制造土壤

呂　靜

地球上的表層土壤正在消失，科學(xué)家已經(jīng)開始考慮各種技術(shù)來補(bǔ)充它。

你可能覺得腳下的土壤很普通、便宜，并沒有什么特別之處，但是，你可能不知道，地球上97％的食物供給都是由這些美妙、肥沃的表層土提供的。沒有了這些寶貴的土，公園和花園里的植物將不再蔥郁，這個世界也不再生機(jī)勃勃。

全世界每年有240億噸土壤在風(fēng)吹雨打中流失。自然界的表層土被人們一車車地挖走，用做建筑項(xiàng)目和庭院景觀的鋪設(shè)，使得天然表層土的供應(yīng)日益緊張。另外，人類過度耕作是造成天然表層土流失的主要原因。

在過去，如果土壤一旦變得貧瘠，人們將無法在有生之年用自然的辦法將其恢復(fù)。在自然界，土壤是靠風(fēng)化的巖石和分解的動植物材料混合在一起，加上植物根的降解，以及土壤中的動物、微生物和真菌的作用，經(jīng)過數(shù)百年的時間緩慢生成的。并且，只有當(dāng)化學(xué)和生物物質(zhì)混合恰當(dāng)時，這些成分才可能成為營養(yǎng)豐富、結(jié)構(gòu)平衡、疏松多孔、成分復(fù)雜，能夠維持植物生長的土壤。

西雅圖華盛頓大學(xué)的地貌學(xué)家戴維·蒙哥梅瑞說：人類以前也面臨過土壤危機(jī)。他曾寫了一本書，叫做《泥土：文化的侵蝕》，他認(rèn)為，古希臘和羅馬的文明是與其表層土一起衰落的。他警告世人，現(xiàn)在世界上上壤的侵蝕速度比其再生速度至少快20倍。

現(xiàn)在，研究人員采用混合動植物和礦物質(zhì)的辦法，變廢為寶，將垃圾制成了沃土。但制造土壤并不是一項(xiàng)簡單的事情。

普渡大學(xué)的變廢為土

要阻止土壤侵蝕和退化的一個辦法就是減慢這種趨勢。通過添加有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì)改進(jìn)貧瘠土壤的質(zhì)量，改變土壤的酸度是另一種辦法。不過，這只是改良土壤的辦法，有的時候，人們只是需要更多的土壤，

面對昂貴和經(jīng)常缺少的表層土供應(yīng)，研究人員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廢料，開始嘗試一種在相當(dāng)短的時間內(nèi)模擬土壤自然形成的過程。

久迪·提史馬克從上世紀(jì)90年代中期，就在印地安納州西拉法耶特普渡大學(xué)開始研究，當(dāng)時，該學(xué)校正在尋找既可回收校園發(fā)電站所產(chǎn)生煤灰又可以解決景觀美化需要大量表層土的解決方案，提史馬克曾聽說，煤燃燒所產(chǎn)生的細(xì)小顆粒——飛灰，可用來改良土壤。于是，她想到了一個兩全其美的辦法。

要制造出設(shè)想中的新土壤，提史馬克需要在煤灰中混合一種有機(jī)物質(zhì)。幸運(yùn)的是，藥業(yè)巨人艾利·禮來在附近有一家制藥廠，可以提供制造抗菌素的副產(chǎn)品，這種材料富含有機(jī)質(zhì)，是一種用過的培養(yǎng)真菌的墊子。研究人員將這兩種廢棄材料——一種為礦物質(zhì)，另一種為有機(jī)材料混合在一起，又添加了一些木質(zhì)碎片和樹葉增加孔隙率，然后將這些材料放在一起堆肥漚制處理，結(jié)果，成千噸的這種人造土被用在了普渡大學(xué)的校園里。

這一研究成果導(dǎo)致了索伊爾馬克公司的成立，提史馬克至今還在經(jīng)營著這家公司。不過，該公司現(xiàn)在已經(jīng)不再使用禮來的生物軟泥或來自煤炭的飛灰做原材料了：因?yàn)槎Y來的軟泥在漚肥的時候氣味太難聞，普渡的發(fā)電站也早已經(jīng)關(guān)閉，而且飛灰里含有太多的砷，加入土壤不安全?，F(xiàn)在，索伊爾馬克公司采用玉米淀粉生產(chǎn)的副產(chǎn)品提供有機(jī)材料，再用建筑項(xiàng)目中挖出的黏土做礦物成分。

太空中制造土壤

當(dāng)我們有一天真在月亮或火星上安營扎寨時，我們可能就不能再無限期地利用從地球運(yùn)來的食物，當(dāng)然，我們也不可能希望在火星土壤種植莊稼，所以，未來，先期的殖民者將需要另外的食物解決方案，

其中一個可能就是將作物種在一種代替土壤的營養(yǎng)液中，但是這種方法也有缺點(diǎn)。位于美國得克薩斯休斯頓NASA約翰森太空中心的道格拉斯·明說：“水培法是培育植物的好辦法，就是太麻煩。特別是在微重力的太空環(huán)境中控制水很困難?！?/p>

所以，NASA的科學(xué)家現(xiàn)在研制出一種可以利用月球或火星材料為成分的人工土。

這種“太空土”的外形和特性都很像貓砂。因?yàn)樗鼈兌际怯梅惺瞥傻?。沸石是一種可以吸收大量水的多孔礦石。人們有理由相信月亮和火星上存在大量這種礦石。沸石中還儲存有大量陽離子，其中包括植物生長的關(guān)鍵養(yǎng)分銨和鉀離子。太空土壤中的另外一種成分是含磷的磷灰石，這種NASA合成的磷灰石合并了植物所必須的營養(yǎng)成分，并能按人們想要的比例溶解。

人工土壤的好處就是只有當(dāng)植物需要時才溶解吸收其養(yǎng)分，不然這些養(yǎng)分就保持在土壤中。NASA已經(jīng)用這種土壤試種過一些可食用與不可食用生物量比例高的植物，比如甘薯和小麥，還有像草莓這樣的水果。植物在人造土中生長良好，主管該項(xiàng)目的東·亨尼格說“只要有足夠的光照和理想的二氧化碳水平，我們就能做到多次高產(chǎn)，超過大田生產(chǎn)?！?/p>

造土與污染

其他人也在做類似的研究。澳大利亞昆士蘭大學(xué)的理查德·海恩斯正在實(shí)驗(yàn)用飛灰和雞糞的混合物，配上樹木和園林廢棄物等材料一同堆肥漚制，這是政府與工業(yè)贊助變廢為土工作的一部分，隨著各種成分的反應(yīng)，有機(jī)材料灰結(jié)合到礦物質(zhì)中，形成的聚合物能讓土壤具有良好氣孔結(jié)構(gòu)。海恩斯說：“表層土具有50％的細(xì)孔空間?！边@就是為什么釆用沒有礦物質(zhì)成分的材料堆肥只是短期的解決方案，因?yàn)殡S著時間的推移，這種材料的體積將縮小，不再具有疏松的質(zhì)地。

要把工業(yè)廢品變成土壤也不是一件容易的事情，其中污染是一個關(guān)鍵問題。比如，從污水處理廠獲得的活性污泥可能是有機(jī)物質(zhì)的好來源，但是人們關(guān)心的是這些材料中有可能包含很多有毒的重金屬。飛灰也可能含有高濃度的硼和砷，這些元素對植物都是有毒的。

曾經(jīng)在倫敦帝王學(xué)院任職、現(xiàn)在是優(yōu)斯公司環(huán)境顧問的基姆波利·內(nèi)維爾發(fā)現(xiàn)，那些生長在從煤礦頁巖來的土壤、從礦物排水系統(tǒng)而米含鐵豐富的赭色土壤以及從下水道淤泥漚肥而采的土壤，種出的植物所含砷和鋅的水平都略超過英國安全標(biāo)準(zhǔn)。她說：人們可能不愿意吃這種土中長出來的食物。但是，用這種土壤來美化城市環(huán)境，可能未嘗不可。內(nèi)維爾目前正在從事這類研究。

蒙哥梅瑞站在他的角度，也認(rèn)為利用廢棄物制造土壤并非易事。他說：“最蠢的就是我們可以將有毒的廢棄物混進(jìn)土壤?！币?yàn)檫@些材料中含有高濃度的重金屬，根本上對土壤是有毒的。

不管怎么說，所有這些研究項(xiàng)目都表明，將正確的成分混合在一起可以制造出肥沃的土壤，總有一天，這種技術(shù)能把我們從古希臘的命運(yùn)中拯救出來。