微观食物｜土壤吃什么，我们就吃什么

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：

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“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