科學也可以如此靠近

義大利「尼莫花園」水下溫室:海底種菜夢想成現實

3月
11
2018

2018年3月11日21時 今日科學 海洋知圈

海洋知圈

2016年1月18日報導,您見過在水下種豆莢嗎?在義大利薩沃納,你將見識到一項全新的試驗——「尼莫的花園水下溫室」。透明的球狀裝置被固定在海床上,內部填充空氣,裡面種著新鮮的植物,然後靠球體內壁的凝水來保持植物所需的水分。這個試驗的目的在於,模擬缺水或缺乏肥沃土壤的環境,試驗農作物的種植情況。",

提起「尼莫」,人們常常會聯想到經典科幻小說《海底兩萬里》中勇敢的尼莫船長,或者動畫影片《海底總動員》里可愛的小丑魚尼莫。與這些虛構作品不同,來自義大利的實驗性農業項目「尼莫花園」,卻是現實版的科技創新傳奇——在海底種菜。這個富有浪漫色彩的瘋狂想法,脫胎於一項頗受當地人喜愛的娛樂活動「水肺潛水(帶呼吸器潛水)」。尼莫花園其實是個水下溫室,裡面栽種的作物生長速度比在陸地上要快得多。它的成功給缺地、缺水地區的農業帶來了全新解決方案。

尼莫花園雖然位於海平面以下,但「生物圈」內的植物能享受到日光浴。

水肺潛水玩出海底農場

義大利人賽吉爾·甘貝里尼是一家名為「大洋珊瑚集團」的公司老總,他的生活中有3件事最重要:工作、家庭,還有水肺潛水。諾利是義大利北部的沿海小鎮,2012年夏天,風光秀美的海濱吸引了甘貝里尼前來度假。在海中暢遊的同時,喜歡園藝的甘貝里尼竟在不經意之間冒出了一個古怪的念頭:能不能在水下種點菜?

尼莫花園的創始人賽吉爾·甘貝里尼受水肺潛水啟發,決定在海底種菜。

如果對當地的自然條件有所了解的話,就能理解為什麼甘貝里尼會有這樣的想法了。義大利北部的沿海地區多以山地為主,地形險峻,人口眾多,耕地資源緊缺。該地最有名的美食青醬是吃意大利麵時的必備佐餐,其原料羅勒常常在海邊的懸崖峭壁上紮根生長。如果在海底也能種菜,那該有多好!

甘貝里尼當然也不是毫無把握地做白日夢。大洋珊瑚集團自成立以來已經有60餘年的歷史,是一個中等規模的家族集團,旗下的兩家公司分別位於美國的加利福尼亞和義大利的熱那亞,主營產品是潛水設備和安全防護設備。要在海下開闢農場,這可是得天獨厚的有利條件。打了一通電話之後,甘貝里尼正式踏上他的逐夢之旅,甚至還說服了兒子一起參與,他們給項目起了個好聽的名字:尼莫花園。

設備齊全監測水下「生物圈」

尼莫花園2012年創立,位於諾利海邊靠近港口城市薩沃納的地方,由幾個部分組成。主體是海底農場,占據的水域面積約100平方米,距離海岸線約100米遠,由5個用透明塑料材料製作而成的充氣「生物圈」組成,並通過28根繩索固定在海底,看起來就像帶著鎖鏈的大氣球,懸浮在水面以下6至10米深的海中。大氣球內部由金屬架支撐著,約有2000升的空氣,出於安全考慮,這些空氣會用潛水艙里的空氣定期進行更新。

每個「生物圈」都配有一個步梯,供潛水員爬進去種菜。

每個「生物圈」都配有一個步梯,供潛水員爬進「生物圈」內種菜,操作時潛水員的上半身其實是露出水面的。每個「生物圈」中都有兩個聯網攝像頭,隨時從頂部進行動態監測。每個「生物圈」里都裝有傳感器,隨時監測著二氧化碳、氧氣、空氣濕度和亮度;此外還各有一個陀螺儀,用來監測「生物圈」的是否保持穩定。

在「生物圈」的中間有一個高3.5米、直徑3米的金屬框架結構,重約半噸,被稱為「生命之樹」。除了象徵意義之外,它的內部藏著很多通往各個「生物圈」的電纜,並且可以控制整個農場的照明。這裡還裝有一個水平的廣角聯網攝像頭。

「生物圈」中間有一個高3.5米、直徑3米的金屬框架結構,重約半噸,被稱為「生命之樹」,內部裝有電纜。

控制塔設在岸上,從這裡既可以與水下作業的潛水員保持即時通訊,還能隨時監測「生物圈」中的動態,並通過上傳數據和圖像,將「生物圈」中的科研資料放到網上進行實時共享。

光照足、溫差小

雖然位於海平面以下,可是「生物圈」內的植物完全能夠享受到陽光浴,雖然亮度比在陸地上弱,但足以滿足生長需要。在陸地上,正午時分陽光直射時的亮度在32000~100000勒克斯之間(勒克斯是衡量亮度的單位),除此之外白天的亮度一般為10000~25000勒克斯。經監測顯示,「生物圈」上面的海水會使亮度減少約8000勒克斯,而由於「生物圈」的外表材料透明度極高,光線經過大氣球時僅亮度損失不到6%。適合人閱讀的亮度約為300至700勒克斯,所以「生物圈」里的白天並非像想像中的那樣漆黑一片。當然,到了夜裡這裡也一樣沒有光明。

與陸地相比,水的比熱容較大,所以海中「生物圈」內的溫度非常恆定,白天和夜晚之間的溫差僅有3至4攝氏度。同時,受日照的影響,「生物圈」內部的溫度略高于海水的溫度,以7月下旬為例,「生物圈」內的峰值溫度曾達到過30至31攝氏度,而海水的平均溫度大約在28攝氏度以上,這種溫度與典型的熱帶氣溫極其接近。

「生物圈」中的濕度、溫度穩定,幾無外來病蟲害威脅,光照較充足,所以作物生長速度比在陸地上要快得多。

淡水供大於求 無病蟲害

「生物圈」剛啟動時,其內部的淡水是由潛水員攜帶進去的,它其實是海水經過了脫鹽處理。而之後「生物圈」內的淡水則完全可以「自給自足」。這是因為「生物圈」內的溫度高于海水的溫度,蒸發出來的水分很容易在「生物圈」壁上凝結成水滴,這些淡水在物理化學性狀和感官特性上,完全符合義大利政府對灌溉用水的要求,收集起來之後,添加些礦物質營養素(尼莫花園的研究者們已經開始考慮就地將海草深加工成肥料),可以用來灌溉作物。

「生物圈」中的相對濕度比非常高,晚間可以達到97%,白天略低,但也有85%。普通植物正常生長所需的相對濕度在70%至75%之間,所以「生物圈」內的淡水實際上是供大於求的。這既是問題也是機會,因為過多的淡水容易使「生物圈」內滋生黴菌等,但若能充分利用,又可能給淡水匱乏的地區帶去福音。

「生物圈」內的氣壓是人為施加的,比陸地上的正常氣壓大。目前的數據顯示,這對作物的生長似乎並沒有什麼不良影響,反而會促使種子更容易萌發,而且植物中精油的濃度會更高。

實踐證明,「生物圈」中的濕度、溫度非常穩定,幾乎沒有外來病蟲害的威脅,光照又比較充足,所以作物生長的速度比在陸地上要快得多。曾經有一年,由於實驗故障,中間曾發生過4次作物「死翹翹」事件,可到最後還是喜獲豐收。

運轉全靠綠色能源

2012年夏天,一個「小個子」「生物圈」初次下海,綠羅勒種植成功!

2013年夏天,農場又添兩個「生物圈」,容積達到800升。潛水員可以進入「生物圈」內種植綠羅勒直至收穫。一家私立研究機構將水下羅勒與陸生羅勒進行對比後發現,不僅味道毫無區別,而且水下羅勒的精油和葉片含量(72.94%)比陸生羅勒(57.13%)高出一大截!

2014年夏天:新增「生物圈」的「塊頭」達到了2000升;又增加了一種沙拉植物,收穫時做出了美味的青醬和滿盤的沙拉!

2015年夏天:「生物圈」總共達到8個,包括2個50升的無人「生物圈」、1個2000升的剛性「生物圈」(金屬材質,堅硬不易變形)。研究團隊開始設計不同形狀、大小和材質的「生物圈」。種植品種擴大,包括萵苣、西紅柿、豆類、蘑菇、薄荷和百里香等,甚至還有花卉。由於濕度較大,並非所有植物都能快樂成長,但絕大多數都栽培成功。

2016年:增加5個直徑達2米的剛性「生物圈」,安裝了「生命之樹」。供電採用太陽能,整個體系運轉實現了100%依靠綠色能源;開始種植醫用和化妝用途的特種作物;第一次開始嘗試在冬季進行試驗(此前義大利政府只允許在每年的5~9月開展試驗)。

「生物圈」內的作物品種不斷增多

變身海洋保護動物棲息地?

尼莫花園距離成為真正規模化的海洋農場,還有很長的路要走。可是即便如此,它確實讓人們看到了一道曙光,照向日漸走入困境的現代農業,特別是給那些缺地、缺水地區帶來了全新的解決方案。

更讓人欣喜的是,尼莫花園的「園丁」們一邊「種菜」,一邊還在不停琢磨著別的新點子,可謂腦洞大開。「生物圈」的原理並不複雜,甘貝里尼們已經設計出了可以放在水族箱裡的「迷你「生物圈」」,它外形精緻小巧,讓人們在家裡就能欣賞「水中花園」的美景。

不知是由於光線還是溫度的原因,「生物圈」周圍常常會出現海馬、蟹類等,它們甚至會進入「生物圈」內好奇地打探一番。人們設想這些「生物圈」今後可能「變身」為海洋保護動物的人工棲息地。

在普通的水肺潛水活動中,人們看到的東西大同小異,尼莫花園如果把「生物圈」擴展成水下旅遊景點,或許會吸引更多遊客前往「水晶宮」里暢遊一番呢。

「生物圈」里特殊的環境對植物生長有何影響?能不能大規模地培育出微量元素含量特別高的蔬菜,比如含有大量鐵元素的芹菜?「生物圈」作為性價比很高的水下實驗室,能不能進行更多學科領域的觀測和實驗……相信在不久的將來,答案都會一一揭曉。

END


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