蔣高明 有機慢生活magazine 2017-08-02
警惕耕地健康九大“殺手”
文 | 蔣高明
摘自《有機慢生活》2017年 第5期
蔣高明：中國科學院植物研究所首席研究員、博士生導師、山東省"泰山學者"特聘教授、中國科學院研究生院教授，兼任聯合國教科文組織人與生物圈中國國家委員會副秘書長、《World Journal of Agricultural Science》編委、《植物生態學報》常務編委、《生態學報》編委等職。共在國內外發表論文180篇（部），參與編寫專著8部, 主編了國內第一本植物生理生態學教科書《植物生理生態學》。
耕地是國土資源的精華，是人民大眾的營養庫。
沒有安全健康的土壤庫，人類的健康也就失去了根本，只有在健康的土壤中，採用健康的辦法，才能夠生產出健康的食品，才能從源頭減少病人，解決醫患矛盾問題。遺憾的是，目前我們的耕地面臨著日趨嚴重的汙染。寶貴的耕地到底是怎樣被汙染的？耕地汙染的元兇或者耕地質量的健康“殺手”都是哪些東西呢？
01
耕地殺手之一：汙水灌溉
汙染耕地的“元兇”大多是間接的，罪魁禍首是來自工礦業廢水的汙灌，我國因汙水灌溉而遭受汙染的耕地達3250萬畝。目前全國有70%的江河水系受到汙染，40%基本喪失了使用功能，流經城市的河流95%以上受到嚴重汙染。綜合世界銀行、中科院和環保總局的測算，我國每年因環境汙染造成的損失約佔GDP的10%左右。以黃河為例，據統計，黃河流域汙水處理量僅佔排放總量的14%左右，水利部將黃河干流20世紀80年代初至2004年末的水質監測資料進行了對比分析：上世紀90年代末，58 %的幹流河長未達到Ⅲ類水標準；2004年末，黃河干流水質未達到Ⅲ類標準的河長已經佔到70%，其中劣五類水質（此類水已經沒有任何使用價值）河長佔到了7.4%。再如長江，有人說現在的長江是一江“毒”水向東流，中國兩萬多家石化企業中有一萬家分佈在長江流域，另外，沿江分佈著五大鋼鐵基地、七大煉油廠。而全國每年大約3800億立方米農業灌溉用水中，就有很大一部分是來自被嚴重汙染的江河湖泊。用這樣的汙水灌溉農田，還能指望結出什麼好果子呢？
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耕地殺手之二：酸雨
對耕地而言，酸雨是不折不扣的“空中殺手”。酸雨是煤、石油、天然氣等化石燃料燃燒後產生的硫氧化物（SOx ）、氮氧化物（NOx）等汙染物在大氣中經過複雜的化學反應，形成硫酸或硝酸氣懸膠，再與水蒸氣結合，使水質呈酸性的降雨, pH值界於3～5之間，呈現強酸性反應。大多數植物適合在中性的土壤環境中生長，酸雨使土壤呈酸性，這對植物生長極為不利。並且酸雨還促使土壤中植物不可或缺的營養物質鉀、鈉、鈣、鋁等元素釋放出來，隨水淋溶流失，使土壤肥力嚴重下降，日漸貧瘠，而活性鋁還強烈地抑制植物生長。此外，酸雨還能阻礙土壤微生物生長繁殖，降低酶活性，進一步影響植物生長。重慶市自80年代以來，因酸雨的危害，林區85%的馬尾松受到傷害，死亡率高達35%，1982年6月的了一場酸雨，使兩萬畝水稻葉如火烤，幾天後枯死；廣西柳州地區因酸雨災害嚴重，甚至出現了“下雨天燒菜”的怪事。
長期以來，我國能源結構是以高硫燃煤為主，2015年，全國二氧化硫排放總量高達2086萬噸，居世界第一。也因此，我國成了世界上受酸雨危害最嚴重的國家之一，70年代我們甚至還不知酸雨為何物，而現在酸雨區已由80年代初的西南局部地區發展到西南、華中、華南、華北地區，超過了國土面積的40%，華中地區酸雨汙染最重，其中心區域酸雨年均pH值低於4.0，酸雨出現頻率高達80%以上，幾乎是逢雨必酸。
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耕地殺手之三：化肥
第一次綠色革命的最大成果就是大量化學物質使用促進了糧食增產，化肥已經徹底取代了傳統農家肥，種地過分依賴化肥，造成化肥用量居高不下。2015年，中國化肥年使用量高達5900萬噸，平均用量達32.7公斤/畝(美國農用化肥單位面積平均施用量15公斤/畝)，是國際化肥安全上限的1.93倍，但利用率僅為40%左右，其餘60%都貢獻給了土壤、地下水和大氣。
中國是世界上使用氮肥最多的國家，氮肥施用量是美國的3倍，法國的1.5倍，德國的1.6倍。氮肥的過剩使用也沒有提高氮肥吸收利用率。中國人民大學農村與發展學院溫鐵軍教授及其團隊的實地調查中，江蘇省水稻的氮肥吸收利用率僅19.9%，山東省小麥氮肥利用率僅為10%左右。氮肥工業是以煤、石油和天然氣等不可再生資源為生產原料，生產過程需要消耗大量水和電，屬於高耗能和高汙染行業。2006年，氮肥行業年耗天然氣、無煙煤、電分別佔全國總量的18.7%，22.1%和2.28%。中國70%的氮肥生產以消耗煤炭為主，年均消耗能源約為1億噸標準煤，而且正以每年1000萬噸標準煤的速度增長。
化肥的過量使用，對土壤最直接的破壞是使其變酸。中國農業大學土壤學家張福鎖教授和他的同事對過量使用化肥引起的土壤酸化趨勢進行了研究。他們對比上世紀80年代土壤測定結果與最近10年測量結果，同時還蒐集了有關部門過去25年來中國農業地區嚴密監測所獲得的數據。對上述數據進行認真分析，研究人員發現，從上世紀80年代早期至今，中國境內耕作土壤類型的pH值下降了0.13到0.80個單位。土壤變酸會加速營養元素的流失，降低化肥利用效益，同時對土壤微生物和動物造成危害。
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耕地殺手之四：農膜
愈演愈烈的耕地白色汙染，幾乎成為中國農田的重要“風景”，北方耕地幾乎被清一色的白色塑料膜所覆蓋。從空中向下俯瞰，白茫茫大地一片；在高速公路兩旁，白色塑料膜一望無際，讓人彷彿來到了一個“水汪汪”的世界，讓人想起“白色恐怖”。田間地頭、渠溝路旁，甚至大街上、農戶的院落裡，都處都是廢棄的農膜。舊的農膜沒有處理完，新的農膜又鋪上了，這一奇特景觀在改革開放前的農村是根本看不到的。筆者曾經實地考察過幾十個國家，從來沒有見到一個國家像我國這樣，大張旗鼓地應用農膜。長期下去，耕作了5000多年的中國耕地將被大量的農膜、化肥、殺蟲劑、除草劑等化學物質所毀滅。
使用農膜主要達到以下兩個目的，一是建造塑料大棚生產反季節蔬菜或水果；二是直接鋪到耕地上，生產經濟價值較高的蔬菜或作物。在山東、河北農村，筆者瞭解到，目前農民種地，除了玉米、小麥等大宗作物外，種花生、土豆、西瓜、大蒜、茄子、辣椒、黃煙等幾乎也毫無例外地覆蓋農膜。
土地覆蓋農膜後，由於改善了土壤溫度、溼度，生長季節可以延長，產量能夠提高20%到50%，個別作物甚至可使產量翻倍，如花生等。通過覆蓋農膜增加產量是農學家的新技術發明，但是，誰也沒有考慮到的是，我們的生態環境能夠承受多少農膜汙染？目前，我國每年約50萬噸農膜殘留在土壤中，殘膜率達到40%。這些農膜在15-20釐米土壤層形成透水、透氣很差的難耕作層。
儘管勤快一點的農民，會將農膜從地裡挑出，但他們僅僅是將農膜從自己家的土地扔到地頭而已。據說有人專門來收集廢棄農膜，但是，因為農膜輕而沾滿了土，回收利用價值並不大，因此，沒有人願意收這種廢品。當農膜積累多了以後，農民們大多是一把火點燃了之。然而，他的這把火帶來的是另外更加嚴重的汙染。
那些自然界不能分解的有機化合物，被稱為持久性有機汙染物（POPs）。2004年正式生效的國際《斯德哥爾摩公約》，把艾氏劑、狄氏劑、異狄氏劑、滴滴涕、七氯、氯丹、滅蟻靈、毒殺芬、六氯代苯、二噁英、呋喃、多氯聯二苯12種化合物列為首批對人類危害極大的POPs，在世界範圍內禁用或嚴格限用。它們在自然界中滯留時間很長(最長可在第七代人體中檢測出)，毒性極強，可通過呼吸和食物鏈進入人體，導致生殖系統、呼吸系統、神經系統等中毒、癌變或畸形，甚至死亡。焚燒農膜極易產生上述12種POPs的至少5種，即列在清單上的後5類。
大量使用農膜，產量提高上去了，但是生產出來的東西不好吃了，質量下降了。任何生命，生長有其固定的規律，本來長得慢的如果讓它長得快，其代價就是質量的下降和環境的汙染，表現在作物和蔬菜上就是風味下降和耕地汙染。在現場，筆者看到，大蒜基部比拇指粗，這在二三十年前是根本不可能的，這是農膜和化肥的貢獻。然而，據農民們反應，現在的大蒜辣味不足了。以前種蒜是用覆蓋秸稈，而不是覆蓋塑料膜，是用大量有機肥，而非化肥，風味的大幅度下降是必然的。
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耕地殺手之五：農藥
對於土地傷害最大的莫過於農藥，為了對付那些農田裡的小小昆蟲，人類發明了農藥並使用了近百年。人蟲大戰最終的結果是土地受到嚴重傷害，因為人類使用的大量農藥並不是針對目標害蟲，而是益蟲、益鳥以及土壤中的微生物和土壤動物都受到危害。全球農業生產中，註冊登記的農藥原藥已達1055種，農藥產品16000多種，中國註冊登記的農藥活性成分達到502種，農藥產品9700多種。從這些龐大的農藥數量來看，當今人類生產食物的同時，也為農藥商生產了財富，但環境與健康代價是要全社會來承擔。
由於農藥與化肥使用過量，我國農產品品質大大下降，直接影響了國際貿易甚至整個國家的政治形象。與過分依賴化肥相類似，過分依賴農藥是現代農業的另一大弊病。目前，我國農藥平均施用量為0.9公斤/畝，其中高毒農藥佔70%，有60%～70%殘留在土壤中。國務院發展研究中心的相關調查顯示，我國農藥的年使用量約為130萬噸，但只有約1/3能被農作物利用，大部分進入了水體、土壤及農產品中，全國有超過一億畝的耕地遭受了不同程度的農藥汙染，並直接威脅到人體健康。
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耕地殺手之六：除草劑
除草劑是指可使雜草徹底地或選擇性地發生枯死的藥劑，又稱除莠劑，用以消滅或抑制植物生長的一類物質。其中的氯酸鈉、硼砂、砒酸鹽、三氯醋酸對於任何種類的植物都有枯死的作用，其作用受除草劑、植物和環境條件三因素的影響。
除草劑主要有兩種類型：:一種對單子葉植物有殺滅作用;一種對雙子葉植物有殺滅作用。農民在種植土豆、棉花等雙子葉作物時，會使用單子葉除草劑;在種植小麥、玉米等單子葉作物時，會使用雙子葉除草劑。這樣多年輪作下來,耕地裡既使用了單子葉除草劑,又使用了雙子葉除草劑。除草劑在土壤裡難以分解,可以保持多年對植物的殺滅作用。農民種小麥、玉米等單子葉作物，殘留的單子葉除草劑發揮作用，小麥、玉米受到影響；種土豆、棉花、花生等雙子葉作物，殘留的雙子葉除草劑發揮作用，土豆、棉花、花生受到影響。使用除草劑以來，我國已經有幾億畝耕地遭遇除草劑汙染。
機械化、集約化、工廠化的懶人農業造成了除草劑用量高居不下，抗草甘膦轉基因作物的應用更縱容了除草劑使用，因此造成的耕地汙染和健康問題日趨嚴重。據世界衛生組織和聯合國環境署報告，全世界每年有100多萬人除草劑中毒，其中10萬人死亡。在發展中國家情況更為嚴重。我國每年除草劑中毒事故達近百萬人次，死亡約2萬多人。1995年9月24日中央電視臺報導，廣西賓陽縣一所學校的學生因食用噴灑過劇毒除草劑的白菜，造成540人集體農藥中毒。本世紀更嚴重,這樣的事件年年發生。
化學除草劑在人體內不斷積累，短時間內雖不會引起人體出現明顯急性中毒症狀，但可產生慢性危害，如破壞神經系統的正常功能，干擾人體內激素的平衡，影響男性生育力，免疫缺陷症。農藥慢性危害降低人體免疫力，從而影響人體健康，致使其它疾病的患病率及死亡率上升。國際癌症研究機構根據動物實驗確證，廣泛使用的除草劑具有明顯的致癌性。據估計，美國與化學除草劑有關的癌症患者數約佔全國癌症患者總數的20%，其中使用量最大的草甘膦被世界衛生組織定位潛在致癌物。
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耕地殺手之七：抗生素
不合格有機肥汙染一個重要表現就是抗生素超標，蔬菜、果園與水果生產的耕地表現最為明顯。有人對天津蔬菜地土壤及有機肥中抗生素殘留研究發現，集約化養殖場的豬、雞糞便中金黴素檢出率達到78%，最高值達到563.8mg/kg（幹基）；四環素和土黴素檢出率也高達56%，最高值分別為34.8和22.7mg/kg；樣品中四環素類抗生素的總檢出率為64%，三種抗生素中土黴素檢出率最低18%，最高值達到105.6μg/kg（風乾基）；四環素檢出率為36%，最高值達到196.7μg/kg；金黴素檢出率為32%，最高值達到477.8μg/kg。在所調查土壤中，溫室和大棚菜田土壤的四環素類抗生素殘留水平高於露地菜田土壤。蔬菜地裡的抗生素來自有機肥汙染。無論是從養殖場直接運來的有機肥，還是商品有機肥。同樣存在四環素類抗生素殘留，其殘留水平和檢出率與養殖場豬糞和雞糞相當，這種抗生素對耕地的傷害是極其嚴重的，相當於人類為土壤施加了抗生素，造成汙染微生物和土壤動物的嚴重傷害，甚至物種滅絕。
養殖場裡為什麼有抗生素？通過兩種途徑進入，一是養殖本身一併防治與治療；二是即使動物沒有病，添加進飼料裡預防疾病。以速生雞養殖為例。第2-3天，用抗菌藥物，也叫抗生素。通常使用養弗沙星等藥，將藥溶解到雞的飲用水中，按說明書的用量再翻倍使用，一般1000只雞/瓶（100g/瓶）；第18天后雞開始容易得病，所以需要對症下藥，沒病防疫時用抗生素、抗病毒的藥物。第28-29天，還需要加防一次。雞容易得腸道疾病，一得病就會幾天不下蛋，防病、治病是最要緊的事，所以養殖戶購買的飼料裡通常有添加的紅黴素、土黴素預防疾病。
值得警惕的是，人類飼養的絕大部分動物都可能被餵養抗生素，如各種家禽、家畜、魚類、淡水養殖、海水養殖等。一個不爭的事實是，抗生素被廣泛應用於農業飼養和漁業養殖中。儘管有專家指出，動物產品抗生素殘留量極低，對人體的直接毒性也很小，但長期食用後可在體內蓄積，會給人體健康帶來嚴重危害。人們經常食用含有抗生素的食品，耐藥性會不知不覺增強，一旦患病時再使用這些抗生素則無濟於事。
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耕地殺手之八：重金屬
農田土壤重金屬汙染已成為威脅我國糧食安全生產的一個嚴重的環境問題。全國受重金屬汙染的耕地約有一千萬公頃，約佔耕地總面積的10%以上，多數集中在經濟較發達的地區，全國每年受重金屬汙染的糧食多達1200萬噸，因重金屬汙染而導致糧食減產高達1000多萬噸，合計經濟損失至少200億元。汙染農田土壤的重金屬元素主要包括鎘、汞、鉛、砷、鉻和銅等，主要來源於各種汙水如工業、商業和生活汙水，大氣沉降如工業粉塵和汽車尾氣，固體廢棄物如礦業和工業固體廢棄物、各種垃圾，以及農用物資如農藥、化肥和地膜等。
未經處理的各種汙水直接進入江、河、湖泊和農田，是導致農田重金屬汙染最主要的來源，汙水中的重金屬元素不僅汙染了農田土壤，也進一步汙染了地下水。檢測數據顯示，目前大部分地下水都遭到了汙染，有90%的城市地下水被汙染，其中三分之二被嚴重汙染，而全國有40%的農業灌溉使用地下水，進入地下水的重金屬又隨灌溉進入農田土壤。土壤中的重金屬隨作物的吸收、轉運而進入人類食物鏈，引發各種食品安全事故，不斷出現的“癌症村”就是其危害的具體表現。
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耕地殺手之九：轉基因
轉基因技術是在第一次綠色革命基礎上繼續鼓勵使用農藥和化肥，其對土壤健康的影響也是十分顯著的，突出表現在對於天然動物和微生物群落的傷害，因為有些轉基因技術雖然是奔著目標害蟲去的，但對於生態系統的影響設計者並沒有考慮，而抗除草劑轉基因作物的使用，客觀上鼓勵了更多除草劑尤其草甘膦的使用。
土壤中的動物種類十分豐富，如土壤線蟲、纖毛蟲、蚯蚓、原生動物、無脊椎動物等，它們在土壤生態系統中的元素循環和能量流動中起著非常重要的作用。蚯蚓就是最傳統的健康土壤指示動物，在加快有機質分解，增進碳、氮營養循環、鬆動土壤、改善土壤通透性等方面做著地下貢獻工作。
轉基因作物尤其轉Bt基因作物對土壤動物帶來較大的影響。其一，Bt毒蛋白雖還未發現直接影響土壤動物，Bt毒蛋白對土壤動物的急性中毒和亞致死毒性效應還不明顯。其二，殘留在土壤中的Bt蛋白也會傷害一些土壤動物，影響一些無脊椎動物及養分循環。轉基因玉米的Bt蛋白對大蝸牛、小型節肢動物有負面影響；當土壤中的Bt蛋白濃度高時，土壤線蟲的繁殖率顯著降低。第三，轉Bt基因玉米對某些目的動物雖未造成毒害，但它們的糞便中可檢測出Bt毒蛋白；在蝸牛的組織中和糞便中也檢測出Bt毒蛋白。這說明一些土壤動物介導了Bt毒蛋白的轉播。第四，種植轉Bt基因作物後，會使土壤生物間的食物鏈遭到破壞。Bt蛋白影響了土壤微生物，而微生物影響到作物秸稈的分解，而秸稈分解的程度又決定著土壤動物的營養狀況。土壤動物得不到相應的營養，就會影響其繁殖和種群數量。
轉Bt基因作物由於要額外的合成Bt蛋白，植物體內的C/N比值發生了變化，比常規作物要低。如果土壤中的碳素含量低，就會直接影響土壤微生物的增殖和代謝，反過來又會影響作物殘茬的分解，這樣會使土壤動物缺乏食料，從而間接影響土壤動物的生存。
土壤微生物在土壤肥力中佔有重要地位，是土壤活性的具體體現。土壤微生物在有機質形成和降解、營養物質的礦化與固定、土壤結構的改善、植物病理的調控等多方面發揮著重要的作用。
種植轉Bt基因作物後，將從以下幾方面危及到土壤微生物的生存：
第一, 導致土壤中一些功能性微生物數量及活性下降。轉Bt基因作物的種植，對土壤微生物區系產生了較大的擾亂。轉Bt基因棉與傳統棉相比，在苗期土壤根際細菌多樣性的相似度只有74%~77%；在蕾期和花期，相似度只有58%~60%。最新研究報道出，我國一些農田裡種植了轉Bt基因水稻後，土壤微生物的群落結構發生了很大的變化。種植的年份越長，種植的密度越大，對土壤中的氨氧化細菌的影響就越大。在印度種植了轉Bt基因棉花的土壤裡，放線菌數量減少了17%，其它有益微生物的數量也減少了14%；在我國種植轉基因抗蟲棉10年的土壤裡，固氮菌的數量顯著降低，對照為17%，轉基因棉為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。我國學者從轉Bt基因棉花的土壤中，分離到的21個土壤微生物菌株中，經過DNA檢測，有18個菌株出現了抗卡那黴素的抗生素陽性片段，這是轉Bt基因棉所攜帶的外源基因片段。初步判斷，轉Bt基因作物的外源基因發生了水平轉移。轉基因作物所攜帶的外源基因，隨著轉基因作物植株的殘枝落葉進入土壤中，被土壤基質所吸附，在田間地頭繼續生效，仍有轉化能力。外源基因有可能從植物水平轉移到微生物的細胞內，從而發生不可避免的基因汙染。
第三，導致土壤微生物群落結構失調，病原菌佔上風，病害加劇。枯萎病、黃萎病是真菌性病原菌，屬於土壤習居菌。病原菌能在土壤中營腐生生活，長期潛伏在土壤中。當時機成熟時，它又能從根系入侵到植物體內，長驅直入進入到植物的維管束中寄生。是一種系統性侵染病害，一旦暴發，無藥防治，給棉花造成會毀滅性的打擊。我國大面積種植轉Bt基因棉花後，抗蟲棉的抗病性均比常規棉要差，表現為抗蟲棉早期抗蟲但不抗病，到後期既不抗蟲也不抗病。2009年抗蟲棉枯、黃萎病大面積暴發流行，嚴重危害棉花生產，棉花產量下降了近10%。在災情嚴重的省份，126萬畝棉花中有86萬畝病情嚴重，減產5成到7成，還有近3萬畝棉花絕收，損失慘重。面對枯死一片的棉田，棉農們直掉眼淚，忍心連根拔掉棉花植株。這些有目共睹的事實，再次暴露出轉Bt基因棉在最初設計上的重大科學缺陷。
第四，轉基因作物的果殼具有毒性，抑制食用菌生長。轉基因抗蟲棉的棉籽殼中仍攜帶有Bt毒素，和大量的毒性棉酚，給下游的食用菌生產造成惡劣影響。棉籽殼是栽培食用菌的主要原料，尤其是在制種過程中，要用到大量的棉籽殼。在生產中人們發現，種植轉Bt基因棉後，棉籽殼營養質量下降。用了不發菌，或菌絲體生長不良。轉基因棉籽殼中仍殘留有Bt毒蛋白，最高含量達58.6個標準單位。這些毒蛋白危害菌絲體的生長，並有可能進入食用菌的子實體中而被人體食用。棉籽殼中殘留的Bt基因片段，也有可能流入食用菌的基因組中，發生基因汙染。經檢測發現，轉基因棉植株中的次生代謝物發生了劇烈的變化。轉基因棉籽中的棉酚含量成幾倍增加，對照組中的棉酚含量為368.6個標準單位，而轉基因棉的棉酚含量竟高達1425.1個標準單位。
