如果迎来世界末日,人类只剩一种作物维生,哪一种是最优解呢?考虑各方面的性能,这场角逐的冠军很可能诞生于玉米和土豆之中。如果看科幻作品,《火星救援》和《星际穿越》就分别提供了自己的答案。
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《火星救援》里,主角马克在火星基地种土豆。| 电影剧照
玉米和土豆都属于广义的“主粮”,今天是世界粮食日,以下是图书《谷物的故事》作者、纪录片《风味人间:谷物星球》学术顾问崔凯博士讲述的粮食故事,对上边问题的答案,他也有自己的看法。
养活80亿人,靠几种草的种子?
如果把地球46亿年的历史压缩成一天24小时,现代人类的登场大约只在最后1秒,而人类种植谷物,不过是最后0.2秒才开始的。就是这0.2秒,改变了人类的命运,也极大改变了地球的面貌。
如果采用狭义的定义,谷物是水稻、小麦、玉米、高粱、小米这几种有颖壳的禾本科植物种子,说到底就是几种草的种子。
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一束饱满的麦穗。我们餐桌上最平常的主食,多是禾本科植物的种子 | Bluemoose /Wikimedia Commons
可一较真,麻烦就来了:大豆算不算?土豆算不算?大豆属于豆科,不是禾本科,但中国传统的“五谷”——稻、黍(黄米)、稷(小米)、麦、菽(大豆)——是包括豆子的,这是两千年前秦汉时期约定俗成的东西,按这个把大豆算进去没问题。马铃薯(土豆)更不是种子,是块茎,科学上不算谷物,但它跟谷物一样富含淀粉,所以国家统计局的粮食口径里有薯类,粮农组织也把土豆当作重要粮食。到今天,全世界有六分之一的人口以土豆为主食。
就是这几种草的种子,撑起了今天的世界。一万年前地球人口不过几百万,今天到了80亿,暴增1000 倍。有人口学家测算,从5万年前到现在,地球上曾有过1080亿人,其中99%都出现在最近这8000年、有了农业之后。
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世界人口的长期增长曲线,从远古的数百万,到今天的 80 亿。| Our World in Data “Population”,数据来自联合国《世界人口展望》、PBL 等
为什么偏偏是这些植物开启了农业革命?1.3万年前地球出过一次大冰期,温度骤降8摄氏度,食物链随之崩掉,还能生长的只剩野草的种子。那次冰期持续了约1200年,考古遗存里野草种子的数量正是从那时明显增多。主流学者认为,是这场生存压力让人们走上了谷物驯化之路。
可为什么最终是谷物成了主粮?人类各大文明几乎都以谷物为主粮,没有谁是靠木薯、芋头或西瓜、松子过活的。谷物最大的优势是富含能量:吃半个西瓜,一小时就饿了,都是水;松子油脂虽高,可一棵红松要长30年才结10斤,人根本等不了。能量太低的(水分多)不行,产量太低的也不行,而谷物当年种、当年就能结籽。
另一个关键是含水量。粮库里的风干粮食只有14%的含水量,水果蔬菜却有70%到 90%。粮食放两三个月没问题,猪肉、西瓜放两三天就不行了。远古人类没有冰箱,还要带着部落迁徙,只有谷物放得住、能带走,冬天大雪封山也能靠它撑过去——所以它最终成了人类的主粮。
植物学上有个分类:地球上约40万种植物,被人类驯化过的有600多种,最终成为粮食的只有几十种,万里挑一,像一场“华山论剑”。
归结起来,谷物能成为主粮,靠的是两点:能量密度高,含水量少、易于储存。
一颗种子如何走遍世界
如果人类没有开启农业革命,植物种子的传播路径其实非常有限。它可能靠一场风,刮到哪算哪;有的掉进水里,顺着水流;有的要靠鸟,鸟把种子吃下去,飞得很远,再排泄出来,也不过挪动几十米、几百米,或者几公里。
而人让种子走遍世界,靠的是两样东西:商贸与战争。商贸在和平的环境下能正常进行,可一旦国与国之间割裂,就往往是战争冲破了这个壁垒。
历史上,有两个时期对物种传播特别重要。
第一个是阿拉伯帝国时期,大约在7世纪到13世纪,前后600多年。那是一个庞大的伊斯兰帝国,版图从西班牙、葡萄牙,一直延伸到今天的印度,当时的体量和东边的大唐差不多。不统一,人是过不去的,一旦统一又很和平,商人、学者、朝圣者就可以四方游走。对物种传播来说,那就是小麦、水稻、高粱这些作物,乃至各地的灌溉、坎儿井种植技术,都在整个欧亚大陆上扩散、融合。这是一个商业繁盛的时期,大家熟知的《一千零一夜》里就满是商人与航海,8世纪的巴格达是当时世界上最繁荣的城市之一。
第二个时期,是哥伦布发现新大陆。1492 年,大航海时代开启,史称“哥伦布大交换”。欧洲很多探险者不光是去美洲,也到亚洲,四处寻找珍稀的植物资源,那时没有海关,这些物种就被人直接带走了,这批人被称作“植物猎人”。当时西班牙人满世界找的是黄金白银,可今天回头看,美洲对欧亚旧大陆最大的贡献,还真不是黄金白银,而是马铃薯、玉米、红薯这些物种,它们产量太高,又能利用许多相对贫瘠的土地。反过来,欧亚的麦类、牛马也传到了新大陆。
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哥伦布大交换——新旧大陆之间农作物、牲畜与疾病的双向流动:美洲的玉米、马铃薯、红薯、辣椒走向欧亚,欧亚的小麦、稻米与牛马走向美洲。| 原图:Mark Christensen/Bill of Rights Institute
这场交换的后果,是人口史上罕见的井喷:全世界人口1600年才5亿,到1900年就到了16亿,短短 300 年增加十亿,这与物种的传播有直接关系。
谷物怎样改写中国人口
人口和谷物,是一对绑在一起的曲线。这两千年里,中国人口当然随王朝更替有过波动,但总体一直在上升,而中国的四次人口大增长,每一次都伴着一轮粮食的增产。
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中国人口的长期增长曲线 | Our World in Data“Population”(作者 Max Roser,数据来自联合国、PBL 等)
第一次在秦汉。秦始皇统一中国后,从秦朝到汉朝,灌溉修起来了,磨粉的石磨盘也出现了,小麦开始较大面积地种植。到西汉末期,人口达到5000万。只是那时汉朝百姓一天只吃两顿,连诸侯也只能吃三顿。史载淮南王犯错,汉武帝降他的职,惩罚之一就是“减一日三餐为两餐”。到了唐朝,日子好过很多,“稻米流脂粟米白,公私仓廪俱丰实”,人口到了8000万。第一次人口增长,就是从3000万到 8000 万,增在汉唐之间。
第二次从宋朝开始。除了南方水稻种植面积的扩大,还多了一样东西:早稻,一年种两季,这在以前是没有的。宋朝人口升到一个亿,也从此有了一天三顿饭。“苏湖熟,天下足”,诗词、瓷器、书法都在那时到达巅峰。宋朝的城市化率一度达到20%,也就是说,五分之一的人已经生活在城市里。
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北宋张择端《清明上河图》(局部),画中汴京的市井繁华与舟车贸易,正是宋代城市化与商业兴盛的写照。| 北京故宫博物院藏
第三次在明末清初,背景是哥伦布发现新大陆,玉米、红薯、马铃薯也进入中国。这三个物种耐贫瘠、耐干旱,能上山、上坡,连贫瘠的山地都能种,所以在中国大量推开。清朝人口一下子冲到4 亿。
第四次是新中国成立以后。1950年后,人们懂得了育种、杂交,有了化肥、农药。1952年粮食产量是 1.6亿吨,到2023年已经是7亿吨,翻了差不多四倍多。建国之初人口是5亿,今天14亿。
人口的增长,与粮食大增产有着非常密切的关系,但这并不总是好事,马尔萨斯早就看到了其中的循环:粮食增产一年往往只增长百分之一二,可人一旦结婚生子,三年就能让家庭人口翻倍。于是常常是这样:粮食不够吃,就种出更多的粮食,养活更多的人口;人口一多,粮食增长又跟不上,大家再陷入新一轮的饥荒。
玉米,你看不见却无处不在的世界第一粮食
人口一路涨到今天,真正撑起这张餐桌的,却是大家最不留意的一种作物。一提“粮食”,人几乎本能地先想到水稻和小麦,因为今天大家吃的就是大米白面,偶尔在超市买一个鲜玉米,那个量微乎其微,玉米好像没什么存在感。可事实上,全世界一年的谷物总产量大约28亿吨,玉米就占了12亿吨;小麦8亿吨,稻米5亿吨,大豆3.5亿吨。不论中国还是全世界,玉米产量都是第一。
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澳大利亚的玉米田。| SnowyRiver28/Wikimedia Commons
在中国,玉米占粮食总产量约四成,占用耕地也最多,差不多三分之一。而这个“第一”也不是一直如此:玉米总产量1995年才超过小麦,2012年又超过水稻,成了第一粮食作物。
明明天天围着我们转,餐桌上却几乎见不到,玉米到底去哪儿了?
最大的一块,做了饲料。今天中国的7亿吨粮食里,差不多一半都用在了饲料上,只是大家没感觉。工业化地养猪养鸡,饲料里大约60%是玉米、15%是豆粕。我们一年要吃9000万吨肉、3000万吨牛奶、2000多万吨蛋品,都是饲料撑起来的,速生鸡基本吃两斤饲料长一斤肉。玉米淀粉含量极高,是能量作物,大豆蛋白质含量高达35%,两者搭在一起,正好能量平衡。
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联合收割机收获玉米(美国艾奥瓦州)——玉米的最大去向是饲料,工业化养殖的猪与鸡正靠它喂养。| Bill Whittaker/Wikimedia Commons
第二块,是食品配料,很多人没注意:可乐里的甜味不是白糖,而是果葡糖浆,含量约10%。一瓶 600毫升的可乐,从原料上算,约等于用了75克玉米。酿酒、味精、啤酒(旺季时有的厂用玉米做麦芽糖浆)、维生素,甚至医院挂的葡萄糖,都以玉米为原料。它还是个“跨界人才”:石油钻井用的黄原胶、化妆品里,也有它的份。
第三块,是能源。一些省份的汽油里加了燃料乙醇,主要就是用玉米做的,大约3公斤玉米能产1公斤乙醇,按10%掺进汽油;美国有30%的玉米拿去做乙醇。也正因如此,2000年以前,粮食价格和石油还“井水不犯河水”,燃料乙醇一出来,玉米、大豆就与石油完全捆在一起,成了一根绳上的蚂蚱。
改变近代欧洲的土豆
同样从美洲漂洋过海而来的,还有土豆。只是玉米已经悄悄渗进了我们生活的每个角落,土豆的故事,则要从欧洲讲起。
土豆在欧洲真正站稳脚跟,是在一次次的食物短缺把它逼到眼前之后。到19世纪,它的种植面积已从最西面的爱尔兰一直铺到东面的俄罗斯,成了欧洲的主要农作物之一。也正是从这时起,它开始改写欧洲的命运。
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梵高画作《吃土豆的人》(1885)| Van Gogh Museum
第一重变化,是人口。以法国为例,1815年到1840年,短短 25 年,土豆产量增长了4倍;而整个欧洲的人口,1700年还只有1亿,到1900年的200年间,增长到了 4 亿。
人口猛增的这段时间,恰好欧洲开启工业化的进程,而工业化正需要大量劳动力。土豆提供了更充足、更廉价的食物,也就为欧洲的资本主义发展打下了很好的基础。美国历史学家查尔斯·曼有一句评价:土豆从美洲引进欧洲,对欧洲近代史的影响,堪比蒸汽机的发明,他正是从食物、从劳动力供给这个角度说的。
土豆为什么能起到这么重要的作用呢?它产量高,又耐冷凉、耐贫瘠,能在高海拔的冷凉土地上生长,欧洲北部恰恰合适;它营养均衡,淀粉占将近80%,还有约8%的蛋白质和脂肪、钾、磷等微量元素,这一点比几乎全是淀粉的玉米强;而且它生长期短,水稻、小麦、玉米大约要120天,它七八十天就够了,遇上灾年还能解燃眉之急。同样的土地,它能养出更多的人。
它也有短板。土豆含水量高达80%左右,不好存放,在家里放上一两个礼拜就不行了;温度一合适还会发芽,长芽就产生龙葵素,有毒,不能吃。
在爱尔兰,因土豆而起的一场灾难是世界历史上重要的一笔。1845年,阴雨连绵,马铃薯晚疫病骤然流行;偏偏爱尔兰当时有60%的耕地都种土豆,又几乎全是同一个品种 ,一变就全变。
这场饥荒持续了十年,100多万人被饿死,200多万人流落他乡,晚疫病还扩散到英国、德国、荷兰乃至北欧。作为宗主国的英国,当时正忙着工业革命,拒绝对爱尔兰救济,商人照旧把小麦出口出去,爱尔兰人从此结下反英的心结,后来一次次争取独立,二战时也选择了中立。而英国自己也被粮食危机逼着改了国策,废除了实行 32 年的《谷物法》,转向自由贸易。
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爱尔兰雕塑家 Rowan Gillespie 为纪念1845–1852年大饥荒而作的青铜雕塑群《饥荒》(Famine),1997年落成于都柏林海关大楼码头(Custom House Quay),六个消瘦的身影朝着当年移民登船的方向走去 | 摄影 AlBa344/Wikimedia Commons
玉米对决土豆:如果地球只剩一种作物
玉米悄无声息地统治着全球的餐桌,土豆则独自改写了近代欧洲的命运。那如果把这两种作物放在一起、只能留一种,会怎样?
电影《星际穿越》里做过一个假设:地球上忽然爆发病害、沙尘暴和干旱,几乎连小麦这样的主粮都灭绝了,最后硕果仅存的,是顽强的玉米。那不妨认真问一句:如果世界末日真的来了,别的作物都灭绝,地球只剩一种作物,谁是最后的赢家?
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电影《星际穿越》中的玉米地 | 电影剧照
如果拿这个问题去问 AI,土豆和玉米都有拥趸。那就比一比玉米和土豆各自的优缺点。
营养上,玉米主要的成分就是淀粉,比较单一,还缺乏某些必需的氨基酸;土豆更均衡,除了淀粉(差不多 80%),还有蛋白质、脂肪和多种微量元素。可存放上正相反:玉米含水量低,放得住;土豆不好存,在家里放上一两周就不行了。
温度也是一个变量。玉米成熟大约需要 2500 度的积温(即生长期内每天高于 10℃ 的温度累加起来的总和),土豆 1500 度就够了。也就是说,气温低,土豆占优;气温高,玉米有利。
还有一个角度是动物。假如末日里还留有动物,玉米反而更吃香:它营养虽单一,却可以转化成饲料去喂养动物,再由动物帮人补足那部分氨基酸,这个组合说不定比单种土豆更好。当然,从生物效价看,能量要先过一道“畜禽”的关——三斤饲料才长一斤肉,是有损失的。
所以真要选,答案取决于场景。如果只在地球上选,会选玉米:玉米用途多,一个星球想恢复生机,正需要靠它去重建完整的食物链和生态。但如果人类不得不离开地球、开启一场长距离的星际旅行,就该带土豆走。
《火星救援》里,宇航员一个人被困火星,靠种土豆撑了500天,等来了救援。他要的是短期活命,土豆正合适。土豆生长期短,加工也容易,质地软、含水量高,煮熟就行,不像玉米还得浸泡、蒸熟;更要紧的是,它有块茎和种子两种繁殖方式,种植更有保障。
1995年,美国宇航局真做过一个太空农场实验,首选作物就是土豆:别的植物在失重下没了上下左右、长得披头散发,土豆的块茎却照常生长,一平方米竟然结了20公斤。
而《星际穿越》也有它的道理,那部电影的背景是一整个星球,要恢复整个生态,就得留玉米。
粮食安全:从来不只是粮食的问题
电影里的末日终究只是假设,可现实中,一个国家的饭碗却时时处在真实的博弈里。粮食安全是个宏大的题目,落到中国身上,大豆是最好的切口。
大豆原产中国,蛋白质含量约35%,相当于地里长出的肉,可它偏偏是最晚传遍世界的物种之一,不到200年。100年前,中国还是世界第一大豆生产国,东北大豆一度占到世界总产量的60%、七成用于出口,如同今天的稀土。到今天,中国大豆产量只排世界第四,却成了第一大进口国,每年进口约1亿吨,占全球大豆贸易量的60%。
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鼓粒饱满的大豆豆荚 | United Soybean Board
为什么不自己多种?这和耕地有关。中国一共只有19亿亩耕地,人均900平方米,也就两个篮球场那么大。大豆产量低,同样一亩地只有玉米、水稻的三分之一到四分之一,种起来还费事。如果不进口那1亿吨大豆,自己种需要8亿亩;再加上进口的大麦、高粱等,全年进口的约1.5亿吨粮食,折合差不多10亿亩耕地。保了大豆,水稻、小麦就没了着落,所以只能优先保两大口粮,让大豆做出牺牲。
换个角度,这1.5亿吨进口按重量算,对外依存度还不到20%;可按耕地折算,就是30%到35%。也就是说,我们表面在进口粮食,实际上是在进口耕地、进口淡水和石油——因为大量农业生产要靠拖拉机。这是一种没有选择的选择。
那中国能养活多少人?按现在的生产方式完全自给,大约能养10亿;如果再减少化肥农药、让土地休耕,恐怕只有7亿。粮食安全从来不是三五年的事,是三五十年的长账。这也和资源禀赋有关:中国人均水资源只有世界平均的四分之一,每生产一公斤粮食要消耗一吨水,全国一半的水都用在了农田。偏偏北方成了主产区,耕地占三分之二,水资源却不到五分之一,只能靠南水北调,华北一些地方地下水已经降了二十多米,化肥农药的用量也差不多是发达国家的2倍。
放到全球,190多个国家里,真正能完全自给自足的不到15个:日本自给率不到40%,韩国约25%,新加坡几乎没有农业。全世界80亿人里,还有大约10亿在挨饿,非洲人均粮食产量只有150公斤,远低于 400公斤的国际安全线。而粮价从来不只关乎供需——冷战时的粮食援助带着政治色彩,巴以冲突让加沙的援助物资一拖再拖;2021年,猪瘟叠加美洲大豆减产的预期,大豆价格一度从每吨3500元冲到6000元;而全球粮食贸易的七成,要过四大粮商的手。
说到底,粮食的问题从来就不只是粮食的问题。作为世界最大的粮食进口国,与其纠结于完全自给,不如用理性的心态,去和这套全球贸易体系建立稳定的合作关系。
今天是第46个世界粮食日,今年的全球主题是“创新当下,粮安未来”,本周全国粮食安全宣传周的主题则是“实施全谷物行动计划,促进节粮减损和营养健康”。
崔凯博士长期关注粮食问题,他也在做客果壳的两期播客节目里谈过谷物和粮食,点击阅读原文,欢迎收听。
作者:崔凯
编辑:odette
封面图来源:ChatGPT image 2.5
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