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未来粮食将以怎样的方式生产?我们的考察从“中国粮食第一大省”

2019-12-22 14:03:07   人气:2081

这篇文章发表在2019年第41期《三联生活周刊》上。这篇文章的最初标题是“未来谷物”。未经允许,严禁转载。任何侵权行为都将受到起诉。

首席作者/袁岳

美国中西部的小麦收获(图片来源:中国视觉)

托管与超越

7月底的一天早上,我乘坐了那天唯一一趟从北京直飞齐齐哈尔的航班,这就是我对未来农业的调查开始的地方。

我要去的地方是齐齐哈尔市以西70多公里的龙江县。离开机场还需要一个小时。车窗外面是一望无际的平原,似乎永无止境。除了道路两旁的一小块闲置土地,其余的地方都是玉米和大米,除此之外几乎看不到其他作物。黑龙江省确实是中国最大的粮食省,多年来一直是产粮第一。

黑龙江省今天之所以有这样的地位,是因为这条河的名字。黑龙江起源于俄罗斯。河水是黑色的,因为它富含腐殖质,因此得名。黑龙江在向东入海的过程中,由于地形原因,被迫向北转了两圈,形成了中国公鸡的冠喙。因为地处北半球的寒带,高纬度的河段总是先结冰,最迟解冻,所以上游的水经常被硬冰阻塞,溢出河道,把周围大片土地变成沼泽,因此黑水中携带的腐殖质一次又一次沉积在东北平原上。由于天气寒冷,大量腐殖质在分解之前被埋在地下。结果,这片土地上的有机物越来越多,颜色变得越来越暗。东北黑土地就是这样来的。

从生态学的角度来看,只要气候条件不太差,像这样一个大的平坦冲积平原一定是最具生产力的地块,野生动物资源肯定是最丰富的。人类发明农业后,这些地块的价值很快被发现。结果,地球上几乎所有符合这一条件的土地都被开发成农田,其中大部分被用来种植粮食作物。首先,粮食需求最大,需要大片土地;其次,粮食价格受到最严格的控制,不太可能以高价出售。因此,粮食生产的成本必须保持在很低的水平,而且还需要一定的规模才能赚钱。只有像这样的大片黑土地才能同时满足这两个条件。

这样,人类利用了地球上生产力最高的平原上的所有土地来种植食物,顺便说一句,还把野生动物和植物驱赶到深山密林中。因此,欧亚大陆的所有温带平原现在都已开发。只有在一些非常偏远的山谷里,我们才能看到真正原始的自然风景。由于非洲和美洲的发展较晚,可以找到少量受政策保护的平原自然保护区,让今天的人类得以一睹过去地球的生动面貌。

还有几块像中国东北这样的大而优质的土地,如美国中西部的玉米带、阿根廷的潘帕斯草原、巴西的亚马逊雨林和乌克兰的中亚草原。我参观了前三个,都是像黑龙江这样的粮食作物。但是比起种植水稻,他们更喜欢种植高经济价值的玉米和大豆,其中大部分最终出口到中国。我亲眼看到的最令人震惊的农业景象是阿根廷潘帕斯草原上的大豆田,因为草原非常平坦,只要你站直了,你就可以向四面八方眺望十多公里。眼前到处都是大豆幼苗。制服场景甚至让人感到有点害怕。

龙江县有正常的视觉效果,因为它与玉米和水稻间作。然而,我要找的面试者魏刚是一个只种玉米的人。2013年,他和几个朋友成立了超越合作社(Exhibition Cooperative),通过土地信托统一管理周边农村地区的玉米田,最大限度地发挥规模效应,增加产量和收入。

众所周知,中国是一个由小农主导的国家。普通农民通常每个家庭只有几亩土地,他们很难通过种植谷物来赚钱。因此,许多人选择在城市工作,把土地留给家里的老人。管理相对粗放,效率很低,对环境不友好。几年前,国家鼓励土地流转。农民将他们的土地转让给一家大型谷物生产商,由该生产商统一管理,并每年向农民支付一定数量的租金。虽然这保证了农民的收入,但与土地转让后的农民无关。大型谷物生产商对种植什么、如何种植以及卖给谁拥有最终决定权。许多热爱土地的农民不喜欢这种方式。他们觉得自己离陆地越来越远,不自在。因此,近年来,国家开始实施土地信托制度。换句话说,农民只把土地的管理委托给农业合作社,农业合作社负责土地的管理和出售。但是,早期的投资是由农民自己进行的,出售粮食的收入也属于农民。受托人只收取少量管理费,相当于为农民工作。这样,农民在自己的土地上有更大的发言权,因此更加关注土地的使用和管理。然而,如果土地因自然灾害而减少,损失将由农民自己承担。

巴西亚马逊雨林(愿景中国)

虽然这两种方法在经济上各有利弊,但最大的优点是它们可以将土地集中起来,交给专业农民管理。如果在20世纪70年代农业技术极其不发达的时候,将农业产量固定在家庭手中是万灵药,那么在21世纪的今天,这种药不再有效,甚至已经成为一种“毒药”。魏刚自己的经历就是一个很好的例子。他是卖农业材料的“80后一代”,深知小块土地和分散的小农对提高农业机械化水平意味着什么。超越合作社成立六年来,他已说服387名农民加入合作社,并通过其他渠道,总信托面积达到42万亩。有了数量后,他可以安全大胆地安装设备。只有这样,他才能增加产量,降低成本。去年,合作社平均每亩节约农民100多元,平均单产提高了15%。两者相结合,管理农民每亩土地的收入比非管理农民增加了300元。

应我的要求,魏刚亲自带我参观了合作社的农机仓库。仓库里停放着数百辆农业机械车辆和各种型号的机器。有国产和进口品牌,从播种、施肥到医药和收获。在我外行人看来,它永远不会输给任何美国中小型农场。

然而,魏刚没有花太多时间炫耀他的农机车队。他唯一的想法是如何增加土壤中的有机物含量。“我在这里平均每亩土地施用160公斤化肥,而且还要花钱进行人工灌溉,每亩土地可以生产1400公斤玉米。我过去认为这个好处是好的,但是有一年我去佳木斯的一个农场,却发现它比其他农场差得多!”魏刚对我说,“人们每亩土地只施80公斤化肥,不需要人工灌溉。他们每亩土地可以生产1800公斤!专家告诉我,原因是人民的土地是真正的黑土,土壤有机质含量高达8%,而我的不到2%,这就是区别。”

事实上,我一到达,就注意到这里的土壤颜色很浅。这根本不是我想象的东北黑土应有的颜色。此外,这里的土壤非常干燥,有许多裸露的土壤。一阵风使尘土飞扬,蓝色的天空变黄了。灰尘飞起吸引眼球是小事,但那是珍贵的土壤!如果一直这样吹下去,这里的土壤迟早会消失,这样就没有地方放更多的农具了。

魏刚解释说,龙江县靠近内蒙古,降雨量已经不足。此外,过去几十年对农民的广泛管理采取了许多不可持续的做法,逐渐将土地变成了半沙漠状态。因此,近年来,他一直试图采用保护性耕作的方法,试图增加土壤中有机质的含量,减缓土壤侵蚀的速度。

然而,如前所述,植物不能直接吸收有机物。为什么要增加土壤中有机质的含量?为什么这会减缓土壤侵蚀的速度?这将从土壤的形成开始。

荷兰瓦赫宁大学的世界土壤博物馆

土壤是活的。

为了了解土壤的形成过程,世界土壤博物馆是一个很好的去处。该博物馆位于荷兰瓦赫宁大学土壤科学系大楼内。游客可以使用从世界各地数十个不同地点收集的真实土壤样本来帮助他们学习土壤的基本知识。

原来,在地球生命的早期,地表是由坚硬的岩石组成的,没有土壤,所以就没有生命。经过多年的日晒雨淋,岩石表面分解,释放出其中的微量元素。简单的生活最终会满足于此。这是地衣。地衣是藻类和真菌的共生体,真菌负责腐蚀岩石并释放岩石中的微量元素。藻类利用这些微量元素进行光合作用,为真菌提供营养。两种微生物的密切合作大大加快了岩石的风化速度,并逐渐形成了初始土层,为高等植物的生长创造了条件。后来,高等植物的出现使动物得以生存。这两种生物之间的合作再次加速了岩石分解的过程。因此,土壤是在各种生命形式的共同作用下一点一点产生的。

上述过程在今天的土壤中仍在进行,但它主要发生在土壤基础底部的岩层附近,这通常是我们看不见的。生活在那里的微生物继续利用岩石作为原材料,利用土壤中的有机物作为能源,为地球生产新的土壤。现有土壤的表层也在不断产生新的土壤,但机制完全不同。除了破碎成细颗粒的岩石碎片外,还有大量残留的树枝和腐烂的树叶,它们是土壤有机质的主要来源。这些有机物是各种小动物的食物,包括熟悉的蚯蚓和较小的线虫。动物吃掉剩余的食物残渣,然后被各种细菌和真菌完全分解,释放出钙、镁、钠、硫、铜、碘、锰、钼、锌和其中所含的其他微量元素。它们与岩石颗粒结合形成新的土壤,并继续支持植物的生长。

从这个过程中,我们可以看到土壤并不像看上去那样毫无生气,而是充满活力,更像一个活的有机体。成千上万种不同的生物生活在土壤中。微量元素不断在植物、动物和微生物之间穿梭,保持微妙的动态平衡。

其中,微生物的作用至关重要。没有这些微小的生命形式,所有微量元素都将被固定在土壤有机质或岩石碎片中,植物无法吸收和利用这些物质。因此,为了招募微生物为自己服务,许多植物会通过根部向土壤中释放富含蛋白质和碳水化合物的养分,总量甚至可以占到植物光合作用总量的三分之一以上。这些养分是土壤有机质的另一个重要来源。它们为土壤微生物提供能量,并帮助它们继续分解土壤中的有机物和岩石颗粒,释放其中所含的微量元素,成为植物的肥料。

农业的发明打破了土壤中微量元素的动态平衡。进入植物的微量元素被人类以农产品的形式收获并带走,最终留在城市里。随着时间的推移,农村土地肯定会缺乏微量元素。虽然土壤微生物可以继续分解土壤中的岩石颗粒并释放其中所含的微量元素,但一方面,这个过程太慢,无法满足作物的需要,另一方面,这些微生物也需要有机物作为能源。如果土壤中有机质的含量总是很低,这些微生物就不能继续为我们生产新的土壤。

英格兰彭斯福的农民用老式拖拉机耕地

中国古代的农民最先意识到这一点。他们用粪肥来补充土壤中流失的有机物,以保持土壤肥力。然而,肥料毕竟是有限的。如果我们能找到一种方法,把庄稼收割后剩下的稻草还田,只把种子从地里带走,效果肯定会更好。这是魏刚打算在自己的土地上尝试的新方法,以取代当地农民燃烧的原始方法。

燃烧稻草是世界各地,尤其是发展中国家农民的普遍做法。这项法律导致了严重的空气污染,应该严格禁止。但是,如果仅仅从肥料的角度来看,既然最终的目标是将有机物转化为无机物,那么秸秆燃烧和秸秆还田的效果应该是一样的,而且燃烧更快。同样,如果土壤中微量元素已经很少,农民迫不及待,人工补充一些化肥应该是合理的。为什么有这么多人反对它?

答案在于,土壤中的营养元素不仅应该充足,而且应该容易被植物吸收,否则仍然是无用的。“绝大多数优质土壤带负电,并能与带正电的阳离子结合,而阳离子正是植物所需要的矿物质。”世界土壤博物馆馆长史蒂夫·曼特尔(Steve mantel)指着博物馆里展示的土壤样本,向我解释道,“当遇到这样的土壤时,植物根部会释放氢原子,并与土壤交换这些带正电荷的金属阳离子,营养元素就这样被植物吸收。换句话说,土壤肥力取决于土壤的阳离子交换能力。这种能力越高,土壤就越肥沃。”

如果施用过多的化肥,土壤将带正电荷,导致其阳离子交换能力下降,影响植物根系对养分的吸收。此外,当植物从肥料中吸收足够的养分时,它们将停止产生根系分泌物,这进一步降低了土壤有机质的含量,使土壤中的微生物无法正常工作。此外,化肥具有很好的水溶性,容易被雨水冲走或因灌溉水渗入地下而无法被作物吸收,因此化肥的实际利用率很低。发表在《科学》杂志上的一项研究显示,全世界农民使用的尿素中高达70%被浪费掉了。它们要么变成氨,挥发到大气中,要么被雨水冲走,最终流入河流,这两者都会污染环境。

换句话说,肥料与举重运动员使用的类固醇非常相似。短期内有效,但长期使用对身体有害。相比之下,有机物中所含的养分在微生物的作用下缓慢释放到土壤中,相当于一种缓释化肥。它能持续增加土壤肥力,不易污染环境。总的效果比化肥好得多。

正因为如此,许多环保人士坚决反对使用化肥,呼吁绝大多数农民改用农家肥,采用所谓的“有机”方法从事农业生产。曼特尔认为这些人的初衷是好的,但有机农业不是万灵药,化学肥料也不能一蹴而就。“世界许多地方的土壤质量变得非常差。如果不使用化肥,当地人民将无法养活自己,所以关键问题不是禁止使用化肥,而是提高他们的效率。”曼特尔对我说,“至少可以说,增加土壤中有机物的含量很重要,但是有机物从哪里来呢?只有先施肥才能使土地产生一定的产量,然后才能通过秸秆还田等措施慢慢积累有机质,最终减少土地对肥料的依赖。”

美国著名农业生态学家戴维·蒙哥马利教授显然同意这一观点。他在关于保护性耕作的著名著作《成长一场革命》(growing a revolution)中指出,所谓的“传统”农业不一定是可持续的,否则它无法解释古罗马、玛雅和复活节岛这两个流域的生态灾难。在他看来,这些地方的农业生态系统崩溃是因为当地农民采用了传统的农业技术——耕作,这最终导致了严重的水土流失。为了纠正古人的错误,蒙哥马利在这本书里提出了保护性农业的三个新原则。首先,采用免耕技术以减少对土壤结构的干扰。第二,应种植覆盖作物,并保留作物残留物,以确保土壤始终被作物覆盖。第三,不同的作物用于轮作,以确保一定程度的物种多样性。

在这三项原则中,免耕技术是核心。目前,美国三分之一的可耕地采用免耕技术,巴西南部和阿根廷的大型农场甚至100%免耕。几年前,我参观了阿根廷的一个大豆农场,发现整个土地平坦,完全没有中国农村常见的垄沟。土地表面完全被一层厚厚的折断的枝叶覆盖,而不是光秃秃的土壤。当腐烂的叶子被揭开时,下面的土壤变得漆黑发亮,而且非常潮湿,所以可以用手抓住它把水弄出来。

我以为这种土壤在东北也能看到,但至少魏刚管理的这片玉米地是完全不同的。表面上不仅有山脊和犁沟,表明它们已经被犁过了,而且还有大量看起来相当干燥的黄色裸土。为什么当地农民不采用人们已经使用多年的免耕技术呢?这将从耕作的初衷开始。

中国四川稻田里的农民和养牛业

从耕作到免耕

谈到耕作,在许多人眼里,这是传统农业的象征。事实上,犁的进步(及其使用)是历史学家衡量一个地区农业发展水平的最佳指标。例如,使用金属犁的文明肯定比使用木制犁的文明更先进,使用牛和马拉犁的农村肯定比使用人力拉犁的农村更富裕,等等。

自公元前5000年发明以来,耕作技术在全世界迅速普及,这表明这项技术确实有很大的优势。在古代,农民几乎总是在播种前用犁耕地。一方面,他们放松土壤以促进幼苗的生长,另一方面,他们可以清理前一季留下的残茬和新长出的杂草。一些农民会犁地,同时把肥料埋在土里,播种、除草和施肥都要一起进行。

通过这种方式,来自世界各地的农民无数次翻耕来之不易的表土,直到1934年全球干旱,北美大平原爆发了持续了三年的严重沙尘暴,迫使当地居民离开家园,到其他州为他人工作,才有人感到错误。这是美国历史上著名的“灰尘碗”。这一事件最终使美国科学家开始质疑耕作方法,怀疑这种耕作方法导致了土壤水分的流失和表土的流失,最终导致了沙尘暴。

根据蒙哥马利在《农业革命》一书中的总结,耕作的最大问题在于它破坏了土壤的原始结构,将原本埋藏在地下的有机物转化为地表,并加速了微生物对有机物的分解和腐蚀。虽然这可以在短时间内提高土壤肥力,但会使土壤有机质含量迅速下降。例如,自从欧洲移民的到来,北美大平原的土壤有机质含量迅速从6%下降到不到3%,因为欧洲农民开始耕种土地。

土壤有机质具有很强的保水能力。当土壤失去有机物时,附着在土壤上的水也会流失。如果此时碰巧遇到干旱,沙尘暴是不可避免的结果。

好在美国人反应迅速,时任总统罗斯福迅速签署了土壤保护法令,委托美国农业部设立了水土保持局,研究如何保护美国宝贵的土壤资源。上世纪40年代,美国科学家们相继发明了直播机和除草剂,开始尝试免耕作业,北美的土壤有机质含量终于得到恢复,“沙碗事件”再也没有出现过。通过这件事,美国科学家们终于意识到有坡度的耕地并不是土壤侵蚀的主要因素,土壤裸露才

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