神奇的土壤_参考网

神奇的土壤

2023-02-08乔治·蒙比奥特

海外文摘 2023年2期

关键词：细菌植物土壤

乔治·蒙比奥特

我们脚下的土壤含有万千奥秘，人类生存的答案是否就在其中？

| 地下迷宫 |

我们脚下踩着一个生态系统，它的神奇超乎我们的想象。它像雨林和珊瑚礁那样充满多种生物。我们99%的食物来自它，但我们对它几乎一无所知。它，就是土壤。

在没有人为干预的地区，每平方米土壤中可能生活着几十万种小动物，其中90%的物种还未被人类命名。不足一茶匙的一克土壤含有长达1000米的真菌丝。

我第一次用高倍放大镜观察一抔土壤时，几乎不敢相信我的眼睛。只要找准焦距，土壤就突然迸发出生命。我看到了几十种形状大小各异的弹尾虫。圆滚滚、像螃蟹一样的螨虫无处不在，有的土壤每平方米含有50万只螨虫。有一种像是白色小蜈蚣的虫子，我查阅资料后才发现这是另一种叫“幺蚰”的生物。我还看到一种仿佛从日本动画中走出来的生物：狭长低矮，首尾各伸出两条纤细的触角，跳跃起来像一条遒劲的龙或一匹飞马，它是缨尾虫。

虽然我拥有动物学学位，而且研究了一辈子的自然历史，但我在这抔土壤中看到的一些动物完全超出了我的认知。在对一克土壤观察了两小时后，我见到的动物种类比在塞伦盖蒂草原游猎一周见到的还要多。

在大多数人眼里，土壤只是一堆细碎的石头和死去的植物，但它其实是动物为了生存而建造的一种生物结构，就像蜂巢和河狸坝一样。微生物用碳把矿物颗粒粘在一起，形成孔穴和通道，水、氧气和营养物质可以从中经过，由此形成的小团块再被土壤中的动物用来建造更大的迷宫。

无论放大多少倍，土壤的结构都是一致的。细菌、真菌、植物和土壤中的动物共同打造出一个无比精细、错综复杂的结构，自发构成连贯的世界。这种生物结构或许能够解释土壤对干旱和洪水的抵抗力：如果土壤只是物质的堆积，那它很快就会被冲走。

这也揭示了为何土壤在耕种时能够快速分解。在特定条件下，当农民向土地施加氮肥时，土壤中的微生物会把碳——地下城堡的黏合剂——烧尽，从而导致孔隙塌陷、通道闭塞，土壤变得湿润、紧实、密不透风。

|“体外肠道”|

以上还不是土壤真正的奇妙之处。让我们首先了解一个可能不符合我们普通认知的事实：植物通过光合作用产生的糖分有11%至40%释放到了土壤中，而且这并不是意外。更奇怪的是，在释放之前，植物还会把其中一些糖分转化成极其复杂的化合物。生成这些化合物需要能源和资源，所以这个过程就像是把钱冲进了下水道。那么，植物为什么要这样做？这个问题的答案将开启通往秘密花园的一扇门。

事实上，这些复杂的化合物会进入植物根部附近的土壤，也就是根围。土壤中充满细菌，泥土的氣味就是细菌产生的化合物的味道。大多数时候，细菌都在等待被植物释放的化合物唤醒。这个过程很复杂，因为植物只想唤醒促进自己生长的特定细菌，而不是所有细菌。

当一棵植物的根茎开始向土壤中释放化合物时，就会引发一系列活动。对此作出回应的细菌会消耗植物为其提供的糖分，大量繁殖，形成地球上最密集的微生物群。一克根围土壤中可能含有10亿细菌，这些细菌会产生植物所需的营养和生长素等化合物。

回过头来，你会发现这有悖于我们对地球生命的了解。植物的根围位于植物外部，却发挥着重要作用，就像植物的一部分。它可以被视为植物的“体外肠道”。植物根围与人类肠道（这个部位也有大量细菌）之间存在惊人的相似之处：微生物将有机材料分解成植物或人体能够吸收的简单化合物。虽然细菌种类超过1000种，但植物根围和哺乳动物肠道中主要存在的是同样的四种细菌。

人类乳汁中含有的低聚糖喂养的不是婴儿，而是婴儿肠道中的细菌。同样，新生植物向土壤中释放大量蔗糖，用来培养新的微生物群。我们肠道中的细菌会攻击并战胜入侵的病原体，植物根围中的益生菌也会在植物根系周围形成保护圈。我们结肠中的细菌教会我们的免疫细胞如何防御，植物根围中的细菌也会完善植物的免疫系统。

土壤也许不如雨林或珊瑚礁那样令人赏心悦目，但也独具魅力。人类的生存可能取决于我们对土壤的了解。

| 农耕危机 |

如今，我们面临人类有史以来最严峻的危机：在不毁灭地球的前提下养活全世界人口。全球范围内，农耕已经成为栖息地减少、野生动物死亡和物种灭绝的罪魁祸首，也是本世纪80%的森林遭到砍伐的原因。2.8万种濒临灭绝的物种中，有2.4万种受到农耕的威胁。

情况还有可能进一步恶化。现在，农民种植的粮食约有一半用于喂养家畜，而且，人们对动物产品的需求正在迅速增加。如果不彻底改变我们的饮食习惯，那么到2050年，全球粮食产量要比2012年多出50%，才能满足全球需求。

耕种不仅破坏了地球上重要的生态系统，也对我们的食物供应构成了威胁。一项研究显示，如果气温再升高一度，将有32%的地球陆地表面干涸。到本世纪中叶，从葡萄牙到巴基斯坦的弧形地带将遭遇严重干旱。

受到影响的不仅是粮食产量，还有质量。在温度和二氧化碳浓度更高的环境下种植的农作物，其含有的矿物质、蛋白质和维生素更少。虽然我们很少谈及这个问题，但一篇文章指出，粮食所含营养物质的减少将“威胁人类生存”。

一些科学家认为，我们可以通过进一步提高产粮区的产量来应对这些问题。但是，这种希望建立在不现实的假设之上，其中包括充足的水源。要提升粮食产量，淡水需求量会比现在高146%。然而，这些水并不存在。

过去100年里，我们的用水量增加了五倍。我们从河流、湖泊和地下蓄水层中获取的水资源有70%用于浇灌农作物。目前，全球有40亿人每年至少有一个月面临严重缺水，包括圣保罗、开普敦、洛杉矶和金奈在内的33座城市面临极大的用水压力。随着地下水用尽，农民开始使用冰川和积雪的融水，但即便是这些水，也在日益减少。

至此，我们还没有讲到土壤——岩石和空气之间薄薄的缓冲层，人类依靠它生存，却无视它的存在。电子通信、民航、投资保证、知识产权、精神药物和体育兴奋剂等多个领域都有国际条约，土壤却没有。

| 食物难题 |

富裕国家的土壤退化现象相当严重，土地裸露在冬季雨水中，被过量的化肥和杀虫剂摧残，土壤中的食物链被切断。贫穷国家更甚，極端降水、龙卷风和飓风导致土壤流失，饥饿迫使人们在陡峭的山坡上耕作。

土壤的复原力或许会陡然消失。我们可能毫无察觉，直到某次突发灾害将复杂的地下系统推到临界点。发生严重干旱时，退化土壤的流失率可增加6000倍，换句话说，土壤会分崩离析。

《自然·食物》刊发的一篇研究显示，养活世界人口的平均最短距离是2200公里，也就是食物必须经过的最短距离。对于把小麦等谷物作为主食的人口来说，这一距离是3800公里，而全球1/4依赖这些粮食的人口所需要的食物远在5200公里之外。

为什么？因为世界上大多数人居住在大城市或人口密集的谷地，而这些地区的耕作面积太小，不足以养活这么多人。全球大部分粮食必须种植在人烟稀少的广阔地带，比如加拿大草原、美国大平原、俄罗斯和乌克兰的广袤土地，然后再运输到人口稠密的地区。

土地使用可以说是最重要的环境问题。用于耕作的土地越多，留给森林、湿地、草原的面积就越少，野生动植物和物种就会加速灭绝。无论对环境多么友好和谨慎，农耕都会对自然生态系统进行彻底的简化和改造。

环保人士强烈反对城市扩张，反对土地大量用于住房和基础设施。但是，农业扩张——使用大片土地生产少量粮食——影响的区域更大。全世界1%的土地用于建筑，12%用于种植农作物，28%用于畜牧业。相比之下，只有15%的土地用于自然保护。然而，畜牧业产生的动物肉和奶提供的蛋白质仅占全世界的1%。

一篇论文研究了如果所有美国人都不吃谷饲牛肉而改吃草饲牛肉会怎样，结果发现，由于草饲牛成长速度更慢，牛的数量需要增加30%，而饲养它们所需的草地面积需要增加270%。即使美国为此砍伐森林、排干湿地、浇灌沙漠、贡献出国家公园，也还是需要进口大多数牛肉才能满足需求。目前，美国从全球最大的牛肉出口国巴西进口大部分牛肉。在巴西，许多用于喂养草饲牛的牧场来自对热带雨林的非法砍伐。全球范围内，肉类产业可能会在35年内摧毁300万平方公里生物多样性极高的地区，相当于印度的面积。

只有在畜牧业密度很低的情况下，丰富的生态系统才能正常运行。例如，英国西萨塞克斯郡的奈普野地项目，它经常被视为家畜和野生动植物和谐共处的案例。在这里，少量牛和猪在大片庄园中漫步。虽然这是“再野化”的范例，却对粮食生产毫无助益。如果在英国10%的农业用地上推广这一模式，如果我们通过这种方式获取食用肉，那么每人每年只能获得420克肉，大概是三顿饭的量。如果英国在全国推广这种模式，那么我们每天通过肉类摄取的热量将为75千卡，不足标准量的1/30。环保人士反对集约化耕种，但问题不在于“集约”，而在于“耕种”。破坏地球生态系统的不是集约型农业或粗放型农业，而是两者兼有。

| 精准发酵 |

那么，我们该怎么办？一个答案是尽可能少地通过农耕获取粮食。幸运的是，我们已经拥有这项技术。精准发酵技术利用土壤细菌发酵水、氢气、二氧化碳和矿物质，进而酿造出蛋白质和脂肪，这一技术有望替代家畜养殖和大豆种植，同时还能大幅降低土地使用面积和其他环境影响。

不过，这项造福地球的技术面临知识产权的问题：它可以轻易被垄断全球粮食和肉类贸易的公司掌握。对此我们应该弱化专利，强化反垄断。在理想情况下，人人都能获取通过精准发酵技术生产的食物。

之后，我们可以对食物生产地点进行本地化调整。当地企业利用精准发酵技术为当地市场提供产品。在那些要求食物主权和食物正义的人看来，微生物发酵生产的食物是不可接受的，但与农耕相比，它其实能够更高效地实现这两种目标。此类技术让人类自新石器时代以来首次得以改变我们与生物界的关系。当然，我们仍然需要生产谷物、根茎食物和果蔬，问题是如何通过安全高效的方式生产？答案可能在于增进对土壤的了解。

| 革新种植 |

英国南牛津郡的一名农场主伊恩·托力似乎比科学家更早研发出了种植蔬菜的新技术。托力年近70，身材壮硕。34年前，他以较低的租金承包了七公顷贫瘠的土地。“这块地，一般的菜农看都不会看一眼。”他说，“40%是石头，他们说这是建筑碎石，不适合耕种。农学家说，这块地只能长草或种树，但过去12个月里，我们收获了120吨果蔬。”

令人称奇的是，托力在这片“碎石”上没有施加任何杀虫剂、除草剂、矿物质、动物粪肥或其他化肥。他发明了一种他称之为“无家畜有机”的种植方式。

我第一次参观托力的农场时，他的种植范围之广和作物长势之好让我感到震惊。他种了100种蔬菜，在农场出售。地与地之间是一道道田埂，研究这座农场的科学家发现，田埂上有75种野花。这些田埂中生活着捕食昆虫的动物，它们有助于控制农作物害虫。

托力的两处创新发挥了重要作用。第一是“打造密不透水的系统”，防止雨水浇透土壤，导致营养物质流失，也就是确保土地不能裸露。在托力的农场里，蔬菜下面有一层“绿肥”。在南瓜叶下，我看到了几千株幼苗，这就是托力种下的“绿肥”。作物收割后，“绿肥”会填满缝隙，给田地铺上色彩：蓝色的菊苣花、深红的三叶草、黄色的草木樨和车轴草、淡紫色的钟穗花、粉色的红豆草……托力说：“只要砍掉大一点的植物，花朵就会盛开，引来蜜蜂狂舞。”

有些作物扎根很深，从下层土壤汲取营养。隔段时间托力就会用收割机翻一遍土，把这些根系切断。蚯蚓把干枯的根茎拉回土里。托力说，这些“绿肥”能固定营养，提供氮和碳，增加土壤的多样性。植物种类越多，土壤中的细菌和真菌就越丰富。

托力的另一项创新是，每年在“绿肥”上播撒一毫米厚的堆肥木屑。这样做了五年后，他的农场产量几乎翻倍。他解释说：“这不是化肥，而是一种刺激微生物的变质剂。木屑里的碳促进细菌和真菌繁殖，让土壤重新焕发活力。”托力认为，他添加的碳足以帮助微生物重建土壤，但不会多到锁住氮的地步。这种做法似乎加强了植物根系中各种生物之间的关系，并使其更为多样化。细菌在碎石中建造地下城堡，改善土壤结构，促进植物生长。