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土壤懂得自我掩護。土地一裸露，就會立刻冒出遍地的植物和雜草，保護土壤免受大自然侵襲。龜裂人行道的縫隙，一株株小草探頭而出，窣窣低語，證明了就連都市裡被水泥覆蓋的土壤也渴望植物的保護。
小草填滿了路面的縫隙。圖／rkit @ Pixabay
植物往上長時，根部會往下紮，最後根部連同死掉的草（如果被割除後留在土壤表層上），一起分解腐化，變成一層腐殖質。這種幾近魔術的過程（亦即使植物變成有機體的過程）仰賴的就是土壤裡的有機生物，從蚯蚓、昆蟲到細菌等底層階級。然後，腐殖質變成鹽，但不是我們撒在食物上的那種鹽，而是可以幫助植物生長的硝酸鹽和磷酸鹽。除此之外，動物也納入這套體系中，因為牠們的糞肥可以起相同的作用，而且速度更快，只需幾個月，毋須耗上好幾年。換言之，動物的糞便可以讓分解腐化的速度加快，並因此加速植物的生長。
上述說明只是粗略地解釋這套複雜的體系，重點是其核心概念：透過這樣的循環過程，土壤具有自給自足的永續力（而且還有自我改善的能力）。植物根部死了之後，變成土壤裡那些有機體的食物，於是，沒有被人類吃掉的植物，要不滋養了新的禾草，要不就是變成腐殖質。這就像銀行的長期帳戶，可滿足植物的未來需求。
然而，土地上出現農業之後，情況變得如何？土壤失衡了。我們收成作物時，把土壤裡的養分一併抽取移除（最後還吃下肚），因此，我們必須讓等量或者更多的養分回歸到土壤裡。英國科學家暨有機農業之父艾伯特．霍華（Albert Howard）稱此為「回復律則」（Law of Return）。律則二字，貼切至極，意味著這是不可妥協的。除非養分回復，再度肥沃，否則土壤勢必遭殃。讓土壤回復到肥沃狀態，是土壤健康的關鍵，也是食物美味的關鍵。
土壤肥沃有三要素，克拉斯以成功的企業來做比喻。第一要素是利潤，也就是收成而得的金錢。第二要素是營運資金，這是所有企業的引擎，以土壤的肥沃來說，就是能直接給予土壤養分的糞肥和堆肥。第三要素就是預備金，可承兌的資金，能提供企業長期的生產力，腐殖質要發揮的，就是這樣的功能。如威廉．阿爾布列契特博士所言，這三要素決定了土壤的「體質」。若沒有這三要素發揮正常功能，公司就會面臨倒閉。
基本上農夫都懂土壤肥沃的重要性，即使他們沒辦法解釋原因，所以，當他們無法遵循回復律則時（可能是因為沒有動物糞肥，或者不知道該如何回復土地養分）他們就會移居到全新的處女地。處女地養分滿滿，極其肥沃，農人毋須擔心養分耗竭，不過，當然也有被用到耗竭的一天。這點，殖民時期的美國人很快就學到教訓。
當土地養分消耗殆盡，農夫們便會另尋新的處女地來耕種。圖／Catkin @ Pixabay
在《糧食帝國：盛筵、飢荒，以及文明之興衰》（Empires of Food: Feast, Famine, and the Rise and Fall of Civiliaztion）一書中，作者伊凡．弗雷瑟和安德魯．利瑪斯認為，從歷史上來看，古羅馬、希臘和中世紀歐洲這些糧食帝國的輝煌盛業，其實都是建立漫不經心的土地儲備體系上。他們種植糧食，然後運送到遠方供應給日益增加的人口，不斷消耗肥沃的土壤，卻沒把養分儲存回去，因此這種作法只能維持短暫時間，最終土地會無法生產糧食。
化學取徑
肥料的最重要成分是氮，植物需要氮，沒有氮，就無法生長。氮可以透過兩種方式儲存在土壤中，第一種是藉由黃豆、紅豆、綠豆，或者豌豆之類豆科植物（或者像克拉斯，種苜蓿來取代豆科植物）。這類植物可以「抓住」空氣中的氮。
另一種方式是透過糞肥。糞肥裡除了有氮（以胺鹽基或有機物的形式存在），還有其他深具價值的營養素。從歷史上來看，糞肥因其對農事的價值而備受推崇，1900 年代晚期，法國鄉村姑娘的嫁妝甚至是以娘家農地上的糞肥數量來計算。不過，糞肥有兩個主要缺點。第一就是並非所有糞肥的氮都能被土壤吸收。此外，這種取氮方式很耗費時間：動物吃草的速度很慢，照這種龜速吃下去，永遠空不出土地來種糧食作物。
1840 年，德國化學家尤斯圖斯．馮．李比希所著的《化學在農業與生理學上的應用》（Chemistry in Its Application to Agriculture and Physiology ）出版後，提供了解決之道。李比希認為，農夫可以不用固著於之前的循環式養分，改成直接把化學補充物添加到土壤即可。他把土壤肥料簡化成植物生長不可或缺的三種營養：氮、磷和鉀，英文縮寫簡稱為 N-P-K。
摒棄土壤裡豐富的生物性肥料，只取這三種化學元素，這種事想來匪夷所思，可是以農夫的角度來說，這種作法確實誘人。如果糞肥裡的礦物質是肥料的重要成分，那何不捨棄糞肥，直接在土壤裡添加礦物質呢？當土壤所需的營養不僅可以單向灌注到土壤裡，而且極有效益時，古老且耗費體力的農耕技術似乎就變得沒那麼重要。
大衛．蒙哥馬利在其著作《文明之侵蝕》（The Erosion of Civilizations）中提到，李比希的發現讓人類對宇宙的理解有了重大影響，讓我們知道可以如何操控大自然：現在，農民只要將正確的化學物放入土壤裡，撒上種子，就可以站到一旁，看著作物自己生長。化學物有能力催化作物生長，這樣的信念取代了農耕勞動，也使得輪作和順應土地調整農法的觀念變得怪異不當……，逐漸地，大規模的農化耕作變成慣常的農法。
若小麥的死亡無法歸咎於單一原因，而是「許多看似無關事件交互作用的結果」，那麼，相對起來，土壤死亡的原因就透明多了。有動機（農夫想讓產量極大化），有正當理由（土壤愈來愈耗竭），而現在，方法也有了（科學）。李比希的發現不啻打開一道門，讓作物的生長有了簡單的驅動機制，不再仰賴健康土壤所需的複雜自然機制。
李比希的 N-P-K 模式（氮 – 磷 – 鉀）徹底改變農人的思考，但這種改變並非一夕之間。起碼，一開始這些化學物的費用高得嚇人。
後來另一個德國化學家弗里茨．哈伯（Fritz Haber）解決了費用的問題。1909 年，哈伯成功地把大氣中源源不絕的氮轉化成生物可以直接使用的分子。這種轉化就像豆科植物執行的功能，但他這種「抓住」氮的方式更便利，而且濃縮的化學形式讓農人得以更輕鬆地將氮灌入土壤裡，這種製造出液態氨（氨水）的方法被稱為「哈伯．博施法」（Carl Bosch 在 1913 年成功地將這種過程大量化，甚至可在工廠大量生產而備受推崇），而氨水正是製造氮肥的原料。第二次大戰結束前，一些曾經製造大量軍用品的軍工廠開始轉型，有些還真的一夕之間生產起化學肥料來（因為硝酸銨也是爆裂物的主要原料）。忽然，人類的注意力從打贏世界戰爭，變成打敗大自然。
卡爾．博施 （Carl Bosch）（左）與弗里茨．哈伯（Fritz Haber）（右）。圖／wiki
如果說造成土壤死亡的致命一擊可歸咎於某把開了火的槍，那「哈伯．博施法」或許就是那把槍口冒著煙的槍。作物生長不再受限於大自然，只要有氮（空氣裡的氮可是源源不絕呢），有能源得以經營氨水工廠（拜石油工業興起之賜，能源也不成問題），農夫就不需要在田裡飼養動物，也不需要輪種作物來提升地力。忽然間，分殊化（specialization）不僅變得可能，而且還是很實際的作法。
單一化帶來高產與加工
新聞工作者暨作家麥可．波倫經常被稱為工業化食物鏈的陷阱殺手，他認為這種造成作物單一化的殘酷驅力是農業固有的「原罪」。作物單一化會導致更多的單一化，因為當你認定這種方式才有效率，加上有技術可以讓你這麼做，你怎麼可能不把牛和乾草從田地裡移開，而只種植玉米呢？
這種情況果然發生了。1900 年，多樣化（起碼在某程度上）是農業的必然現象，98% 的農夫會養雞，82% 會種玉米，80% 會養牛和豬。不到 100 年之後，養雞的農家只剩 4%，種玉米的只剩 25%，養乳牛的只有 8%，養豬的剩 10%。而且，多數情況下，那些養雞牛豬或種玉米的農家，並沒飼養或種植其他的農產品。
有了化學合成的肥料，加上新品種的作物（可以吸收更多氮的品種），農夫得以有驚人的收成。比如從 1900 年到 1960 年代，小麥產量暴增至少兩倍，玉米所增加的產量更讓人難以置信。今日，種植玉米的面積更少，但產量卻高達四倍（2012 年高達 108 億蒲式耳，而 1900 年才 27 億蒲式耳）。
- 譯註：蒲式耳是通用於美英的單位，主要用於度量農產品等乾貨，1 蒲式耳大約等於 35.2 公升。
雖然玉米的種植面積下降，但產量卻大幅提升。圖／poppicnic @ Pixabay
作物單一化後，隨之而來的是肉品的生產也單一化。牛不再漫步於田野，以提供土壤糞肥，所以沒有理由讓牠們離開穀倉，現在，改由農人把草帶到牠們面前。整套農作體系愈來愈精細，加上牲畜的生活環境日趨受限，農人對於蛋白質的產量得以有更大的控制權。飼料磨製廠、牲畜養殖場、屠宰場，整個肉品供應鏈變得工業化。
想當然爾，在這種情況下，真正有風味的食物會被消滅一些。波倫口中的「作物單一化的原罪」，也導致了食物備料上的原罪——這原罪就是大規模的食品加工。農業的分殊化和農產品價格的下降，使得食物加工有利可圖。食品加工業在第二次世界大戰時發展出得以餵飽大量軍隊的技術，而現在所創造出的加工食物則可以讓大眾節省時間，讓女性從繁忙的廚務中解放出來。
在檢視美國食品加工業的興起時，一般都從便利的角度來解讀，當然，這是不能否認的事實，然而這種改變的核心原因還是哈伯的發明。他成功地從空氣中「抓住」氮，讓農人不再受限於大自然，也讓食品工業化得以興盛。有些人甚至認為，哈伯的發明是人類的救星。今天全世界約有 30 億人仰賴合成氮去種植供人食用的作物，而且這個數字在未來勢必只會增加，不會減少。但有些人認為，哈伯的科學發明讓地球負荷過多的氮，導致農業仰賴化學物過深，而且在這種依賴的過程中，引發了許多當今最困擾人類的環境問題，比如土壤侵蝕、全球暖化、溪河污染，以及全世界海洋惡化。
