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发帖数: 198 | 1 原帖有图：
http://blog.sciencenet.cn/blog-268546-1114999.html
雪域天府——再造一个生态圈
人类需要不断开拓生存空间
最后一个冰期在12000年前结束，地球正式进入人类时代。人类在非常短的地质时期内
，不断开拓，进取，发展，迅速扩散到全球，占领了几乎所有的宜居地区。大开拓导致
了人类社会的大发展，大跨越。但是，单一模式的大开发也引起了地球环境的巨大变化
。土地退化，资源匮乏，污染，极端天气增加，全球气候变化，等等，正在成为全人类
面临的紧迫问题。
我们应该怎么办？是保守，自律，还是继续开拓？其实，即使从远古蛮荒时期开始算，
甚至远在人类出现以前，可利用的资源永远不够，环境永远承受着巨大压力。人类社会
还在发展，人口还在增加，整体生活水平还在提高。我们需要更多的粮食和生存空间，
需要更好的环境和生态。我们必须继续开拓，但要注意保护地球原始的生态环境。
首先，我们应该开发自然条件恶劣的地区，比如沙漠和荒原，自然条件下，这些地方生
态贫瘠，开发不会对地球的整体生态环境产生大的影响。其次，我们应该尽量封闭开发
，让我们建立的环境与自然环境隔离，将对自然环境的影响降到最小。第三，开发的成
本不要太高，尽量被动地利用天然资源，降低总的能源和材料消耗。
还有什么地方可以开拓？
让我们飞上天空，俯视地球，看看有多少荒原可以开拓？
我们先来看两张图。图1是全球初级生长量（Primary Production）分布图，也就是全
球自养生物，主要是通过光合作用合成有机物的产量分布图。由于自养生物处于食物链
的底端，初级生长量的多少一般也决定了本地区生物质的总量，或者生物多样性。
图1 全球初级生长量分布图（NASA）
我们先不看海洋，只看陆地。可以看出，植被发育良好的地区包括热带雨林，及北半球
亚热带，温带与寒带的森林。这些资源中，被人类占用的部分可以看图2。
图2 人类占用的净初级生长量（NASA， Nature 2004）。上图是每年
的占用量，单位是克碳每年。下图是人类占用量占本地生产量的比例。
图2的下半部分是人类占用初级生产量占本地总生产量的比例。颜色最深的紫色表示占
用量为本地生产量的2到400倍。可以看出，人类占用陆地全部初级生产量的比例已经非
常大。所有的人口稠密地区，如东亚，南亚，欧洲，美国东部，都有大量的紫色区域。
这些区域的本地资源完全无法供养区内人口。占比低的地区，基本都是无人区，也就是
不适合人类生存的热带雨林，沙漠，极地冰原等（除阿拉伯半岛）。
在适当的技术支持下，北非，西亚，澳洲的沙漠地区是可以开发的。简单的做法就是利
用海水降温增湿，目前已经有成功的案例，如Charlie Paton的海水温室计划(Seawater
Greenhouse)。这些地区大规模开发可以让地球人口增加一倍。
中国还有可战略开发的土地吗？
我们再来看看中国。图3是中国的总初级生产量分布图。可以明显看出，为什么中国人
口集中在东南部。东南部的土地资源矛盾已经非常突出，西北部却极端贫瘠。中国的粮
食自给率连年下降，目前已降至约80%。那么还有什么地方可以战略开发呢？东北已经
开发，西北自然条件太恶劣，非常缺水，冬季苦寒，另有沙尘，大风危害，开发成本高
。中国版图上唯一一块可以开发的处女地就是青藏高原了。前面我已撰文说明（《农业
发展千年大计》），如果采用人工环境，青藏高原具有许多得天独厚的优势，比如可再
生能源丰富，光照充足，温度适宜，季节温差小，昼夜温差大，没有破坏性自然灾害，
水资源丰富，土地资源丰富，等等。
图3 中国总初级生产量分布图，单位是克碳每年每平方米
取自X. Li et al. Ecological Modelling 261–262 (2013) 80–92
那么，开发青藏高原会不会破坏本地自然环境呢？首先我们要知道，青藏高原，特别是
高海拔地区，自然生态极度贫瘠。图4截自百度地图，是青藏高原的卫星图。
图4 青藏高原的卫星图
也可以看看青藏高原的总初级生产量分布图（图5）。高海拔地区的自然初级生产量极
低，甚至不到南部雨林地区（藏南非实控区）的百分之一。即使气候比较温和的中部，
也只有南部或东南沿海的十分之一左右。
tibetgpp.jpg
图5 青藏高原的总初级生长量分布，单位是克碳每年每平方米。
取自M. Ma, 等, International Journal of Digital Earth, 2017.
我们知道，在人工环境下，如果折合成初级生产量，可以达到10000克碳每年每平方米
左右，是热带雨林的四五倍，西藏本地自然初级生产量的一百倍到一千倍。如果我们保
留具有一定自然生长量，也就是一定本地生态的地区不开发，或者只开发其中的贫瘠区
域，可以最大限度地保留本地自然生态，但仍然有面积巨大的绝对贫瘠区域可以开发。
人工环境打造理想生态圈
青藏高原自然环境恶劣，主要是海拔高，气温低，无霜期短，有些地区不存在无霜期，
依靠光合作用的自养生物无法生存。但在存在充足光照的条件下，人工改变环境非常简
单。高原条件下，普通结构的温室也可以有效提高气温40到50℃。即使在最冷的冬天，
也可以很容易维持植物生长需要的温度和光照条件。因为高原地区的冬季几乎没有阴天
，白天可以升温并蓄热，维持夜间不霜冻，夜间的低温又可以有效保持植物养分。而在
夏天，青藏高原不存在高温。在青藏高原，仅利用低成本的被动控温，温室就可以常年
维持植物的最佳生长条件。在实现被动型人工环境的条件下，青藏高原几乎是理想的天
府之国。
种植发展起来后，养殖业顺理成章。
根据我们的计算，在人工环境条件下，西藏每一亩土地可以生产十亩东部自然环境下土
地的产量。但东部因为自然环境（夏天温度太高，有破坏性自然灾害）的原因，不适合
发展被动型人工环境农业，而主动型人工环境农业成本太高。
由于人工环境可以控制所有的环境要素，种植业和养殖业的发展没有限制，无论是热带
作物，温带作物，还是潮湿，干旱需求，都可以满足。因此人工环境下，可以打造各种
各样不同的生态圈，培养不同的生物群落。
如果结合可再生能源开发，利用青藏高原十分之一的自然生态极端贫瘠国土，可以完全
满足全国的能源需求和种植养殖业需求。
种植养殖产业发展起来之后，城市，休闲，观光的发展自然而然。
青藏高原发展的缺点在于基础设施还不够完善，人才缺乏，高原缺氧不适合长时间户外
工作。但西藏的基础设施正在不断完善，川藏铁路将很快通车。牧民定居和社区化，人
才培养等，也取得了长足的进步。
高原缺氧在人工环境中可以解决。
随着技术的进步，由于温室环境温和，发展以机器人为主的精细自动化目前看来并不存
在原则性的障碍。
由于可再生能源丰富，大规模工程施工可以考虑电气化。
前期只需要在目前的农业开发区逐步完善规划的技术和种植模式。
人工生态圈案例
美国生物圈2号
位于美国亚利桑那州图森市北部，是一个人造封闭生态系统。占地1.3万平方米，大约
有8层楼高，是密封钢架结构玻璃建筑。该地区日照充足，海拔较高（1100米），类似
西藏，但西藏特点更突出。该项目是为了验证完全封闭的生态圈，成本较高。西藏建设
生态圈并不需要完全封闭，可以降低成本和有效利用环境。
生物圈2号中建有多个生态群落，包括海洋，热带草原，海岸浓雾沙漠，热带雨林等。
bio21.jpg
生物圈2号外部
bio22.jpg
生物圈2号的海洋
英国的伊甸园项目
位于英国康沃尔郡，是英国的最受欢迎的旅游景点之一。伊甸园计划由多个巨大温室组
成，养殖了大量植物，每个温室模仿一个生物群落，包括热带雨林环境，地中海环境等。
英国纬度高，冬季漫长，但在人工环境下，仍然可以形成各种类型的生物群落。
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英国伊甸园计划外景
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伊甸园计划的热带生物群落
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