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微观食物|土壤吃什么,我们就吃什么
陈能场
2021-06-08 16:29  来源:澎湃新闻
自古有言,万物土中生。人类的食物中,有95%直接或间接来自于土壤。在靠有机肥施用的时代,是“人吃什么,土壤吃什么”;如今在化肥为主的时代,则是“土壤吃什么,人吃什么”。
土壤如何影响食物安全?如何让土壤更健康,从而让我们更健康?本文将解释关于土壤、食物安全和健康的几个问题。
食物安全:元素超标
作物长在土壤之上,土壤中的营养和污染物含量、土壤的成分及性质,都深刻影响着作物的产量和品质。
如果土壤遭受外来物质的污染,或者土壤环境恶化(如酸化、盐碱化),就容易造成有害物质超标,生产出不安全食物,特别是一些植物的非必需元素,它们在一定条件下容易在“土壤-植物”系统中迁移,但由于植物体内缺乏调控机制,就容易造成元素的超标。
典型的例子就是镉和硒。
在稻谷中镉含量超过限值标准(0.2毫克/千克)的数倍时,水稻的生长不会受影响,依然可以高产。上世纪中期,日本曾发生被矿水、矿渣带的镉污染的稻田,当地村民长期食用镉大米而导致了“痛痛病”。去年4月,湖南益阳再次发现了镉大米
马可·波罗游历到中国时,发现了马有跛脚等现象,这被认为是硒中毒的最早记录。不过,中国科学家的研究发现,这并非是硒的毒害,而是马吃了狼毒草等植物所致。如同在中国,硒的分布在美国也差异很大,大部分东部和西北地区的土壤和植物中,硒含量低;而在中西部地区,饲草中硒含量很高,高硒地带生长的牧草可以导致牛羊的硒中毒,被称为“碱毒病”(alkali disease)和“瞎撞症”(blind staggers)。
对于人类而言,1560年,佩德罗·西蒙神父在南美哥伦比亚地区描述的人类疾病与动物的“碱毒病”很雷同,被认为是硒慢性中毒。在食物短缺、食物结构单一的上世纪60年代,湖北恩施也曾发生过人体硒中毒,甚至导致死亡的案例。
食物安全:元素缺乏
除了元素超标,如果土壤中缺乏一些植物必需元素,或必需元素间比例失调,也容易生长出不安全的食物。这些食物普遍缺乏微量元素和次生代谢产物,进而对人体健康产生影响。
人体中,四个大量元素(氢、氧、碳和氮)约占人体构成的99%,七个次要元素(钠、钾、钙、镁、磷、硫和氯)占0.9%,剩下的0.1%为约18种微量元素。这些微量元素含量虽少,却是维持人类生命所必需的,如钼和硒。
早在1966年,Burrell等人发现,南非共和国特兰斯凯区的班图人的食管癌发病率很高,他们归咎于吃了当地钼含量很低的土壤上种植的食物。上世纪90年代,河南林县也是食管癌高发地区,研究表明癌症病人的血清、头发和尿液中,钼含量明显低于食管癌低发地区。
按照日本科学家的解释,由于当地土壤缺钼,导致植物缺钼,不能将植物吸收的硝酸根离子转化为胺类物质,从而带来亚硝酸根的积累。不过单单这个原因也不会带来食管癌,恰恰当地人有吃干燥发霉食物的习惯,在霉菌的作用下,产生了致癌物质亚硝胺。在营养丰富的土壤中生长的农作物具有较高的营养成分。图片来源:https://sustainable-secure-food-blog.com/2018/01/22/how-do-fertilizers-help-with-food-security/

在营养丰富的土壤中生长的农作物具有较高的营养成分。图片来源:https://sustainable-secure-food-blog.com/2018/01/22/how-do-fertilizers-help-with-food-security/

在上世纪30年代,黑龙江克山县因食物中缺硒而发生克山病。北欧地区也是天然缺硒的地域,在上世纪70年代,芬兰的心血管疾病发生率曾排名世界第一。1985年,芬兰干脆制定法律,对全国土壤施硒,经过20年的调整,目前芬兰人的硒摄取量提高到理想的80微克/天左右(人体日摄取的硒底线为40微克,高线为400微克)。
要注重污染源的削减
中国是“人多耕地少”的国家,耕地的复种指数高,土壤难以有时间“休闲”。在靠有机肥施用的时代,各种元素的输入大体平衡,算是“人吃什么,土壤吃什么”。而在化肥为主的时代,则是“土壤吃什么,人吃什么”,土壤环境发生了很多变化,如酸化、连作障碍、盐碱化等问题,因此农产品的安全性绷紧着公众的神经。
笔者的论文《<全国土壤污染状况调查公报>探析》分析了中国土壤重金属镉污染的成因。
在1990年《中华人民共和国土壤环境背景值图集》公布的数据中,全国范围内调查的4095个分析样点的镉算术平均值为0.097mg/kg,但到了2014年公布的《全国土壤污染状况调查公报》中,耕地土壤重金属点位超标率达19.4%,其中镉的点位超标率为7.0%。
笔者认为,中国土壤重金属污染问题不在于土壤镉的总量,而在于数十年来大量镉快速进入土壤,而且土壤酸化导致的外源镉对植物的影响很大。因而很有必要客观看待土壤污染,高度重视粮食安全。
认识到这一问题,有助于中国对土壤重金属污染修复的方法选择,也期待《土壤污染防治法》能注重污染源的削减问题。土壤污染防治,不仅需要注意土壤重金属量的减少或固定,更应该重视土壤环境质量,以土壤健康为目标,构建土壤污染的防治体系。
如何让土壤更健康?
对土壤而言,农业的出现就意味着土壤的退化。污染的土壤需要治理,但不管是被污染的土壤还是退化的土壤,都需要管理和维护,需要从“土壤修复”走向“土壤健康”。喂养植物不同“饮食”下的差别。图片来源:https://medium.com/nautilus-magazine/junk-food-is-bad-for-plants-too-3f8414b16380

喂养植物不同“饮食”下的差别。图片来源:https://medium.com/nautilus-magazine/junk-food-is-bad-for-plants-too-3f8414b16380

早在1909年,美国土壤物理学家富兰克林·H·金 (Franklin H King)就发现,当时的美国耕地“富不过三代”,而东方国家特别是中国,如何做到土壤的肥料经久不衰、养育众多人口和禽畜呢?他远赴中国做考察后,写就一本有机农业的经典书籍《四千年农夫》,书中直指其奥秘之一就在于——良好的耕作管理,如堆肥、粪肥、绿肥的持续投入等。
土壤需要“喂养”,肥沃的土壤有了营养,就可以“喂养”作物。而现代农业中,投入大量化肥直接喂养“作物”,把土壤作为植物生长的支撑介质,就本末倒置了。喂土壤与喂植物的差别。图片来源:https://omahaorganicslawncare.com/blog/organic-matter-soil/

喂土壤与喂植物的差别。图片来源:https://omahaorganicslawncare.com/blog/organic-matter-soil/

那么,土壤是如何“喂养”作物的呢?其实是依靠土壤中的微生物。
微生物常常以菌落的形式存在。一把健康土壤中的微生物数量,比地球上的人口还要多。微生物是分解有机质的初级消费者,但也有其他功能,例如通过固氮来帮助植物生长;除去有害化学物质(毒素)毒性;抑制病原体的生长;产生刺激植物生长的物质。
对人类来讲,土壤微生物还具有一个重要作用——用来抗击疾病的很多抗生素药物就来自土壤微生物。
在土壤环境中,根系周围(根际)环境中的微生物,比外部土壤的微生物数量高100倍以上。土壤和微生物,是一对富有活力的“二人转”。植物根系会将约1/4的光合产物通过根系释放到土壤中,喂养微生物及其“朋友”——对植物生长有益的微生物。而微生物则通过代谢,将植物难以吸收的微量元素释放出来。二者共同作用,才能给作物提供源源不断的养料。
土壤根际的微生物将物质转化为作物的“营养”,恰如人体肠道的微生物,将物质转化为身体所需的“营养”。如果在未来,人类又将有机物提供给土壤,让土壤成为人类的“体外代谢过程”,这个闭合循环就会让土壤再次与人类互为“营养”。
当然这种闭合过程,还需要外界的物质输入以弥补过程中的损失。随着人口的增多,需要适量的化肥等物质的补充,才能达到食物和营养的富足。
结语
医学之父希波克拉底曾说:“让食物成为您的药物,让药物成为您的食物。”人类的健康严重依赖于土壤的健康。土壤中的营养、污染元素含量和比例,都影响着人类食物的数量和质量。有了健康的土壤,才能有健康的人类。
(作者陈能场供职于广东省科学院生态环境与土壤研究所,华南土壤污染控制与修复国家地方联合工程研究中心,广东省农业环境综合治理重点实验室。)
参考文献:
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·    Yang CS. 1980. Research on esophageal cancer in China: a review. Cancer Res. 40:2633-2644
“微观食物”系列为“明日之食”专题的一个版块,将聚焦于土壤、微生物等微观元素与食物的关系,投稿邮箱:fengj@thepaper.cn

责任编辑:冯婧

校对:施鋆

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明日之食
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