最近，日本环境科学研究所正在着手进行一项被称为“小地球”的封闭型生态系实验设施的研究。这是一个除了信息和能源，其他所有的物质完全来自再循环的人工生态系。根据计划，将有两位志愿者（居住实验者）和数头山羊在“小地球”内度过四个月的全封闭生活。试验一旦成功，“小地球”就有可能成为循环型社会或月面基地的最佳原型。本文就2005年正式启用的“小地球”概貌作一介绍。

微型生态系

所谓“小地球”是一个专门研究在被封闭了的空间中如何人工再建生态系以及物质如何循环的封闭型生态实验设施。这一作为环境变化及循环型社会的原型若能成功，则有望用于月面、火星基地的建设。

“小地球”由三大部分组成，它们分别为：志愿者和山羊生活的“居住区 ? 动物饲养室”；栽培水稻、大豆、蔬菜的“植物栽培区”和用于水、空气、废弃物处理的“物质循环系统”。目前，也正在规划将来把“水圈实验楼”和“陆圈实验楼”与“小地球”相连的方案。所谓水圈即由人工再建一个类似日本青森县近海的生态系，陆圈则是在土壤中栽种树木、花草并能生成雨、雾的陆地环境。

水、空气、食品、废弃物、排泄物等所有物质都能再循环的“小地球”完全是一个独立的微型生态系。不过，其能源由外界供给，同时也要与外界的研究人员进行频繁的信息交换。

当前，“小地球”尚未完全封闭，正处于为2005年度正式启动的封闭居住实验进行各种调试的预研阶段。

全封闭的生活

居住在“小地球”内的志愿者基本上过得是一种全封闭的生活，摆上餐桌的仅仅是由自己亲手种植的植物类食品。如果几头山羊能分泌出乳汁的话，或许能喝上些羊奶。因空间有限，种植茶树或咖啡树不太现实，因此要想喝茶和咖啡，只能以种植的大豆或紫苏来替代。

“小地球”内严禁烟、酒，禁酒主要是防范醉酒而发生不测；香烟是发生机械故障的元凶，因为烟雾中焦油具有很大的粘性。除此之外，洗涤剂、肥皂、香波（洗发剂）等化学品也因处理上的麻烦而原则上不能使用。

在“小地球”内，组成物质循环系统的设备有“微量有害气体控制装置”、“排水处理装置”、“氨合成装置”（氨用作肥料的原料）等。整个设备占据了1215平方米。而居住区 ? 动物饲养室合起来也不过74平方米。

志愿者通过对植物栽培区收获的水稻、大豆、蔬菜进行加工，过着自给自足的生活，不能食用的茎、叶部分喂食山羊。

人与山羊的排泄物及生活废弃物被回收入物质循环系统。经过处理后，排泄物中的氮、矿物质变为对植物有益的肥料；盐分加工成人与山羊必需的食盐。

另外，人与山羊呼吸排出的二氧化碳被用于植物的光合作用，反过来，植物放出氧气供人与山羊呼吸。当然，在发生不测时，也有可能要通过设备进行化学生成氧气供给“小地球”。

“生物圈2号”的失败

目前，日本正在运作的“小地球”在世界上是独一无二的，无论从哪方面来讲都比较先进。建在美国亚利桑那州的“生物圈2号”（地球为生物圈1号）曾是举世闻名的封闭型设施，占地1.2万平方米，由人工再建热带雨林、珊瑚礁等七个生态系。从1991年四月起有八位男女志愿者在内生活了将近两年。由于“生物圈2号”在运行期间发生了氧气浓度急剧下降的情况，需要紧急地从外部向内输入氧气，因此，无法实现名副其实的全封闭，后来查明氧气急剧下降的原因是土壤中微生物的呼吸量要比预想的大得多，这些微生物消耗了大量的氧气。于是，“生物圈2号”的实验不得不中断。

追踪放射性物质的循环机制

利用“小地球”进行研究的首要任务是了解核设施发生事故时释放出的放射性物质在生态系中循环、积累的过程，这次具体研究的对象是放射性物质碳14在生态系中的迁移过程。从安全起见，实际上注入“小地球”内的是无放射性的碳13，通过采取植物的某个部位为试样，测定其中的碳13含量，追踪“小地球”内碳13的迁移情况，对测定结果加以分析研究后就能预测到碳14在进入生态系统时的迁移方向。

例如，前苏联在切尔诺贝利核电站事故发生后，立即对放射性物质如何污染环境的问题进行了调研，但看到的不过是某个时点环境中的放射性物质。至于经过很长一段时间后，放射性物质如何循环于生态系的问题几乎是一无所知。如果通过“小地球”的研究，建立一个生态系放射性物质的吸收、积累模型，就有可能搞清放射性物质对人体带来的长期影响。

地球之伟大

四个月的全封闭居住实验，志愿者在过着完全与外界隔绝的生活同时，还必须遵守禁烟、禁酒等各项规定。但环境科学研究所在2000年选拔两名志愿者时竟有50余人前来应聘。挑选居住实验人员与挑选宇航员一样，要进行严格的医学、心理检查，当然，最强调受聘人员的精神坚韧性和协调性。

志愿者的工作很多，为生存必须要耕种、收割、加工。平时还得观测农作物的生长情况，及时地向外部汇报二氧化碳的浓度、人工照明的光度及温度等情况。另外，为了自身的健康管理还要对自己采取血、尿样本。一旦发生室内氧气浓度下降或二氧化碳浓度上升的紧急情况时，必须立即向外部请求采取相应的对策。

志愿者原正典和小松原修对“小地球”颇为感慨：“小地球”是一个能够真实感受到环境问题的设施，在预研中就已知“小地球”仅为了两个人的生存就需要花费大量的能源和使用许多的物质处理设备。可见地球的环境平时承载了多么大的负荷，地球实在是伟大。

循环型社会的样板

关于什么时候把“水圈实验楼”和“陆圈实验楼”一起并入“小地球”，具体时间目前尚未确定。

专家们认为，水圈和陆圈生态系的人工再建是非常困难的，现正处于探索阶段。对于生态系来说，需要什么？可省略什么？还不甚了解。这是一项史无前例的研究，所以要认真研究水圈、陆圈内究竟放入哪种生物为好的课题。

“小地球”的生命维持技术以原来的月面基地研究为基础，因此，有望可移植于月面、火星基地的建设。“小地球”项目的负责人就其研究意义作了如下阐述：“通过`小地球'的实验，可以了解到人类为了生存哪些方面是必要的。地球温室效应等环境问题已引起全球的关注，创造循环型社会是今后的发展趋势。`小地球'可以说是循环型社会的样板，它将为创造一个完全循环型的社会提供很好的经验。”