制造土壤

呂　靜

地球上的表層土壤正在消失，科學家已經開始考慮各種技術來補充它。

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勃勃。

全世界每年有240億噸土壤在風吹雨打中流失。自然界的表層土被人們一車車地挖走，用做建筑項目和庭院景觀的鋪設，使得天然表層土的供應日益緊張。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。在自然界，土壤是靠風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，經過數百年的時間緩慢生成的。并且，只有當化學和生物物質混合恰當時，這些成分才可能成為營養豐富、結構平衡、疏松多孔、成分復雜，能夠維持植物生長的土壤。

西雅圖華盛頓大學的地貌學家戴維·蒙哥梅瑞說：人類以前也面臨過土壤危機。他曾寫了一本書，叫做《泥土：文化的侵蝕》，他認為，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，現在世界上上壤的侵蝕速度比其再生速度至少快20倍。

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

普渡大學的變廢為土

要阻止土壤侵蝕和退化的一個辦法就是減慢這種趨勢。通過添加有機質和礦物質改進貧瘠土壤的質量，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，

面對昂貴和經常缺少的表層土供應，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短的時間內模擬土壤自然形成的過程。

久迪·提史馬克從上世紀90年代中期，就在印地安納州西拉法耶特普渡大學開始研究，當時，該學校正在尋找既可回收校園發電站所產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，煤燃燒所產生的細小顆粒——飛灰，可用來改良土壤。于是，她想到了一個兩全其美的辦法。

要制造出設想中的新土壤，提史馬克需要在煤灰中混合一種有機物質。幸運的是，藥業巨人艾利·禮來在附近有一家制藥廠，可以提供制造抗菌素的副產品，這種材料富含有機質，是一種用過的培養真菌的墊子。研究人員將這兩種廢棄材料——一種為礦物質，另一種為有機材料混合在一起，又添加了一些木質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，結果，成千噸的這種人造土被用在了普渡大學的校園里。

這一研究成果導致了索伊爾馬克公司的成立，提史馬克至今還在經營著這家公司。不過，該公司現在已經不再使用禮來的生物軟泥或來自煤炭的飛灰做原材料了：因為禮來的軟泥在漚肥的時候氣味太難聞，普渡的發電站也早已經關閉，而且飛灰里含有太多的砷，加入土壤不安全。現在，索伊爾馬克公司采用玉米淀粉生產的副產品提供有機材料，再用建筑項目中挖出的黏土做礦物成分。

太空中制造土壤

當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來的食物，當然，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液中，但是這種方法也有缺點。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境中控制水很困難。”

所以，NASA的科學家現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。因為它們都是用沸石制成的。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鍵養分銨和鉀離子。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植物需要時才溶解吸收其養分，不然這些養分就保持在土壤中。NASA已經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，超過大田生產。”

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的理查德·海恩斯正在實驗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，這是政府與工業贊助變廢為土工作的一部分，隨著各種成分的反應，有機材料灰結合到礦物質中，形成的聚合物能讓土壤具有良好氣孔結構。海恩斯說：“表層土具有50％的細孔空間。”這就是為什么釆用沒有礦物質成分的材料堆肥只是短期的解決方案，因為隨著時間的推移，這種材料的體積將縮小，不再具有疏松的質地。

要把工業廢品變成土壤也不是一件容易的事情，其中污染是一個關鍵問題。比如，從污水處理廠獲得的活性污泥可能是有機物質的好來源，但是人們關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。

曾經在倫敦帝王學院任職、現在是優斯公司環境顧問的基姆波利·內維爾發現，那些生長在從煤礦頁巖來的土壤、從礦物排水系統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準。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境，可能未嘗不可。內維爾目前正在從事這類研究。

蒙哥梅瑞站在他的角度，也認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土壤。”因為這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，這種技術能把我們從古希臘的命運中拯救出來。