如果把一座雨林、一片海洋、一块农田和人类的生活空间纳入同一套人工系统，能不能让里面的人长期生活，而不必依靠外界提供食物、水和空气？

这个问题听起来像科幻电影里的设定，美国却真的为此投入了大量资金，并且让八名参与者连续生活了两年。

这项实验的名字叫“生物圈二号”，英文名称为Biosphere 2，位于美国亚利桑那州奥拉克尔地区，它不是普通的温室

也不是简单地把各种动植物集中养在一座建筑里，而是试图把多个生态区域组合起来，让空气、水、土壤、植物、动物和人类之间形成能够持续运转的循环系统。

1991年9月26日，四名男性和四名女性进入设施，开始为期两年的封闭生活，直到1993年9月26日才结束第一阶段任务

这场实验最终留下的答案并不简单，八个人确实完成了两年的封闭生活，但设施没有达到完全依靠内部生态循环维持生命的最初目标

一、封闭空间难以复制地球生态

生物圈二号的建设并非一朝一夕完成，主体工程从1987年1月开始，到1991年9月基本完成，建设者希望通过一座大型封闭设施

检验人类能否依靠人工设计的生态系统生活，同时研究自然环境中不同组成部分之间的联系，相关探索也与未来太空居住和生命保障技术有关。

整套设施占地约1.27公顷，内部设置了热带雨林、海洋、湿地、草原、沙漠以及农业生产区等不同区域

还配备了供参与者居住和开展工作的空间，建设者不仅需要考虑动植物能否存活，还必须让各个区域之间的水分、气体和营养物质保持相对稳定的循环。

这项设计真正困难的地方，在于每个区域都不是独立存在的，农田里的植物需要水分、光照和土壤养分，土壤中的微生物会分解有机物

动物会呼吸并产生废弃物，人类也需要持续消耗氧气、摄取食物和处理排泄物，所有环节彼此牵连，一处发生变化，就可能沿着整个系统传递下去。

参与第一次封闭任务的八名成员分别具有医学、植物学、农业、工程和生态研究等方面的经验，他们需要自己种植粮食、管理动物、处理生活废弃物，并持续记录空气、水和生物群落的变化，外界则通过监测和研究工作了解设施的运行状况。

需要说明的是，所谓封闭，并不意味着建筑连阳光和能源都不能从外界获得，而是尽可能限制物质交换，让空气、水和食物主要依靠内部系统循环与生产

因此，判断实验能否成功，不能只看八个人有没有在里面住满两年，还要看系统是否真正具备持续供养居民的能力。

从工程角度看，建成一座能够容纳多个生态区域的建筑，本身就是一项复杂工作，但把各种设备装好，并不等于已经掌握自然界的运行规律，生物圈二号随后出现的问题，恰恰发生在那些设计者原本希望自行维持平衡的环节。

二、氧气失衡暴露循环系统短板

实验开始后的头几个月，设施里的农业生产和日常生活仍在继续，真正严重的麻烦却逐渐出现在空气成分上

到了1993年1月，生物圈二号内部的二氧化碳浓度一度达到外界的约12倍，氧气水平则下降到相当于海拔约5200米环境的程度，已经不能满足长期健康生活所需要的条件。

​氧气为什么会减少？研究人员后来发现，关键原因之一藏在土壤里，为了让农业区和热带雨林能够快速生长

设施内使用了有机质丰富的土壤，这些土壤为植物提供养分的同时，也支持了大量微生物活动，微生物分解有机物时会消耗氧气，并向空气释放二氧化碳。

问题在于，土壤中的分解过程比预先设想的更加活跃，植物通过光合作用吸收二氧化碳、释放氧气的速度，却没有及时抵消这种消耗

原本设计好的气体循环因此失去平衡，而建筑中的混凝土又吸收了部分二氧化碳，使氧气和二氧化碳之间的变化更加复杂。

换句话说，研究人员并不是没有把植物和土壤纳入计算，而是低估了土壤微生物、建筑材料以及植物生长状态共同作用的结果

地球上的生态系统经历了漫长的演化，形成了多层次的物质循环机制，人工设施即使拥有大量生物，也未必能够在短时间内建立同样稳定的关系。

当氧气下降到危险水平后，项目团队不得不从外界补充氧气，以保障参与者的安全，这项措施缓解了眼前的问题

却也说明生物圈二号还不能完全依靠内部系统维持大气成分，实验原本希望验证的独立运行能力，受到了直接挑战。

空气问题之外，食物生产同样没有达到理想中的稳定程度，农业区能够提供相当一部分口粮，但种植面积、光照条件、作物种类和害虫等因素都会影响收成

农业生产也需要投入大量劳动，如果作物产量不足，八名成员就很难始终依靠内部种植获得充足而均衡的营养。

食物供应的难题并不只是少收几筐蔬菜那么简单，植物生长需要时间，种子储备也不可能无限增加，一旦产量下降

系统就必须在种植、收获、储存和日常消耗之间重新分配资源，这种压力会进一步增加农业管理的难度，也让封闭环境的运行变得更加脆弱。

设施内还有水循环、废弃物处理以及动植物种群变化等问题需要观察，某些生物的数量会发生变化，原本引入的部分动物和传粉昆虫也未能长期存活

这说明生态系统不能仅仅依靠物种名单来设计，真正关键的是各类生物能否形成稳定的食物关系，并持续承担相应的生态功能。

长期共同生活还对工作分配和组织管理提出了要求，八个人必须在有限的时间内完成农业生产、设备维护、科研记录和日常事务，资源紧张时，任务安排与决策方式也会成为管理难题

不过，如果把实验受挫全部归结为成员之间的分歧，就会忽略更重要的科学事实，即使参与者配合良好，氧气循环和粮食生产的问题仍然需要通过工程改进来解决。

三、实验数据继续服务太空探索

1993年9月26日，第一批八名参与者完成了为期两年的封闭任务，设施却没有实现完全依靠内部生态循环维持生活的目标，因此，这项实验不能被简单归类为成功，也不能因为出现了严重问题，就认定它毫无科学价值。

生物圈二号最值得重视的结果，是它让研究人员有机会观察一套大型人工生态系统在真实运行过程中会发生什么

实验室里的小型容器可以用于研究单一因素，而一座容纳农田、森林、海洋和人类的设施，则能让科学家看到不同因素相互影响时出现的复杂变化。

第一阶段任务结束后，相关人员并没有立即停止探索，1994年3月，第二次封闭任务启动，七名参与者进入设施继续开展实验

但第二次任务只持续了约半年便结束，之后项目经历管理调整，研究重点也逐渐转向生态系统科学与环境研究。

1996年1月，哥伦比亚大学扩大了对生物圈二号的管理和研究职责，2003年12月23日结束相关管理工作

2007年7月，亚利桑那大学开始接管该设施，2011年，亚利桑那大学获得了生物圈二号园区及相关设施，此后继续利用这里开展大型生态系统研究。

到了2026年，生物圈二号已经不再只围绕最初的封闭生活实验展开工作，亚利桑那大学仍将它用于研究复杂生态系统、气候变化和资源循环，研究人员能够在可控制的条件下观察植物、土壤、水分和空气之间的联系，并通过长期测量积累数据。

2025年10月，生物圈二号的月球与火星模拟舱SAM开展了一项封闭环境试验，一名参与者与144株矮生豌豆共同生活了两周

研究人员记录植物吸收二氧化碳、通过光合作用释放氧气的能力，试验还在第八天收获了豌豆植株，以测量植物从空气中移除碳的情况。

2026年2月25日，亚利桑那大学公布了这项工作的进展，并介绍了后续作物试验计划，其中包括小麦、水稻、大麦、生菜、菠菜和马铃薯等品种

这类研究与1991年启动的封闭实验存在直接联系，但研究方法已经更加细化，科学家不仅要判断一套生态系统能不能运行

还要测算需要多少种植面积才能满足人员的空气更新需求，植物能处理多少二氧化碳，以及生物系统与机械式空气净化设备如何协同工作。

亚利桑那大学2026年2月25日公布的资料还提到，研究团队正在利用机械式二氧化碳清除设备开展测试，比较植物参与的生物循环与设备净化之间的差别

并研究两种方法能否根据任务需要相互补充，这意味着未来的封闭居住系统可能不会只依靠某一种技术，而是需要多种手段共同维持空气质量。

对于月球或火星上的长期居住任务而言，氧气、饮用水和食物都不能只按短期需求来准备，因为补给运输受到距离、成本和运载能力的限制

生命保障系统必须尽量降低消耗，并在设备出现故障时保留应对空间，而生物圈二号的经验恰好提醒研究人员，设计阶段的理论计算需要通过长期试验来检验。

1991年9月26日那场实验，四男四女进入封闭设施，目标是验证人类能否在人工构建的生态系统里连续生活两年，1993年9月26日，他们完成了任务，却也留下了氧气失衡、物质循环不稳定和食物供应受限等问题

这些结果说明，住满两年和建立一个能够长期自我维持的生态系统，并不是同一回事。生物圈二号的意义，正在于它把一个宏大的设想拆解成可以测量、可以重复研究的科学问题

人类要想在地球之外长期生活，不能只建造居住舱，还要理解土壤微生物如何消耗氧气、植物能够提供多少食物、二氧化碳怎样被处理，以及各个系统在长期运行中会出现哪些变化，而这些问题的答案，仍需要持续的实验和数据积累。