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
但这是有代价的。在稳定的肥料饮食下生长的高产作物似乎含有较低水平的某些矿物质和养分。农作物的饮食习惯影响着我们的食物，以及我们吃这些食物时能得到或不能从这些食物中得到什么。
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。
现代农业也影响食物中的植物化学成分水平。这些由植物产生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无数的健康益处。一般来说，一种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。
我们最终收获的是又大又肥的高产作物，外表看起来很好，但内部却缺乏矿物质。
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。
互惠让共生体继续嗡嗡作响。换句话说，没有人，或者至少很少有人能得到免费的午餐。植物宿主不会交出它的货物，除非它从根部微生物群得到它需要的东西，反之亦然。工厂拥有支持此类交易的适当基础设施。根不是简单的吸管。他们通过向土壤中泵送渗出物（一种自制的碳水化合物、植物化学物质和其他可食物质的酿造物）将产品输送到根微生物群。
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、磷和钾的植物加作为回报，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意思是意思是“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。
根圈的光环状区域从几毫米延伸到每根和根毛周围的一厘米左右。这个特殊的地方就是你能找到根微生物群的地方。根际中单位面积的生命比土壤中其他任何地方都多;有些人比地球上其他任何地方都想得多。
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?
植物提供的免费食物的目的是向根际吸收有益的微生物。猜猜是谁来吃这些植物化学物质和其他食物？饥饿的细菌、真菌和其他微生物对渗出物，特别是碳水化合物有着近乎永不满足的胃口，这些物质为它们提供了随时可用的能源。
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。
富含有机质的土壤就像富含纤维的人类饮食。它们分别是根和肠道微生物群的重要食物来源。只要有机物的供应补充了土壤，它就推动了土壤生命的进食、排泄和死亡循环，从而支持了整个植物世界。土壤中的微生物粪便富含N、P和K。死亡的微生物是一种特别丰富的现成氮源。
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。
那么，以有机物为食、以分泌物为食的根微生物群能为植物宿主做些什么呢?很多。菌根真菌是一个很好的开始。当它们营养充足时，它们不仅能从岩石中开采矿物质，还能把矿物质带到植物的门口，在某些情况下，它们还能直接进入植物的绿色体内。在这些矿物质中，有一些是农学家记录的随时间推移农作物数量下降的矿物质。
被认为对植物健康至关重要的矿物质大约有一打左右。它们在植物中起着巨大的作用。我们熟悉的锌和铁有助于植物的水果和蔬菜的生长。钼是一种不太为人所知的绕舌物质，它有助于植物利用氮，将阳光转化为碳水化合物。
然而，由于各种原因，植物根系通常需要帮助吸收足够数量的矿物质。菌根真菌帮助它们。这种真菌可以使植物单位根长吸收的养分增加一倍或三倍。6真菌的根状菌丝起着长距离导管的作用，实际上，它延伸了植物的根。一端连接到根，另一端连接到矿藏，矿藏通常超出根的物理范围。
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，根微生物组可以进行转化工作。某些有益的细菌会吃掉色氨酸，这是根分泌物中的一种氨基酸，然后以吲哚-3-乙酸的形式返回植物体内，吲哚-3-乙酸是植物界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。植物有了更广泛的根系，就可以吸收更多的养分，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。这是一个典型的正反馈循环。7
也许最引人注目的是，植物可以利用它们的根微生物群击退像大范围传播的病原体两．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．它还不止于此。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?
这种情况促使植物产生更少的防御性植物化学物质，以及那些作为营养物质绑定到繁忙的根际的植物化学物质。这些事件转化为根微生物群的食物减少。当它开始挨饿时，它先前输送给寄主的促进植物健康的代谢物的供应量急剧下降，它们曾经充满活力的化学反应也随之平静下来。这巩固了从垃圾食品饮食中种植作物开始的负面反馈。植物的根从一个重要的双向贸易区变成了吸收肥料的单向稻草。
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减少植物化学物质的生产会耗尽植物自制的武器库和药剂，使它们在捕食者的视线内就像生病的动物一样脆弱。于是，我们就像植物的植物化学物质和根微生物那样，向沙发土豆作物和土壤中注入毒素。
安妮Bikl是生物学家和园丁，David R. Montgomery是华盛顿大学的地貌学教授和麦克阿瑟研究员。他们是这本书的合著者大自然隐藏的一半: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．
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9Pandey，K.B.和Rizvi，S.I.植物多酚作为膳食抗氧化剂在人类健康和疾病中的作用。氧化医学与细胞寿命2, 270 - 278(2009)。
10巴兰斯基，M。，et al。有机种植作物中较高的抗氧化剂和较低的镉浓度和较低的农药残留发生率:系统文献综述和荟萃分析。英国营养杂志112, 794 - 811(2014)。
第一张照片由安娜·福克斯/Flickr提供。
