化肥的水泥效应与全球温室效应
欧盟的前途
今年2003年5月初到9月底五个月间，我在瑞典斯德哥尔摩大学参加了第13界国际中国哲学大会，并发表了题为“为何中国以农立国”的演讲，之后又在欧洲考察了18个国家的农业，特别是有机农场。这一年据欧洲农民们说，是一百多年以来最热且最干旱的一年，而我认为气温与干旱是有直接联系的。
当我访问奥地利的时候，住在维也那一位经济研究所教授马特鲍尔的家里。当天晚上奥地利电视台就欧盟的经济前途问题对他进行了采访。他回家后，我就问他，“贵研究所有50多位经济学家，为什幺只访问你一个人？”他开玩笑的说，“因为我是最出名的。”于是我又问，“你对欧盟的前途有何意见？”他没有直接回答，反而问我对欧盟的前途有何看法。我也没有马上做出回答，而是指出，中国有五千年的文化，我可以用古代的中国经典来预测欧盟的将来，因为《论语》中有一句话，可以温故而知新。于是他说，“那你就来写篇文章吧。”我就接受这个挑战答应了下来。
荷兰的堤坝
我到达瑞典之前，8 月15日路经荷兰一个叫梅德堡的小城。事先在加拿大有人介绍我跟当地的一个家庭联系，他们答应替我在当地找宾馆寄宿。到达的当天我在火车站跟他们用电话联系，他们突然告诉我所有宾馆都已客满，于是接我到家里去住。这个家里的父亲阿努泽先生 (Leen Aarnoutse) 已经退休，跟太太 ( 依内克 ) 两个成人的男孩，一个叫斯坦，一个叫克力斯。阿努泽生于1936年，1953年荷兰水坝被海浪冲破，死亡人数将近2000 人，35000 牲畜被淹死，那个时候他才17 岁。我问他那时在做什幺，他说那时荷兰全国动员抢救，他也参加了抬沙包。那时的海水超过了红色安全线 4.2米。众所周知，荷兰陆地低于海平面，因此全国的安危都依靠堤坝来保护。
1953年那天晚上，堤坝被海水冲破了几百个地方。我记得读小学的时候，有一篇故事说有个荷兰儿童沿堤坝走路去上课，突然发现坝边有个小洞漏水，他就马上用手指堵住漏洞，站了很久直到有人来。我一向以为这只是个故事而已，但是在荷兰大家都告诉我确有其事。近年来，荷兰人花了许多年重新修筑这个堤坝。直到今天，人们还可以在堤坝海平面下25米处看到当年亚厉山大太子的签名。荷兰人民决心不让这样的自然灾害再发生了，新建的堤坝将保证未来4000年内国家不被海水淹没。
但是，荷兰人民私下都在担忧该坝建的高度不够，原因在于，近年来全球温室效应正在日益加速，南北极的冰山不断溶化。知道他们的担忧后，我突然下意识有种感觉，欧盟的前途就在于荷兰堤坝了。
荷兰的第一位有机农夫
刚才提过，阿努泽17岁的时候参加堤坝崩溃的抢救工作，他亲眼目睹成千上万的农田被淹没。25岁时他在荷兰南部开始务农，那时他有24公顷的田地。1978年，阿努泽成为了荷兰第一位从事有机农业的农夫，共有耕地44公顷。
在欧美，所谓有机农业是不用化肥，不用农药，不用转基因的种子。我曾询问他是什幺动机使他想要从事有机农业，他说他相信上帝创造大自然，是天命人类来保护这个大自然，用人工化学是不可能维持大自然的，所以他决定用自然的方法来保护大自然。他通过放牧来获取鸡，猪，牛的粪便，并且循环种植农作品来保护土壤。
我又问他，“不错，这些是你的信仰，但总有个起因使你想成为有机农夫，那又是什幺呢？”他回答说，因为他的祖母得癌症而死，所以受到很大打击。我又不禁奇怪，祖母的去世跟他开始有机农业有什幺关系呢？原来他是因为怀疑导致祖母得癌症的是农业上使用的化学品，因此他下决心从此务农不使用有公害的化学品。过了些时候，他又自问，为何不用无公害的方法为他人也生产谷品呢？于是他就创立了荷兰第一个有机农场。这就是他发展有机农业神学概念的过程。
阿努泽还谈到，他开始有机农业的时候，全靠太太的支持。这位太太从始至终都没有动摇过对先生事业的信念。开始的时候其它农夫都讥笑他，散布谣言攻击他，说有机农业不主张撒农药，野草和害虫就会感染周围的农田。于是他的两个儿子开始观察周围的农田，回家告诉父母那些田地都使用化肥和农药，但那些农民的问题似乎比他们还多。现在我们都知道，有机农田没有那些问题是因为它的土壤从最开始就是健康的。
慢慢的，梅德堡小城的人民开始支持他，银行也开始贷款给他，也有小超级市场愿意卖他的谷品了，小镇周边的风车磨厂磨起了他的谷品，周围的面包房也开始用他的面粉来烘面包了。他为荷兰第一次引进了有机面包。荷兰女王后来也专门为此颁发奖章给他。之后，他也逐渐得到了其它地方农夫和群众的支持。阿努泽跟太太还曾收集群众签名反对农业使用飞机在空中喷洒农药，并得到了政府的同意。
高热与干旱常常联系在一起。在访问荷兰以前，我在瑞士住在一个农民家里，他们从事的不是有机农业。我发现他们需要不断浇灌农地以保持土壤湿润。在瑞士，所有务农者都必须向政府登记，因此政府就用津贴的方式控制农业生产。不愿意登记的农夫就得不到政府津贴，但同时也可以选择他们自己的方式务农。其中有机农业可以得到多一些的政府津贴，而非有机农业者得到的津贴就相对少一些。
记得一天下午，天突然降雨一小时，农夫们都很高兴，虽然不是天主教徒，也纷纷在胸前划起了十字。于是我问他们从来没向上帝求过雨吗？他们说只有天主教徒才会向上帝求雨，而他们是改革的基督教徒，只顺服上帝的意志，下不下雨他们就听天由命。
后来我发现，有机农业的耕地土壤挖出来都比较潮湿，因为有机农业耕作的土壤都能保持住其自身的水分，而用化肥的土壤不可能保持住水分，因为使用化肥的土壤耗水，常常需要浇灌。这种情况我在欧洲的许多国家都有发现。
土壤与温室效应
相比来说，使用化肥的土壤不能保持住水分，而使用农家肥的土壤才能保持住其自身的水分。含有化肥的土壤排出的一些温室气体已经被公认能直接导致全球气温的升高。特别是2003年，百年来最热的一年，在高热和干旱的状态下，土壤本身就引起了人们对全球性温室效应的关注。关心农业的人士们在关于土壤是该开耕还是不开耕的问题上心存疑问。有些务农者认为，开耕可以让土壤通风；而另一些人则认为不开耕就没有气体的释放。但一般人还是认为用农家肥能够让土壤与大自然得到可持续的发展。因此，人们把开耕，可持续性，以及全球温室效应联系在一起进行考虑。很明显，化肥是从石油中提炼出来的，一旦石油被用尽，能源就不再具有可持续性。同时，化肥也使土壤不再具有可持续性。这两个不可持续性导致了全球温室效应，也就是全球气温的升高。因此，土壤是处理全球性温室效应问题的一个战略关键。
由此可见，使土壤能够维持自身的水分，是组织气温继续升高的一个关键。土壤中的水分能够吸收二氧化碳。二氧化碳和水又能够被土壤中的微生物和植物利用，如下图所示。
CO2 + H2O 
H+ + HCO3 -
土壤被耕种能够疏松自身的结构并吸收水分。而化肥会释放二氧化碳和一氧化二氮 (N2O) 到空气中，导致温室效应。据估计，大气中的温室气体这些年来从两倍增加到三倍，现在已经是原来的七倍了。这些都是土壤施用化肥而导致的。
从水泥到固化的混凝土
2003年8月30日， 我被一个英国的老同学邀请到他的教区去，他在教区作主任牧师，我就住在他教区的牧师楼。在他的教区里，有一个英国很重要的水泥加工厂。刚好今年该水泥企业庆祝创立75周年，并出版了一本高贵的精装纪念册。当天晚上老同学就赠送了我一本，由于纪念册本身比较重，会给我旅欧的行李增加重量。再加上水泥跟我的研究范围风马牛不相及，因此，接受时态度有些勉强，便对我的同学说，“老兄，这个纪念册太重，但如果水泥内容能够给全球温室效应一个答案，我就收下。”
于是，当天晚上我就把书翻了翻，果然，该书给了我启发，解答了大气温室效应的问题，使我不禁感叹人生机缘的巧合。很多奇迹大概就是这样无意中被发现的。
现在我把书中介绍的100 吨水泥的成分含量列表如下：
石灰岩 150 吨
沙子 15 吨
粘土 15 吨
石膏 5 吨
制造方法：
先碾碎石灰岩，加入沙子和粘土并磨成细粉末，然后充分混合搅拌直致均匀平滑。
将混合物加热至1400度，持续搅拌使该温度维持至少10分钟。当混合物凝结成黑色或棕色直径50毫米左右的块状物时，将混合物取出并迅速冷却。然后加入石膏，再磨成细粉，这个成品就是水泥。
这样制作的水泥中不含有任何有机成分。在混合物加温到1400度的时候，所有的有机物质都被燃尽，石灰岩最终被烧成活石灰，活石灰的化学名称就是 CaO。将水注入水泥时，水泥中所含的活石灰就会吸收水分并释放出大量热能，变成氢氧化钙Ca(OH)2。
这些被释放出来的热能强度可以达到起火的效力。据说当时建造胡佛水坝的时候，由于水泥发热的问题，政府加设了一条 300 英里长的管道通冷水给整个建设中的水坝降温。因此，制造水泥的时候，人们应该更多的注意到水泥在固化的过程中就不断的释放水分和热能。世界上很多发展中国家都在不断地把耕地城市化，变成工厂，住宅和楼房。大规模的使用水泥会不断的产生水泥效应，并大量释放水分和热能到大气中，导致全球的气温升高。
土壤
在从英国回北美的归途中，9月6日我在英国西南部一个海港 Plymouth停留了一天，并跟随一些船客参观了附件植物园的一个新建的植物园。该项目是1998年才开始运行的。这个植物园的所在原本是个陶瓷窑，但因为里面的原料都被挖光了，所以光秃秃的很是丑陋。该项目就是重新美化这个丑坑，使之变成现今的这个植物园。现在，它种植了世界各地不同代表性的植物，每天吸引游客上千人。这个植物园就是著名的伊甸公园。其成功的秘密何在呢？
其关键就是重新制造 85000 吨的新土壤。这些土壤的基本成分包括沙子，粘土，含有不同矿物质的石灰岩，以及其它一些有机物质。不同种类的土壤包含有不同数量的沙粒。这些有机物质是由森林中不同的废木和其它绿色腐朽的材料形成的。这种不同成分的混合使土壤酷似不同气候下的土壤。其关键是不同气候下的土壤能够容纳不同成分的水分和营养。这样一来，有机物质，沙粒及粘土的配合就形成了一定的比例。举个例子，多沙粒的土壤就不善于保留水分和营养。
这种新土壤创造的成功证明了，过去被破坏的生态是可以获得重生的。土壤的灵魂是其中所含的有机物质能够产生一个微生物的生态环境。一个没有微生物繁殖的土壤是没有生命的土壤。因此，土壤中的有机物质是土壤微生生命存活的必然条件。说穿了，农家肥就是土壤的生命。因为土壤中所含的微生物能够消化有机物体，使生命得到延续并使食品的生产获得可持续性。大地之下的土壤是另外一个宇宙。化肥和重型的机械对大地之下的宇宙有致命的破坏作用。
化肥对土壤的破坏与全球温室效应
能够影响土壤并导致温室效应的化肥主要是氮肥，比如无机盐类的硫化铵，硝酸铵，(NH4)2SO4 ，和NH4NO3。它们对土壤会产生石膏在水泥中的效应。当水泥释放出水分和热量的时候，水泥就固化为混凝土。依此类推，硫化铵和硝酸铵就会导致土壤中的水分和热量的丧失，同时使沙粒和粘土板结化。其实，土壤和水泥都有共同的原料，比如沙粒和粘土，以及含有矿物质的石灰岩。不过，水泥蒸发水分和热量的时候会变成固化的混凝土。化肥却是使土壤板结化。
固化和板结化都是经过相似的过程而来的，它们同样排出水分，热能，二氧化碳，和一氧化二氮。其中，二氧化碳和一氧化二氮都是温室气体，温室气体和被排出的热能都会导致全球性气温的升高。此外，广大板结化的农地因为干旱而反射阳光会使大地发热，使这些干旱的土壤热上加热。这些土壤经过重型拖拉机压松以后，再由飓风刮起旋转形成沙尘暴。由此可见，化肥致使土壤不能保持住水分，土壤因此排放出水分，热能和气体。在干旱的季节，使大地发热，蝗虫繁殖。相反，农加肥中所含的有机成分在干旱的时候能够保持土壤的水分，不会导致温室效应。另外，农夫们还发现，使用化肥的土壤因为不断排放出二氧化碳损失了大量的碳。
使用农家肥耕种是不易的，因此让有机农业适应中国的小农业是有一些阻隘的。但是，在乡村城市化加速的过程中，大量农民弃农从商，种地的人越来越少，人均耕地面积就越来越大，就会更依赖省力的方法来劳作，也就是会更大量的使用化肥和重型拖拉机。因此，全球的温室效应导致的气温升高是不容乐观的。
化肥与土壤板结化
今年2003 年9 月1日到3日，我在牛津圣史提反学院访问。一天下午，我在学院云集的街上散步，顺便走进了牛津大学出版社书店。在书架上看到了该社2003年最新出版的农业书籍《Principles of Field Crop Production》。该书241到244页刚好提到对土壤板结化问题的解释。这种土壤板结化与重型拖拉机的重压造成的结果有所不同。土壤板结化主要是因为水分蒸发时候的“液压水泥作用”(hydraulic Cement)，所以液体的液力能够使水泥巩固起来，这与水分蒸发时所带的作用力使周围的沙和粘土巩固起来是相同的道理。这就是土壤的板结化。这种土壤能被拖拉机压碎再耕种，水泥固化成混凝土之后是不能再被压碎用来耕作了。它们的板结化是水分的蒸发导致形成的。水泥固化后变成混凝土，这是石膏促进加速的；土壤的板结化，则是化肥的使用所加速形成的。
水泥形成的混凝土和土壤的板结化有一个共同点，就是它们都不能保持住水分。然而，含有农家肥的土壤中的有机物体，可以保持住土壤的水分从而避免土壤的板结化。简单的说，化肥和石膏都是无机盐份，能够加速水分的蒸发，导致板结化的形成。
下面我要介绍的一些普通的化肥，除了能导致水分的蒸发而使土壤板结化以外，还会排热，使气温升高，致使冰山溶解，海洋水位提高。一些普通化肥主要包含有氨，硝酸铵(也是炸药的成分)，硫化铵，硝酸钙，碳酸钾等。以上所举的这几例最普通的化肥，用水浇灌到土壤中后都会大量发热，直接促进空气温度的升高。
为什幺有机土壤可以保持住水分
一本叫《土壤微生物》的书 (Soil Microbiology), 里面有这样一个结论，土壤里85%的二氧化碳是经过土壤微生物的活动而被释放出来的。
第一，土壤中有机物质多，被释放出的二氧化碳就多；第二，土壤中的水分含量越高，排放的二氧化碳也就越多；第三，土壤中的微生物越多，被释放的二氧化碳也就越多。但最终，土壤都是靠微生物的作用把二氧化碳释放出来。二氧化碳被排放出，就会马上溶解在水里，水和二氧化碳是相依共存的。因此，水和二氧化碳常常是同时蒸发。
反之，化肥会减少土壤中有机物质的存在，因为发热和板结化不利于微生物的生存。化肥使土壤损失水分和散热，这也同样不利于微生物的存活；而二氧化碳和水分却能够增加微生物的繁殖。所以，水分，二氧化碳，和微生物也是相依共存的。化肥增加了土壤中的氮，并没增加土壤中碳的含量。农作物每年收获的时间都是土壤流失大量碳的时候。
二氧化碳和水分的相依共存，使土壤稍呈酸性。这种酸性能消化土壤中的小石块，使石块分解成矿物质，这些矿物质中的磷，硅，硼等可以被植物吸收。因此，这些矿物质也是有机农作物味道丰富有营养的主要原因。
总之，农家肥中的有机物质，农家的绿肥，土壤中的微生物都能帮助土壤保持住水分。微生物可以把有机物体消化成腐殖土，这个腐殖土能够包含更多的水分。旱灾时，土壤大部分的水就是靠腐殖土来提供的。因此，我们也可以说腐殖土就是健康的土壤的主要结构。腐殖土就是靠其胶体性(colloidal suspension)来保持住土壤的水分的。
天气与土壤
水泥和土壤含有相同的基本结构，比如石灰石，沙粒，和粘土。石膏是加速了水泥的巩固，化肥是促进土壤的板结。巩固和板结是因为土壤和水泥不能保持住水分，所以只有用液压作用促进其固化和排放热能。在农业上，化肥不能使土壤保持水分，而农家肥可以保持住土壤的水分。因此，化肥就导致了土壤中水分和碳的流失，以及大气的温室效应。
此外，化肥还会伤害土壤中微生物的存在。工业性的农业更加大规模的加重了这些不利因素。农业从家庭式的耕种发展至大规模的工业性耕作，会最终导致全球气温的升高，天气的改变。
荷兰堤坝在1986年测量的海平面高度是2.94米，十年后升高至3.13米。据说公元2050年水面会升高至10米，那个时候堤坝就挡不住大海了。我在欧美加大部分地区考察的时候，当地的一些人已经指出很多地势低的田地就是因为全球气温的升高已经被海水淹没了。更为严重的是，美国的阿拉斯加的一些小的岛屿因为冰山的溶化，已经被淹没了。
在英国访问土壤协会的时候，学者们纷纷提出导致温室效应各种各样的原因，而我就当场指出最大的原因应该归咎于全世界范围内对化肥的使用。大家都好象刚从梦中醒来，异口同声地高呼“对了”。他们又问我什幺才是解决温室效应的答案，我说，应该立即实行全球性的有机农业。
天气与降雨
天降雨的时候，雨水到达化肥的土壤。该土壤吸收水份之后，马上与化肥产生作用。这个作用是水泥效应的作用。能释放大量的热能。热能的释放是和水汽一样蒸发。这种蒸发马上使土壤板结化，而该日能就直接传达到太空去。板结化的土壤使干旱的。板结干旱土壤的地表能够反射强烈的阳光。又提高太空的温度。化肥融解的热能和板结干旱反射的热能。这些热能直接提高气温。最终，就影响全球最敏感的北极冰山。因此南北极先后的冰山融解就提高海洋的水平线。把盐水冲淡。影响海洋的潮流和气压以及风向与天气。全球海平线的提高，中国是最明显的。《北京周报》在2004年四月刊提到：海平线提高最明显的是中国。海平线提高，中国是最明显的以每年2.5毫米的速度提高。威胁到中国沿海的一些城市。海平线的提高是直接由全球气温的提高产生的。
本人认为，全球气温的提高重要的原因是来自全球地表耕地过分使用化肥而来的。以中国为例，全国的耕地是世界百分之七，而全国使用的化肥占世界的百分之三十以上。因此，中国的气温提高，会在世界之先。所以，海平线的提高自然是世界第一。因此中国的土壤是世界上被破坏最厉害的。板结化的干旱土壤已经失去土壤本身的结构，再经过重型拖拉机的压力，经过西北走廊吹下来的飓风就变成了沙尘暴。沙尘暴橘红色的沙份就直接吹到加拿大来。
现在提到雨水降到有机农业的天地上，因为有机土壤含有有机的肥料,也就是农家肥，农家肥包括腐烂的植物，或者是动物的粪便，他们 能够让土壤疏松，产生土壤疏松的结构。这种结构英文叫做humus。疏松的土壤结构有微细的管道和空间，可以容纳水份。农家肥含有微生物，能够需要融解在水份里生存。微生物的细胞膜，能够吸住水份。农家肥本身有很多新陈代谢之后产生的“废物”，都是含有有机的炭素。这些都能够和水互相吸引，水本身也可以吸收其它的水，因此有机土壤里面，能够保留很多的水份。不容易蒸发。
水与世界很多的元素相比较，水是不容易发热的。其它的元素比水容易发热。这些东西比水容易发热五十倍到一百。在科学上，这个名称叫做比热（specific heat）。那幺要使水蒸发那就更不容易。所以水在土壤里有一种降温的作用。这些农家肥在土壤就产生降温的作用。以上所说的这些现象都是因为水和一些有机的元素本身有一种紧密的结构可以联系到一起叫做水份联系，英文称为hydrogen bonding。所以农家肥在土壤里面能够产生水份联系的作用。使土壤不容易有水份的蒸发也不容易提高温度。
水份的联系，希腊语叫做hydrophilic。该原文的意思是水的爱。就是指水爱水。凡是一切元素能够与水保持水份的联系，都是有水爱的性质。所以一般的农民或气象家都知道，雨容易降在江河和湖泊的地方。雨也喜欢降在树林和花草上面。水就不喜欢降在干旱和发热的地方。简单一个例子：美国的加州南部的落山机，为什幺很多人喜欢搬到那里去住，第一是那一带干旱，第二没有雨。因此，天气热和干旱是常常联系到一起的。
会有人问，雨既然喜欢降在有机的土壤上面，那幺假如天气不断的提高加热，那幺这些土壤里面包含的水份会如何呢？这个回答很简单，这些过热的水份会蒸发到太空去。在太空云雾的水份，会重新凝结变成雨，降到地面上来。又是降到凉冻的山边或者是农地。因此雨水多的地方总是保持雨量多。雨水少的地方日久就干旱，变成戈壁滩和沙漠。戈壁滩和干旱的地表和沙漠就反射阳光，比较厉害，又造成全球气温的提高。所以要降低全球的气温增加应该尽量提倡和实行有机农业。
农家肥
20世界初，大概一百年前，美国的土壤专家金博士（F H King）访问中国。回来以后写一本书，书名叫做《四千年来的农夫》(Farmers of Forty Centuries)。整本书的内容可以概括一句话中国的农夫耕种四千多年为什幺土壤还是那幺好？他提出一个很简单的答案就是农家肥。就是说农家肥使中国的土壤保持了几千年来的可持续性。作者在此提出一个问题：假如中国再继续过分使用化肥，土壤能够再维持多久呢？我认为第一，为了保持土壤的可持续性，第二要降低全球的气温效应，中国要马上全国开始收集并使用农家肥。
参考书籍
- Castle Cement - 75 Years of Ketton Cement, Peter del Strother, First Edition. The Cromwell Press Trowbridge, Castle Cement , 2003
- .Principles of Field Crop Rotation , edited by Jim Pratley, 4th edition, Oxford University Press, 2003
- Soil Microbiology, Selman A. Waksman, John Wiley & Sons, New York, 1952
- .Inorganic Geochemistry, Gunter Faure, MacMillan Publishing Co., New York, 1991
- Chemical Process Industries, R. Norris Shreve and Joseph A. Brink, Jr. McGraw-Hill Book Co., New York, 1977
- The Merck Index, 9th Edition, Merck & Co., New Jersey, 1976
- Introduction to Chemical Thermodynamics, Luke E. Steiner, McGraw-Hill Book Co. New York, 1941
- Building Blocks of the Universe, Isaac Asimov, Abeland-Schuman, New York, 1974
- Stormy Weather, Guy Dauncey, New Society Publishers, Gabriola Island, B.C. Canada, 2001
- Western Fertilizer Handbook, First Edition, California Fertilizer Association, 1953
- Portland Cements, Canadian Standards Association, Montreal, 1951, 1961
- The Soil, F.H. King, MacMillan Co. London, 1909
- Growing Food Organically, John Bede Harrision, Waterwheel Press, Seattle, 1993
- China Green Times, W.C. Tan, March 4, 2003, Beijing China (in Chinese)
- Chemical Fertilizers and the Sandstorms, W.C. Tan,
- Canadian College for Chinese Studies Press, Oct. 2002, Victoria B.C. Canada, 2002
2004年十一月加拿大农业协会年会大会批准发行文章
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