扯氮

中国的人口为什么这么多?答案当然不是中国人的生殖力比别的民族强,而是因为中国的粮食亩产量一直处于世界领先地位。

这又是为什么呢?100多年前,有位名叫富兰克林•金(Franklin King)的美国农业土壤局局长访问了中国、日本和朝鲜,并于1911年出版了一本名叫《四千年来的农夫》(Farmers of Forty Centuries)的书,试图回答上述问题。他得出的结论是:中国粮食亩产量高的最重要的原因就是中国人以粪为肥,保证了中国的农田在种了4000多年的粮食后依然肥沃。西方人则只学会了刀耕火种,或者依靠休耕来恢复地力,复种指数比中国低很多。

大粪里面到底有什么东西这么宝贵呢?答案是氮元素。

分析一下植物身体的元素构成,你会发现含量最多的是碳氢氧,它们可以从水和空气中获取。含量排第四的是氮,蛋白质和核酸中都含有氮,但是氮没办法直接从空气中获得,因为氮气属于惰性气体,很难参与化学反应,需要变成“活性氮”,比如硝态氮(硝酸)或者氨态氮(氨气)。这个转化过程需要消耗能量,自然界的活性氮只能来自三个方面:闪电、某些土壤细菌,以及固氮菌。前两种方式转化率很低,总量不高,固氮菌虽然效率较高,但它只能和豆科植物共生,依靠植物提供的能量完成固氮过程。活性氮也可以通过反硝化过程重新成为氮气,自然界的“活性氮”总量一直是相对稳定的,“氮循环”一直处于某种平衡状态,并维持了几亿年。

然后人类出现了。

人类发明了农业,土壤中的氮元素逐渐被消耗殆尽。古代农民不认识氮元素,但也都知道“地力”这个概念。刀耕火种和休耕都是恢复地力的好方法,本质上就是让土壤中的微生物,以及闪电产生的活性氮随着降雨而补充到土壤中去。中国农民也不认识氮元素,但不知出于何种原因,尝试以粪为肥,终于部分地解决了氮缺乏的问题。值得一提的是,粪肥在很多热带地区并不适用,因为太脏了。事实上,有人认为中国人对细菌的抵抗力之所以比较高,原因就是多年吃沾染粪便的食物。

但是,随着人类逐渐向城市集中,氮元素的净流失越来越严重,农田缺氮的问题日益突出,成为限制粮食产量的那块短板。这个问题直到德国化学家尤斯图斯•李必希(Justus Liebig)搞清了植物的“食谱”(即氮磷钾理论),并发明了矿物质肥料后,才终于得以改善。再后来,德国化学家弗雷兹•哈伯(Fritz Haber)发明了一种廉价的氨气制备法,以消耗化石能源为代价,把空气中的氮气转变成氨气,进而合成出了化学氮肥。这件事对人类、乃至地球生态环境的改变非常之大,至于说这种变化是好是坏,各人有各人的判断。

中国人口多,耕地少,急需提高亩产量。这里面当然有精耕细作、水利设施,以及袁隆平等人的功劳,但最需要感谢的并不是他们,而是化肥。据统计,中国用世界上7%的耕地养活了22%的人口,但是却用了世界上35%的化肥,其中最主要的化肥就是尿素,目的就是补充氮元素。

尿素的生产需要消耗大量化石能源,加剧了全球变暖。但最大的问题还不是这个,而是氮循环的失衡。人类每年依靠化学方法从空气中固定的氮早就超过了自然界固氮的总和,研究表明,地球每年可以承受的固氮总量不应超过3500万吨,目前的水平是1.21亿吨,远超临界值。这么多氮元素进入生态系统,不但会污染空气和地下水,增加癌症和心血管病发病率,而且会造成水体的营养过剩,导致蓝藻过量繁殖,杀死江河湖海中的鱼类。

如何解决这个问题?很多其它方法都是小打小闹,关键是如何减少化肥的使用。而对于这一点,不同领域的人士争得面红耳赤。某些环保人士认为有机农业才是解决问题的方法,但只要算一下氮的平衡就不难发现,有机农业永远只能是小范围、高投入的产业,很难扩展到整个农业体系。

那么,还有什么解决办法呢?请看我在这期三联上写的《氮的问题》(封面是本拉登)。
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(据说这个封面引起很多人不满,大家真是闲的氮疼啊,需要狠狠地扯一扯啦。)

每日一歌:Lee Morgan-(一首非常带劲的疯克爵士乐):

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2011年6月7日, 9:34 上午
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分类: 公民博客
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