2016年，在荷蘭的一個酒店，植物生態學家維格·韋姆林克和他的幾十位客人坐在一起，享用了一次獨特的餐點。從選單上看，食物很普通，有豌豆泥、馬鈴薯、黑麥麵包、蘿蔔泡沫和蕁麻湯，還有胡蘿蔔冰糕等。為什麽說它「獨特」呢？原來，所有的這些食物都是在模擬火星和月球的土壤中種植出來的。這些土壤由地球上的火山巖碎石制成——將碎石顆粒分為不同的大小，並按與火星土壤相同的比例進行混合（火星土壤數據來自火星流動站的分析）。韋姆林克用「火星土壤」種植了10種農作物，包括藜麥、水芹、芝麻菜和西紅柿等。
「火星土壤」的種植
最初開發這種土壤，是為了在地球上模擬火星和月球的環境，對太空船和太空服進行試驗，以觀察它們在這些星體上可能會出現的情況。很少有人認為這些土壤可以用來種植農作物。
一開始，人們擔心土壤的質地。特別是在早期，科學家在模擬的月球土壤中進行種植，結果失敗了。「月球土壤」似乎不適合農作物生長——它是一些極其細小、鋒利的磨蝕性巖石，刺穿了作物的根部。
但在模擬火星的土壤上，農作物的種植成功了。韋姆林克表示，從營養上講，來自「火星土壤」的食物與地球土壤的食物沒有區別；在口感方面，「火星番茄」甚至比「地球番茄」更甜一些。
目前韋姆林克正試驗將富含氮的人類尿液添加到「火星土壤」中，以此來提高農作物的產量。畢竟，如果人類要執行任何有關「紅色星球」任務，「尿液」這種資源都很容易獲得。他還計劃在這些土壤中添加細菌，用來吸收、固定（火星）大氣中更多的氮，並吸食土壤中存在的有毒的高氯酸鹽。
在美國的維拉諾瓦大學，研究人員開展了一個「紅拇指」計畫，該計畫在模擬出來的火星土壤上種植了許多作物。這些「火星土壤」原料來自美國加州的莫哈韋沙漠中的巖石。他們在該土壤中添加了蚯蚓，因為蚯蚓具有從死去的有機物質中釋放出氮的能力。
研究人員在「火星土壤」上種植了西紅柿、大蒜、菠菜、羅勒、羽衣甘藍、生菜、芝麻菜、洋蔥和蘿蔔等。收成的品質參差不齊，其中，羽衣甘藍比較成功——它在「火星土壤」比在當地土壤生長得更好。
「紅拇指」計畫在2018年還成為了全球熱門新聞，當時，國際媒體對「火星啤酒」的前景感到興奮，因為該計畫成功種植了大麥和啤酒花。
失敗的馬鈴薯
馬鈴薯是人們非常理想的食物，因為它能提供較高的熱量，因此，維拉諾瓦大學的研究人員也在「火星土壤」上努力種植它們，但可惜失敗了：馬鈴薯喜歡松散的土壤，由於「火星土壤」被澆水後變得厚重又不透氣，結果，馬鈴薯「窒息而亡」。
研究人員表示，模擬火星種植，成功的關鍵可能在於如何選擇作物——應該選擇多種不同的作物，這些作物可以享受更豐富的自然生態系，而不是單一物種生態系。
即使在地球上，農業單一栽培也經常會隨著時間的流逝而遭受損失。土壤中某種作物生長所必須的營養物質在每次收成後都會減少，如果不更換種植別的作物，這些營養物質甚至會枯竭。
為了抵消這種影響，農民經常在同一種植區引入次生物種。它們的根系較淺，因此無法與主要農作物競爭，但它們仍可以提供額外的固氮作用，以提高土壤肥力。研究人員現在正計劃透過大豆、玉米分別與藜草（一種多葉蔬菜）的混種來驗證這一點。
模擬土壤的局限性
歐洲航天局的一名科學家指出，無論這些計畫多麽成功，模擬土壤始終具有非常現實的局限性。這些土壤只是在對火星現有了解的基礎上模擬出來的，它可能與火星表面任何一個地點的土壤都不同。我們始終非常謹慎選取模擬的原料，但在單一的模擬中也很難呈現火星土壤的所有特征。
要解決這個問題，唯一的方法是從火星表面采集真正的樣本並將其送返地球。
2020年7月30日，美國國家航空暨太空總署的「毅力號」漫遊者出發前往火星，目標是該「紅色星球」上的「Jezero Crater」區域（小行星撞擊形成的一個45千米寬、近500公尺深的隕石坑）——它是許多人們感興趣的巖石的所在地。按照計劃，「毅力號」將在這一片最肥沃的土地上，花費長達10年的時間來分析其表面。
對於那些希望在火星上種植農作物的人來說，有一點至關重要，那就是漫遊者將收集巖石和土壤的樣本，然後將其儲存起來，並在未來某一天將它們送返地球進行分析。而在此之前，我們只能使用模擬的火星土壤。
火星種植的障礙
即使研制出了合適的「火星土壤」，還有其他挑戰需要克服。
其中一個挑戰是，火星距離太陽比地球距離太陽遠約7000萬千米，因此，火星上的陽光只有地球陽光43％的能量，而且它的平均溫度在-60℃左右。此外，由於火星本身的傾斜度再加上它繞太陽的軌域高度呈橢圓，它的季節性變化非常明顯且強烈。
另一個挑戰是火星的大氣層。它比地球大氣層薄很多，並且缺乏對植物生長至關重要的氮。在光合作用中，二氧化碳至關重要，但是火星上的二氧化碳濃度很低，以至於在其表面生長的任何作物都難以充分利用它以刺激生長。
此外，稀薄的大氣層還會將其土壤暴露在宇宙放射線之下，給所有微生物創造了一個不利的環境（這些微生物可以從死去的植物中回收營養物）。天體生物學家指出，太陽放射線可以活化火星土壤中的氯化合物，將其轉變為有毒的高氯酸鹽。如果這些有毒的東西進入到人體，可能會導致甲狀腺功能減退，從而阻止代謝調節激素的釋放。
還有，在火星土壤中發現的有毒重金屬，例如鎘、汞和鐵，也構成了挑戰。雖然這些重金屬對於植物來說不是問題（因為它們可以將其儲存在某個部位），但是，如果我們人類吃了這些植物，那就是「大問題」了。
如此看來，在火星上種植作物實在不容易，但我們似乎還有另外的選擇：目前地球上已經使用的無土栽培技術——將植物懸浮在空中，並在根部噴灑了營養霧；還有水培法——將植物根浸入營養液中。
這些方法都可以產生更大、生長更快的作物，目前已經被成功地用於在國際太空站上種植生菜。事實上，太空人對這些生菜的收成感到非常滿意，而且他們吃了很多。但這些生菜最大的問題是——熱量太低。
因此，高熱量的馬鈴薯再次引起人們的關註，但在水中種植馬鈴薯非常困難，如果要向火星進軍，在火星土地上種植始終是一個需要解決的問題。畢竟，對任何一個生活在離家數千萬千米外的、具有開拓精神的太空人來說，充足的營養無論對於生理還是心理，都是無價的。
