《无土之地》导读

每日听书|《无土之地》作为地球生命之源的土壤，它的过去，现在，和未来这本书能为你1、开阔视野，增加文化资本。2、介绍土壤的起源，以及它对于全球生态系统和人类文明不可替代的贡献。3、提醒大家，当下全球性土壤危机的严重性，并探讨应对之道。适合谁听1、生物科学与科普爱好者。2、环境保护问题关心者。3、希望给家人、朋友、同事开阔视野。书籍信息：书名：《无土之地》副标题：如何走出土壤困境原作名：AWorldWithoutSoil：ThePast,Present,andPrecariousFutureoftheEarthBeneathOurFeet作者：[美]乔·汉德尔斯曼（JoHandelsman）出版社：社会科学文献出版社译者：王飞出版年：2023-7页数：340定价：79装帧：平装丛书：方寸·新知课ISBN：9787522815572内容简介全球95%的粮食产量依赖于土壤，然而土壤正在以不可持续的速度被侵蚀。21世纪内，全球的大部分农田将失去表层土壤。气候变化造成的侵蚀加剧，加上世界人口不断增长带来的对粮食的需求与日俱增，迫切需要解决这场危机。当代著名微生物学家汉德尔斯曼面向非专业读者，颂扬土壤的能力，揭示气候变化、土壤侵蚀、粮食和水安全以及药物发现之间的复杂联系。她讲述了土壤的起源故事，解释了土壤如何被侵蚀以及随后在世界范围内产生的影响，并提出了解决方案。她从几千年来持续耕种同一土地的原住民那里吸取经验，为大规模农业发展提出了建议。本书是一部令人振奋的作品，它将启发我们重新思考现代化农业，并告诉我们该如何走出正面临的土壤困境。作者简介〔美〕乔·汉德尔斯曼（JoHandelsman），当代著名微生物学家，美国国家科学院院士，威斯康星大学麦迪逊分校威斯康星发现研究所所长、维拉斯研究教授，霍华德·休斯医学研究所教授，还曾担任美国前总统奥巴马的科学顾问、美国白宫科技政策办公室副主任。2011年，获美国前总统奥巴马颁发的科学、数学和工程教育杰出贡献总统奖（PAESMEM）。著有BiologyBroughtToLife，ScientificTeaching等多部作品。前言你好，欢迎每天听本书，今天我要为你讲述的书，是美国生物学家乔·汉德尔斯曼的《无土之地》。说到汉德尔斯曼，在科学界，是一位重磅级人物，他不仅是一位著名土壤微生物学专家，还是美国国家科学院院士。在巴拉克·奥巴马出任美国总统期间，汉德尔斯曼还被聘为总统科学顾问，以及白宫科技政策办公室副主任。在政府任职期间，利用自己的专业知识，为美国政府的农业政策制定提供咨询和意见，是汉德尔斯曼的主要责任。他在前沿中说，为了尽职尽责，自己和同事们在全美不同的农业地区进行了多次调研，阅读了大量农业与土壤现状相关的报告。然而，这些研究工作却让他得出了一个震撼的结论：不仅仅是美国，而是整个世界，一场土壤流失与恶化的危机正在发生，如果不加以干预处理，一场全球性的粮食短缺和气候灾难，将不可避免。于是，在汉德尔斯曼卸任之后，他就觉得有必要撰写一部与土壤有关的科普著作，以便让自己的观点和发现，引发更多人的关注。这不仅仅是因为土壤危机迫在眉睫，更是因为他感觉，土壤对于人类生存发展的重要性，一直被我们所忽视，而作为一名土壤微生物学家，自己应该责无旁贷地肩负起科普的义务。所以，在本书一开始，汉德尔斯曼就饱含深情地写道：自己之所以写这本书，是因为土壤的困境已经成为一场悄无声息的全球性危机，我们脚下的土地正在以惊人的速度流失，直接威胁作为人类生存基础的粮食生产和环境安全。本书的目的，不仅是为了向大家科普土壤对人类生存发展的伟大贡献，揭露土地正在面临的威胁，探讨解决之道，更是为了表达自己对土地的依恋之情：这种遍布地球各个角落，毫不起眼的物质，滋养了生命，并使之循环不息。接下来，我就分三部分，来为你解读本书的主要内容。首先，我们来了解下，土壤在地球上的诞生历程，以及它对整个地球生态的维持进化，起到了什么样不可或缺的重要作用。而在第二部分中，我们再从人类视角观察下，土壤对人类的生存发展，作出了哪些不可替代的贡献，以及这场全球性土壤危机的来龙去脉。最后，在第三部分中，我会再根据汉德尔斯曼的叙述，来讲述下，他对这场全球性土壤危机提出了哪些解决方案。第一部分在本书一开始，作者汉德尔斯曼就说，土壤对于人类的重要性，可以从一个小细节来看出，那就是在英文中，“土壤”和“地球”都是同一个英文单词：“earth”，土壤，被他形象地比喻为，地球所拥有的一层深色皮肤，以矿物质和生物分子构成。在我们已知的宇宙世界中，只有地球，拥有这样一层独一无二的皮肤，而地球上生命的奇迹，就来自这层独特皮肤的滋养。那么，在什么样的机缘巧合之下，土壤能够在我们这颗小小的蓝色星球上诞生呢？汉德尔斯曼说，土壤的形成，需要三个要素，岩石、水和最初的生命。地球大约已经存在了45.5亿年，而在地球诞生1.5亿年后，岩石和水就已经宣告存在，随后，在30多亿年之前，生命，也就是所谓能够自我改变和维持的化学系统，也在海洋中宣告诞生。首先是简单的，可以自我复制的RNA分子，其次是简单的单细胞生物，奏响了地球上这一曲辉煌的生物进化交响乐。虽然在普通人眼里，细密的土壤似乎和岩石毫无关系，但岩石，确实是制造土壤的首要原料。在经年累月的岁月中，岩石在热力、机械力和化学过程的合力中，逐渐风化：热量促使岩石膨胀、破裂，在零摄氏度下的低温中，液态水凝结膨胀为冰，进一步促使岩石开裂，随着岩石中更多的成分暴露在空气中，更神奇的变化发生了：石灰石，会逐渐在水中溶解，另一些成分会和空气中的氧以及其他物质发生化学反应，变成更细小的颗粒和碎片：比如，构成地壳中最常见的基础岩石，砂岩的基础物质二氧化硅，在逐渐分解后，就变成了我们熟悉的沙粒。它是土壤成分中最大的矿物颗粒，造就的空隙，能够让空气和水在土壤中自由流动。土壤中最小的颗粒，黏土，则是由吸收了水分和硅酸盐矿物质组成，体积可以和细菌一样细小，能够吸附各种各样的金属成分。在黏土和沙粒之间，还有一些中等大小的颗粒，叫粉砂，是由岩石中的矿物质，比如石英和长石组成的混合物。如果把土壤看做是一座立体大型都市，那么这些颗粒就相当于面积、高度各不相同的建筑物，而形形色色的微生物，就开始纷纷入住。根据生物学家统计，全球土壤中，累计生活着30万亿亿亿种类的细菌，总体数量更是惊人，相当于在一个茶勺所能容纳的土壤里，就有几十亿个细菌。如此繁多的细菌，就迅速和土壤形成了某种共生关系：土壤是它们赖以生存的基础，而细菌则通过形形色色的生物化学反应，来改造土壤环境，为更加复杂的生命形式诞生，创造条件。如果我们在雨后走到户外的郊野中，深吸一口气，就会闻到一股泥土特有的，湿润而略带腥味的气息。作者告诉我们，这种独特的“土味儿”来自土壤中细菌释放的化学物质，土臭素。它虽然味道不好闻，但饱含了从微生物，到动植物都必需的化学物质。根据作者统计，全球可考的物种，有25%栖息在土壤之中，一公顷土壤中，栖息的生物总量会超过1500公斤，相当于两头奶牛。所以根据科学家的测算，土壤之所以在距今大约35亿年前这个时间段宣告出现，很可能就是细菌等早期生物孜孜不倦努力的结果。具体来说，细菌是如何把地球上这些岩石碎屑改造成土壤的呢？比如，有些细菌通过持续分泌酸性物质，来分解矿物，从中获取营养成分；还有一些细菌，能把大气中的四氧化二氮转换成为氨元素，储藏在土壤中，这就为早期植物的诞生和进化提供了必要的营养：在细胞分裂和生长过程中，如果氮元素的供应不足，新细胞的形成和生长就会受到抑制，会直接导致植物生长发育缓慢或停止。顺便说一句，直到今天，氮肥也是人工合成化肥中的重要门类，是帮助农作物茁壮成长，提高产量的主力。植物从土壤中诞生，在随后的漫长岁月里不断演化。反过来，植物也在反哺孕育它的土壤，和其他依靠土壤存活的生物。比如，植物的根系通过光合作用，把光合作用中固定下来的碳输入土壤，为土壤中的其他微生物，以及地表上的其他大型动物提供维系生存繁衍所需要的关键营养。全球土地的碳储量大约为两万五千亿吨，超过了自18世纪中叶以来人类活动所造成的碳排量总和。同时，植物会分离出植物蛋白、多糖等物质，以黏液的形式注入土壤，让土壤颗粒凝结成块，而当植物和动物死亡后，细菌和真菌等微生物又通过分解它们的残骸，从中获取能量，为土壤注入更多的养分，从而形成了地球陆地生态系统中，生生不息的能量循环。第二部分好了，说完了土壤的形成简史，以及地球生态系统的伟大贡献。那么我们接下来，就把视线转换一下，来看看土壤，对于人类生存繁衍和文明演进的伟大贡献，以及今日我们面临的土壤危机。说到土壤对人类的贡献，有人肯定会第一时间想到，土壤，是人类农业存在和发展的基础，从人类祖先诞生之日开始，土地就成为人类最主要、最基本的食物来源。大约95%的人类食物，是由土地提供的。而在人类各个文明的早期神话中，几乎都会有一位大地或者土地之神，并且往往是女性。这是因为，只要用心耕耘土地，就能定期、稳定地收获食物，早期人类会把土地对自己的馈赠，等同于母亲的无私之爱，和女性孕育后代的能力。在距今1.1万年前，地球度过了最后一次冰川期后，气候回暖，在地球的各个地区，各种各样能够被人类食用的植物不断涌现出来。当我们的祖先发现，可以通过有意识地采集这些植物的种子，种植在土壤里，随后定期收割时，农业，就宣告诞生了。当然，在不同品质的土地上耕作种植，获得的收成各不相同。这取决于土壤中各种养分含量的不同，从农业诞生的那一刻起，如何增进，或者保持土地的“肥力”，就是人类要操心的头等大事。在早期宗教中，为了祈祷土地能始终肥力满满，人类甚至设计了许多神秘的祈祷和祭祀仪式。当然现在我们知道，土地肥力的奥秘，在于土地里细菌和真菌的含量，这些兢兢业业的垃圾再循环处理工，负责把动植物死后的残骸降解为有机质，回馈给自己和其他生物。土壤中的微生物数量种类越多，土壤中的有机质的含量自然就越高，能提供给各类生物的营养物质就越多，也能保持更丰富的生物多样性。从外观上看，有机质丰富的土壤往往呈现出黑色或者深棕色，所以“黑土”也就成为肥沃土壤的代名词。全球的黑土地带，主要集中在欧亚大陆中央，从乌克兰绵延到俄罗斯，以及中国东北，其余2块分别位于北美平原与南美洲的阿根廷境内。土壤不仅为我们提供了生存必需的食物，也为我们带来了珍贵的淡水资源，也就是地下水。地下水，占据了全球淡水资源的75%，人类50%的饮用淡水和40%的灌溉淡水，都来自地下水。更重要的是，土壤不仅为人类储存了这些宝贵的水分，同时还替我们对水进行了必要的清洁和过滤，在向土壤深层的渗透过程中，许多有害物质会被土壤颗粒吸附截留，另外一些则被土壤中的微生物降解。不仅如此，土壤中的微生物还为人类的生存，尤其是进入工业化时代后的人类，默默提供了许多后勤物资，从石油、煤炭等工业燃料，甚至到保卫我们健康的抗生素，都要归功于土壤中这些肉眼看不见的微生物。然而，歌颂完了土壤对人类的贡献与重要性，作者汉德尔斯曼笔锋一转，给我们带来了一个坏消息，那就是，在不知不觉之中，整个世界已经迎来了一场严重的土壤危机，如果不加以研究和制止，那么土壤可能无法继续履行它三十多亿年以来的职责，也就是为人类和其他地球生物提供生存支持。那么，到底出了什么事情呢？汉德尔斯曼提出了一个令人触目惊心的词汇“土壤侵蚀”。在地质科学里，侵蚀本来是一个中性词，意思是土壤颗粒被诸如水流这样的自然力量，搬运迁移到全新的地方，然而，这里的土壤侵蚀，却是一种主要由人为造成的环境灾难，指的是，在全球各地的农业发达区域，都出现了土壤流失现象，流失的，都是营养有机物密集的表层土壤。情况有多严重呢？汉德尔斯曼说，每年全球流失的土壤总量达到360亿吨，土壤流失的速度，是土壤生成速度的10到30倍。人类到底做了什么，造成了如此严重的土壤危机？作者指出，答案，恰恰是为了应对人口增长，而推行的农业技术升级，农业种植面积的扩大，以及对于森林的开采等等。比如，人类在使用金属犁铧之后，在播种时可以将土地翻得更深，更好地利用土壤中蕴含的营养有机物，但代价却是，原本土壤的结构倍破坏，土壤中的团块被粉碎，更容易在风力和水流的物理作用下移动。同样，森林植被的破坏，也让土壤变得更加容易流失，简单来说，森林能够有效降低风速和河流，减缓它们对土壤的搬运作用。同时，树木深埋在土壤中的根系，也如同一双双大手组成的地下网络，能够有效“抱住”土壤，同时附着在树根上的真菌，也在持续向土壤中释放有机物质，维持土壤中的养分水平。然而，人类对于森林的过度开垦，就破坏了这个自然生成的完美生态。在本书中，汉德尔斯曼就举了从美国纽约州绵延至阿拉巴马州的皮埃蒙特山脉作为例证。这里的表土层只有6到10厘米厚，完全依靠森林中的树木来保护这个脆弱的生态系统。但自从18世纪初，欧洲移民在这里定居后，大片的森林被砍伐，空出来的土地用来种植棉花、烟草等经济作物。很快，严重的水土流失出现了，棉花、烟草等一年生经济作物的根系太浅，无法像树木和其他多年生植物那样，有效地固定土壤。到了20世纪60年代末，由于富含营养物的表层土壤流失殆尽，皮埃蒙特山脉的大部分农业生产被迫停止，如今这里只是一片荒芜贫瘠，灌木丛生的野地。类似的情况，在全球各个地区都在发生。比如，在传统粮食生产地南亚，已经有一半的农田因土地侵蚀而退化，每年造成的损失高达100亿美元，相当于整个南亚地区GDP的2%和农业产出的7%。同样，为了拼命增加动物蛋白的供给，人类的过度放牧活动，也会加速土壤侵蚀。简单来说就是，单位面积内的农业牲畜如果超量，那么植被就会被啃光，无法再生。频繁的动物移动会过度压实土壤，使得水分无法正常渗透。无法涵养水分，又缺少足够的植物来提供有机物的土地，会迅速干燥、沙化，既无法放牧，也不再适合耕种与居住。土壤的持续流失，直接带来的坏处就是农业减产，农民生计无着，陷于贫困，尤其是发展中国家。根据汉德尔斯曼的统计，如果全球土壤侵蚀维持现有的速度，那么到2050年，全球作物产量将至少下降10%，整个世界将面临一场前所未有的粮食危机。更糟糕的是，土壤侵蚀，还会导致极端气候现象的频繁出现，从而让整个世界陷入一个土壤侵蚀导致极端气候，极端气候再反过来加剧土壤侵蚀的恶性循环。为什么土壤流失会导致极端气候呢？刚才我们提到过，土壤中蕴含着丰富的碳元素，这些碳，本来是维持土壤生态圈里其他生物的“储备粮”，但是剧烈的土壤侵蚀，让这座巨大的“碳仓库”发生了猛烈的泄漏，相当一部分，变成了甲烷、二氧化碳、一氧化二氮等温室气体，进入了大气层。更多的温室气体，意味着更多的热量无法进入太空，而被大气层吸收，直接后果自然是全球范围内气温的大幅度提升。根据统计，自人类进入工业时代以来，全球范围内的平均温度已经上升了整整1摄氏度，而如果这个数字达到1.5摄氏度，就会导致严重的气候灾难。汉德尔斯曼说，实际上，地球上部分地区的气候已经濒临崩溃，比如北极地区的气温上升速度就是其他地区的两倍，极地冰盖融化，海平面上升，无数动物失去了栖息地，上升的海水加剧了沿海地区的土壤侵蚀，不断变热的海水温度还加速了海洋生物的灭绝危机，从天然的珊瑚礁到人工养殖的水产类，都无一幸免。除此之外，急剧上升的气温还带来了更多自然灾害，比如超强风暴、热浪、地震、干旱与海啸。这是因为，侵蚀的土壤中所携带的大量水分，蒸发到大气之中，增大了雨量；温度更高的大气和海水，让热带风暴更容易产生，并且升级为毁灭性的飓风。不仅如此，极端气候，还会通过影响其他生物，来损害人类的生存。例如，许多携带致命病毒的生物，被高温改变了行为模式，离开了自己的栖息地，例如对全球咖啡产业带来致命打击的叶锈病。这种植物病害是由一种真菌引发的。由于严格的检疫管制，和真菌害怕寒冷的特性，叶锈病曾经被牢牢限制在东南亚。然而，由于全球经济联系的增强，和气温上升，叶锈病在上世纪七十年代，传播到了全球咖啡主要生产地南美洲，而种植者则被迫将咖啡种植园向着海拔更高，气温更低的山区迁移，以逃避叶锈病的侵袭。同样，在1989年，委内瑞拉西北部曾经暴发过一场出血热疫情，罪魁祸首是当地丛林中的两种啮齿类动物，棉鼠和藤鼠。由于人类的过度农业开垦和气温上升，棉鼠和藤鼠失去了原有的栖息地，不得不尝试在人类居住环境中生存，它们身上携带着一种致命的沙粒病毒。由于和病毒已经共生多年，棉鼠和藤鼠本身并不会发病，然而人类的免疫系统却对此毫无防御能力。第三部分那么，面对这样一场严重而迫在眉睫的土壤危机，人类能够做些什么呢？那肯定是想方设法减缓土壤流失，改善土壤质量。作者就说了，为了达到这个目的，有时候，我们反而要“向后看”，从那些古老的传统农业技术里取经。比如，在苏格兰本土北方的大西洋上，有一片古老的岛屿，设得兰群岛，1000多年来，这里的居民依旧在用同一种传统方式进行土壤管理：用铁锹，而不是犁铧来耕地；施肥时基本不用化肥，而是用一种混合了粪肥、草皮、海藻和牛棚垫土的传统肥。根据测算，在设得兰岛的农田里，肥沃的表土层竟然达到了75厘米厚，甚至是周边未开垦土壤的五倍。接下来，作者又把我们带到了墨西哥至危地马拉边境的热带雨林里。这里生活着一个小小的部落，拉坎墩，他们是中美洲玛雅人的直系后裔。汉德尔斯曼说，虽然普通人脑子里有一种根深蒂固的观念，就是古老玛雅文明的崩溃，是因为玛雅人农业技术的落后，但新的研究表明，玛雅文明的崩溃可能另有原因，而它曾经被嘲笑的农业技术，在今天看来，依旧有可取之处。直到今天，拉坎墩人依旧在采用他们祖先的农业生产办法，它被称为米尔帕系统。在一块土地上，穿插种植着玉米、南瓜、豆类等几十种作物，这不但为拉坎墩人提供了丰富全面的食物，也保证了土壤中微生物的多样性。到了4年后，土地肥力下降时，拉坎墩人就开始在农作物中间种植各种树木，生产水果、可可、药用植物等等。同时，这些树木的根系牢牢地固定了土壤，阻止它被暴风或雨水冲走。每隔一段时间，拉坎墩人就会在农休季节，把接近衰老的树木砍倒，焚烧，获得养分丰富的灰烬，再撒进土地里，帮助它恢复肥力。最后，汉德尔斯曼又为我们请出了美国科罗拉多州的古老印第安部落，祖尼人。祖尼人，是水土保持和灌溉的高手。由于这里处于半沙漠干旱地带，唯一可以仰仗的水源就是附近山中的河流，所以祖尼人的农田都基本位于山谷的谷底或者靠近山脚的平原。然而，来自山峰上的河水，一方面富含各种有机沉积物，非常利于农作物生长，但另一方面，丰水期湍急的河水，也可能造成严重的土壤侵蚀，毁坏生长中的农作物。怎么办呢，祖尼人想出了办法，用各种手边的材料，构造了一套复杂的引流蓄水体系，从石块筑成的小型水坝、人字形的分水堰，到沙土垒成的沙堤土堤，还有遍布田间地头，由鹅卵石搭建成的小型蓄水塘，它被农业科学家称为“祖尼碗”。所有这些设施，目的只有一个，就是尽可能让奔腾而下的河水减速，改道，分流，让河水的速度和流向达到一个精确的水平：既能让农田的土壤吸收足够的水分，积累河水中的天然有机物，又不让它带走农田中的表层土壤。而这一点，是现代工程所造就的大型水坝，无法达到的。在介绍完这几个案例后，汉德尔斯曼总结说，这些看似原始的传统农业生产方式，虽然在产量、效率和规模化程度方面远远落后于现代农业，但在其中，蕴含着扭转全球土壤危机的三个关键点，它们分别是：种植多样化、水土保持，以及有效的土壤肥力管理。当然，吸取这些经验，并不是彻底否定自工业革命以来行之有效的技术化、规模化农业，而是两者的有机结合。比如，在全球范围内越来越流行的免耕技术。所谓免耕技术，说白了就是，在上一次成熟的作物收获之后，直接播种，优点是，避免了深耕带来的土壤微生物灭绝，以及土壤团块破碎，降低了土壤流失的概率，还保持了土壤的吸水性；同时，遗留在田地表面和土壤内部的作物秸秆与根系，不但固定了土壤，还给新种植的农作物提供了足够的养分和覆盖物。自20世纪40至60年代以来，这种新的耕作模式，已经逐渐实现了机械化，利用免耕播种机等自动化农机设备，生产效率并不低于传统深耕作业。在美国威斯康星州，一个名叫布拉格的农场主告诉汉德尔斯曼，由于采用了免耕播种技术，即使是遭遇猛烈的暴雨，自己农田里的土壤流失微乎其微，而且大部分降水被农田有效地吸收。除了免耕技术，减缓土壤流失的一种农业解决方案，叫“自然再生农业”，简称“FMNR”，非常适合于资金有限、耕种小块土地的发展中地区农民。“自然再生农业”的核心思路，和刚才介绍的米尔帕系统有些相似。说白了就是，以农民住宅附近的原生自然树木为核心，开展农业生产：首先，农民定期给这些自然树木，比如灌木进行浇灌，分枝种植，定期修剪，并焚烧多余的枝条作成天然肥料，从而造成一片稀疏的丛林，让它们的根系固定土壤，恢复土地肥力。随后，农民利用丛林中间的土地，同时开展农作物种植和副业生产，例如养蜂、种植果树和发展畜牧业。蜜蜂可以为果树授粉，提升水果产量，同时蜂蜜可以外销获得资金，而牲畜产生的粪便，混合树叶和草木灰，就成为良好的天然肥料。在调查中，汉德尔斯曼惊喜地发现，在尼日尔，自然再生农业的普及，让每年的粮食产量增加了五十万吨，相当于增加了能够养活250万人的口粮，而每个家庭的平均年收入增加了11%，而由此带来的土壤质量与气候的改善，则无法用金钱计算。同时，汉德尔斯曼也提出，在城市中，利用建筑顶层和空闲土地来进行生产的“城市农业”，以及无土水培种植业，也都能从不同程度上缓解全球土壤流失与极端气候造成的粮食危机，算是一种辅助解法。当然，由于全球土壤危机的普遍性和严重性，所以客观上，依旧需要一个国际合作框