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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
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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

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/

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:

·    Olson OE. 1986. Selenium Toxicity in Animals with Emphasis on Man。 Journal of the American College of Toxicology. 5:45-70

·    Shao SX , Zheng BS. The biogeochemistry of selenium in Sunan grassland, Gansu, Northwest China, casts doubt on the belief that Marco Polo reported selenosis for the first time in history. Environ Geochem Hlth, 2008, 30: 307-314.

·    G.Q. Yang, S.Z. Wang, R.H. Zhou, S.Z. Sun, R.E. Man. Research on the etiology of an endemic disease characterized by loss of nails and hair in Enshi county. J Chin Acad Med, 3 (Suppl. 2) (1981), pp. 1-6. (In Chinese)

·    多田道彦,大久保昭行, (司会)和田攻.「ひとと元素」(てい談). CLINICIAN No.331. 2-15

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·    Mäkelä, AL., Näntö, V., Mäkela, P. et al. The Effect of Nationwide Selenium Enrichment of Fertilizers on Selenium Status of Healthy Finnish Medical Students Living in South Western Finland. Biological Trace Element Research, 1993,36: 151-157. 

·    Burrell, R. J. W., Roach, W. A., and Shadwell, A. 1966. Esophageal cancer in the Bantu of the Transkei associated with mineral deficiency in garden plants. J. Nail. Cancer Inst., 36: 201-214. 

·    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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