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马特达蒙牌火星土豆的五十种死法

《火星救援》终于在中国上映了。NASA宇航员马克·沃特尼的大无畏革命英雄主义精神、顽强意志以及(最重要的)逗比属性,被马特·达蒙完美地再现于银幕之上。一部荒野求生题材的影片,当然少不了如何填饱肚子的部分,马克的解决方案是在栖息舱里开辟了126平方米的土豆田。尽管遭遇了一号气闸泄露事件,这些中道崩殂的土豆还是为马克提供了549个火星日里大部分的卡路里。

种土豆的小马特。图片来源:二十世纪福斯

马克把这一成就归功于他在芝加哥大学学到的植物学知识。对此我(顾有容)是深表怀疑啦。你们知道我老婆@桔子帮小帮主 是在芝大念的博士,还轮转过两个植物学实验室,她跟我说芝大植物系根本不教怎么种土豆。所以马克你到底是在哪儿学的?

为了表现自己在念书的时候就是个学霸,马克跟“系里的一半人”划清了界限:那些“考虑用纯采集的方式养活70亿人,并花了大半时间改良大麻种植的嬉皮士。”作为一个学植物的,我对这句话的前半部分表示抗议,原著作者显然是把植物学工作者和极端环保主义者以及德鲁伊教徒搞混了。对这句话的后半部分,我老婆也表示了质疑。嗯,她这种好学生当然不可能知道那些人把大麻种在哪里。

尽管嘴上说得厉害,真种起土豆来马克还是犯了一些错误——可以理解,学校里没教嘛。这些错误有的无伤大雅,有的却会彻底断送他的求生大计,根本就不用等到一号气闸泄露。火星可没那么容易就让你殖民了,马克。

以下细节请牢记于心,万一你和一袋生土豆一起被丢在火星上,它能救你的命。

剧透等级★☆☆☆☆:只有涉及土豆的极微量剧透,请放心观看。

土豆是个好东西

吐槽之前我先唱个赞歌。《火星救援》发生在极近的未来,(理论上)所有情节都是基于今天的技术水平就能实现的。科幻感不强,但却更加激动人心,因为触手可及。马克的求生故事实际上反映了宇航员生命维持系统的核心思想——循环利用一切可循环的东西。

在马克的计算中,他活到救援到来所需的物质是足够的,唯一欠缺的是能量。人毕竟不能靠晒太阳喝西北风活着,而土豆的作用就是把太阳能转化为马克可以利用的化学能,因而成为整个循环系统中最重要的一环。要让这个循环系统运行起来,马克的计算是需要造出600升的水,靠燃烧MAV的火箭燃料就可以。

要说这土豆也算是他走了大运。火星任务携带的种子,本来都是些杂草——毕竟携带这些种子的目的只是为了验证火星土壤与地球植物的匹配程度,完全用不着考虑吃这件事儿。但是,也算老天哦不NASA开眼,他们居然打包了几个土豆!本来这纯粹是让船员感恩节加餐的,但是为了培养船员感情,装的居然是活的生土豆,准备让大家围桌坐削个皮啥的。这下,原定的加餐土豆泥变成了救命粮草。

土豆是个好东西,营养均衡,周期快,从芽开始算起15天成苗、用20天长匍匐茎、用30天成块,基本两个多月就能收。而且它也容易种容易收,只要切成块,埋到土里就能长。唯一的要求是每个切块上必须要有芽眼——这一点马克很谨慎,每块留了俩。

简直无懈可击,但是!

和土豆打?可没那么容易…… 图片来源:squarespace.com

你得先浇水!

最可怕的就是这个但是。影片里马特·呆萌真种的时候,上来就犯了个大错误:把造水和种土豆的顺序搞反了。

他先把火星土运进栖息舱铺平,耕出浅沟(动作非常专业),把肥料和土豆埋进去,然后才开始造水。就这样,土豆们被送上了绝路。

农业上有个概念叫萎蔫系数(wilting coefficient),是说植物发生不可逆的永久萎蔫时的土壤含水率。这个值因土壤类型不同而有很大差异,比如说砂土是1.8—4.2%,粘土是17.4—24%。土壤里的水含量比这些值低,植物就会干死。

注意,这说的是液态水,是105°C烘烤土壤就准能烤出来的那种水。谢天谢地,前不久NASA还真在火星表面逮着了液态水;但那都是在中低纬度地区比较暖和的地方,毕竟火星整体太冷了,平时都是结冰的。不幸的是,马克被丢到了快北纬50度的地方——也就是地球上黑龙江那个位置;更不幸的是,作者专门跳出来声明过,他刻意把马克丢在了没水没冰的干沙子里面。说到底,在火星上打井哪有烧火箭燃料酷炫嘛!

也不能说一丁点水都没有,好奇号发现火星土的水分含量“高达”2%,但这些水大多是以化学和物理的形式紧密结合在固体物质中,是好奇号835度高温加热才烤出来的,算不得数。

照这样,别说土豆的根系无法从火星土里吸收水分了,反而会被火星土夺走。作为一个压过上万份腊叶标本的前标本馆工作人员,我负责任地告诉你,用来吸干植物的吸水纸可比火星土湿润得多啦!不出一周,马特呆萌种下去的土豆就会变得比薯片还干。就算他种完立刻开始造水,也需要大约30个火星日(见原著)才能造够,在这之前土豆早就回天乏术了。

原著小说里土豆的命运也许稍微好一点。马克先用储藏的250升水处理了大约6.25立方米的土壤并种下了土豆,他计算的依据是每立方米土壤需要40升水灌溉。然而这里他搞混了一个概念,这40升水指的是“土壤有效水分”,必须浇在含水量高于萎蔫系数的土里才能被植物利用。对于原本不含液态水的火星土,每立方米40升水也就是大约1.4%的含水量,哪怕是砂质土最低的萎蔫系数也比这个值高。更何况火星土很大一部分是硅酸盐黏土,这玩意儿的吸水能力嘛,怎么说呢,很多硅酸盐黏土是直接吃进去就能止泻的……所以马克的土豆还是得干死,只不过过程更长更痛苦而已。

换句话说,600升水还真的完全不够用。地球上绝大部分地区,农业用水都占总用水的大部分,这不是没理由的。这还只是在润湿土壤,等植物真长起来了,耗水量更是嗖嗖的。土豆已经是节水作物了,但地球上的土豆长得最欢的时候,推荐需水量是5.91毫米/天,对马克来说就是每天都要浇750升的水。虽然密封的太空舱里几乎所有的水都能回收,但光这周转率也扛不住啊。要想不把所有时间都花在浇水上,至少得准备个一千来升的余量吧?

而且土豆本身含水量还很高,你收一斤土豆,里面差不多得存着七两水……

简单估算的话,恐怕需要加水到土壤的15%-20%;加上植物体内的水,用来周转的水,没有一两万升拿不下来。可怜。

正确的姿势是先用储藏的水让较少的土壤保持足够湿润,种下土豆,然后一边不断造水不停歇,一边处理更多的土,并扩大种植规模。一开始弄那么大规模有啥用?你总共只有12个土豆而已。

这个故事告诉我们,光有沟是没有用的,哪怕有沟且火也是没有用的……图片来源:二十世纪福斯

屎里有毒!土里也有毒!土豆里还有毒!(啊?)

马特·呆萌说这部影片里他最喜欢的台词是“I gotta science the shit out of this planet”,或可翻译为“屎科到底”。他和翔的搏斗是影片中的一大看点。不过该死的编剧又要背锅了,呆萌哥处理翔的方法也是危机四伏啊。

从栖息舱外捡回大家真空包装冷冻干燥的翔,剪开袋子,吐槽队友贝丝·约翰森的食物结构,加水搅匀,挖出一坨,把土豆块摁在上面,埋起来——看到这里老农民可能已经笑得在地上打滚了。俗话说得好,种地不上粪,等于瞎胡混,可是哪有你这么上粪的?生粪会把庄稼烧死呀!哦马克你是科学家,那换个科学的说法:施用未经充分腐熟的粪肥,其后续发酵过程中产生的热量会对作物生长产生不利影响。那么大坨翔,把土豆直接烧熟了也说不定呢。咱又不是没有微波炉,干嘛用这么重口的烹调方法。

原著小说对翔的处理周到得多。作者提到粪便里的细菌非常重要,它们能把粪便分解成植物能吸收的营养物质。然而之前积存的粪便是真空冷冻过的,细菌都死了,于是马克需要在其中混入自己新鲜出菊的粪便,并把粪便和土混匀堆放一周以上,以达到让细菌繁殖并腐熟粪肥的目的。要我说马克也是赶上了好时候,在阿波罗计划的年代,装翔的袋子里是要加杀菌剂的,不然粪便发酵产生的气体会让袋子炸开(是的这种事故真的发生过)——然而杀菌剂也会让后加进去的细菌全部阵亡,谢天谢地现在的太空厕所都是真空冷冻干燥杀菌的了。

顺便说,阿波罗时代为了保证杀菌充分,是要用手把便便和杀菌剂拌匀的。

又顺便说,粪便发酵产气的这个步骤是在马克的栖息舱里完成的……

希望你不是在吃饭的时候看的本文。

这是阿波罗10号第6天的任务记录……图片来源:imgur

言归正传。要让土豆长好,光有粪便里的细菌还不够。在地球上,植物根际土壤里的微生物构成了一个小小的生态系统,植物依赖这些细菌吸收养分,甚至还能利用它们传递信息。土豆对微生物的依赖倒不像兰花什么的那样极端,但缺了终归不行。原著里非常贴心地让马克带了一些地球上的土样,而马克正是利用这些土样完成了对火星土的改造,方法如前所述。所以说出远门带上一撮家乡土防治水土不服很有道理啊,尤其是远到另一颗行星上的时候。这个情节在影片里省略了。

另一方面,火星土也不是好惹的。马克的整个土壤改良计划都是在做加法,加水加菌加肥料,但他完全忽略了火星土里特有的成分可能坏了大事。火星表面的尘土里含有大量的硫酸盐和氯化物盐,这是液态水曾经存在的证据,但同时也意味着加水后土壤会呈现较强的酸性。总的来说土豆喜欢偏弱酸性的土壤,因此还算是一种蛮有前途的火星作物的候选者。但如果pH值低于4.8,土豆就不能正常生长了,毕竟不是做醋溜土豆丝。

更糟的还在后面:凤凰号发现火星土含有千分之几的高氯酸盐,而火星的液态水也的确是塞满了这些东西的强力卤水。这玩意儿没准可以用来通厕所,但这么强的氧化剂直接种植物嘛……所幸,这些盐类是溶于水的,也许马克可以先用水把土漂洗一遍,反正水是可以循环的。提取出来的高氯酸盐可以派别的用处,比如说,造点焰火用来庆祝存活一火星年。

最后还一个不幸的细节。影片和小说都交代了土壤的厚度:10厘米。穿宇航服在火星表面挖土很辛苦,所以不该苛求,但这也未免太薄了……一般人伸开拇指和食指,指尖距离就远不止这个数了!标准的土豆种植,至少要深翻20厘米,最好30厘米,这样才能给土豆留足空间;马克这么干,长不了多久土豆们就要纷纷“出土”了。出土倒是不会变成土豆地雷,但就会接受光照,开始积累龙葵素;到时候就算不把自己毒死,怕也是得吃个上吐下泻吧。

火星:Wanna science the shit out of me? 你仲未够班啊桀桀桀!

难道说僵尸是龙葵素中毒死的吗……不我什么都没说。图片来源:PopCap

说好龙葵素,哦不,说好的芽呢?

龙葵素还真不是只有马克需要担心,寻常土豆多少也会有一点儿,不过低浓度的时候没事儿。一般人遭遇龙葵素中毒都是吃了发芽的土豆,所以我们都不希望发芽……采土豆的小马克同学就不一样了,他是巴不得发的越快越好。

问题又来了:土豆有个休眠期,不是埋进去就能发芽。靠谱的办法是用赤霉素来刺激土豆,可以在5天之内发芽。但是,去火星又不是闲的没事儿干,带什么劳什子植物激素啊?指望自然发芽,那一般条件都得25天——一下子凭空加了一个月的周期。这一点在电影和书里都没算,但以马克惜时(以及卡路里)如金的状态,可真是能要人命的。

但土豆的芽还有个更烦人的点:不但快不起来,也慢不下去。正常情况的马铃薯休眠最长也就四五个月,哪怕加上保鲜制剂也就延长到7个月,再往后就怎么都抑制不住它们发芽的冲动了。毕竟这些东西不是种子,而是植物的块茎,都是含水量70%以上的活细胞,不可能像种子那样脱水进入几乎静止的休眠状态。土豆不能长期储存这个事情在农业上是非常烦人的,投入了许多研究都没有大进展。谢天谢地,原著中火星任务走的是快速路线,去程只有124天,所以刚好能容忍NASA给他们带几个活土豆——要是时间再久点儿,就只能改带真空薯片,马克也就彻底没戏唱了。

把灯开亮点儿!冷气也开大点儿!什么,没有冷气?

前面说过,在马克的生命维持系统里,土豆是把太阳能转化为他能利用的化学能的反应器,这个反应就是光合作用。火星上的阳光强度只有地球上的三分之一到一半,能够维持植物生长,但显然无法满足土豆丰产的需求,而且土豆也没法种在室外。所以马克用太阳能电池板先把太阳能转化为电能,再用电灯把电能转化为光能。一来一去之间,能量损耗超过90%,但也没有更好的办法了——所幸正如他说的,在火星上唯一不缺的就是能源。

土豆丰产需要大量的光照,如果光照不足,会导致茎叶徒长、块茎发育不良。那什么程度的光照算不足呢?对,就是影片里呆萌哥那片土豆地里的样子。这么昏暗的光,饿死妥妥儿的。人眼有自动调光功能,所以不怎么拍照的人往往不会意识到阳光能亮到什么程度——明亮阳光的亮度可达100000勒克斯,而常规办公室照明只有区区500勒克斯。不过这也无可厚非啦,完全可以解释成他为了拍视频日志而暂时调暗了灯光。

对于其他的火星拓荒者来说,还有个需要注意的事情。土豆在发芽和茎叶生长的阶段需要尽可能多的光照,但结薯期则需要比较长的夜间和较大的昼夜温差,这样能促进淀粉积累,让土豆长得更大。调光照容易,但马克并没有很多保暖衣物,晚上大概就要忍着挨冻了……

但在种土豆初期,由于马克一直在燃烧氢造水,栖息舱里的温度超过了30°C,用他的原话说:“这地方现在真成热带雨林了。”他还以为高温是有好处的:“只要把栖息舱里的温度调高到25.5°C,植物就能长得更快。”这可是犯了个大错,土豆原产安第斯山区,适应凉爽环境,温度高于25°C时块茎反而会停止生长。于是你们可以想象一下马克欢天喜地地拔起茁壮的植株却发现下面没结土豆时,那种心塞,那种酸爽……

更加雪上加霜的是,由于火星表面温度很低,栖息舱的设计思路是防止热量流失,所以根本没装能制冷的空调。

所以正确的姿势是让这些会产热的步骤比如堆肥啦造水啦,都在播种之前完成,或者至少是细水长流地分散在更长的时间里完成。希望你的干粮能支持那么久。

说到温度,影片里还有个穿帮镜头。在1号气闸爆炸事故之后,所有的土豆和细菌都在火星寒冷的夜晚冻死了。导演还专门给了个冻脆了的土豆植株一触即碎的镜头。然而接下来马克从栖息舱里把土豆的尸体运出去丢弃的时候,我们能看到土豆的茎叶在火星的晨风中微微摇摆,柔嫩多汁的样子。按照火星探路者记录的数据,这一地区白天最高温度是-8°C,低于冰点,还不至于让土豆茎叶解冻。退一步讲,就算是温度够高,解冻后的茎叶也不会恢复原貌,而是烂成一滩泥。

好吧,这证明了这部影片确实是在地球上拍摄的。

土豆也是惨……图片来源:二十世纪福斯

植物学家的怨念

马克自己说过,战神三号之所以会带上他这么个植物学家,是为了研究在火星上种植地球植物的可能性。但看看他干的这些事吧:土壤改良、灌溉、施肥、播种、耕作、田间管理、收获、轮作……我敢说农民的全套活计他都干了个遍,除了虫害防治,因为火星上没有害虫让他治。尽管NASA可能不愿意承认,但这一次他们真的选错人了。大多数植物学家是不会干这些活计的,没学过。任务需要的是一名农学家!农学家!农学家!重要的事情说三遍。下回再挑人的时候,千万别去芝大了,去康奈尔吧。

哦对了,还有个事。马克终于和“抛弃”了他的战神三号机组成员取得联络后,驾驶员瑞克·马丁内斯说了这么一句话:“Botany is not real science.”

马丁内斯,你给我记住,这事咱们没完。

(编辑:Ent)

本文主要作者为顾有容,史军和Ent补充部分槽点。

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The End

发布于2015-11-26, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

我的评论

顾有容

植物学博士

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    史军

    植物学博士,科学松鼠会成员

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      Ent

      古生物学博士生,科学松鼠会成员

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