卷首语：“无肠国”与“光合作用”

　　作者：单之蔷　　

　　我对“光合作用”的生动体验来自于洞穴。在一个洞中我惊奇地发现：洞中竟有青青的小草在生长，范围很小，围绕在为照亮钟乳石布置的灯光周围。开始我有一个错觉：以为这些小草原本在黑暗中藏着，是灯光让它们显露出来了，但继而我恍然领悟：这些小草是灯光哺育出来的，这就是“光合作用”啊，洞中黑暗的环境，把灯光对植物生长的作用突出

出来了。

　　除了光，光合作用中其他角色的作用，有的容易发现，有的则深藏幕后。据说二氧化碳的作用是最后才发现的。

　　有一个实验，也是关于光合作用的。把一支蜡烛点燃，放进一个封闭的玻璃罩子里，蜡烛很快就熄灭了，因为罩子中的氧气耗尽了，然而把一棵绿色的植物和蜡烛一起放进去，蜡烛就一直燃烧着，因为植物放出了氧气。这里植物似乎是施惠者，蜡烛是受惠者。其实不然，它们应是互惠关系，蜡烛产生的二氧化碳正好是那棵植物的粮食。

　　上述实验还有另外的版本。就是把那棵植物，换成了一只小白鼠。这样我们看到了一种神奇的匹配和循环关系：动物呼出的二氧化碳，正是植物吸入的，动物吸入的氧，正是植物呼出的。这样的实验让我感叹造物主的神奇。

　　这种你弃我用，我废你宝的循环，让我联想到清代李汝珍的小说《镜花缘》中的无肠国。其国人无肠，食物直接通过，餐厕合一。食物虽不停留，但只要腹中一过就饱。所以富贵人家，皆将排泄之物收好，给仆婢再食，或自食。以致于一餐，可以一而再，再而三地循环使用。

　　文学史上将《镜花缘》当做社会批判小说，因此无肠国的故事成了对富人刻薄吝啬的批判。其实我觉得从能源或资源的角度看，这个故事，反映了人们潜意识中对于饥饿的忧虑，对温饱的渴望。

　　造物主设计的世界其实与《镜花缘》中的“无肠国”很相似。就动物和植物的呼吸过程而言，就是一个完美的循环，没有所谓的废物(二氧化碳不仅来自于动物，还来自火山爆发等)。但今天这个循环出现了问题，因为地球多少亿年来，储存起来的煤、石油等正在被人从地壳中挖出来，使用着，这些化石能源燃烧放出的二氧化碳以极快的速度增长着。

　　二氧化碳增多的后果是全球变暖。开始时科学家们还在讨论谁受益，谁受害，现在达成了共识：全球变暖，极地冰盖融化，导致海平面上升、洋流的异常等，对整个人类造成了威胁。因此限制二氧化碳的排放，成了国际社会共同的举措。京都议定书的签订，更使二氧化碳成了过街老鼠，一时间成了有害气体。其实这只能说是化石能源时代的一种偏见。因为只有在大规模地使用化石能源时，二氧化碳才是所谓的“废气”，因为没有足够的植物把它“吸”去转化。

　　我们看一下光合作用的过程：

　　二氧化碳＋水糖类(碳水化合物)＋氧气

　　(CO2+H2OC6H12O6+O2)

　　很明显，二氧化碳是植物生长最重要的原料。今天我们说的废物、有害物质二氧化碳是植物的粮食，这是光合作用的基本原理。

　　如果我们站在植物的角度说话，我们就不会认为二氧化碳的增多是灾难，对植物而言，这可能意味着食物空前丰盛的时代来临了。

　　在地球的历史中，确实有过几个漫长的地质时期，大气中二氧化碳的含量远远高于现在。比如在恐龙出现以前距今大约2.8亿年的石炭纪和距今大约2.4亿年的二叠纪，那时候陆上到处是茂密得惊人的森林，今天匍匐在地上的蕨类，那时竟能长到几十米高，到处是高大的石松、木贼、羊齿类植物，它们铺天盖地。这些植物死后，就堆积起来，一代代地越积越厚，数百万年后，形成了煤，今天地球上大部分煤田就形成于那个时代，所以后人称那个年代为“石炭纪”。那个时代森林比现在茂密的重要原因是，大气中的二氧化碳比现在要高出2-4倍。

　　粮食是植物的种子，粮食一直是困扰人类的大问题，因此增加粮食产量是人类梦寐以求的事，为此人们已经上天入地想尽了办法。比如我们高度重视了水(灌溉引水)，重视了光、温度(薄膜大棚等)，重视种子(选育种、杂交)、肥料(化肥)等，我国农业有八字宪法：土、肥、水、种、密、保、工、管，可以说考虑得十分周密。但是从光合作用那个方程式看，我们对种植粮食所需要的和水一样重要的原料——二氧化碳，没有给予足够的关注。也许未来粮食增产的关键，就在二氧化碳身上。二氧化碳在空气中所占的比例十分稀少，大约占千分之三。如果我们能像给作物供水一样，供给作物足够的二氧化碳，也许粮食生产会有一个很大的新增长。

　　地理学家黄秉维先生对二氧化碳对粮食生产的意义早就给以关注，在《自然条件与作物生产：光合作用潜力》一文中他说：“空气中二氧化碳浓度的增高或降低，可以加强或消弱植物的光合的强度，这是在科学实验和生产实践中业已证明的事实。”他接着说：“在温室中栽培作物，可以人为地增加空气中二氧化碳的浓度，已有因此而提高产量40%的记录。”

　　黄先生已经驾鹤西去,相信他对利用二氧化碳提高粮食产量的想法,应该有后继者继续推进。据说其中的难题是,在增加空气中二氧化碳1-3倍时,作物产量的增加是线性的,积极响应的,但是继续增加,产量就不再增加了。其实这是可以理解的,因为我们现有的作物都是在正常的二氧化碳含量(0.3%)的环境下,经过几千年的人工选择培育出来的。遗传品质决定了它们不可能对高浓度的二氧化碳作出积极的响应。只要假以时日,不断地人工选择对高浓度二氧化碳作出积极响应的作物,就会像筛选高产量、抗病虫害的小麦那样,筛选出“喜二氧化碳”的植物来,那将是一个植物极其繁茂的新时代,我们依稀会在其中看到石炭纪和二叠纪的影子。

　　那时像首钢这样的大钢厂，也许不会因二氧化碳的排放而搬离首都，只要把它的大烟囱与四季青公社的温室连通起来，让温室里的作物、蔬菜、花卉等植物，吃它们的美食——二氧化碳就可以了。

　　当要结束本文的时候，我想说，我说了这么多二氧化碳和粮食，真正的目的还是想说能源，关注的是能源危机。因为无论植物、动物还是粮食、煤炭、石油，它们本质上都是能源，都是经过光合作用转化的太阳能，而植物是关键的一环。没有植物通过光合作用把太阳能转化、固定、储存起来，就不会有动物，也不会有煤和石油。因为煤是深埋的植物，石油是动物的遗骸。

　　如果我们能迎来像石炭纪、二叠纪那样繁茂的植物时代，我们还会忧虑能源么？

　　来源：选自《中国国家地理》2006年第12期