开垦新土地是人类固有的冲动,因此,把视野扩展到其他星球也不奇怪。未来移民意味着人类需要在一个与地球生态系统截然不同的星球上种植自己的农作物和生产粮食。
尽管大多数人普遍认为植物生长需要土壤,然而对于大多数植物的生长而言,土壤并不是必须的。事实上,耕地上种植生长的农作物并不是土壤促进了植物生长,而是土壤中的营养成分。植物生长需要一些基本条件,包括水、营养物质、空气(二氧化碳)、光照、适宜的温度、空间和时间。事实上,植物根部从土壤中吸收的只有水和营养物质,植物生长所需要的营养物质包括氮(N)、磷(P)和钾(K)等元素。
只要满足上面这些基本条件条件,植物都是可以正常生长的,土壤中的大部分成分都不受农作物生长的影响,更多的是起支撑作用,而营养物质也不一定足够,所有即使是肥沃的农田都需要施肥的过程,给耕地土壤补充营养物质。
植物营养物质也是无土栽培技术的基本条件,比如下面就是经典的Hoagland’s水培营养液的配方,足以满足大部分植物的生长所必须的营养。
在Hoagland’s水培营养液中,即使不需要添加任何土壤,或者只添加不含任何营养物的砂对植物进行固定,植物也能正常生长。
当然,也有一些科学家试图研究月球土壤中的营养物质是否足以支持植物的生长,利用月球上类似的土壤来种植普通作物,这种与月球土壤类似物来自长期休眠火山的沉积物。月球土壤营养稀缺,如下图。
实验选择了特定的作物:这些作物平时生长在贫瘠土壤,种子小,很快就会耗尽种子中的氮源,必须依靠吸收土壤本身的营养成分。包括胡萝卜、芥菜和天仙子,每天只用不含任何盐分的水浇灌两次,避水中带入营养成分。结果发现在模仿月球的土壤中,植物都无法存活,原因是缺氮。而模仿火星样土壤中的植物生长得非常好,甚至比取自莱茵河下游的贫瘠土壤上的植物要好。