蒋高明 有机慢生活magazine 2017-08-02
警惕耕地健康九大“杀手”
文 | 蒋高明
摘自《有机慢生活》2017年 第5期
蒋高明：中国科学院植物研究所首席研究员、博士生导师、山东省"泰山学者"特聘教授、中国科学院研究生院教授，兼任联合国教科文组织人与生物圈中国国家委员会副秘书长、《World Journal of Agricultural Science》编委、《植物生态学报》常务编委、《生态学报》编委等职。共在国内外发表论文180篇（部），参与编写专著8部, 主编了国内第一本植物生理生态学教科书《植物生理生态学》。
耕地是国土资源的精华，是人民大众的营养库。
没有安全健康的土壤库，人类的健康也就失去了根本，只有在健康的土壤中，采用健康的办法，才能够生产出健康的食品，才能从源头减少病人，解决医患矛盾问题。遗憾的是，目前我们的耕地面临着日趋严重的污染。宝贵的耕地到底是怎样被污染的？耕地污染的元凶或者耕地质量的健康“杀手”都是哪些东西呢？
01
耕地杀手之一：污水灌溉
污染耕地的“元凶”大多是间接的，罪魁祸首是来自工矿业废水的污灌，我国因污水灌溉而遭受污染的耕地达3250万亩。目前全国有70%的江河水系受到污染，40%基本丧失了使用功能，流经城市的河流95%以上受到严重污染。综合世界银行、中科院和环保总局的测算，我国每年因环境污染造成的损失约占GDP的10%左右。以黄河为例，据统计，黄河流域污水处理量仅占排放总量的14%左右，水利部将黄河干流20世纪80年代初至2004年末的水质监测资料进行了对比分析：上世纪90年代末，58 %的干流河长未达到Ⅲ类水标准；2004年末，黄河干流水质未达到Ⅲ类标准的河长已经占到70%，其中劣五类水质（此类水已经没有任何使用价值）河长占到了7.4%。再如长江，有人说现在的长江是一江“毒”水向东流，中国两万多家石化企业中有一万家分布在长江流域，另外，沿江分布着五大钢铁基地、七大炼油厂。而全国每年大约3800亿立方米农业灌溉用水中，就有很大一部分是来自被严重污染的江河湖泊。用这样的污水灌溉农田，还能指望结出什么好果子呢？
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耕地杀手之二：酸雨
对耕地而言，酸雨是不折不扣的“空中杀手”。酸雨是煤、石油、天然气等化石燃料燃烧后产生的硫氧化物（SOx ）、氮氧化物（NOx）等污染物在大气中经过复杂的化学反应，形成硫酸或硝酸气悬胶，再与水蒸气结合，使水质呈酸性的降雨, pH值界于3～5之间，呈现强酸性反应。大多数植物适合在中性的土壤环境中生长，酸雨使土壤呈酸性，这对植物生长极为不利。并且酸雨还促使土壤中植物不可或缺的营养物质钾、钠、钙、铝等元素释放出来，随水淋溶流失，使土壤肥力严重下降，日渐贫瘠，而活性铝还强烈地抑制植物生长。此外，酸雨还能阻碍土壤微生物生长繁殖，降低酶活性，进一步影响植物生长。重庆市自80年代以来，因酸雨的危害，林区85%的马尾松受到伤害，死亡率高达35%，1982年6月的了一场酸雨，使两万亩水稻叶如火烤，几天后枯死；广西柳州地区因酸雨灾害严重，甚至出现了“下雨天烧菜”的怪事。
长期以来，我国能源结构是以高硫燃煤为主，2015年，全国二氧化硫排放总量高达2086万吨，居世界第一。也因此，我国成了世界上受酸雨危害最严重的国家之一，70年代我们甚至还不知酸雨为何物，而现在酸雨区已由80年代初的西南局部地区发展到西南、华中、华南、华北地区，超过了国土面积的40%，华中地区酸雨污染最重，其中心区域酸雨年均pH值低于4.0，酸雨出现频率高达80%以上，几乎是逢雨必酸。
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耕地杀手之三：化肥
第一次绿色革命的最大成果就是大量化学物质使用促进了粮食增产，化肥已经彻底取代了传统农家肥，种地过分依赖化肥，造成化肥用量居高不下。2015年，中国化肥年使用量高达5900万吨，平均用量达32.7公斤/亩(美国农用化肥单位面积平均施用量15公斤/亩)，是国际化肥安全上限的1.93倍，但利用率仅为40%左右，其余60%都贡献给了土壤、地下水和大气。
中国是世界上使用氮肥最多的国家，氮肥施用量是美国的3倍，法国的1.5倍，德国的1.6倍。氮肥的过剩使用也没有提高氮肥吸收利用率。中国人民大学农村与发展学院温铁军教授及其团队的实地调查中，江苏省水稻的氮肥吸收利用率仅19.9%，山东省小麦氮肥利用率仅为10%左右。氮肥工业是以煤、石油和天然气等不可再生资源为生产原料，生产过程需要消耗大量水和电，属于高耗能和高污染行业。2006年，氮肥行业年耗天然气、无烟煤、电分别占全国总量的18.7%，22.1%和2.28%。中国70%的氮肥生产以消耗煤炭为主，年均消耗能源约为1亿吨标准煤，而且正以每年1000万吨标准煤的速度增长。
化肥的过量使用，对土壤最直接的破坏是使其变酸。中国农业大学土壤学家张福锁教授和他的同事对过量使用化肥引起的土壤酸化趋势进行了研究。他们对比上世纪80年代土壤测定结果与最近10年测量结果，同时还搜集了有关部门过去25年来中国农业地区严密监测所获得的数据。对上述数据进行认真分析，研究人员发现，从上世纪80年代早期至今，中国境内耕作土壤类型的pH值下降了0.13到0.80个单位。土壤变酸会加速营养元素的流失，降低化肥利用效益，同时对土壤微生物和动物造成危害。
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耕地杀手之四：农膜
愈演愈烈的耕地白色污染，几乎成为中国农田的重要“风景”，北方耕地几乎被清一色的白色塑料膜所覆盖。从空中向下俯瞰，白茫茫大地一片；在高速公路两旁，白色塑料膜一望无际，让人仿佛来到了一个“水汪汪”的世界，让人想起“白色恐怖”。田间地头、渠沟路旁，甚至大街上、农户的院落里，都处都是废弃的农膜。旧的农膜没有处理完，新的农膜又铺上了，这一奇特景观在改革开放前的农村是根本看不到的。笔者曾经实地考察过几十个国家，从来没有见到一个国家像我国这样，大张旗鼓地应用农膜。长期下去，耕作了5000多年的中国耕地将被大量的农膜、化肥、杀虫剂、除草剂等化学物质所毁灭。
使用农膜主要达到以下两个目的，一是建造塑料大棚生产反季节蔬菜或水果；二是直接铺到耕地上，生产经济价值较高的蔬菜或作物。在山东、河北农村，笔者了解到，目前农民种地，除了玉米、小麦等大宗作物外，种花生、土豆、西瓜、大蒜、茄子、辣椒、黄烟等几乎也毫无例外地覆盖农膜。
土地覆盖农膜后，由于改善了土壤温度、湿度，生长季节可以延长，产量能够提高20%到50%，个别作物甚至可使产量翻倍，如花生等。通过覆盖农膜增加产量是农学家的新技术发明，但是，谁也没有考虑到的是，我们的生态环境能够承受多少农膜污染？目前，我国每年约50万吨农膜残留在土壤中，残膜率达到40%。这些农膜在15-20厘米土壤层形成透水、透气很差的难耕作层。
尽管勤快一点的农民，会将农膜从地里挑出，但他们仅仅是将农膜从自己家的土地扔到地头而已。据说有人专门来收集废弃农膜，但是，因为农膜轻而沾满了土，回收利用价值并不大，因此，没有人愿意收这种废品。当农膜积累多了以后，农民们大多是一把火点燃了之。然而，他的这把火带来的是另外更加严重的污染。
那些自然界不能分解的有机化合物，被称为持久性有机污染物（POPs）。2004年正式生效的国际《斯德哥尔摩公约》，把艾氏剂、狄氏剂、异狄氏剂、滴滴涕、七氯、氯丹、灭蚁灵、毒杀芬、六氯代苯、二恶英、呋喃、多氯联二苯12种化合物列为首批对人类危害极大的POPs，在世界范围内禁用或严格限用。它们在自然界中滞留时间很长(最长可在第七代人体中检测出)，毒性极强，可通过呼吸和食物链进入人体，导致生殖系统、呼吸系统、神经系统等中毒、癌变或畸形，甚至死亡。焚烧农膜极易产生上述12种POPs的至少5种，即列在清单上的后5类。
大量使用农膜，产量提高上去了，但是生产出来的东西不好吃了，质量下降了。任何生命，生长有其固定的规律，本来长得慢的如果让它长得快，其代价就是质量的下降和环境的污染，表现在作物和蔬菜上就是风味下降和耕地污染。在现场，笔者看到，大蒜基部比拇指粗，这在二三十年前是根本不可能的，这是农膜和化肥的贡献。然而，据农民们反应，现在的大蒜辣味不足了。以前种蒜是用覆盖秸秆，而不是覆盖塑料膜，是用大量有机肥，而非化肥，风味的大幅度下降是必然的。
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耕地杀手之五：农药
对于土地伤害最大的莫过于农药，为了对付那些农田里的小小昆虫，人类发明了农药并使用了近百年。人虫大战最终的结果是土地受到严重伤害，因为人类使用的大量农药并不是针对目标害虫，而是益虫、益鸟以及土壤中的微生物和土壤动物都受到危害。全球农业生产中，注册登记的农药原药已达1055种，农药产品16000多种，中国注册登记的农药活性成分达到502种，农药产品9700多种。从这些庞大的农药数量来看，当今人类生产食物的同时，也为农药商生产了财富，但环境与健康代价是要全社会来承担。
由于农药与化肥使用过量，我国农产品品质大大下降，直接影响了国际贸易甚至整个国家的政治形象。与过分依赖化肥相类似，过分依赖农药是现代农业的另一大弊病。目前，我国农药平均施用量为0.9公斤/亩，其中高毒农药占70%，有60%～70%残留在土壤中。国务院发展研究中心的相关调查显示，我国农药的年使用量约为130万吨，但只有约1/3能被农作物利用，大部分进入了水体、土壤及农产品中，全国有超过一亿亩的耕地遭受了不同程度的农药污染，并直接威胁到人体健康。
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耕地杀手之六：除草剂
除草剂是指可使杂草彻底地或选择性地发生枯死的药剂，又称除莠剂，用以消灭或抑制植物生长的一类物质。其中的氯酸钠、硼砂、砒酸盐、三氯醋酸对于任何种类的植物都有枯死的作用，其作用受除草剂、植物和环境条件三因素的影响。
除草剂主要有两种类型：:一种对单子叶植物有杀灭作用;一种对双子叶植物有杀灭作用。农民在种植土豆、棉花等双子叶作物时，会使用单子叶除草剂;在种植小麦、玉米等单子叶作物时，会使用双子叶除草剂。这样多年轮作下来,耕地里既使用了单子叶除草剂,又使用了双子叶除草剂。除草剂在土壤里难以分解,可以保持多年对植物的杀灭作用。农民种小麦、玉米等单子叶作物，残留的单子叶除草剂发挥作用，小麦、玉米受到影响；种土豆、棉花、花生等双子叶作物，残留的双子叶除草剂发挥作用，土豆、棉花、花生受到影响。使用除草剂以来，我国已经有几亿亩耕地遭遇除草剂污染。
机械化、集约化、工厂化的懒人农业造成了除草剂用量高居不下，抗草甘膦转基因作物的应用更纵容了除草剂使用，因此造成的耕地污染和健康问题日趋严重。据世界卫生组织和联合国环境署报告，全世界每年有100多万人除草剂中毒，其中10万人死亡。在发展中国家情况更为严重。我国每年除草剂中毒事故达近百万人次，死亡约2万多人。1995年9月24日中央电视台报导，广西宾阳县一所学校的学生因食用喷洒过剧毒除草剂的白菜，造成540人集体农药中毒。本世纪更严重,这样的事件年年发生。
化学除草剂在人体内不断积累，短时间内虽不会引起人体出现明显急性中毒症状，但可产生慢性危害，如破坏神经系统的正常功能，干扰人体内激素的平衡，影响男性生育力，免疫缺陷症。农药慢性危害降低人体免疫力，从而影响人体健康，致使其它疾病的患病率及死亡率上升。国际癌症研究机构根据动物实验确证，广泛使用的除草剂具有明显的致癌性。据估计，美国与化学除草剂有关的癌症患者数约占全国癌症患者总数的20%，其中使用量最大的草甘膦被世界卫生组织定位潜在致癌物。
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耕地杀手之七：抗生素
不合格有机肥污染一个重要表现就是抗生素超标，蔬菜、果园与水果生产的耕地表现最为明显。有人对天津蔬菜地土壤及有机肥中抗生素残留研究发现，集约化养殖场的猪、鸡粪便中金霉素检出率达到78%，最高值达到563.8mg/kg（干基）；四环素和土霉素检出率也高达56%，最高值分别为34.8和22.7mg/kg；样品中四环素类抗生素的总检出率为64%，三种抗生素中土霉素检出率最低18%，最高值达到105.6μg/kg（风干基）；四环素检出率为36%，最高值达到196.7μg/kg；金霉素检出率为32%，最高值达到477.8μg/kg。在所调查土壤中，温室和大棚菜田土壤的四环素类抗生素残留水平高于露地菜田土壤。蔬菜地里的抗生素来自有机肥污染。无论是从养殖场直接运来的有机肥，还是商品有机肥。同样存在四环素类抗生素残留，其残留水平和检出率与养殖场猪粪和鸡粪相当，这种抗生素对耕地的伤害是极其严重的，相当于人类为土壤施加了抗生素，造成污染微生物和土壤动物的严重伤害，甚至物种灭绝。
养殖场里为什么有抗生素？通过两种途径进入，一是养殖本身一并防治与治疗；二是即使动物没有病，添加进饲料里预防疾病。以速生鸡养殖为例。第2-3天，用抗菌药物，也叫抗生素。通常使用养弗沙星等药，将药溶解到鸡的饮用水中，按说明书的用量再翻倍使用，一般1000只鸡/瓶（100g/瓶）；第18天后鸡开始容易得病，所以需要对症下药，没病防疫时用抗生素、抗病毒的药物。第28-29天，还需要加防一次。鸡容易得肠道疾病，一得病就会几天不下蛋，防病、治病是最要紧的事，所以养殖户购买的饲料里通常有添加的红霉素、土霉素预防疾病。
值得警惕的是，人类饲养的绝大部分动物都可能被喂养抗生素，如各种家禽、家畜、鱼类、淡水养殖、海水养殖等。一个不争的事实是，抗生素被广泛应用于农业饲养和渔业养殖中。尽管有专家指出，动物产品抗生素残留量极低，对人体的直接毒性也很小，但长期食用后可在体内蓄积，会给人体健康带来严重危害。人们经常食用含有抗生素的食品，耐药性会不知不觉增强，一旦患病时再使用这些抗生素则无济于事。
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耕地杀手之八：重金属
农田土壤重金属污染已成为威胁我国粮食安全生产的一个严重的环境问题。全国受重金属污染的耕地约有一千万公顷，约占耕地总面积的10%以上，多数集中在经济较发达的地区，全国每年受重金属污染的粮食多达1200万吨，因重金属污染而导致粮食减产高达1000多万吨，合计经济损失至少200亿元。污染农田土壤的重金属元素主要包括镉、汞、铅、砷、铬和铜等，主要来源于各种污水如工业、商业和生活污水，大气沉降如工业粉尘和汽车尾气，固体废弃物如矿业和工业固体废弃物、各种垃圾，以及农用物资如农药、化肥和地膜等。
未经处理的各种污水直接进入江、河、湖泊和农田，是导致农田重金属污染最主要的来源，污水中的重金属元素不仅污染了农田土壤，也进一步污染了地下水。检测数据显示，目前大部分地下水都遭到了污染，有90%的城市地下水被污染，其中三分之二被严重污染，而全国有40%的农业灌溉使用地下水，进入地下水的重金属又随灌溉进入农田土壤。土壤中的重金属随作物的吸收、转运而进入人类食物链，引发各种食品安全事故，不断出现的“癌症村”就是其危害的具体表现。
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耕地杀手之九：转基因
转基因技术是在第一次绿色革命基础上继续鼓励使用农药和化肥，其对土壤健康的影响也是十分显著的，突出表现在对于天然动物和微生物群落的伤害，因为有些转基因技术虽然是奔着目标害虫去的，但对于生态系统的影响设计者并没有考虑，而抗除草剂转基因作物的使用，客观上鼓励了更多除草剂尤其草甘膦的使用。
土壤中的动物种类十分丰富，如土壤线虫、纤毛虫、蚯蚓、原生动物、无脊椎动物等，它们在土壤生态系统中的元素循环和能量流动中起着非常重要的作用。蚯蚓就是最传统的健康土壤指示动物，在加快有机质分解，增进碳、氮营养循环、松动土壤、改善土壤通透性等方面做着地下贡献工作。
转基因作物尤其转Bt基因作物对土壤动物带来较大的影响。其一，Bt毒蛋白虽还未发现直接影响土壤动物，Bt毒蛋白对土壤动物的急性中毒和亚致死毒性效应还不明显。其二，残留在土壤中的Bt蛋白也会伤害一些土壤动物，影响一些无脊椎动物及养分循环。转基因玉米的Bt蛋白对大蜗牛、小型节肢动物有负面影响；当土壤中的Bt蛋白浓度高时，土壤线虫的繁殖率显著降低。第三，转Bt基因玉米对某些目的动物虽未造成毒害，但它们的粪便中可检测出Bt毒蛋白；在蜗牛的组织中和粪便中也检测出Bt毒蛋白。这说明一些土壤动物介导了Bt毒蛋白的转播。第四，种植转Bt基因作物后，会使土壤生物间的食物链遭到破坏。Bt蛋白影响了土壤微生物，而微生物影响到作物秸秆的分解，而秸秆分解的程度又决定着土壤动物的营养状况。土壤动物得不到相应的营养，就会影响其繁殖和种群数量。
转Bt基因作物由于要额外的合成Bt蛋白，植物体内的C/N比值发生了变化，比常规作物要低。如果土壤中的碳素含量低，就会直接影响土壤微生物的增殖和代谢，反过来又会影响作物残茬的分解，这样会使土壤动物缺乏食料，从而间接影响土壤动物的生存。
土壤微生物在土壤肥力中占有重要地位，是土壤活性的具体体现。土壤微生物在有机质形成和降解、营养物质的矿化与固定、土壤结构的改善、植物病理的调控等多方面发挥着重要的作用。
种植转Bt基因作物后，将从以下几方面危及到土壤微生物的生存：
第一, 导致土壤中一些功能性微生物数量及活性下降。转Bt基因作物的种植，对土壤微生物区系产生了较大的扰乱。转Bt基因棉与传统棉相比，在苗期土壤根际细菌多样性的相似度只有74%~77%；在蕾期和花期，相似度只有58%~60%。最新研究报道出，我国一些农田里种植了转Bt基因水稻后，土壤微生物的群落结构发生了很大的变化。种植的年份越长，种植的密度越大，对土壤中的氨氧化细菌的影响就越大。在印度种植了转Bt基因棉花的土壤里，放线菌数量减少了17%，其它有益微生物的数量也减少了14%；在我国种植转基因抗虫棉10年的土壤里，固氮菌的数量显著降低，对照为17%，转基因棉为11%，下降了35%左右。
第二，外源Bt基因水平漂移到土壤微生物中。我国学者从转Bt基因棉花的土壤中，分离到的21个土壤微生物菌株中，经过DNA检测，有18个菌株出现了抗卡那霉素的抗生素阳性片段，这是转Bt基因棉所携带的外源基因片段。初步判断，转Bt基因作物的外源基因发生了水平转移。转基因作物所携带的外源基因，随着转基因作物植株的残枝落叶进入土壤中，被土壤基质所吸附，在田间地头继续生效，仍有转化能力。外源基因有可能从植物水平转移到微生物的细胞内，从而发生不可避免的基因污染。
第三，导致土壤微生物群落结构失调，病原菌占上风，病害加剧。枯萎病、黄萎病是真菌性病原菌，属于土壤习居菌。病原菌能在土壤中营腐生生活，长期潜伏在土壤中。当时机成熟时，它又能从根系入侵到植物体内，长驱直入进入到植物的维管束中寄生。是一种系统性侵染病害，一旦暴发，无药防治，给棉花造成会毁灭性的打击。我国大面积种植转Bt基因棉花后，抗虫棉的抗病性均比常规棉要差，表现为抗虫棉早期抗虫但不抗病，到后期既不抗虫也不抗病。2009年抗虫棉枯、黄萎病大面积暴发流行，严重危害棉花生产，棉花产量下降了近10%。在灾情严重的省份，126万亩棉花中有86万亩病情严重，减产5成到7成，还有近3万亩棉花绝收，损失惨重。面对枯死一片的棉田，棉农们直掉眼泪，忍心连根拔掉棉花植株。这些有目共睹的事实，再次暴露出转Bt基因棉在最初设计上的重大科学缺陷。
第四，转基因作物的果壳具有毒性，抑制食用菌生长。转基因抗虫棉的棉籽壳中仍携带有Bt毒素，和大量的毒性棉酚，给下游的食用菌生产造成恶劣影响。棉籽壳是栽培食用菌的主要原料，尤其是在制种过程中，要用到大量的棉籽壳。在生产中人们发现，种植转Bt基因棉后，棉籽壳营养质量下降。用了不发菌，或菌丝体生长不良。转基因棉籽壳中仍残留有Bt毒蛋白，最高含量达58.6个标准单位。这些毒蛋白危害菌丝体的生长，并有可能进入食用菌的子实体中而被人体食用。棉籽壳中残留的Bt基因片段，也有可能流入食用菌的基因组中，发生基因污染。经检测发现，转基因棉植株中的次生代谢物发生了剧烈的变化。转基因棉籽中的棉酚含量成几倍增加，对照组中的棉酚含量为368.6个标准单位，而转基因棉的棉酚含量竟高达1425.1个标准单位。
