農(nong) 藥、化肥的使用讓人詬病，但誰能想到，有機食品，這一工業(ye) 化農(nong) 業(ye) 中的“白蓮花”，背後也是另一張臉。

　　圖蟲創意

　　作者 | 於(yu) 淼 西奈山伊坎醫學院

　　雖然21世紀已經過去了五分之一，但其實我們(men) 自己對世界的認識很多還停留在農(nong) 業(ye) 甚至狩獵采集時期，很多人到今天還在堅信輪回與(yu) 田園生活等典型前工業(ye) 化時代的理論與(yu) 經驗，而造成這種認知斷層的一個(ge) 重要原因，就是不了解農(nong) 業(ye) 在過去六七十年間發生的綠色革命。

　　馬爾薩斯的人口理論

　　農(nong) 業(ye) 社會(hui) 出現前，全世界人口一直沒有超過1500萬(wan) 。從(cong) 農(nong) 業(ye) 社會(hui) 出現到第一次工業(ye) 革命的將近五千年中，伴隨農(nong) 業(ye) 開荒與(yu) 耕種技術進步，世界人口才勉強到達10億(yi) 。

　　人口是農(nong) 業(ye) 社會(hui) 的基本勞動力單位，但相當長時間被農(nong) 產(chan) 品產(chan) 量所限製。馬爾薩斯在《人口原理》中認為(wei) ，人口增長有兩(liang) 個(ge) 基本假設，一個(ge) 是人類生存靠食物；另一個(ge) 則是人類的情欲不可消除。其中，食物的增長是算術級數，但人口的增長是指數級數，這兩(liang) 者之間的增長率不一樣，一定會(hui) 被增長較慢的食物製約。

　　在馬爾薩斯的時代，實證數據確實展示出了這種矛盾：當人口增長率超過農(nong) 產(chan) 品增長率時，就會(hui) 出現饑荒來降低人口，所以人口數就在糧食產(chan) 量附近反複橫跳，順道發生些改朝換代。

　　而近現代社會(hui) 開啟了某種機製，這種機製保證了農(nong) 產(chan) 品可以不斷滿足需求。

　　糧食的綠色革命

　　在工業(ye) 革命之後僅(jin) 兩(liang) 百多年時間裏，世界人口到達了70億(yi) ，而且這是個(ge) 指數增長的過程：世界人口在1959年才到達30億(yi) ，1974年人口就到了40億(yi) ，現在距離芭比娃娃誕生的1959年不過61年，地球上多了40億(yi) 人口，這還不算印度、尼日利亞(ya) 、印尼這種政府都吃不準統計人口的地方（基本都是低估）。

　　世界人口變化圖（間距10億(yi) ）。|編輯製圖

　　這裏麵，現代醫學對平均壽命的延長是一個(ge) 重要因素，但純多出來的這40億(yi) 人的口糧，都得從(cong) 地裏長出來。傳(chuan) 統農(nong) 業(ye) 的生產(chan) 率基本趕不上趟兒(er) ，甚至都滿足不了提供副食的畜牧業(ye) 所需的飼料供應，這中間的綠色革命起了很重要的作用。

　　綠色革命出現在世界人口快達到30億(yi) 的時候，是農(nong) 業(ye) 工業(ye) 化進程的一部分，農(nong) 業(ye) 機械、農(nong) 藥、灌溉係統，甚至新育種技術，都從(cong) 底層推動了農(nong) 產(chan) 品產(chan) 量產(chan) 率的提高。綠色革命看似針對靠天吃飯的農(nong) 作物，但動力其實是技術、煤炭、石油與(yu) 鋼鐵，而不是麵朝黃土背朝天。

　　發展中國家普遍在這個(ge) 時期迎來了人口高峰，畢竟是養(yang) 得起的，且綠色革命的基礎技術要求並不高。綠色革命最著名的案例就是墨西哥，墨西哥在1956年接受了發達國家推廣的雜交小麥，農(nong) 業(ye) 上實現了自給自足，到1964年甚至開始出口農(nong) 產(chan) 品了。

　　這裏加一個(ge) 小插曲，就是開頭提到的輪回體(ti) 係。

　　農(nong) 業(ye) 社會(hui) 時期的宗教通常會(hui) 帶有靈魂輪回體(ti) 係，但輪回在邏輯上要成立，是需要人口平穩的，農(nong) 業(ye) 社會(hui) 的人口增長緩慢，時不時來個(ge) 天災人禍，從(cong) 民眾(zhong) 感知上會(hui) 認為(wei) 比較合理。同時，有些輪回理論注意到了人口增長問題，就提出了六道輪回之類的理論，把動物也算進來彌補總數平衡。

　　不過農(nong) 業(ye) 社會(hui) 的科學認知有限，輪回一說無法用定量研究來驗證，所以大都是口口相傳(chuan) 的故事來佐證。但綠色革命算是對這類理論做了個(ge) 很漂亮的證偽(wei) ，因為(wei) 過去這六十年憑空多了40億(yi) 人口，全球肉類消費量直到2019年才因為(wei) 豬瘟出現首次負增長，雖然物種多樣性受損嚴(yan) 重，但數量上不論人還是獸(shou) 都增長迅猛。

　　按照輪回假定，這多出來的部分靈魂就找不到來源，或者隻能稀釋原有靈魂，但這又違反了眾(zhong) 生平等的原則。所以，當前與(yu) 時俱進的騙子的主流忽悠框架是平行宇宙跟量子力學，當然以後要是被新事實打臉也沒辦法。

　　農(nong) 業(ye) 工業(ye) 化的實質

　　自上世紀70年代開始，不論發達國家還是發展中國家，都因為(wei) 環境汙染事件出台了環境保護的相關(guan) 法規，環境科學也被學術界接納並進入主流視野。最早兩(liang) 本書(shu) 籍《寂靜的春天》與(yu) 《增長的極限》，對公眾(zhong) 進行了一次環保啟蒙，而這兩(liang) 本書(shu) 裏提到的很多案例都有綠色革命的影子。

　　《寂靜的春天》大量使用農(nong) 藥濫用的案例，而《增長的極限》則回歸馬爾薩斯理論，認為(wei) 地球資源會(hui) 最終限製經濟增長而引發了關(guan) 於(yu) 可持續性的討論。也就是說，綠色革命在解決(jue) 口糧問題的同時，也開啟了環境科學相關(guan) 研究的討論。而綠色革命與(yu) 環境保護背後的討論，本質上是解決(jue) 工業(ye) 化農(nong) 業(ye) 出現的問題。

　　在綠色革命的輸入輸出體(ti) 係中，需要輸入的主要是農(nong) 藥和化肥，前者抵禦病蟲害，後者直接提高產(chan) 量。打輔助提高效率的就是農(nong) 業(ye) 機械，其動力需要石油、化工、電力等行業(ye) 的支持。

　　實際上，農(nong) 藥生產(chan) 的本源也還是石油煤炭化工業(ye) 。從(cong) 物料守恒角度來看，石油煤炭其實是遠古浮遊動物與(yu) 藻類的屍體(ti) 在曆史上的沉積，這個(ge) 過程動輒上億(yi) 年。工業(ye) 化要做的，就是把這些有機物一部分燒了做能源，另一部分通過化學反應轉化成能作為(wei) 農(nong) 藥的分子。

　　做化肥也是同樣的道理，不過作為(wei) 化肥，最終是要按農(nong) 作物需要來製備。在農(nong) 業(ye) 裏，農(nong) 作物要想生長起來，碳氫氧氮磷一個(ge) 都不能缺。碳氫氧通過自然界裏到處可見的空氣與(yu) 水就可以得到，工業(ye) 原料的石油煤炭天然氣裏也可以轉化，但有兩(liang) 種元素是不夠的，那就是氮與(yu) 磷。在應對氮磷短缺上，工業(ye) 化其實是打開了潘多拉魔盒。

　　農(nong) 作物缺的主要是氮和磷。|圖蟲創意

　　哈柏法進行人工固氮

　　自然界裏不缺氮元素，空氣裏比重最大的就是氮氣。但對於(yu) 生物體(ti) 中所需的氮，氮氣實在是活性太低，要想創造更多的生物分子，活性氮就不可或缺。自然界固氮需要別的物種輔助，那就是固氮菌，但固氮菌效率比較低，對生產(chan) 要求比較高。另一種自然固氮方法是高能固氮，也就是打雷，但比生物固氮的固氮量低了一個(ge) 數量級。

　　此時，工業(ye) 化分工出來的化學家就登上曆史舞台了，最出名的就是哈柏法。

　　這個(ge) 反應及其簡單，用氮氣和氫氣在鐵催化劑高溫高壓下得到氨氣，這就是活性氮了。氮氣直接在空氣裏就有，而氫氣則可以通過水煤氣或甲烷（天然氣主要成分）與(yu) 水反應製備。當前的工業(ye) 固氮產(chan) 量就以這麽(me) 幾個(ge) 簡單的人工化學反應為(wei) 基礎生產(chan) 的，最後超過了自然界固氮量。

　　這些固定的氮通過農(nong) 作物與(yu) 食品，轉換成了70億(yi) 人口體(ti) 內(nei) 的蛋白質骨架，在這個(ge) 意義(yi) 上我們(men) 自己就是工業(ye) 製成品。沒有工業(ye) 固氮技術，我們(men) 身體(ti) 中一半的氮元素都還應該是氮氣。所以，《複仇者聯盟》裏麵滅霸費牛勁去收集無限寶石，不如去拆了所有固氮工廠，從(cong) 結果上看差不多。

　　工業(ye) 固氮本身會(hui) 有能耗，但除此之外，氮肥的效率差距也是很大的。碳酸氫銨屬於(yu) 比較容易吸收的，但也容易在自然條件下分解成氨氣跑了，俗稱“氣兒(er) 肥”。尿素含氮量更高，但因為(wei) 不是銨態氮，農(nong) 作物吸收效率不高且比較貴。硝態氮倒是不會(hui) 變成氣，但硝酸根決(jue) 定了含氮量比較低。

　　這個(ge) 低效率其實用精耕細作的方式可以合理施用，然而農(nong) 業(ye) 在發展中國家一般拿不到補助，經濟上不如打工來錢快，這就造成當前很多人務農(nong) 豪放而過量濫用氮肥。中國用全世界7%的耕地養(yang) 活約世界五分之一的人口，但我們(men) 也同時用了全世界化肥產(chan) 量的35%。從(cong) 質量平衡上考慮，多用出的那部分就都成了汙染源。

　　此外，工業(ye) 固氮產(chan) 品是氨氣，但化肥裏一般是硝酸根或銨根，銨根可以變成氣態揮發掉，可硝酸根是強酸根，土壤中的堿性離子多是弱堿性，強酸弱堿鹽的過量存留必然讓土壤酸化。

　　我國土壤酸化問題是很嚴(yan) 重的。跟發達國家的工業(ye) 硫酸型土壤酸化不同，我國的土壤酸化大部分是化肥濫用導致的。這令人十分唏噓，因為(wei) 這個(ge) 汙染源的化肥還屬於(yu) 花錢買(mai) 來的，長遠造成的經濟影響比短期利益大很多。但是又不能強製農(nong) 民合理施肥，這會(hui) 提高勞動力成本，屬於(yu) 發展中必然出現的問題。本質上還是需要更健康的財富分配體(ti) 係，公平合理的分配有利於(yu) 共同福祉的實現，農(nong) 業(ye) 補貼或規模化農(nong) 場化生產(chan) 都是思路。

　　除土壤酸化外，過量的活性氮釋放到水環境裏還會(hui) 導致水體(ti) 富營養(yang) 化。富營養(yang) 化並不是現代社會(hui) 才有的問題，事實上富營養(yang) 化是生物對地球改造工程的一部分。在地質運動過後會(hui) 形成天然的靜態水體(ti) ，此時水體(ti) 中營養(yang) 元素比較少，生態係統單薄。伴隨風化與(yu) 衝(chong) 刷，地殼中氮磷可能被釋放，這樣水體(ti) 就會(hui) 適宜浮遊生物生長，然後在水中形成健全穩定的生態係統。

　　一般來說，淡水湖缺磷而海洋缺氮，生態係統規模被營養(yang) 元素所限製。不過假如這個(ge) 水體(ti) 隻進不出，生物質就會(hui) 沉積，時間長了水體(ti) 就會(hui) 沼澤化，如果水分進一步流失甚至可以形成新的陸地。很多小區裏建的人工湖或水庫，時間長了幾乎都會(hui) 富營養(yang) 化。不過還有更快的方法，就是前麵說的濫用化肥。

　　水體(ti) 富營養(yang) 化可導致生物質沉積，讓水體(ti) 沼澤化，甚至變陸地。|圖蟲創意

　　當農(nong) 田施用的化肥不能被有效利用時，營養(yang) 元素很容易隨雨水衝(chong) 刷進入自然水體(ti) 。對自然水體(ti) 而言相當於(yu) 補足了營養(yang) 短板，生物質馬上指數擴增。白天指數擴增，相當於(yu) 無機營養(yang) 有機化，充足有機質又推動了水體(ti) 細菌生長，到了晚上沒了光合作用，大量浮遊生物會(hui) 消耗水中溶解氧。這樣就促進厭氧菌的生長，而水中原有生物也會(hui) 因缺氧死亡腐爛，整個(ge) 水體(ti) 會(hui) 發臭，最終變成死水。富營養(yang) 化一個(ge) 直觀體(ti) 現就是水華，當水麵布滿一層藻類時，這潭水基本就沒救了。

　　這種化肥濫用並不是發展中國家的專(zhuan) 利，實際上發達國家的水體(ti) 富營養(yang) 化也很嚴(yan) 重。用質量平衡的觀點去看，我們(men) 工業(ye) 固氮生產(chan) 的活性氮必然要最終礦化或惰性化才能維持生態係統平衡，不過固氮是個(ge) 生意但礦化氮元素沒有經濟利益，因此這部分隻能靠天吃飯。如果超過自然處理能力，對地球的影響我們(men) 可以視而不見，但人類水資源的處理成本上升是看得見的，畢竟地表水是人類很重要的淡水來源。

　　磷礦石開發後的汙染

　　氮是可以固定的，那麽(me) 磷呢？磷主要來自於(yu) 磷礦石。不過這個(ge) 說法也不準，大洋洲的瑙魯共和國出口的磷酸鹽其實就是鳥糞（經過漫長時間變成磷酸鹽礦）。

　　這個(ge) 國家在澳大利亞(ya) 買(mai) 了一棟樓，準備鳥糞挖完了就舉(ju) 國搬遷，不過後來又給抵押出去了。現在礦開得差不多了隻能靠給澳大利亞(ya) 修建監獄過活，而且海平麵如果上升，這個(ge) 國家還有消失的可能，可以說是個(ge) 現代版的複活節島。

　　世界上最小的島國瑙魯，曾靠鳥糞發家致富，也因鳥糞走向破產(chan) 。|來自網絡

　　磷元素的地球化學循環因為(wei) 速度太慢，實際上對人類而言是不完全的。我們(men) 目前不斷開采和利用磷礦石，實質是把陸地上的磷給搬到海底沉積物裏去了，按自然循環的速率，它們(men) 要再回到人類眼皮底下，得等滄海桑田之後。

　　磷礦用來做化肥也存在嚴(yan) 重浪費和汙染。不過化肥還不是磷汙染主要汙染源，動物糞便才是。這跟氮汙染不同，氮汙染裏化肥占的比重是很高的，僅(jin) 次於(yu) 生物汙染。磷汙染裏的關(guan) 鍵問題則在於(yu) 磷元素生物利用率太低，畜牧業(ye) 中磷飼料喂給畜禽之後又大部分會(hui) 被拉出來。不過這個(ge) 利用率是可以通過轉基因或補充植酸酶來調節的，隻要讓豬雞等生物的磷利用率提高，那麽(me) 也就相當於(yu) 可以減少用量。

　　順便一提，磷元素排放的另一個(ge) 大頭還在於(yu) 人口增長，現代人一個(ge) 人幾十件衣服都不算奢侈，這同樣造成了洗衣服的需求，而洗衣服是需要洗衣粉幫忙的，恰巧三聚磷酸鈉作為(wei) 一種助劑被用到了洗衣粉裏來絡合水中鈣鎂離子，輔助表麵活性劑去汙。人們(men) 在用洗衣粉時也沒比用化肥克製多少，都是過量的，後果就是裏麵的磷全隨著生活汙水排到自然水體(ti) 促進富營養(yang) 化了。

　　對於(yu) 洗衣粉的問題，我們(men) 可以用酶替代表麵活性劑來去汙，但酶本質上是蛋白質，需要溫度合適才好用。此外，相比洗衣粉，洗衣液更適合含酶洗滌劑。但這又牽扯到人們(men) 的生活習(xi) 慣了。目前，國內(nei) 洗衣粉與(yu) 晾衣繩的組合多一些，洗衣液的使用城鄉(xiang) 差異大。

　　所以，綜合來看，氮磷汙染和農(nong) 業(ye) 工業(ye) 化是相伴相生的，想要將其控製在合理範圍內(nei) ，還需要很多的努力，很大的克製。

　　有機農(nong) 業(ye) 也不是“白蓮花”

　　但一些人不免會(hui) 想到，重興(xing) 有機農(nong) 業(ye) 是不是個(ge) 好的解決(jue) 方案呢？例如不用化肥，隻用農(nong) 家肥。市麵上的“有機食品”就是用有機農(nong) 業(ye) 種植的，過程中無化肥、無農(nong) 藥、無激素。

　　不過這裏有個(ge) 問題，農(nong) 家肥是哪裏來的？自產(chan) 自銷理論上可行，但現實肯定不夠用，最直接的來源是養(yang) 殖場的動物糞便。養(yang) 殖場動物糞便的源頭是飼料，但養(yang) 殖時為(wei) 了防疫加的獸(shou) 藥或抗生素也會(hui) 殘留在糞便中，這就造成了抗生素濫用。同時動物糞便大都重金屬超標（也是“超量補充”這種偷懶且粗放的養(yang) 殖策略導致的），這樣的農(nong) 家肥用出去且不論超低的肥效，光是附贈的抗生素跟重金屬就夠受的了。

　　有機肥並不“清白”。2017年一項針對全國主要菜區（包括北方6省和南方12省）有機肥的研究指出，商品雞糞中鎘（Cd）、鉛（Pb）和鉻（Cr）的超標率分別達10.3%、17.2%和17.2%，商品豬糞中鎘（Cd）和砷（As）的超標率分別達20.0%和6.7%。圖為(wei) 商品有機肥。|圖蟲創意

　　新聞與(yu) 科研論文中經常報道有機食品的重金屬超標，也不缺抗生素對農(nong) 作物的生態毒理學研究。2019年《生態毒理學報》上一項研究就指出，在土壤-蔬菜中遷移能力最強的重金屬就是鎘（Cd），而這種金屬恰好極易在土壤中累積，並且危害係數最大。此外，研究還顯示，不同類蔬菜中重金屬富集係數最大的為(wei) 葉菜類，其次是茄果類、瓜果類和豆菜類。

　　這樣看來，有機食品不僅(jin) 價(jia) 格貴，食用後附加風險還挺高。直白地說，有機食品或隻是營銷手段與(yu) 中產(chan) 階級的刻奇罷了，隻是所謂優(you) 質生活的象征與(yu) 自我感覺良好，甚至起作用的就是自我感覺這部分。

　　總之，人類生存要感謝綠色革命，沒有農(nong) 業(ye) 現代化，構成當前作為(wei) 有機體(ti) 的我們(men) 的那些基本元素，要麽(me) 在空氣裏，要麽(me) 在礦石裏，要麽(me) 還是石油煤炭天然氣。

　　但綠色革命也帶來了巨大的增長人口和生存需求，以及日漸嚴(yan) 重的環境問題。僅(jin) 關(guan) 注兩(liang) 種元素的使用，人類的影響力就已經超過自然本身了。而更尷尬的地方在於(yu) ，使用元素本身可能並不會(hui) 造成汙染，汙染更多是由於(yu) 使用者對工業(ye) 品的濫用。這就成了個(ge) 複雜的經濟-技術-社會(hui) 問題了。

　　這也是很多環境問題的縮影，簡單的政策或技術或宣傳(chuan) 對於(yu) 問題解決(jue) 都是不充分的，環境問題的複雜性更多是人性複雜性的體(ti) 現，總想“既...又...”是不靠譜的。我們(men) 需要更多的基礎科研與(yu) 數據來找出應對方案，尤其是在這個(ge) 糧食危機和氣候問題一起凸顯的非常關(guan) 口。

　　文章由“十點科學”（ID：Science_10）公眾(zhong) 號發布，歡迎轉發朋友圈，轉載請注明出處。

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