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。

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(大约相当于青藏高原总面积的二十分之一，约12万平方公里，含辅助设施和城镇用地），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。

生物圈2号外部

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。

英国伊甸园计划外景

伊甸园计划的热带生物群落