新浪科技综合■人类自己就是工业品，追求“有机食品”是笑话？新浪科技综合2020-08-21 09:14:120阅( 二 )
做化肥也是同样的道理 ， 不过作为化肥 ， 最终是要按农作物需要来制备 。 在农业里 ， 农作物要想生长起来 ， 碳氢氧氮磷一个都不能缺 。 碳氢氧通过自然界里到处可见的空气与水就可以得到 ， 工业原料的石油煤炭天然气里也可以转化 ， 但有两种元素是不够的 ， 那就是氮与磷 。 在应对氮磷短缺上 ， 工业化其实是打开了潘多拉魔盒 。
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图3/7农作物缺的主要是氮和磷 。 |图虫创意哈柏法进行人工固氮
自然界里不缺氮元素 ， 空气里比重最大的就是氮气 。 但对于生物体中所需的氮 ， 氮气实在是活性太低 ， 要想创造更多的生物分子 ， 活性氮就不可或缺 。 自然界固氮需要别的物种辅助 ， 那就是固氮菌 ， 但固氮菌效率比较低 ， 对生产要求比较高 。 另一种自然固氮方法是高能固氮 ， 也就是打雷 ， 但比生物固氮的固氮量低了一个数量级 。
此时 ， 工业化分工出来的化学家就登上历史舞台了 ， 最出名的就是哈柏法 。
这个反应及其简单 ， 用氮气和氢气在铁催化剂高温高压下得到氨气 ， 这就是活性氮了 。 氮气直接在空气里就有 ， 而氢气则可以通过水煤气或甲烷（天然气主要成分）与水反应制备 。 当前的工业固氮产量就以这么几个简单的人工化学反应为基础生产的 ， 最后超过了自然界固氮量 。
这些固定的氮通过农作物与食品 ， 转换成了70亿人口体内的蛋白质骨架 ， 在这个意义上我们自己就是工业制成品 。 没有工业固氮技术 ， 我们身体中一半的氮元素都还应该是氮气 。 所以 ， 《复仇者联盟》里面灭霸费牛劲去收集无限宝石 ， 不如去拆了所有固氮工厂 ， 从结果上看差不多 。
工业固氮本身会有能耗 ， 但除此之外 ， 氮肥的效率差距也是很大的 。 碳酸氢铵属于比较容易吸收的 ， 但也容易在自然条件下分解成氨气跑了 ， 俗称“气儿肥” 。 尿素含氮量更高 ， 但因为不是铵态氮 ， 农作物吸收效率不高且比较贵 。 硝态氮倒是不会变成气 ， 但硝酸根决定了含氮量比较低 。
这个低效率其实用精耕细作的方式可以合理施用 ， 然而农业在发展中国家一般拿不到补助 ， 经济上不如打工来钱快 ， 这就造成当前很多人务农豪放而过量滥用氮肥 。 中国用全世界7%的耕地养活约世界五分之一的人口 ， 但我们也同时用了全世界化肥产量的35% 。 从质量平衡上考虑 ， 多用出的那部分就都成了污染源 。
此外 ， 工业固氮产品是氨气 ， 但化肥里一般是硝酸根或铵根 ， 铵根可以变成气态挥发掉 ， 可硝酸根是强酸根 ， 土壤中的碱性离子多是弱碱性 ， 强酸弱碱盐的过量存留必然让土壤酸化 。
我国土壤酸化问题是很严重的 。 跟发达国家的工业硫酸型土壤酸化不同 ， 我国的土壤酸化大部分是化肥滥用导致的 。 这令人十分唏嘘 ， 因为这个污染源的化肥还属于花钱买来的 ， 长远造成的经济影响比短期利益大很多 。 但是又不能强制农民合理施肥 ， 这提高了劳动力成本 ， 属于发展中必然出现的问题 。 本质上还是需要更健康的财富分配体系 ， 公平合理的分配有利于共同福祉的实现 ， 农业补贴或规模化农场化生产都是思路 。
除土壤酸化外 ， 过量的活性氮释放到水环境里还会导致水体富营养化 。 富营养化并不是现代社会才有的问题 ， 事实上富营养化是生物对地球改造工程的一部分 。 在地质运动过后会形成天然的静态水体 ， 此时水体中营养元素比较少 ， 生态系统单薄 。 伴随风化与冲刷 ， 地壳中氮磷可能被释放 ， 这样水体就会适宜浮游生物生长 ， 然后在水中形成健全稳定的生态系统 。
一般来说 ， 淡水湖缺磷而海洋缺氮 ， 生态系统规模被营养元素所限制 。 不过假如这个水体只进不出 ， 生物质就会沉积 ， 时间长了水体就会沼泽化 ， 如果水分进一步流失甚至可以形成新的陆地 。 很多小区里建的人工湖或水库 ， 时间长了几乎都会富营养化 。 不过还有更快的方法 ， 就是前面说的滥用化肥 。
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图4/7水体富营养化可导致生物质沉积 ， 让水体沼泽化 ， 甚至变陆地 。 |图虫创意当农田施用的化肥不能被有效利用时 ， 营养元素很容易随雨水冲刷进入自然水体 。 对自然水体而言相当于补足了营养短板 ， 生物质马上指数扩增 。 白天指数扩增 ， 相当于无机营养有机化 ， 充足有机质又推动了水体细菌生长 ， 到了晚上没了光合作用 ， 大量浮游生物会消耗水中溶解氧 。 这样就促进厌氧菌的生长 ， 而水中原有生物也会因缺氧死亡腐烂 ， 整个水体会发臭 ， 最终变成死水 。 富营养化一个直观体现就是水华 ， 当水面布满一层藻类时 ， 这潭水基本就没救了 。
这种化肥滥用并不是发展中国家的专利 ， 实际上发达国家的水体富营养化也很严重 。 用质量平衡的观点去看 ， 我们工业固氮生产的活性氮必然要最终矿化或惰性化才能维持生态系统平衡 ， 不过固氮是个生意但矿化氮元素没有经济利益 ， 因此这部分只能靠天吃饭 。 如果超过自然处理能力 ， 对地球的影响我们可以视而不见 ， 但人类水资源的处理成本上升是看得见的 ， 毕竟地表水是人类很重要的淡水来源 。
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