过化学作用，被生物圈二号的混凝土墙所吸收，又打破了循环，致使氧气含量下降，不足以维持研究者的生命。此外生物圈二号中降雨失控、多数动物灭绝、为植物传播花粉的昆虫全部死亡等也是生物圈二号失败的原因。

虽然生物圈2号计划实验目标并未达成，但是这也给人类上了很好的一课：大自然并非我们想象得那样简单，复杂巨大的系统关联中，可能每一缕轻风都是于生命所不可或缺的；人不是万能的，人类要依赖地球存活；人类要懂得顺应自然，要珍爱大自然的一切；才能与地球万物持续发展。

多年来，人类梦寐以求地憧憬着冲出地球，向宇宙进军。随着地球环境的恶化，这种愿望里似乎又加进了欲逃离的色彩，人们上下求索，加快了寻找“诺亚方舟”的步伐。也许“生物圈2号”的失败有技术上的失误或设备上的欠缺，也许人们今后还会向“生物圈3号”、“生物圈4号”挑战。然而从“生物圈2号”失败的深层反映出来的信息远比其本身更冷酷无情。它向人们证明：大像无形，大青息声。地球环境是在经历了几十亿年的风风雨雨后形成的，对这种异常可靠的结构，人们渴望窥其脉络，望其项背，但却决不是简单的人工模仿再造能够完成的。“生物圈2号”的失败告诫我们：人类在茫茫宇宙中只有地球这一处家园，逃离和束手待毙都是与事无补的。地球不是实验室，我们输不起，只有善待和保护它才是我们真正的出路。

当初美国为了验证地球是否为唯一的可以生存的地方，建造了一个占地1.28公顷的一座微型人工生态循环系统。生物圈2号有5个野生生物群落（热带雨林、热带草原、海洋、沼泽、沙漠）和两个人工生物群落（集约农业区和居住区）。它们以地球北回归线和南回归线间的生态系统为样板，分别由美英生物和生态学家设计而成。约4000个物种 圈内共有约4000个物种，其中动物（包括：软体、节肢、昆虫、鱼类、两栖、爬行、鸟类 、哺乳等）、植物（包括浮游、苔藓、蕨类、裸子和被子等）约3000种，微生物（包括细菌、粘菌、真菌、微藻等）约1000种，它们分别来自澳大利亚、非洲、南美、北美等地。各个野生生物群落中的生境并不一致 该系统内既有高大的树木（如红树），也有矮小的灌木草丛植物，错落有致、憩静秀美。各个野生生物群落中的生境并不一致，它们分别有4、6、4、4、6种生境，如海洋有海滩、浅咸水湖、 珊瑚礁和海水等4种类型。生物群落间均有相对独立的生态区将它们互相隔开，例如，热带草原和沙漠间有一簇灌木丛而相对隔离。为了保护各个群落不受环境胁迫，在其周围种植了耐性强的植物，例如，热带雨林的三周围是浓密的姜科植物，从而保护内部树种免遭侧面强光照 射，而与海洋的界面间种有竹子来抵御盐分渗入。 为了尽量贴近自然环境，该圈中的土壤、草皮、海水、淡水均取自外界的不同地理区间，通过 一定的人工处理再利用。例如，实验用的海水是将运进来的海水和淡水按照适当比例配制而成的。 生物圈2号中选择植物的标准主要考虑动物消费者的生命保障、分类多样性、物理 参数、植物的可利用程度和美学价值。为了适应达尔文的自然选择过程，植物种类开始时比 系统能支撑的要多一些，这样可以补偿物种的遗失或灭绝，并最终促进系统的持续稳定。有关其操作性能的数据是非常有用的 大量证据表明，火星土壤和月球表土经过一定的生物和化学技术处理后可以用作潜在的植物栽培基质，这样就使得生物再生式生命保障系统在空间居住地的应用比需要地球资源的装置要经济得多。但是到目前为止，在生物再生式生命保障系统中很少有以土壤为基础的技术实验。生物圈2号是第一个建成并运作的以土壤为基础的生物再生式生命保障系统。因此，有关其操作性能的数据对应用于空间的类似系统是非常有用的。堪称人类科学史上的一大杰作 生物圈2号无论从规模、技术难度和复杂程度，以及所取得的效果来看，均堪称人类科学史上的一大杰作，受到国际上的普遍关注与赞赏。但近来也遭到某些公众的严厉批评 。 引起公众非议主要是由于主客观两方面的原因：（1）商业投资造成游人络驿不绝，给人一种缺少科学严肃性的印象；（2）遇到严重的阴雨天气和病虫害，造成欠收，开始时曾出现大气泄漏；（3）人们对他们的科学试验活动了解不多；（4）理论和实践经验不足；（5）行政管理不善，导致可以做的而没有去做。 虽然生物圈2号计划实验目标并未达成，但是这也给人类上了很好的一课：大自然并非我们想象得那样简单，复杂巨大的系统关联中，可能每一缕轻风都是于生命所不可或缺的；人不是万能的，人类要依赖地球存活；人类要懂得顺其自然，要珍惜大自然的一切；才能与地球万物持续发展。编辑本段生物圈II号失败原因生物种类关系的失调 这个实验为什么会失败呢？科学家对此做出了总结：除了二氧化碳多、氧气少、水循环失调等原因以外，生物种类关系的失调也是重要的原因。 原来，设计者虽然在“生物圈II号”内模拟了多种生态系统，但引进的生物却主要是生产者，动物、真菌和细菌的种类和数量都较少。传粉的昆虫死去了，有些植物就只开花不结果了。由于动物的种类和数量减少了，植物很少被动物取食，加之缺少细菌和真菌的分解，导致枯枝落叶大量堆积，物质循环不能正常进行。环境资源与人的比例严重偏小 恐怕还有比例不对的原因,在真的生物圈中平均每人所对应的大气,水,植物等是那么的广阔,而二号呢?环境资源与人的比例严重偏小,就那点大气,水,植物等,哪怕就是生活一个人也已严重不够了,更何况是几个人. 二氧化碳多、氧气少是结果而非原因,二氧化碳多、氧气少是因为植物相对太少了,不足以将人和植物自身产生的那么多二氧化碳转化并释放氧气.氧气的消耗速度高于产生速度,而二氧化碳的产生高于消耗. “生物圈”人们的梦想家园 多年来，人类梦寐以求地憧憬着冲出地球，向宇宙进军。随着地球环境的恶化，这种愿望里似乎又加进了欲逃离的色彩，人们上下求索，加快了寻找“诺亚方舟”的步伐。也许“生物圈2号”的失败有技术上的失误或设备上的欠缺，也许人们今后还会向“生物圈3号”、“生物圈4号”挑战。然而从“生物圈2号”失败的深层反映出来的信息远比其本身更冷酷无情。它向人们证明：大像无形，大青息声。地球环境是在经历了几十亿年的风风雨雨后形成的，对这种异常可靠的结构，人们渴望窥其脉络，望其项背，但却决不是简单的人工模仿再造能够完成的。 “生物圈2号”的失败告诫我们：人类在茫茫宇宙中只有地球这一处家园，逃离和束手待毙都是与事无补的。地球不是实验室，我们输不起，只有善待和保护她才是我们真正的出路。（后期的时候，科学家们只能吃种子度日）

| 下一篇文章 | 本期目录美国生物圈2号及其研究 郭双生/孙金镖 图1〓生物圈2号的外观图 表1〓〖WB〗圈内各个组成部分及结构参数一览表 区域 面积(m2) 体积(m3) 土壤(m3) 水分(m3) 大气(m3) 集约农业区 2000 38000 2720 60 35220 居住区 1000 11000 2 1 10997 热带雨林 2000 35000 6000 100 28900 热带草原/海洋/沼泽 2500 49000 4000 3400 41600 沙漠 1400 22000 4000 400 17600 “西肺” 1800 15000 0 0 15000 “南肺” 1800 15750 0 750 15000 注:上述两“肺”的体积仅为其完全膨胀的50% 美国建于亚利桑那州图森市以北沙漠中的生物圈2号是一座微型人工 生态循环系统,因把地球本身称作生物圈1号而得此名。它由美国前橄榄球运动员 约翰·艾伦发起,并与几家财团联手出资,委托空间生物圈风险投资公司承建,历时8年,耗资1 5亿美元。1991年9月26日4男4女共8名科研人员首次进驻生物圈2号,1993年6月26日走出 ,停留共计21个月,在各自的研究领域内均积累了丰富的科学数据和实践经验。来自英国、墨 西哥、尼泊尔、南斯拉夫和美国等5国的4男3女共7位实验人员在对首批结果进行评 估并改进技术后,于1994年3月6日二次进驻,工作10个月后于1995年1月走出。他们在这期间 对大气、水和废物循环利用及食物生产进行了广泛而系统的科学研究。 生物圈2号是世界上最大的闭式人工生态系统。它使人类首次能够在整体水平上研 究生态学,从而开辟了了解目前地球生物圈全球范围生态变化过程的新途径。更为重要的是, 它将作为首例永久性生物再生式生保系统的地面模拟装置而有可能应用于人类未来的地外星 球定居和宇宙载人探险。一、概况占地128公顷的生物圈2号的地上部分为涂有粉剂的立体钢架构型,配有双层玻璃 窗板;地面部分为焊接不锈钢板,并用钢垫密封。总体积约为180000m3。其内部主要由7种 生态群落区和两个大气扩张室(也称作“肺”)组成。此外,还设有能量中心和冷却塔等设施 。其外观及有关结构参数如表1和图1所示。为了减轻立体结构的负荷,生物圈2号的内部压力略高于周围大气压。众所周知,温 度改变必然导致压力变化,而这种伸缩中的压力变化足以破坏玻璃窗板(计算值极易超过kPa ）。为了解决这一矛盾,没有像通常那样采取抵抗压力的措施,而是为该圈装配了两个称为“ 肺”的体积可变室，以使大气在恒压下胀缩。两“肺”就如同巨大活塞通过密封膜连接在气 缸上一样,上下垂直运动距离约达15m。活塞重量产生相对于周围大气压力的内部正压。正压 具有两大优点:不论什么地方有泄漏,内部大气就会向外扩散从而保证排除外界污染；活塞的 持续下滑则表明某处出现泄漏。两“肺”的体积占到该圈密闭体积的30%。除上述设施外,其内部还包括分析、医疗、兽医、监控、维修、锻炼、影视等室,分布在不同 部位。与地球生物圈类同,生物圈2号在物质上闭环,通过工程手段禁止它与外界大气和地 下 土壤进行物质变换。在能量上开环,允许太阳光通过玻璃结构供植物进行光合作用,同时引入 电能供技术系统操作运转。在信息上也同样开环,通过计算机系统、电话、摄像、电视与外 界进 行数据信息交换,并通过电视可以与外界工作人员及亲属进行面对面的交谈,还可放映电影和 收看商业电视节目。电能及热控能源从外界通过气密装置输送进来,当进行能量转移时,不允 许内外流体进行任何形式的交换或混合。表2〓圈内大气温度、压力及重量范围 生物群落 温度(°C) 最高 最低 大气成分 压力(kPa) 百分比(%) 总重量(kg) 热带雨林 35 13 O2 1810 2051 31800 热带草原/ 38 13 N2 6751 7651 103775 海洋/沼泽 CO2 003 003 67 沙漠 43 2 H2O 178 202 1761 集约农业区 30 13 Ar 081 092 1782 居住区 35 15 总量 8824 10000 139185 生物圈2号的“神经系统”是一个完整的计算机数据采集和控制系统,它是从位 于居住区的指挥室辐射出的微处理机网络系统。这一内部“神经系统”通过信息通路与外界 附近的“飞行控制”楼内的计算中心相联通。该楼作为分析中心而成为生物圈1号 和2号间获取分析数据及通讯的主要窗口。居住区内的指挥室通过遍布圈内的5000 多个传感器(每15分钟记录一次并读入无限增长数据库)能够有效地控制所有主要的操作参数 ,如温度、湿度、光强、水流量、pH值、CO2浓度、土壤湿度、仪器运作状态等,并能进行 数据传感器及所有报警装置的状态显示。每件装置均有手动控制开关以防“神经系统”任何 部位的失灵。尽管整个圈内为热带气候,但由于不同生物群落的冷暖要求不同,因此,各自又有相对独立的 温度。由于生物圈2号位于海拔1200m的沙漠上,其外围大气压不是标准压力1013 kPa，而仅约为882kPa,因此,其内压只能略高,即为8824kPa。详细情况见表2。利用机械 系统模拟地球自然环境,例如制造海洋波浪、潮汐、溪流、瀑布以及按照季节要求控制风、 雨、湿度等,并控制盐分梯度及营养循环速度和进行海水淡化。二、生态群落生物圈2号有5个野生生物群落(热带雨林、热带草原、海洋、沼泽、沙漠)和两个 人工生物群落(集约农业区和居住区)。它们以地球北回归线和南回归线间的生态系统为样板 ,分别由美英生物和生态学家设计而成。圈内共有约4000个物种,其中动物(包括浮游、软体、节肢、昆虫、鱼类、两栖、爬行、鸟类 、哺乳等)、植物(包括浮游、苔藓、蕨类、裸子和被子等)约3000种,微生物(包括细菌、粘 菌、真菌、微藻等)约1000种,它们分别来自澳大利亚、非洲、南美、北美等地。该系统既有高大的树木(如红树),也有矮小的灌木草丛植物,错落有致、憩静秀美。各个野生 生物群落中的生境并不一致,它们分别有4、6、4、4、6种生境,如海洋有海滩、浅咸水湖、 珊瑚礁和海水等4种类型。生物群落间均有相对独立的生态区将它们互相隔开,例如,热带草 原和沙漠间有一簇灌木丛而相对隔离。为了保护各个群落不受环境胁迫,在其周围种植了耐 性强的植物,例如,热带雨林的三周围是浓密的姜科植物，从而保护内部树种免遭侧面强光照 射,而与海洋的界面间种有竹子来抵御盐分渗入。为了尽量贴近自然环境,该圈中的土壤、草皮、海水、淡水均取自外界的不同地理区间,通过 一定的人工处理再利用。例如,实验用的海水是将运进来的海水和淡水按照适当比例配制而 成的。生物圈2号中选择植物的标准主要考虑动物消费者的生命保障、分类多样性、物理 参数、植物的可利用程度和美学价值。为了适应达尔文的自然选择过程,植物种类开始时比 系统能支撑的要多一些,这样可以补偿物种的遗失或灭绝，并最终促进系统的持续稳定。三、研究范围与主要结果首批8名科学家在21个月的密闭人工生态环境中按照各自的研究范围进行了广泛、细致、深 入的观察、记录、分析,研究项目包括生物地球化学、土壤、水、海洋、“全球”生物量、 农 业、遗传、生理、营养、医学、心理以及技术和工程学等内容。本文仅就几个较为重要的研 究结果概括如下:1大气动力学与大气泄漏在微小的闭式生态系统中生物地球化学循环速率显著加大,这是由于它缺乏地球生物圈所具 有的巨大贮存作用以及有机体与无机物的比率大大增加的缘故。即使在生物圈2号 这样大的装置中,大气CO2的平均滞留时间仅为1～4天,而地球生物圈中则约为3年。生物圈2号中浓度为1500ppm的大气CO2(约为地球大气CO2浓度的4倍),约相 当于100kg的碳,这一数量与圈内的生物量和土壤中的有机碳相比大大降低,分别为100∶1 和5000∶1,而地球中的相应比例分别为1∶1和2∶1。生物圈2号中CO2的波动范围为700～800ppm/d,一般为500～600ppm／ d,有时会更低,这与季节、昼夜循环和天气变化导致的光合作用和呼吸作用的动态消长有直 接关系。当光强(光合成光通量,PPF)达到一年的最低值时(168mol·m－2d－ 1）,CO2的平均浓度为2466ppm;相反,当PPF达到最高值时(537mol·m－2d －1）,CO2浓度则达到一年中的最低值1060ppm。为了缓冲这一系统在第一年冬季低光照时的高CO2浓度水平,利用一套CO2循环系统首 先将它通过化学反应形成CaCO3,如需要时把后者加热到950°C便可释放CO2进入大气 。4个月间[DK10]约有53880mol(相当于9450ppm)的CO2通过定期使用这一物化系统以 CaCO3的 形式沉积下来。这一沉淀可以间接说明约1%大气O2的下降(通过有机碳氧化和随后的CaCO 3分离)。相反,1991年12月用来补偿大气泄漏的10%外部大气的加入影响较小,CO2浓度 暂时下降了200ppm,即为每天正常变化的1/3。CO2的浓度升高可导致海水酸度增加。为了避免此现象发生,在海水中分期加入碳酸钠和 碳酸氢钠,这样可以保持pH值在77以上。表3, 生物圈2号一年内总的农业生产量(kg) 蔬菜 菜豆8 甜菜叶273 甜菜根308 胡椒13 胡萝卜88 辣椒63 甘蓝83 黄瓜17 茄子155 羽衣甘蓝11 生菜90 洋葱107 Bok choy12 雪豆1 南瓜籽8 西葫芦287 Swiss Chard58 甘薯叶64 番茄288 冬瓜261 粮食 水稻196 高粱131 小麦113 淀粉类蔬菜 白薯198 甘薯1335 Malanga84 薯蓣20 高脂肪豆类 花生24 大豆14 低脂肪豆类 蚕豆63 豌豆15 水果 苹果1 香蕉1024 无花果39 番石榴41 金柑4 柠檬10 酸橙4 柑桔6 番木瓜639 动物产品 山羊奶407 山羊肉8 猪肉35 鱼10 蛋6 鸡肉8 总计6630 氧气动力学令人困惑不解。1991年9月到1992年6月间,生物圈2号中氧浓度从205 1%下降到1695%,到1993年1月中旬时则为145%。基于医学忠告,1992年6月后的几个星期 在圈内 不断输入纯氧,使其浓度回到19%。O2浓度下降主要发生在密闭后的前4个月,此时为18%,1 9 92年4月以后,O2浓度则以每月025%的线性水平下降。O2浓度下降的真正原因并不十 分清楚,利用几种方法的氧气动力学研究仍在进行,包括研究圈内氧同位素的分布。生物圈2号气密性非常高。根据泄漏率和压力间的关系推知，年泄漏率为6%,而根 据标记微量气体(SF6)逐渐稀释的测量结果证明，年泄漏率不超过10%。在最初的4个月中(19 91年9～12月),大气泄漏约10%,相应的外界气体于1991年末一次性注入。其它闭 式人工生态系统(如肯尼迪航天中心制造的生物量生产舱)每天的泄漏率就在1%～10％之间 。2食物生产与废物处理生物圈2号中的农业系统必须满足3个主要要求,即无污染、集约型和可持续性。空 间生物圈风险投资公司和其农业区的主要顾问亚利桑那大学环境研究实验室,起初试验水培 和气培的种植技术，最后由于种种原因而不得不转向以土壤为基础的农艺技术。原因之一就 是 水 培必须依赖于化学营养液的输入,而这在空间是难以解决的。另外一个原因是如果没有能力 做 堆肥或利用植物/微生物系统进行废水再生,那么促使动物和人的废物及作物不可食生物量部 分等循环利用的相关问题就更难以解决。此外,堆肥或沼泽废水处理系统较湿氧化或焚化等 物理系统更省能。集约农业区共有50种150个品种,每轮种植约30种,主要有粮食、蔬菜、水果,此外还有饲养动 物和鱼(稻田中养殖),动物饲料包括苜蓿、象草、水风信子及各种农作物(利用其不可食生物 量),见表3和图2。 图2〓生物圈2号集约农业区的部分作 物生长情况密闭后建立的农业系统平均提供8人80%的营养需要,包括谷物、豆类和蔬菜,但密闭后的前几 个月需食用密闭前种植的食物(其余20%的营养需要)。由于圈内缺乏紫外线辐射,因此,必须 补充维生素B12和维生素D。肉类很少,蛋每人每周平均一个。前10个月的平均食物 热量卡值限制在2000Cal/d(1Cal合418J),后来增加到2200Cal/d。食用前,食物均进行了称 重和记录。农业区内不使用杀虫剂,而是利用有益昆虫和喷雾器(如肥皂水和硫磺、芽孢杆菌)来控制病 虫害的发生。废物循环是把动物废物和植物不可食生物量做成堆肥,并利用水生植物咸水湖 系统进行“进驻人员”废水处理。利用“土壤床反应堆”降低微量气体的积累。使用大气水 分冷凝系统提供饮用水。3物种种群的动态变化野生区域内的植物生长旺盛,前9个月生物量就增加了60%～75％。在热带雨林,树冠庞大茂 密,相连成荫,因而抑制了小型植物,尤其是肉质植物的生长。沙漠中的多年生草本植物生长 迅速,这也证明干旱条件下沙土有利于多年生草本的生长。野生种数量起初有所下降,其中植物不到10%，陆地动物和昆虫不到30%，海洋种约为10%～2 0％。当食物网更为一体化且株冠成熟后,物种遗失的数量则减慢，且许多动植物在此时期 均有不同程度的繁殖。自从建立了生态系统后,人就作为主要捕食者来控制杂草和病虫害发 生并保持生物多样性。如果没有人的直接干预,在生物圈2号的初期运转期间,生物 多样性必然会下降。 4生理、营养及医学试验生物圈2号中生产的食物基本上能满足“每日推荐饮食配额”(RDA)的需要,但没有 什么剩余。进驻人员自从密闭后体重减轻了约10%～20％,这是对新环境初时不适应的 结果。1992年4月后,体重不再下降,有人甚至还胖了一些。这种低脂肪、低热量、富营养的 食物可以显著降低胆固醇(从平均值约195降到125)、血压、白细胞数量和血糖含量。以前对 小鼠的试验也有类似结果,并证实因此而可以延缓衰老、增加寿命。上述下降后的氧浓度相当于海拔2900m处的O2分压,通过不断监测红细胞数量、形态及其 生 理生化指标和呼吸率等则可获知低O2浓度对健康产生的不良影响。一旦O2浓度继续下 降时,可望能适应相当于海拔4600m处的O2分压。此外,在圈内的人和动物间,没有发生传 染性疾病。四、结束语大量证据表明,火星土壤和月球表土经过一定的生物和化学技术处理后可以用作潜在的植物 栽培基质,这样就使得生物再生式生命保障系统在空间居住地的应用比需要地球资源的装置 要经济得多。但是到目前为止,在生物再生式生命保障系统中很少有以土壤为基础的技术实 验 。生物圈2号是第一个建成并运作的以土壤为基础的生物再生式生命保障系统。因 此,有关其操作性能的数据对应用于空间的类似系统是非常有用的。生物圈2号无论从规模、技术难度和复杂程度，以及所取得的效果来看，均堪称人 类科学史上的一大杰作,受到国际上的普遍关注与赞赏。但近来也遭到某些公众的严厉批评 。引起公众非议主要是由于主客观两方面的原因:(1)商业投资造成游人络驿不绝,给人一种缺 少科学严肃性的印象;(2)遇到严重的阴雨天气和病虫害,造成欠收，开始时曾出现大气泄漏;(3)人们对他们的科学试验活动了解不多;(4)理论和实践经验不足;(5)行政管理不善,导致可以做的而没有去做。生物圈2号与其100年的设计寿命相比,现仅处于摇篮时代,出现这样那样的问题和 异议均在情理之中。只要不断总结经验、汲取教训、勤于实践、勇于探索,一定能够取得丰 硕成果。向宇宙进发可以看作是人类要生存下去不可避免的问题。欲在那里建立居 民区,必 须开发生态生命保障系统,创造一个舒适的小地球样环境，从而为未来的太空人提供品种多 样、营养丰富的食品以及氧气和水,并将CO2、废水和废物等再生为有效资源而重复利用 。生物圈2号恰恰能够教给人们这一本领。此外,通过了解其中:(1)生态系统逐渐 成熟的结果;(2)处于各种胁迫环境中的部件的稳定性;(3)遗传种群的连续性;(4)生物地球化 学的循环作用,可望为每况愈下的地球生态系统找到出路。 --------------------------------------------------------------------------------| 前一篇文章 | 下一篇文章 | 本期目录 --------------------------------------------------------------------------------版权所有，1996。5航天信息研究所

说明了生态系统的复杂性，人类不可能模仿自然建造出稳定的生物圈，只就表明人类只有一个适合生存的环境，也说明物质循环和能量流动是不能模仿的

1 我们的地球是一个最大的生物圈，可以被称作“生物圈一号”。实验是想检验能否和地球起的效果一样。所以叫生物圈二号。2 实验是在一个全封闭范围进行的，里面有人造的海洋，森林、农田等等，科学家在里面基本要依靠内部产生的物质生活。3 实验失败了，说明我们的生物圈地球是唯一的，现在还不能够替代。。主要是氧气含量不断下降造成的。生态系统崩溃。启示我们注意保护我们唯一的地球

生物圈Ⅱ号，破坏了生物圈本身的整体性．使生物圈里的物质得不到循环．总起来说主要有下面三个原因：①元素化学循环失调．由于设计时的缺陷，使得土壤及其微生物，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．从而使得平衡失调；②物种关系失调．“生物圈二号”内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，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，从而造成失败．③水循环失调．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．从而导致了“生物圈Ⅱ号”的失败．故选：C

生物圈二号的动植物正在急速减少。

因为生物圈二号当时已经完全不适合试验者的生存了。这说明生物圈二号没有能完全模拟地球重合系统，没有能提供与地球物质循环相同的循环。这说明想再造一个生态系统的难度是非常大的。

1991年9月17日，来自美、英、德和比利时等国的4男4女进入“生物圈”2号，进行两年的全封闭研究。这8位志愿者在两年中除依靠外界7兆瓦发电厂供电外，其余一切都要按“生态系统”的“循环”准则，实行完全的自给自足。两年中，除伯恩特被脱粒机划伤手指暂离治病外，无一人离开过这玻璃城堡一步。这项计划的第二批研究人员已经进入。从现实看，“生物圈”计划的构想，与大型航天器的密闭生态型生命保障系统有不谋而合之处。所以美国政府对“生物圈”2号极为关注，并进行了严格的督察。专家普遍认为，在太空中，生物圈肯定要比冷冰冰的全金属轨道站要舒适得多，而且最大的优越性是不需或极少需要物资补给。遗憾的是，由于种种原因“生物圈”二号未能完成科学家们设想的试验计划，并在1996年宣布提前结束了实验。

在微小的闭式生态系统中生物地球化学循环速率显著加大，这是由于它缺乏地球生物圈所具 有的巨大贮存作用以及有机体与无机物的比率大大增加的缘故。即使在生物圈2号这样大的装置中，大气CO2（二氧化碳）的平均滞留时间仅为1～4天，而地球生物圈中则约为3年。生物圈2号中浓度为1500ppm的大气CO2（约为地球大气CO2浓度的4倍），约相当于100kg的碳，这一数量与圈内的生物量和土壤中的有机碳相比大大降低，分别为100∶1 和5000∶1，而地球中的相应比例分别为1∶1和2∶1。生物圈2号中CO2的波动范围为700～800ppm/d，一般为500～600ppm/d，有时会更低，这与季节、昼夜循环和天气变化导致的光合作用和呼吸作用的动态消长有直接关系。当光强（光合成光通量，PPF）达到一年的最低值时（16.8mol·m-2d-1），CO2的平均浓度为2466ppm；相反，当PPF达到最高值时（53.7 mol·m-2d-1），CO2浓度则达到一年中的最低值1060ppm。为了缓冲这一系统在第一年冬季低光照时的高CO2浓度水平，利用一套CO2循环系统首 先将它通过化学反应形成CaCO3，如需要时把后者加热到950°C便可释放CO2进入大气 。4个月间约有53880mol（相当于9450ppm）的CO2通过定期使用这一物化系统以CaCO3（碳酸钙）的形式沉积下来。这一沉淀可以间接说明约1%大气O2的下降（通过有机碳氧化和随后的CaCO3分离）。相反，1991年12月用来补偿大气泄漏的10%外部大气的加入影响较小，CO2浓度 暂时下降了200ppm，即为每天正常变化的1/3。CO2的浓度升高可导致海水酸度增加。为了避免此现象发生，在海水中分期加入碳酸钠和碳酸氢钠，这样可以保持pH值在7.7以上。表2：生物圈2号一年内总的农业生产量（kg）：蔬菜：菜豆8 甜菜叶273 甜菜根308 胡椒13 胡萝卜88 辣椒63 甘蓝83 黄瓜17 茄子155 羽衣甘蓝11 生菜9 洋葱107 小白菜12 雪豆1 南瓜籽8 西葫芦287 瑞士甜菜58 甘薯叶64 番茄288 冬瓜261粮食：水稻196 高粱131 小麦113淀粉类蔬菜：白薯198 甘薯1335 马兰加84 薯蓣20高脂肪豆类：花生24 大豆14低脂肪豆类：蚕豆63 蚕豆15水果：苹果1香蕉1024无花果39番石榴41金柑4 柠檬10酸橙4 柑桔6番木瓜639动物产品：山羊奶407山羊肉8 猪肉35 鱼10 蛋6 鸡肉8总计6630氧气动力学令人困惑不解。1991年9月到1992年6月间，生物圈2号中氧浓度从20.5 1%下降到16.95%，到1993年1月中旬时则为14.5%。基于医学忠告，1992年6月后的几个星期在圈内不断输入纯氧，使其浓度回到19%。氧气浓度下降主要发生在密闭后的前4个月，此时为18%，1 9 92年4月以后，O2浓度则以每月0.25%的线性水平下降。O2浓度下降的真正原因并不十分清楚，利用几种方法的氧气动力学研究仍在进行，包括研究圈内氧同位素的分布。生物圈2号气密性非常高。根据泄漏率和压力间的关系推知，年泄漏率为6%，而根据标记微量气体（SF6）逐渐稀释的测量结果证明，年泄漏率不超过10%。在最初的4个月中（19 91年9～12月），大气泄漏约10%，相应的外界气体于1991年末一次性注入。其它闭 式人工生态系统（如肯尼迪航天中心制造的生物量生产舱）每天的泄漏率就在1%～10%之间 。 野生区域内的植物生长旺盛，前9个月生物量就增加了60%～75%。在热带雨林，树冠庞大茂密，相连成荫，因而抑制了小型植物，尤其是肉质植物的生长。沙漠中的多年生草本植物生长迅速，这也证明干旱条件下沙土有利于多年生草本的生长。野生种数量起初有所下降，其中植物不到10%，陆地动物和昆虫不到30%，海洋种约为10%~20%。当食物网更为一体化且株冠成熟后，物种遗失的数量则减慢，且许多动植物在此时期 均有不同程度的繁殖。自从建立了生态系统后，人就作为主要捕食者来控制杂草和病虫害发 生并保持生物多样性。如果没有人的直接干预，在生物圈2号的初期运转期间，生物多样性必然会下降。 生物圈2号无论从规模、技术难度和复杂程度，以及所取得的效果来看，均堪称人类科学史上的一大杰作，受到国际上的普遍关注与赞赏。但近年来也遭到某些公众的严厉批评 。引起公众非议主要是由于主客观两方面的原因：（1）商业投资造成游人络驿不绝，给人一种缺少科学严肃性的印象；（2）遇到严重的阴雨天气和病虫害，造成欠收，开始时曾出现大气泄漏；（3）人们对他们的科学试验活动了解不多；（4）理论和实践经验不足；（5）行政管理不善，导致可以做的而没有去做。虽然生物圈2号计划实验目标并未达成，但是这也给人类上了很好的一课：大自然并非我们想象得那样简单，复杂巨大的系统关联中，可能每一缕轻风都是于生命所不可或缺的；人不是万能的，人类要依赖地球存活；人类要懂得顺其自然，要珍惜大自然的一切；才能与地球万物持续发展。 这个实验为什么会失败呢？科学家对此做出了总结：除了二氧化碳多、氧气少、水循环失调等原因以外，生物种类关系的失调也是重要的原因。原来，设计者虽然在“生物圈II号”内模拟了多种生态系统，但引进的生物却主要是生产者，动物、真菌和细菌的种类和数量都较少。传粉的昆虫死去了，有些植物就只开花不结果了。由于动物的种类和数量减少了，植物很少被动物取食，加之缺少细菌和真菌的分解，导致枯枝落叶大量堆积，物质循环不能正常进行。 比例严重偏小恐怕还有比例不对的原因,在真的生物圈中平均每人所对应的大气,水,植物等是那么的广阔,而二号呢?环境资源与人的比例严重偏小,就那点大气,水,植物等,哪怕就是生活一个人也已严重不够了,更何况是几个人.二氧化碳多、氧气少是结果而非原因,二氧化碳多、氧气少是因为植物相对太少了,不足以将人和植物自身产生的那么多二氧化碳转化并释放氧气.氧气的消耗速度高于产生速度,而二氧化碳的产生高于消耗.

生物圈2号是人类历史上的一次伟大尝试，是对封闭生态系统在外层空间支持和维持人类生命的可行性的探索，尽管这一尝试最终不了了之。但作为拥有好奇心的人类，我们有必要研究一下为什么会不了了之？从而更好地理解这个世界的运作方式。 首先，我们来看一下它的结构。生物圈2号占地面积约1.3万平方米，建筑最高点可达到27.7米，主体建筑包含5个生态系统：沿海沙漠、热带雨林、稀树草原、红树林湿地和珊瑚礁海洋；还有两座圆顶辅助结构，其屋顶通过上升和下降来调节由于昼夜温度交替造成的内外压强差；还有一个地下技术圈，用来运行和维护生物圈环境；还有20多个空气处理单元，用来调控生物圈中空气的温度和湿度。 仅从它的结构出发，我们很容易断言人类身处其中能够生存一相当长的时间，毕竟一切都设计得那么精致、完美。但事实上，没过多久，生物圈二号内二氧化碳浓度大幅度波动，高峰时二氧化碳的平均浓度为2466ppm，到低谷时二氧化碳浓度只有1060ppm；还有植物的光合作用也并不强烈，因而产生的氧气无法满足生物呼吸的需要，因为二氧化碳能够与钢筋混凝土发生反应而被固定成盐；另外还出现了许多如鱼类繁殖过快、沙漠区湿度过高、蚂蚁和蟑螂爆炸增长、授粉昆虫全灭、脊椎动物大部分死去、牵牛花覆盖整个雨林区、实验人员持续饥饿等破坏生物圈二号稳定性的事件。而如果依然保持封闭，实验人员和其他生物可能都得死亡，因此，不久就有氧气和其他物质输入其中，而这就代表着，这个计划的破产。 我们如果仔细地研究生物圈二号的结构，我们还是会发现一些不合理之处的，我们如果将它的结构与大自然进行比较的话，我们会发现，它的结构与作用关系远远没有大自然那么复杂，就像人造器官始终无法取代甚至媲美自然器官。例如，生物圈二号内各个生态系统的大小以及比例设计得不合理，如海洋和陆地的比例不对，海洋占比太少了；各个生态系统间的数据反馈系统不成熟；没有考虑混凝土建筑对大气的影响；各个生态系统之间的位置关系及排布方式不合理。 生物圈的结构和其具有的物质循环、能量流动和信息传递是很难模仿的，生物圈二号的失败正说明了这一点，而我们人类的健康生存依赖于生态系统良好的结构和功能。这就意味着：现在，只有在生物圈一号上我们才能持久地生存，如果生物圈一号像生物圈二号那样出现了这样那样的问题，等待我们的可能就只有灭亡。所以，现在我们还是要好好珍惜我们脚下的土地、头顶的天空。 不过，我们还是会继续探索人类在外层空间居住的可能。

失败了。正如第一个生物圈实验室一样，并不能维持它的平衡，在其中生活的生物之间并不能形成很好的生物链，各项能量消耗不能够及时得到补充，由于物种的不完整从而会导致生态系统失衡。从中的启示就是目前人类必须对生态环境问题重视起来，人类还无法建造一个脱离地球而存活的空间，因而只有保护好我们的地球。

很久之前我们介绍了人类史上第一次失败的太空殖民实验——生物圈二号的建立，这期视频神秘继续给大家讲解，这个实验是为何失败的，从这个试验中我们可以看到，其实人类真的离在别的星球建立殖民地不远了。毕竟是在1991年的实验，现在都2021年了。 上期我们说到了，生物圈2号被封闭以后实现了独立的运转，并且与世隔绝，除了阳光，地球的任何的物质和能量都无法进入这个生态密闭系统，而这4男4女科学家将要开始他们的新生活。 这8位科学家，其实并不知道自己究竟要在这个封闭的生态系统要生活多长时间，NASA给出的指令是越长越好，而这些人起初也是按照规划有规律的生活，首先是每天早上4个小时的维护工作，这个维护工作是维护整个生态圈的正常运转和粮食的播种及收割的工作，是保障他们能够生存的重要部分。 而下午的4个小时，就是这些科学家各自的研究和试验时间了，什么空气成分分析，水和土壤的分析工作等等，当然这里面有一个规定也很不人道，就是禁止这些男女恋爱，当然生孩子就更不行了，要说NASA也是，你都禁止了你还配对般的扔进去4男4女干嘛？ 所以这些人剩下的时间，除了看书看电影等 娱乐 活动，就没啥有意思的事了，但是你想啊，人非草木孰能无情，还没过多久就产生了两对地下的情侣，起初想的很好，不算恋爱，外国人嘛。观念比较开放，各取所需而已，但是想法是好的。 当然神秘说的都是实验的初期而已，虽然这里有最先进的农业生产方式，但是主要的作物还是以土豆为主，这也不怪 《火星救援》 里面，设定马克·戴蒙在火星上种了好几个月的土豆了，因为这种的生态环境，土豆的产量确实高，差不多是外面的5倍，当然他们还有饲养一些动物，像是鸡和鱼等，所以每个人的营养还是有保证的，但是你像小麦、水稻这样的作物，却无法继续下去，因为这样的环境，这样的作物没有种子，而最有意思的是，在实验之初，他们为了保持生态平衡，还带了一些害虫进来，结果，这些虫害竟然让他们的粮食减产了。 别说粮食了，差点连蔬菜都吃不上了，两年以后，整个生态圈能够提供的营养下降到了每个人80%的营养配额，当然这些科学家也算是意志力惊人，商量完以后，自觉地节食了，可是到了5个月的时候，这些科学家开始向外界报告，他们吃不饱了，饥饿感每时每刻都在侵蚀他们，虽然外界给了一些例如重新分配每日饮食配额的方法，但是这种饥饿感并没有结束。 要知道人一旦开始饥饿，基本就会开始本能丧失，变得易怒，虽然这8个人也算是意志坚定之辈，可是也不能免俗，只能尽量保持理智，但是随之而来的问题让他们感到更加崩溃，那就是整个生态圈的水循环也出现了问题，虽然还是每天对水进行过滤，可是最后基本没啥用了，而这样的情况直接导致最后实验结束的时候，这些科学家只能用红薯来当做食物，因为水出现了问题别说种不出菜来，很多的动物都死了，所以这些人最后被救出来的时候一个个都皮包骨头了，其中这4名男性的体重平均下降了18%，女性则是10%，有一名男性在进去的时候是一个200斤的大胖子，出来的时候只有不到150斤，这个减肥结果，相比还是挺满意的。 而造成这个原因是因为，NASA不让他们出来，如果不是后来的氧气出现了问题，可能还会要求他们坚持的，实际上在实验之初，整个生态圈的氧气含量就和设计的时候出入很大，每天的分析结果显示，氧含量一直都不稳定，不仅波动很大，而且一直都是呈一种下降趋势，而氧气浓度降低，二氧化碳的浓度肯定是上涨的，所以实验开始仅仅9个月的时候，整个生态圈内部的氧气浓度就从起初的20.51%到了16.9%，而这些科学家又坚持了3个月的时候，差不多是1993年1月的时候，整个生态圈的氧气浓度更是下降到了14.5%。 实际上这样的氧气含量基本和海拔4000米的高原差不多了，所以这样的情况直接导致了这8名科学家产生了缺氧的情况，甚至有人出现了类似于高原反应的情况，一度还十分严重，就算是长时间的睡眠，他们看起来也是精神萎靡的。更有甚者因为突然的窒息在睡眠中被惊醒。 当然这帮美国人的做法也挺硬气，NASA不管他们，他们自己也不打算坐以待毙，只能自己动手找原因，其实这8个人也都是参与了当初的设计工作，都知道这个地方就算生态再不平衡，也不可能氧气这么快的消失，所以经过一系列的推演和计算，他们把问题归咎到了地底的混凝土，这里地下的混凝土表面积高达10000多平方米，比两个足球场加起来都大，而这里面的细菌加上大面积的混凝土会造成大量的碳酸钙，所以他们一检测，这里的碳酸钙是外界的10倍，而这样的物质滋生了细菌，所以二氧化碳的浓度越来越高。 而这只是第一步，二氧化碳的高浓度，还导致了海洋中的珊瑚在消失，海水变得酸化，所以整座看似完美的生态圈已经基本被摧毁了，时间到了1993年的2月，这里面的二氧化碳的浓度已经是外面的十倍了，而当初带进去的25种主要脊椎动物，只剩下6种还存活，更别说昆虫了，而当蜜蜂和蜂鸟也都相继灭亡以后，靠他们传播花粉的植物也都灭绝了，然后他们没有办法只能修改人工降雨，把那一部分荒漠也改造称丛林和湿地。 但是这样的结果就是，一些藤蔓植物越长越疯，其中代表就是牵牛花，而当这些藤蔓爬上穹顶的时候，这些科学家的主要工作变成了清理藤蔓和杂草，不然粮食作物连光合作用都没有了，所以到了这一地步，生物圈2号的实验，基本宣告破产了，值得一说的是本来号称实验过程中永不开启的大门，因为突发状况太多，打开了24次。 虽然这些实验人员扛不住，撤出来了，但是NASA并没死心，所以在1994年的3月，他们修正了整个生物圈2号，又开始了新一轮的实验，这次放进去4男3女，但是结果并不好，还被两个研究人员，因为缺氧的问题砸坏了两块玻璃，NASA无奈只好撤换了所有的管理团队，可是这次试验只进行了6个月，就结束了，而这次的实验结果虽然没有公布，但是知情人士透露，这次造成了巨大的损失，不仅是设备的损失，就连人员都有了伤亡，所以NASA基本对这个实验彻底的绝望了。 虽然现在的人类还没法逃离地球生存，但是以现在的 科技 水平，神秘相信，如果我们重启生物圈实验的话，很大的几率是可以成功的，但是这个实验也告诉我们，生态环境被破坏的后果是多么的严重，谁能保证生态圈2号的悲剧不会在整个地球上上演。

生物圈二号失败的原因和启示如下：失败原因：氧气未能顺利循环是导致生物圈二号失败的重要原因。由于细菌在分解土壤中大量有机质的过程中，耗费了大量的氧气；而细菌所释放出的二氧陪凳伏化碳经过化学作用，被生物圈二号的混凝土墙所吸收，又打破了芦携循环，致使氧气含量下降，不足以维持研究者的生命。启示：说明了生态系统的复杂性，人类不可能模仿自然建造出稳定的生物圈，只就表明人类只有一个适合生存的环境，也说明物质循环和能量流动是不能模仿的。生物圈2号简介：1、生物圈2号是美国建于陪凳伏亚利桑那州图森市以北沙漠中的一座微型人工生态循环系统，为了与生物圈1号（地球本身）区分而得此名。2、它由美国前橄榄球运动员约翰·艾伦发起，是爱德华·P·巴斯及其他人员主持建造的人造封闭生态系统。3、生物圈2号主要投资者为美国石油大王洛克菲勒委托空间生物圈风险投资公司承建，历时8年，几乎完全密封，占地12000平方米，容积达141600立方米，由80000根白漆钢梁和6000块玻璃组成，耗资1.5亿美元。4、生物圈2号建造地址为亚利桑那州图森市大沙漠。

科学家把地球生物圈称作“生物圈1号”。为了更好地研究生态失去平衡的现象，美国在20世纪80年代，花费巨资建造了一个模拟地球生物圈的完全封闭的实验基地，这就是著名的“生物圈2号”。地点“生物圈2号”建在美国亚利桑那州的沙漠里。它是一座占地约1公顷的钢架结构的玻璃建筑，里面设有多个独立的生态系统：有一片小型的海洋，几块沼泽地、潟湖，一片沙质的海滩，一片热带雨林及一片草场。“生物圈2号”与外界完全隔绝，只有太阳光可进入。这样，在这个生物圈内，植物可为动物提供生存所需的氧气和养料，动物为植物提供二氧化碳，人则靠耕种作物、饲养动物获取食物，而泥土中的微生物又可分解动、植物的尸体及排泄物。这样不断循环，可形成相对稳定的生态系统。实验1993年1月，8名科学家进入“生物圈2号”。按计划，他们将在里面呆2年，一边从事科学研究，一边过完全自给自足的生活。2年中，除了最初带入一批物品外，其余的一切，都要靠他们自己来获取。他们还得设法调节和控制圈内的气温和气候。结果实验结果很不理想，由于缺乏坚定的实验理论，使得在一年后，土壤中的碳，温室中的氧气，建筑材料中的钙发生了一系列的化学反应。导致生物2号圈中的氧含量从21%下降到14%。由于没有调节好内部气候，使得粮食产量不足，科学家只好吃食物种子充饥，最后不得不撤离出这个生物2号圈。实验以失败告终。

科学家把地球生物圈称作“生物圈1号”。为了更好地研究生态失去平衡的现象，美国在20世纪80年代，花费巨资建造了一个模拟地球生物圈的完全封闭的实验基地，这就是著名的“生物圈2号”。地点“生物圈2号”建在美国亚利桑那州的沙漠里。它是一座占地约1公顷的钢架结构的玻璃建筑，里面设有多个独立的生态系统：有一片小型的海洋，几块沼泽地、潟湖，一片沙质的海滩，一片热带雨林及一片草场。“生物圈2号”与外界完全隔绝，只有太阳光可进入。这样，在这个生物圈内，植物可为动物提供生存所需的氧气和养料，动物为植物提供二氧化碳，人则靠耕种作物、饲养动物获取食物，而泥土中的微生物又可分解动、植物的尸体及排泄物。这样不断循环，可形成相对稳定的生态系统。实验1993年1月，8名科学家进入“生物圈2号”。按计划，他们将在里面呆2年，一边从事科学研究，一边过完全自给自足的生活。2年中，除了最初带入一批物品外，其余的一切，都要靠他们自己来获取。他们还得设法调节和控制圈内的气温和气候。结果实验结果很不理想，由于缺乏坚定的实验理论，使得在一年后，土壤中的碳，温室中的氧气，建筑材料中的钙发生了一系列的化学反应。导致生物2号圈中的氧含量从21%下降到14%。由于没有调节好内部气候，使得粮食产量不足，科学家只好吃食物种子充饥，最后不得不撤离出这个生物2号圈。实验以失败告终。

生物圈2号（Biosphere 2）是美国建于亚利桑那州图森市以北沙漠中的一座微型人工生态循环系统，因把地球本身称作生物圈1号而得此名，它由美国前橄榄球运动员约翰u2022艾伦发起，并与几家财团联手出资，委托空间生物圈风险投资公司承建，历时8年，耗资1 .5亿美元。生物圈2号内的生态群落： 生物圈2号有5个野生生物群落（热带雨林、热带草原、海洋、沼泽、沙漠）和两个人工生物群落（集约农业区和居住区）。它们以地球北回归线和南回归线间的生态系统为样板，分别由美英生物和生态学家设计而成。约4000个物种 圈内共有约4000个物种，其中动物（包括：软体、节肢、昆虫、鱼类、两栖、爬行、鸟类 、哺乳等）、植物（包括浮游、苔藓、蕨类、裸子和被子等）约3000种，微生物（包括细菌、粘菌、真菌、微藻等）约1000种，它们分别来自澳大利亚、非洲、南美、北美等地。各个野生生物群落中的生境并不一致 该系统内既有高大的树木（如红树），也有矮小的灌木草丛植物，错落有致、憩静秀美。各个野生生物群落中的生境并不一致，它们分别有4、6、4、4、6种生境，如海洋有海滩、浅咸水湖、 珊瑚礁和海水等4种类型。生物群落间均有相对独立的生态区将它们互相隔开，例如，热带草原和沙漠间有一簇灌木丛而相对隔离。为了保护各个群落不受环境胁迫，在其周围种植了耐性强的植物，例如，热带雨林的三周围是浓密的姜科植物，从而保护内部树种免遭侧面强光照 射，而与海洋的界面间种有竹子来抵御盐分渗入。 为了尽量贴近自然环境，该圈中的土壤、草皮、海水、淡水均取自外界的不同地理区间，通过 一定的人工处理再利用。例如，实验用的海水是将运进来的海水和淡水按照适当比例配制而成的。 生物圈2号中选择植物的标准主要考虑动物消费者的生命保障、分类多样性、物理 参数、植物的可利用程度和美学价值。为了适应达尔文的自然选择过程，植物种类开始时比 系统能支撑的要多一些，这样可以补偿物种的遗失或灭绝，并最终促进系统的持续稳定。生物圈2号实验历程1991年9月26日首次进驻 4男4女共8名科研人员首次进驻生物圈2号，1993年6月26日走出 ，停留共计21个月，在各自的研究领域内均积累了丰富的科学数据和实践经验。来自英国、墨西哥、尼泊尔、南斯拉夫和美国等5国的4男3女共7位实验人员在对首批结果进行评估并改进技术后，于1994年3月6日二次进驻 工作10个月后于1995年1月走出。他们在这期间对大气、水和废物循环利用及食物生产进行了广泛而系统的科学研究。生物圈2号是世界上最大的闭式人工生态系统。它使人类首次能够在整体水平上研究生态学，从而开辟了了解目前地球生物圈全球范围生态变化过程的新途径。更为重要的是， 它将作为首例永久性生物再生式生保系统的地面模拟装置而有可能应用于人类未来的地外星球定居和宇宙载人探险。神经系统 生物圈2号的“神经系统”是一个完整的计算机数据采集和控制系统，它是从位于居住区的指挥室辐射出的微处理机网络系统。这一内部“神经系统”通过信息通路与外界附近的“飞行控制”楼内的计算中心相联通。该楼作为分析中心而成为生物圈1号 和2号间获取分析数据及通讯的主要窗口。居住区内的指挥室通过遍布圈内的5000 多个传感器（每15分钟记录一次并读入无限增长数据库）能够有效地控制所有主要的操作参数，如温度、湿度、光强、水流量、pH值、CO2浓度、土壤湿度、仪器运作状态等，并能进行 数据传感器及所有报警装置的状态显示。每件装置均有手动控制开关以防“神经系统”任何部位的失灵。 尽管整个圈内为热带气候，但由于不同生物群落的冷暖要求不同，因此，各自又有相对独立的温度。海拔1200m的沙漠上 由于生物圈2号位于海拔1200m的沙漠上，其外围大气压不是标准压力101.3 kPa，而仅约为88.2kPa，因此，其内压只能略高，即为88.24kPa。利用机械系统模拟地球自然环境，例如制造海洋波浪、潮汐、溪流、瀑布以及按照季节要求控制风、雨、湿度等，并控制盐分梯度及营养循环速度和进行海水淡化。 最初，生物圈2号实验目的是研究人类及多种生物（植物和动物），在密封且与外界隔绝的人造系统中，是否可以经由系统内的空气、水、营养物的循环与重复使用下而能够健康、快乐的生存下来。确认“生物圈2号”实验失败 在1991至1993年的实验中，由于研究人员发现：生物圈2号的氧气与二氧化碳的大气组成比例，无法自行达到平衡；生物圈2号内的水泥建筑物影响到正常的碳循环；多数动植物无法正常生长或生殖，其灭绝的速度比预期的还要快。经广泛讨论，确认“生物圈2号”实验失败，未达到原先设计者的预定目标。证明人类离开了地球将难以永续生存 这证明了在已知的科学技术条件下，人类离开了地球将难以永续生存。同时证明：目前地球仍是人类唯一能依赖与信赖的维生系统。 1996年，巴斯将生物圈2号交由美国哥伦比亚大学管理与规划未来的走向，做为生态学、环境变迁研究及教学的基地。哥伦比亚大学开始将生物圈2号既存的生态系统仿真实验及新的研究计划整合于一体并对外界开放，做为研究及学习中心，以探索我们人类生活与环境生态的互动影响。百度百科上有更详细和清楚的，我粘的

看来目前人类的一切生活来源都离不开地球,保护地球,已经迫在眉睫!!!!

等一下

美国建于亚利桑那州图森市以北沙漠中的生物圈2号是一座微型人工 生态循环系统,因把地球本身称作生物圈1号而得此名。它由美国前橄榄球运动员 约翰·艾伦发起,并与几家财团联手出资,委托空间生物圈风险投资公司承建,历时8年,耗资1 5亿美元。 1991年9月26日4男4女共8名科研人员首次进驻生物圈2号,1993年6月26日走出 ,停留共计21个月,在各自的研究领域内均积累了丰富的科学数据和实践经验。来自英国、墨 西哥、尼泊尔、南斯拉夫和美国等5国的4男3女共7位实验人员在对首批结果进行评 估并改进技术后,于1994年3月6日二次进驻,工作10个月后于1995年1月走出。他们在这期间 对大气、水和废物循环利用及食物生产进行了广泛而系统的科学研究。 生物圈2号是世界上最大的闭式人工生态系统。它使人类首次能够在整体水平上研 究生态学,从而开辟了了解目前地球生物圈全球范围生态变化过程的新途径。更为重要的是, 它将作为首例永久性生物再生式生保系统的地面模拟装置而有可能应用于人类未来的地外星 球定居和宇宙载人探险 不过实践证明，该计划失败了 然而事实表明，“生物圈2号”的设想是不现实的。1993年1月，8名科学家进入“生物圈2号”一年多后，由于土壤中的碳与氧气反应生成二氧化碳，部分二氧化碳又与建“生物圈2号”用的混凝土中的钙反应，生成碳酸钙，导致其中氧气含量从21%降到14%；二氧化碳含量猛增。另一个意外是，“生物圈之号”运行3年后，其中的一氧化氮含量剧增到了79%，足以使人体合成维生素B12的能力减弱，危害大脑健康。 　　科学家还发现，除了藤本植物比较繁荣外，所有靠花粉传播繁殖的植物都灭绝了，大树也摇摇欲坠；昆虫除了白蚁、蟑螂和蝈蝈外，几乎都死了，人造海洋中生物生存情况略好于陆地；人造沙漠由于没有控制好降雨，变成了草地；“生物圈2号”下层的温度又大大低干预计的数字。1996年卫月卫日，哥伦比亚大学接管了“生物圈2号”。 　　科学又一次证明，地球是唯一孕育生命的星球。20多亿年间，地球上生物繁衍生息，存优汰劣，留存至今的动物约有数百万种·人类从诞生起，衣、食、住、行以及经济活动，无一不依赖这个星球，地球上的森林、湖泊、草原、海岸等自然系统，是人类赖以生存的基本环境。目前，人类还无法用人工方法保持地球的活力，没有人知道怎样建造一个脱离地球自然环境，而又能让人类休养生息的生态系统

生物圈2号（Biosphere 2）是美国建于亚利桑那州图森市以北沙漠中的一座微型人工生态循环系统，因把地球本身称作生物圈1号而得此名，它由美国前橄榄球运动员约翰•艾伦发起，并与几家财团联手出资，委托空间生物圈风险投资公司承建，历时8年，耗资1 .5亿美元。生物圈2号计划设计在密闭状态下进行生态与环境研究，帮助人类了解地球是如何运作，并研究在仿真地球生态环境的条件下，人类是否适合生存的问题。为了尽量贴近自然环境，该圈中的土壤、草皮、海水、淡水均取自外界的不同地理区间，通过 一定的人工处理再利用。例如，实验用的海水是将运进来的海水和淡水按照适当比例配制而成的。

生物圈2号1986年，美国人巴斯为了扩展人类新的生存空间，出资2亿美元在美国亚利桑那州的沙漠区动工兴建了世界瞩目的“生物圈2号”。1991年9月26日，来自世界各地的8位志愿者参与了生物圈2号的实验计划。计划设计在密闭状态下进行生态与环境研究，帮助人类了解地球是如何运作，并研究在仿真地球生态环境的条件下，人类是否适合生存的问题。生物圈2号占地面积约1.27公顷，体积容量达20多万立方米。其主要是由玻璃帷幕和钢架所构筑的仿真生态群系，包括了热带雨林、稀树草原、沼泽地、海洋（含珊瑚礁岸）、沙漠等五类荒野生物群带，以及人类的农田、微型城市及技术圈等三种人造地区。生物圈2号为一个密闭系统，其中大约涵纳了大气(17万立方米)、淡水(1500立方米)、咸水(3800立方米)、土壤(17000立方米)、生物(3800～4000种)，以及人类（四男、四女）等重要组成。在生物圈2号中的微城市的内部设计中，配置了：实验室、医疗设备、厨房、寝室、餐厅、健身房、盥洗设施，以及图书室及观察室等。这种温室型的实验室，其运转所需的能源，主要是靠太阳能和外部供输的电力。具备密闭生态实验室中空气热涨或冷缩的调节功能。最初,生物圈2号实验目的是研究人类及多种生物(植物和动物)，在密封且与外界隔绝的人造系统中，是否可以经由系统内的空气、水、营养物的循环与重复使用下而能够健康、快乐的生存下来。在1991至1993年的实验中，由于研究人员发现：生物圈2号的氧气与二氧化碳的大气组成比例，无法自行达到平衡；生物圈2号内的水泥建筑物影响到正常的碳循环；多数动植物无法正常生长或生殖，其灭绝的速度比预期的还要快。经广泛讨论，确认“生物圈2号”的实验失败，未达到原先设计者的预定目标，这证明了在已知的科学技术条件下，人类离开了地球将难以永续生存。同时证明：地球仍是人类唯一能依赖与信赖的维生系统。1996年，巴斯将生物圈2号交由美国哥伦比亚大学管理与规划未来的走向，做为生态学、环境变迁研究及教学的基地。哥伦比亚大学开始将生物圈2号既存的生态系统仿真实验及新的研究计划整合于并对外界开放，做为研究及学习中心，以探索我们人类生活与环境生态的互动影响。虽然生物圈2号计划实验目标并未达成，但是这也给人类上了很好的一课：大自然并非我们想象得那样简单，复杂巨大的系统关联中，可能每一缕轻风都是于生命所不可或缺的；人不是万能的，人类要依赖地球存活；人类要懂得顺应自然，要珍爱大自然的一切，才能与地球万物持续发展

从1991年9 月26日起的两年中，美国科学界进行了人工生物圈实验。八名男女科学家自愿住进了一个由玻璃和钢架建成的3.1 英亩的人造小世界里，从事两年的生态实验。除了一部电传机和电能供给外，他们与外界完全隔离，而且，除患严重疾病外，任何人不得离开这个地方。这项实验被称为"生物圈二号"。"生物圈二号"就像一个巨大的"生态球"，在拱型玻璃罩下，里面有3 800 种动植物。此外还有湖泊、沙漠、树林、草地和农田、楼房，以及制造人工风雨的装置。两年里，八位科学家要亲自饲养家禽、牲畜，种植农作物，方能维持生活。在这里，任何东西也不会浪费，都会循环使用，比如人吸入氧气呼出二氧化碳，绿色植物进行光合作用则正好相反。任何农药都严禁使用，庄稼有病虫害，将用瓢虫、黄小蜂进行生物防治。在这个生物圈里，科学家将对生态环境严格控制。如果食草动物过多，将引起草地破坏，就必须猎食一些食草动物，如果一种植物灭亡了，他们将取出试管内储存的植物细胞，重新培养。科学家们需要进行大量的实验，才能维持生存、净化环境，稍有不慎，生态危机就会出现。"生物圈二号"实验为世界瞩目，因为这项实验的成功不仅将对人类面临的环境危机、能源危机提出有意义的解决途径，而且可以有效利用现有资源，向宇宙空间、沙漠、海底进军。 二、从生物圈二号的失败看环境保护和生态恢复的必要性1991年9月26日，全球所有主要媒体均在头版头条刊登了一条激动人心的消息：由美国太空生物圈风险投资公司建立的“生物圈二号”投入运行，8位科学家笑容满面地于上午8:15正式入住位于美国亚利桑那荒漠的一个模拟地球环境的全封闭温室，开始了长期自给自足、与世隔离的生活。次年4月，英国的《新科学家》周刊还认为“这是肯尼迪总统提出飞向月球计划以后美国实施的最令人激动的科学研究项目”。但一年后，这些科学家们实在呆不下去了，一个个病怏怏地出来了。随后，科学家们又组织了两次封闭住人实验，但均以失败草草收场，而且住人的时间一次比一次短。那么生物圈二号是怎么回事呢？它为什么会以失败告终呢？自1940年以来，由于科学技术的进步，人类生产、生活和探险的足迹遍及全球。据统计，87%的陆地已受到人类活动的干扰，仅有3%的地方没有人类涉足。现在全球人口已达57亿，而且每年仍以9000多万的速度在递增。在那些有人居住的地方，人类为了生存，将大部分的自然生态系统被改造为城镇和农田，原有的生态系统结构及功能退化，有的甚至已失去了生产力。随着人口的持续增长，对自然资源的需求也在增加。环境污染、植被破坏、土地退化、水资源短缺、气候变化、生物多样性丧失等增加了对全球自然生态系统的胁迫。人类面临着合理恢复、保护和开发自然资源的挑战。在这种背景下，有人提出了向太空移民的计划，也有人提出了“我们只有一个地球”的呼吁。生物圈二号就是在这种背景下产生的。按照设计思想，地球是生物圈一号，生物圈二号是地球的缩影，人类如果能在这个模拟的地球中生活下去，就不怕地球环境恶化和资源枯竭，实在不行了就在人类控制的“地球”中生存。这个大科学工程从1986年设计，次年动工，至1991年完工，共花费1.5亿美元。它采用了全封闭的钢筋与玻璃结构，仅有阳光、电和信息与外界相通。其面积相当于3个足球场大，引入了3800多种生物布置成森林生态系统、草地生态系统、水和沼泽生态系统、农田生态系统和海洋生态系统，还有供研究和生活用的楼房和人造风雨设施。生物圈二号的设计寿命100年，科学家们希望通过人在这个系统中能实现长期自给自足的生活，从而为人类开发太空、建立生存模型、探讨人与生物间关系、保护生态环境、实现可持续发展等提供依据。但结果却是令许多人意想不到的：当入住的科学家们还未从兴奋和喜悦的心情中释放出来，他们就发现生物圈二号内的空气越来越差，氧气越来越少，二氧化碳浓度升高后导致了疲劳和失眠，以至后来有两位科学家不得不依靠氧气筒睡觉。刚开始，科学家们每天还可以到“海洋”中去畅游一番，但海水富营养化后形成的赤潮使人望而生畏。当科学家们看到许多活蹦乱跳的生物一一死亡时，心情就一天比一天糟，不到一年就死了近1/4的物种使他们彻底丧失了信心。科学家们检讨了实验失败的原因：自然界不同于人工控制系统，大而全的设计导致了顾此失彼。生物圈二号内的土壤均来自一个地方，不像地球那样不同地带有不同的土壤类型。模拟的各类生态系统的空间分布格局及大小比例不合理。地球上生态系统内的生物间关系很复杂，目前人类还未全面了解生物间的协调性。它最重要的启示在于：我们人类目前对地球的了解还是远远不够的，目前最好的办法还是保护和利用好地球，进行环境保护和生态恢复是实现人类可持续发展的必由之路。实验的失败使投资者失去了耐心，他在追加一笔运行费后将这个温室送给哥伦比亚大学作科普和科研基地。今天，任何人只要凭票即可进入参观。但无论如何，这个实验体现了人类智慧和科学进取精神，也为人类更好地了解地球和生态系统的复杂性提供了最直接的证明。

生物圈II号是美国科学家建造的一个生物实验室，这个实验室是不依靠外界支援，自给自足，就像一个小型的生物圈，但最终还是以失败告终。这就说明地球这个大生物圈是人类惟一的可持续发展的居住场所。其它的人工生物圈都或多或少在循环的过程中资源逐渐匮乏，不能持续。同时也是呼吁人们保护和节约地球现有资源，才能使人类活得更长久。

释文：该计划拟耗资2亿美元，美国科学家将此工程命名为“生物圈二号”的原因，其意思是将现在人类居住的地球看成是“生物圈一号”。此实验的主要任务是模拟地球的生态过程。这项实验是在一个占地3.1英亩（12 550平方米），大约有两个足球场的大小的、用玻璃和钢架建成的一个密闭的拱形玻璃罩内进行的。这个拱形玻璃罩从外观看，由三个圆拱形结构和一个金字塔形结构组合成的建筑群组成，有10～20层楼高，里面设置了多个连通的实验室。一些科学家将此实验戏称为“在一个瓶子中的星球”。这是世界上最大的、用人工建筑与陆地表面连接起来的一个封闭生态系统。“生物圈二号”试验的目的是：观察空气、水和废物在一个封闭的环境中怎样有效地进行再循环，以及评价在这样的实验条件下，是否能够创造出一个稳态的生态系统，以寻找维持生存和净化环境的有效途径。在这个封闭生态系统中，设置了土壤、水、空气与动植物，还人为再造了一系列栖息地，如盐碱滩涂、沙漠、珊瑚礁、树林、湖泊、亚热带的大草原和密集型的农业；选用了4000多个代表热带雨林的自然物种；还利用了制造人工风雨的装置。该系统除了电力供应和计算机与外界联系外，其他方面均与外界完全隔绝。1993年1月开始，这个系统由8名男女科学家自愿者在密闭系统中工作两年，通过种植农作物、饲养家禽和家畜进行生态试验，以自我维持、自我满足。如果发生病虫害，只允许用瓢虫和金小蜂进行生物防治，不准使用任何农药。可以说这个实验系统，已集中了当时各项科学技术最先进的成就，反映了所能够实验的所有意图和目的，科学家们尝试着循环使用各种自然资源并维持生态平衡。例如，人和动植物的呼吸作用要消耗氧气，同时放出二氧化碳；而绿色植物的光合作用则刚好相反。科学家通过不断地测定系统内部的空气中氧气和二氧化碳的含量，来准确地测定并调整人与动植物的适当比例。如果食草动物过多，有可能破坏草原，他们就食用一些食草动物；如果某种植物消失了，他们就尝试用试管内储存的细胞重新培养这些植物，并且逐步找出它们消亡和保存的条件。这项预期进行两年的实验，在进行了18个月过后，该系统就严重失去平衡，氧气浓度从21.5%降到14%，不足以维持研究者的生命，被迫从外部向系统内输入氧气，以便完成原定两年的实验。此封闭系统总共开启了24次加以补救，但原有的25种小动物中有19种绝灭；为植物传播花粉的昆虫也全部死亡，植物无法繁殖。为期两年的实验，于1993年9月26日正式以失败告终。

生物圈二号外观 1991年，美国科学家进行了一个耗资巨大规模空前的“生物圈二号”实验。“生物圈二号”是一个巨大的封闭的生态系统，位于美国亚利桑拿州，大约有两个足球场大小。从外观看，它很像科幻片里建在月球上的空间站。依照设计，这个封闭生态系统尽可能模拟自然的生态体系，有土壤、水、空气与动植物，甚至还有森林、湖泊河流和海洋。1991年，8个人被送进“生物圈二号”，本来预期他们与世隔绝两年，可以靠吃自己生产的粮食，呼吸植物释放的氧气，饮用生态系统自然净化的水生存。但18个月之后，“生物圈二号”系统严重失去平衡：氧气浓度从21%降至14%，不足以维持研究者的生命，输入氧气加以补救也无济于事；原有的25种小动物，19种灭绝；为植物传播花粉的昆虫全部死亡，植物也无法繁殖。事后的研究发现：细菌在分解土壤中大量有机质的过程中，耗费了大量的氧气；而细菌所释放出的二氧化碳经过化学作用，被“生物圈二号”的混凝土墙所吸收，又打破了循环。此次失败的实验项目在社会上引起了广泛的争论，从事此项实验的科研机构的威信大受影响。1994年3月，7名科学家再次进入“生物圈二号”进行第二次实验，这种努力在1年半之后再次以失败告终。“生物圈二号”还有用吗？公众再一次表示了疑虑。

氧气总量因为土壤中有机质被氧化而下降，而产生的二氧化碳被建造建筑的混凝土吸收了，没有进入循环生物圈内光合作用能力不够，密闭容器内的二氧化碳含量上升，比地球上正常含量高出10倍以上一年多以后，“生物圈2号”的生态状况急转直下，氧气（O2）含量从21％迅速下降到14％,而二氧化碳（CO2）和二氧化氮（NO2）的含量却直线上升,大气和海水变酸, 很多物种死去，而用来吸收二氧化碳的牵牛花却疯长。大部分脊椎动物死亡，所有的传粉昆虫的死亡造成靠花粉传播繁殖的植物也全部死亡。由于降雨失控，人造沙漠变成了丛林和草地。“生物圈2号”内空气的恶化直接危及了居民们的健康，科学家们被迫提前撤出这个“伊甸园”。二氧化碳多、氧气少（因为植物相对太少了,不足以将人和植物自身产生的那么多二氧化碳转化并释放氧气.氧气的消耗速度高于产生速度,而二氧化碳的产生高于消耗）、水循环失调、生物种类关系的失调等。 “生物圈2号”的实验以失败告终。