制造土壤

吕　静

地球上的表层土壤正在消失，科学家已经开始考虑各种技术来补充它。

你可能觉得脚下的土壤很普通、便宜，并没有什么特别之处，但是，你可能不知道，地球上97％的食物供给都是由这些美妙、肥沃的表层土提供的。没有了这些宝贵的土，公园和花园里的植物将不再葱郁，这个世界也不再生机勃勃。

全世界每年有240亿吨土壤在风吹雨打中流失。自然界的表层土被人们一车车地挖走，用做建筑项目和庭院景观的铺设，使得天然表层土的供应日益紧张。另外，人类过度耕作是造成天然表层土流失的主要原因。

在过去，如果土壤一旦变得贫瘠，人们将无法在有生之年用自然的办法将其恢复。在自然界，土壤是靠风化的岩石和分解的动植物材料混合在一起，加上植物根的降解，以及土壤中的动物、微生物和真菌的作用，经过数百年的时间缓慢生成的。并且，只有当化学和生物物质混合恰当时，这些成分才可能成为营养丰富、结构平衡、疏松多孔、成分复杂，能够维持植物生长的土壤。

西雅图华盛顿大学的地貌学家戴维·蒙哥梅瑞说：人类以前也面临过土壤危机。他曾写了一本书，叫做《泥土：文化的侵蚀》，他认为，古希腊和罗马的文明是与其表层土一起衰落的。他警告世人，现在世界上上壤的侵蚀速度比其再生速度至少快20倍。

现在，研究人员采用混合动植物和矿物质的办法，变废为宝，将垃圾制成了沃土。但制造土壤并不是一项简单的事情。

普渡大学的变废为土

要阻止土壤侵蚀和退化的一个办法就是减慢这种趋势。通过添加有机质和矿物质改进贫瘠土壤的质量，改变土壤的酸度是另一种办法。不过，这只是改良土壤的办法，有的時候，人们只是需要更多的土壤，

面对昂贵和经常缺少的表层土供应，研究人员利用回收的修路材料、煤渣和煤灰、或者堆肥混合物和其他生物废料，开始尝试一种在相当短的时间内模拟土壤自然形成的过程。

久迪·提史马克从上世纪90年代中期，就在印地安纳州西拉法耶特普渡大学开始研究，当时，该学校正在寻找既可回收校园发电站所产生煤灰又可以解决景观美化需要大量表层土的解决方案，提史马克曾听说，煤燃烧所产生的细小颗粒——飞灰，可用来改良土壤。于是，她想到了一个两全其美的办法。

要制造出设想中的新土壤，提史马克需要在煤灰中混合一种有机物质。幸运的是，药业巨人艾利·礼来在附近有一家制药厂，可以提供制造抗菌素的副产品，这种材料富含有机质，是一种用过的培养真菌的垫子。研究人员将这两种废弃材料——一种为矿物质，另一种为有机材料混合在一起，又添加了一些木质碎片和树叶增加孔隙率，然后将这些材料放在一起堆肥沤制处理，结果，成千吨的这种人造土被用在了普渡大学的校园里。

这一研究成果导致了索伊尔马克公司的成立，提史马克至今还在经营着这家公司。不过，该公司现在已经不再使用礼来的生物软泥或来自煤炭的飞灰做原材料了：因为礼来的软泥在沤肥的时候气味太难闻，普渡的发电站也早已经关闭，而且飞灰里含有太多的砷，加入土壤不安全。现在，索伊尔马克公司采用玉米淀粉生产的副产品提供有机材料，再用建筑项目中挖出的黏土做矿物成分。

太空中制造土壤

当我们有一天真在月亮或火星上安营扎寨时，我们可能就不能再无限期地利用从地球运来的食物，当然，我们也不可能希望在火星土壤种植庄稼，所以，未来，先期的殖民者将需要另外的食物解决方案，

其中一个可能就是将作物种在一种代替土壤的营养液中，但是这种方法也有缺点。位于美国得克萨斯休斯顿NASA约翰森太空中心的道格拉斯·明说：“水培法是培育植物的好办法，就是太麻烦。特别是在微重力的太空环境中控制水很困难。”

所以，NASA的科学家现在研制出一种可以利用月球或火星材料为成分的人工土。

这种“太空土”的外形和特性都很像猫砂。因为它们都是用沸石制成的。沸石是一种可以吸收大量水的多孔矿石。人们有理由相信月亮和火星上存在大量这种矿石。沸石中还储存有大量阳离子，其中包括植物生长的关键养分铵和钾离子。太空土壤中的另外一种成分是含磷的磷灰石，这种NASA合成的磷灰石合并了植物所必须的营养成分，并能按人们想要的比例溶解。

人工土壤的好处就是只有当植物需要时才溶解吸收其养分，不然这些养分就保持在土壤中。NASA已经用这种土壤试种过一些可食用与不可食用生物量比例高的植物，比如甘薯和小麦，还有像草莓这样的水果。植物在人造土中生长良好，主管该项目的东·亨尼格说“只要有足够的光照和理想的二氧化碳水平，我们就能做到多次高产，超过大田生产。”

造土与污染

其他人也在做类似的研究。澳大利亚昆士兰大学的理查德·海恩斯正在实验用飞灰和鸡粪的混合物，配上树木和园林废弃物等材料一同堆肥沤制，这是政府与工业赞助变废为土工作的一部分，随着各种成分的反应，有机材料灰结合到矿物质中，形成的聚合物能让土壤具有良好气孔结构。海恩斯说：“表层土具有50％的细孔空间。”这就是为什么釆用没有矿物质成分的材料堆肥只是短期的解决方案，因为随着时间的推移，这种材料的体积将缩小，不再具有疏松的质地。

要把工业废品变成土壤也不是一件容易的事情，其中污染是一个关键问题。比如，从污水处理厂获得的活性污泥可能是有机物质的好来源，但是人们关心的是这些材料中有可能包含很多有毒的重金属。飞灰也可能含有高浓度的硼和砷，这些元素对植物都是有毒的。

曾经在伦敦帝王学院任职、现在是优斯公司环境顾问的基姆波利·内维尔发现，那些生长在从煤矿页岩来的土壤、从矿物排水系统而米含铁丰富的赭色土壤以及从下水道淤泥沤肥而采的土壤，种出的植物所含砷和锌的水平都略超过英国安全标准。她说：人们可能不愿意吃这种土中长出来的食物。但是，用这种土壤来美化城市环境，可能未尝不可。内维尔目前正在从事这类研究。

蒙哥梅瑞站在他的角度，也认为利用废弃物制造土壤并非易事。他说：“最蠢的就是我们可以将有毒的废弃物混进土壤。”因为这些材料中含有高浓度的重金属，根本上对土壤是有毒的。

不管怎么说，所有这些研究项目都表明，将正确的成分混合在一起可以制造出肥沃的土壤，总有一天，这种技术能把我们从古希腊的命运中拯救出来。