垃圾食品对植物也有害

米我们大多数人都熟悉备受诟病的西方饮食，以及杂货店中货架上的加工食品。有些人会直接吃咸薯片，有些人则会吃含糖谷物片。但我们并不是唯一吃垃圾食品的人。在发达国家种植的大量作物都在吃这种饮食的植物学版本——主要是传统肥料和农药。

不可否认的是，使用化肥种植的作物取得了历史性的产量。毕竟，大多数肥料的关键成分——氮(N)、磷(P)和钾(K)——使植物生长得更快、更大。以及常用的杀虫剂和除草剂击退植物敌人。从1960年到2000年，世界人口翻了一番，全球粮食产量增长更快。它增加了两倍。¹

但有一个权衡。在稳定的肥料饮食中生长的高产作物似乎含有较低水平的某些矿物质和营养素。我们的作物所吃的饮食会影响我们的食物，以及当我们吃这些食物时，我们从中得到或得不到什么。

农学家分析了从1873年到1995年收集的存档小麦样品，发现铁和锌含量显著下降。²2009年一项对美国农作物营养水平的研究得出结论，有强有力的证据表明，在过去的50至70年里，水果和蔬菜的矿物质含量下降了5%至40%。^3.

导致营养水平下降的因素有很多。其中一个趋势是培育更大的种子、谷物、水果或蔬菜。想象一个大的黄褐色土豆和一个小的鱼种土豆，两者生长在相同的土壤中，含铁总量相同。由于现代饲养技术，相对于较小的鱼种而言，较大的黄褐色在单位生物量中所含的铁更少，这使得黄褐色的营养密度更低。

现代农业也影响食品中的植物化学物质水平。这些由植物制成的强大的生物活性化合物给它们自己和食用它们的人带来了无数的健康益处。一般来说，作物类型越接近其野生祖先，其植物化学水平就越高。⁴然而NPK肥料转化为较低的植物化学水平。当植物爆炸式生长时，它们倾向于减少植物化学物质的生成。

我们最终得到的是大而肥的高产作物，外表看起来不错，但里面的矿物质含量却很低。

矿物质和植物化学物质水平下降问题的核心是植物根部这个看不见的世界发生了什么。站在人类的角度，我们惊叹于我们认为植物的生命是由生长组成的。粗糙的种子发芽成柔软的绿色的东西和小树苗变成一个庞然大物，可以理解，吸引我们的眼睛。

但是，在今天的农场里，植物生长所需要的肥料，主要是NPK肥料，与植物抵御疾病、伤口愈合、害虫和病原体所需要的肥料是不一样的。换句话说，我们庞大的人类大脑长期错误地将植物生长与植物健康混为一谈。这就是现代农业面临的困境。

植物健康的配方是复杂的。它远远超出了植物生长所需要的氮、磷、钾的简单混合。要获得这一食谱中令人眼花缭乱的成分，很大程度上要归功于根部微生物群——大量有益微生物，尤其是细菌和真菌，它们覆盖并保护植物的根部。根微生物群将许多代谢物以及矿物质、其他营养物质和土壤中发现的有益化合物输送到植物的根部。这一整套措施以无数种方式促进植物的健康。为了方便植物宿主，根微生物组还专门提供它们生长所需的N、P和K。

互惠使共生关系继续运转。换句话说，没有人，或者至少很少人，能得到免费的午餐。植物宿主不会交出它的东西，除非它从根部微生物群中得到它需要的东西，反之亦然。工厂有合适的基础设施来支持这种交换。根不是简单地吮吸吸管。它们通过将分泌物(一种自制的碳水化合物、植物化学物质和其他可食用物质)泵入土壤，将物质输送到根部微生物群。

渗出物锚定了植物与根部微生物群的共生关系。而植物用于生产和分发这些营养食品的能量——有时超过植物通过光合作用捕获碳的三分之一——证明了这些分泌物的重要性。⁵这就是为什么如果没有令人信服的理由，植物不会生产或交出它们。

为根部微生物群提供充足分泌物的植物是能吸收氮、磷和钾的植物+作为回报，根微生物群的健康促进品。在这些商品中，有一些是在植物与其根部微生物群之间的串扰中心执行化学信号的。这样，再加上接触到一些害虫和病原体，就会使植物产生植物化学物质。

但是，当作物大量食用游离的NPK肥料时，就会破坏植物和根部微生物群系共生的生活方式。没有任何东西，即使是没有大脑的植物，也不会把三分之一的能量花在可以免费得到的东西上。所以它们的绿色身体减少了分泌物的产生。结果呢?产生对植物有益的代谢物较少的根微生物群。用化肥喂养的植物可能不需要从根部微生物群中获得氮、磷和钾，但放弃这些东西，就失去了根系微生物群提供的促进植物健康的其他东西。

所以我们最终得到的是又大又肥的高产作物，外表看起来很好，但内部缺乏矿物质和植物化学物质。这种情况对植物来说是一场灾难。一个封闭的、饥饿的根微生物群，极大地破坏了植物学世界将恰到好处的生长速度与强大的内置军火库和药剂相结合的策略。

年代站在地面上试图用你的手臂去解决这个巨大的问题是徒劳的。我们需要到地下去，到我们脚下一个叫做“根圈”(“rhizo”来自希腊语)的野生而有活力的地方去rhiza意思是“根”)，从植物的角度来理解植物生长和植物健康的相互交织的故事。

根际的光晕状区域在每个根和根毛周围延伸几毫米到一厘米左右。这个特别的地方是你可以找到根微生物群的地方。每单位面积的根际比土壤中的任何其他地方都含有更多的生命；有些人比地球上其他任何地方想得都多。

有一个简单的原因，根际是一个令人难以置信的大量活动的场所。植物使用生命中最古老的把戏之一——免费食物——来确保根际圈仍然是一个热闹的生物市场。人们也会这样做。你是那个带着甜甜圈来吸引同事参加晨会的人，还是那个自己出来买一个的人?

植物提供免费食物的目的是吸收有益的微生物进入根际。猜猜谁来吃植物化学物质和其他可食用的东西?饥饿的细菌、真菌和其他微生物对分泌物，尤其是碳水化合物有着近乎无法满足的胃口，因为碳水化合物为它们提供了现成的能量来源。

富含有机物的土壤就像富含纤维的人类饮食一样。它们分别是根和肠道微生物群的重要食物来源。

除分泌物外，根际微生物还吃土壤中的有机物，将其转化为植物所需的营养物质和化合物。但在有机物到达植物之前，它必须到达土壤并经过许多其他有机体。想想每年秋天植物掉落在土壤上的叶子。更大型的土壤生物，如肝色的蚯蚓和下颌较大的节肢动物，首先开始分解有机物。它们咀嚼、咀嚼、撕碎，然后切成更小的块，这样或那样地把食物放到更小的土壤生物的盘子里，一直到地球上最小的生物——微生物。这个吃和被吃的世界将腐朽转化为新生。微生物有幸扛着有机物质的接力棒越过了生命之轮赛跑的最后一道障碍。

富含有机物的土壤就像富含纤维的人类饮食一样。它们分别是根和肠道微生物群的重要食物来源。只要有机物质的供给能补充土壤，它就能推动支撑整个植物世界的土壤生命的进食、排泄和死亡的循环。土壤中的微生物粪肥富含氮、磷和钾，而死去的微生物是一种特别丰富的现成氮的来源。

但氮、磷和钾只是促进生长的营养物质。营养充足的根微生物群还能给作物提供肥料和农药饮食永远无法提供的东西——充分补充必要的矿物质，以及一系列令人眼花缭乱的微生物代谢物和其他化合物，这些对它们绿色身体的整体健康至关重要。

那个么，一个有机物、渗出物、咯咯作响的根系微生物群能为它的植物宿主做些什么呢？大量菌根真菌是一个很好的起点。当食物充足时，它们不仅从岩石中开采矿物质，还直接将其带到植物的门口，有时甚至带到植物的绿色体内。在这些矿物中，农学家记录了作物随时间的减少。

被认为对植物健康和人类自身健康至关重要的矿物质大约有十几种。它们在植物中做大量的事情。像锌和铁这样的常见元素有助于形成植物的水果和蔬菜。这种不太常见的舌头扭曲的食物，钼，帮助植物利用氮并将阳光转化为碳水化合物。

然而，由于各种原因，植物的根通常需要帮助来吸收足够的矿物质。菌根真菌帮助它们。这种真菌可以使植物单位根长对养分的吸收增加一倍或两倍。⁶真菌的根状菌丝起着长距离导管的作用，实际上是植物根系的延伸。一端连接到根，另一端连接到根无法触及的矿物质储藏。

对经过时间考验的安排修修补补，会让植物变成植物学上的懒虫。

但遵循没有免费午餐的原则，这些真菌只有在植物交出滋养性分泌物的情况下，才能获取和提供稳定的矿物质供应。因此，当植物从肥料中免费获得氮磷钾时，它们排出的分泌物要少得多，而菌根真菌将矿物质和磷的输送几乎减少到零。伴随NPK肥料的农药女仆也会干扰营养传递，扰乱菌根真菌和它们的植物宿主之间的化学信号。

然而，当根际一切正常时，根微生物群可以进行改造工作。某些有益细菌会吃色氨酸(根分泌物中的一种氨基酸)，并将其以吲哚-3-乙酸的形式返回植物，这是植物学上最重要的生长激素之一。结果，根长得更长，侧根发育，更多的根毛发芽。通过更广泛的根系，植物可以吸收更多的养分，并将更多的分泌物泵入土壤，以吸收更多有益的微生物，从而产生更多的吲哚-3-乙酸。这是一个经典的正反馈循环。⁷

也许最引人注目的是，植物可以利用它们的根微生物群来击退广泛传播的病菌两．这种致病菌可以侵染植物的叶子、茎、芽和花，导致严重的感染和许多生病的植物。当p .两一旦出现，植物就会向根部发送化学信息。根细胞释放苹果酸，就像牧羊人的哨子。细菌枯草芽孢杆菌跑过来，开始在树根上殖民。这会给植物发出信号，使其忙于制造植物化学物质和其他防御化合物来抵御p .两. 这还不止于此。枯草芽孢杆菌也会诱导植物关闭叶子表面的微小开口，这被称为气孔，这可以防止更多p .两从植物城堡里溜出来⁸

如你所见，根际是这个地方为微生物和植物进行养分传递和化学信号传递奠定了共生关系的基础。植物不会放弃农场。他们得到了很多回报。

R想想看，植物需要消耗大量的能量来制造糖、维生素、有机酸和植物化学物质的分泌物。虽然昂贵，但回报令人印象深刻，特别是在植物化学物质方面。一株植物可能包含成百上千种不同的植物。多酚是研究得最好的植物化学物质之一，有超过8000种不同的类型。⁹

植物通过根部微生物群系的化学信号和害虫的直接攻击而行动起来，就会启动植物化学工厂，重新储备其机载军火库和药剂。这可以赋予植物——确切地说，是作物——一个内在的健康计划。一些植物化学物质，比如在卷心菜科中发现的硫代葡萄糖苷，在昆虫食草动物错位的咀嚼下会变成“芥菜油炸弹”。咬一口这种有毒的东西，违反者就会死在另一种植物上。另一组是苯并恶嗪类化合物，它能执行复杂的信号传递，像玉米、小麦和黑麦等禾草类植物用它来击退微生物病原体。

想知道为什么防晒霜中含有-胡萝卜素吗?这是一种植物化学物质，可以保护植物免受紫外线辐射。另一种类黄酮吸引住植物根部或根部的细菌，并将气态氮转化为植物可以利用的形式。如果通过根系分泌物释放，其他种类的类黄酮可以在根际微生物群的少许帮助下溶解铁、铜和锌。这使得植物能够吸收这些重要的矿物质。

早在农用化学公司存在之前，植物世界就依赖于它大量生产的植物化学物质来保持健康。把它们内部的化学工厂与根部微生物结合起来，你就有了帮助植物在过去4.5亿年里征服大陆的秘密武器。然而，对这些经过时间考验和共同进化的安排修修补补，会让植物变成植物学上的懒虫。

一株吃饱了NPK肥料的植物用多叶的手伸向渗出物的龙头，把它变成了涓涓细流。一旦来自农民的促进生长的营养物质开始流经它们绿色的身体，农作物可以在没有它们的微生物朋友的帮助下生存。一旦农药的毒素击退了害虫和病原体，植物就会闲置它们神奇的植物化学工厂。如果周围没有草食动物，为什么要生产一种能量昂贵的芥菜油炸弹?

这种情况促使植物减少防御性的植物化学物质，以及那些为繁忙的根圈提供营养的植物化学物质。这些事件转化为根微生物群的食物减少。当它开始挨饿时，它先前提供给植物宿主的促进植物健康的代谢物的供应骤降，它们曾经活跃的化学颤动也停止了。这巩固了以垃圾食品喂养作物开始的负面反馈。植物的根从一个至关重要的双向贸易区变成了吸收肥料的单向吸管。

向土壤中注入大量氮肥也有另一个缺点。面对“吃到饱”的自助餐，这正是植物的绿色身体所要做的。它们将通过光合作用产生的大量能量转化为生物量，减少了制造植物化学物质所需的能量。¹⁰植物化学物质产量的急剧下降耗尽了植物的自制武库和制药厂，使它们在捕食者的视线内像生病的动物一样脆弱。因此，我们在沙发土豆作物和土壤中喷洒毒物，就像植物化学物质和根系微生物群数百万年来所做的那样。

Anne Biklé是一名生物学家和园丁，David R. Montgomery是华盛顿大学迪恩地貌学教授和麦克阿瑟研究员。他们是大自然隐藏的一半:生命和健康的微生物根源。在Twitter上关注他们@dig2grow，或者访问他们的网站，www.dig2grow.com．

参考文献

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主要照片由安娜·福克斯/Flickr提供。