使用农药化肥饱受诟病，谁能想到有机食品这个工业化农业的“白莲花”背后还有另一张面孔。
图虫创意
作者 | Yu Miao，西奈山伊坎医学院
虽然21世纪已经过去了五分之一，但我们自己对世界的认识很多还停留在农业甚至狩猎采集时期。 许多人仍然坚信典型的前工业时代的理论和经验，例如轮回和田园生活。 造成这种认知差距的一个重要原因是对过去六十七十年农业绿色革命缺乏了解。
马尔萨斯的人口理论
在农业社会出现之前，世界人口从未超过1500万。 从农业社会出现到第一次工业革命的近5000年间，随着农业土地开垦和农耕技术的发展，世界人口勉强达到10亿。
人口是农业社会的基本劳动单位，但长期以来受到农产品产量的限制。 马尔萨斯在《人口原理》中认为，人口增长有两个基本假设，一是人类依靠食物生存；二是人类依靠食物生存。 二是人的情欲是无法消除的。 其中，粮食的增长是算术级数，而人口的增长是指数级数。 两者的生长速度不同，肯定会受到食物生长速度变慢的限制。
在马尔萨斯时代，经验数据确实表明了这一矛盾：当人口增长率超过农产品增长率时，就会出现饥荒来减少人口，因此人口会围绕粮食产量反复跳跃，有些朝代会一路改变。
然而，现代社会开启了一定的机制，保证了农产品能够不断满足需求。
食品绿色革命
工业革命后仅仅两百多年，世界人口就达到了70亿，这是一个指数增长的过程：1959年世界人口达到30亿，1974年达到40亿。1959年只有61年，地球上的人口又增加了 40 亿。 这还不包括印度、尼日利亚和印度尼西亚等地，这些国家的政府不确定人口统计数据（基本上是低估的）。
世界人口变化地图（十亿步）。 |编辑制图
其中，现代医学平均寿命的延长是一个重要因素，但新增的40亿人的口粮必须从地里种出来。 传统农业的生产力跟不上，甚至满足不了提供副食的畜牧业所需的饲料供应。 绿色革命在这方面发挥了非常重要的作用。
当世界人口即将达到30亿时，绿色革命出现了。 这是农业产业化的一部分。 农业机械、农药、灌溉系统，甚至新的养殖技术，都自下而上地推动了农产品产量的提高。 绿色革命看似针对的是靠天吃饭的农作物，但推动力实际上是技术、煤炭、石油和钢铁，而不是黄土和天空。
发展中国家普遍在这一时期迎来了人口高峰。 毕竟买得起，绿色革命的基本技术要求也不高。 绿色革命最著名的案例是墨西哥。 1956年，墨西哥接受了发达国家推广的杂交小麦，实现了农业自给自足。 到1964年，甚至开始出口农产品。
这里有一个小插曲，就是开头提到的轮回系统。
农业社会的宗教通常都有灵魂转世制度，但转世的逻辑需要有稳定的人口。 农业社会人口增长缓慢，天灾人祸时有发生，从公众的认知来看会认为比较合理。 与此同时，一些轮回理论注意到了人口增长的问题，提出了轮回六道等理论，其中包括动物来弥补总量平衡。
但农业社会的科学认知有限，轮回理论无法通过定量研究来验证，所以大多靠口口相传的故事来支撑。 但绿色革命却是对此类理论的美丽证伪，因为过去60年来，人口凭空增加了40亿，而全球肉类消费并没有因为猪瘟而首次出现负增长，直到2017年。 2019年，虽然物种多样性受到严重破坏，但人类和野兽的数量都在迅速增加。
按照轮回的假设，多余的灵魂无法找到源头，或者只能稀释原本的灵魂，但这违背了众生平等的原则。 所以，目前与时俱进的骗子主流作弊框架就是平行宇宙和量子力学。 当然，如果以后被新的事实打脸，他们也无能为力。
农业产业化的本质
20世纪70年代以来，发达国家和发展中国家都因环境污染事件出台了环境保护的相关法律法规，环境科学也被学术界接受并进入主流视野。 前两本书《寂静的春天》和《增长的极限》启发了公众对环境保护的认识，而这两本书中提到的很多案例都有绿色革命的影子。
《寂静的春天》使用了大量农药滥用的案例，而《增长的极限》则回归马尔萨斯理论，认为地球资源最终会限制经济增长，引发了关于可持续发展的讨论。 也就是说，绿色革命在解决粮食配给问题的同时，也开启了环境科学相关研究的讨论。 绿色革命和环境保护背后的讨论，本质上是为了解决农业产业化的问题。
在绿色革命的投入产出体系中，农药和化肥是主要投入。 前者抗病虫害，后者直接增产。 农业机械是辅助提高效率的，其动力需要石油、化工、电力等行业的支持。
事实上，农药生产的起源也是石油和煤化工。 从物质保存的角度来看，石油和煤炭实际上是古代浮游动物和藻类尸体的历史沉积物，这个过程需要数亿年。 工业化要做的就是将这些有机物的一部分作为能量燃烧，另一部分通过化学反应转化为可以用作农药的分子。
制造化肥也是如此，但作为化肥，最终是根据作物的需要来配制的。 在农业中，农作物想要生长，碳、氢、氧、氮、磷缺一不可。 碳、氢、氧可以从自然界随处可见的空气和水中获得，也可以从作为工业原料的石油、煤、天然气转化而来，但有两种元素是不够的，那就是氮和磷。 针对氮、磷的短缺，工业化实际上打开了潘多拉魔盒。
农作物主要缺乏的是氮、磷。 | 土冲创意
哈伯法人工固氮
自然界并不缺乏氮气，而氮气在空气中所占比例最大。 但对于生物体所需的氮来说，氮气的活性太低，为了制造更多的生物分子，活性氮是必不可少的。 自然界的固氮需要其他物种的协助，即固氮细菌，但固氮细菌的效率比较低，产量要求也比较高。 另一种自然固氮方法是高能固氮或雷暴，但它固定的氮比生物固氮少一个数量级。
这时，从产业分工中走出来的化学家登上了历史舞台，其中最著名的就是哈伯法。
这个反应极其简单。 用氮气和氢气在铁催化剂的作用下，在高温高压下得到氨，即为活性氮。 氮气直接存在于空气中，而氢气可以通过水煤气或甲烷（天然气的主要成分）与水反应产生。 目前的工业固氮生产就是基于这几个简单的人工化学反应，最终超过了自然固氮。
这些固定氮通过农作物和食物转化为70亿人体内的蛋白质骨架。 从这个意义上说，我们自己就是工业产品。 如果没有工业固氮技术，我们体内一半的氮仍然是氮气。 所以，在《复仇者联盟》中，灭霸辛辛苦苦收集无限宝石，还不如把所有的固氮工厂都拆了，结果也差不多。
工业固氮本身会消耗能源，但除此之外，氮肥的效率差距也很大。 碳酸氢铵比较容易吸收，但在自然条件下也容易分解成氨气而跑掉，俗称“气脂”。 尿素含氮量较高，但由于不是铵态氮，作物吸收效率不高，且价格较贵。 硝态氮不会变成气体，但硝态氮决定了氮含量比较低。
这种低效率可以通过集约化农业的方式合理化解。 然而，发展中国家的农业普遍得不到补贴，经济增长速度也不如打工工资快。 中国用了世界7%的耕地养活了世界约五分之一的人口，但我们也使用了世界35%的化肥产量。 考虑到质量平衡，多余的部分成为污染源。
另外，工业固氮产物是氨气，但化肥中一般是硝酸盐或铵。 铵可以气态挥发，但硝酸盐是强酸。 碱金属盐的过多滞留将不可避免地使土壤酸化。
我国土壤酸化问题十分严重。 与发达国家工业硫酸式土壤酸化不同，我国土壤酸化大部分是由于化肥的滥用造成的。 这是非常尴尬的，因为这个污染源的化肥是用钱买的，长期的经济影响远大于短期的效益。 但不能强迫农民合理施肥，这会增加劳动力成本，这是发展中不可避免的问题。 本质上，仍然需要更健康的财富分配体系。 公平合理分配有利于实现共同福祉。 农业补贴或者大规模农场生产都是想法。
除了土壤酸化之外，过量的活性氮释放到水生环境中也会导致水体富营养化。 富营养化并不是现代社会特有的问题。 事实上，富营养化是地球生物转化的一部分。 经过地质运动，会形成天然的静止水体。 此时水体中营养物质相对较少，生态系统较弱。 随着风化和侵蚀，地壳中的氮、磷可能会被释放出来，使水体适合浮游生物的生长，进而在水中形成健全、稳定的生态系统。
一般来说，淡水湖泊缺磷，海洋缺氮，生态系统规模受到营养物质的限制。 但如果水体只能进出，生物量就会沉积，时间长了水体就会变成沼泽。 如果水进一步流失，甚至可以形成新的土地。 很多社区修建的人工湖或者水库，时间长了几乎就会出现富营养化。 但还有一个更快的办法，就是上面提到的化肥的滥用。
水体富营养化会导致生物量沉积，水体被淹没，甚至变成陆地。 | 土冲创意
当农田施用的化肥不能得到有效利用时，养分很容易被雨水冲刷到自然水体中。 对于天然水体来说，相当于弥补了营养不足，生物量立刻呈指数级膨胀。 白天的指数膨胀相当于无机养分的有机化。 充足的有机质促进水体细菌的生长。 晚上，没有光合作用的时候，大量的浮游生物会消耗水中的溶解氧。 这样会促进厌氧菌的生长，水中原有的生物会因缺氧而死亡、腐烂。 整个水都会发臭，最终变成死水。 富营养化的直观表现是藻华。 当水面长满了一层藻类时，池水就基本无望了。
这种化肥滥用不是发展中国家的专利。 事实上，发达国家的水体富营养化也非常严重。 从质量平衡的角度来看，我们工业固氮产生的活性氮最终必须被矿化或惰性化，以维持生态系统的平衡。 不过，固氮是一门生意，但矿化氮没有经济效益，所以这部分只能靠天了。 。 如果超过自然处理能力，对地球的影响我们可以视而不见，但人类水资源处理成本的增加却是看得见的。 毕竟，地表水是人类重要的淡水来源。
磷矿开采后的污染
氮可以被固定，但是磷呢？ 磷主要来自磷矿。 然而，这种说法并不准确。 大洋洲瑙鲁共和国出口的磷酸盐实际上是鸟粪（很久以后变成了磷矿）。
这个国家在澳大利亚买了一栋楼，打算在鸟粪挖完后全国搬迁，但后来被抵押了。 现在矿井都快开采完了，他们只能靠为澳大利亚修建监狱来维持生计，而如果海平面上升，这个国家可能就会消失。 可以说是现代版的复活节岛。
瑙鲁这个世界上最小的岛国，曾经靠鸟粪发家致富，但也因鸟粪而破产。 |来自网络
磷的地球化学循环实际上太慢，人类无法完成。 我们目前正在不断开采和利用磷矿，本质上是将陆地上的磷转移到海底沉积物中。 按照自然循环的速度，它们会在历经沧桑之后重新回到人类的眼前。
磷矿用作肥料也存在严重的浪费和污染。 然而，化肥并不是磷污染的主要来源，动物粪便才是。 这与氮污染不同，氮污染中化肥所占比例非常高，仅次于生物污染。 磷污染的关键问题是磷的生物利用度过低。 在畜牧业中，大部分磷饲料在喂给畜禽后会被拉出。 然而，这种利用率可以通过基因改造或补充植酸酶来调整。 只要提高猪、鸡等生物体的磷利用率，就相当于减少了磷的使用量。
顺便说一句，磷排放的另一个主要原因是人口增长。 对于现代人来说，几十件衣服已经不是什么奢侈的事情了。 这也就产生了洗衣的需求，而洗衣就需要洗衣粉的帮助。 恰巧三聚磷酸钠作为洗衣粉的添加剂，可以络合水中的钙、镁离子，辅助表面活性剂去污。 人们使用洗衣粉的时候，并不比使用化肥克制多少。 他们都太过分了。 其后果是其中的磷全部随生活污水一起排入自然水体，促进富营养化。
对于洗衣粉的问题，我们可以用酶代替表面活性剂来去污，但酶本质上是蛋白质，需要在合适的温度下才能很好地发挥作用。 另外，洗衣液比洗衣粉更适合含酶洗涤剂。 但这又涉及到人们的生活习惯。 目前，我国洗衣粉与晾衣绳的组合方式较多，城乡洗衣液的使用存在较大差异。
因此，从整体上看，氮磷污染与农业产业化是相辅相成的，需要付出很大的努力和克制才能将其控制在合理的范围内。
有机农业不是“白莲花”
但有些人不禁要问，复兴有机农业是不是一个好的解决方案？ 例如，不使用化肥，仅使用农家肥。 市场上的“有机食品”是采用有机农业种植的，过程中不使用化肥、农药、激素。
但这里有一个问题，农家肥从哪里来？ 自产自销理论上是可行的，但现实中肯定是不够的。 最直接的来源是农场的动物粪便。 养殖场动物粪便的来源是饲料，但养殖过程中为了防疫而添加的兽药或抗生素也会残留在粪便中，这就造成了抗生素的滥用。 同时，动物粪便中大部分重金属超标（也是由于“过度补充”的懒惰粗放的养殖策略造成的）。 使用这种农家肥时，尽管肥效超低，但随之而来的抗生素和重金属就足够了。
有机肥料并不“干净”。 2017年全国主要菜区（含北方6省、南方12省）有机肥研究指出，镉（Cd）、铅（Pb）、铬（Cr）超标率商品鸡粪中的含量分别达到10.3%。 商品猪粪中镉（Cd）和砷（As）超标率分别达到17.2%和17.2%，超标率分别达到20.0%和6.7%。 图为商品有机肥。 | 土冲创意
新闻和科学论文经常报道有机食品重金属超标，也不乏抗生素对农作物的生态毒理学研究。 2019年《Acta Eco毒理学》的一项研究指出，土壤-蔬菜中迁移能力最强的重金属是镉（Cd），而这种金属恰好非常容易在土壤中积累，危害系数最大。 此外，研究还表明，不同种类蔬菜中，重金属富集系数最大的是叶菜类蔬菜，其次是茄果类、瓜类、豆类。
由此看来，有机食品不仅价格昂贵，而且食用后风险也很高。 说白了，有机食品只是中产阶级的一种营销工具和媚俗。 它只是所谓高品质生活和良好自我意识的象征，甚至发挥作用的也是自我意识。
总之，人类的生存得益于绿色革命，如果没有农业现代化，构成我们现在生物体的基本元素要么在空气中，要么在矿石中，要么在石油、煤炭和天然气中。
但绿色革命也带来了巨大的人口增长和生活需求，以及日益严重的环境问题。 仅关注两种元素的使用，人类的影响就已经超越了自然本身。 更尴尬的是，元素的使用本身并不一定会造成污染，污染更多是由于用户滥用工业产品造成的。 这成为一个复杂的经济、技术、社会问题。
这也是诸多环境问题的缩影。 简单的政策、技术或宣传不足以解决问题。 环境问题的复杂性更多的是人性复杂性的体现。 总想“既……又……”是不靠谱的。 我们需要更多的基础科学研究和数据来寻找解决方案，尤其是在粮食危机和气候问题共同凸显的关键时刻。
