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有哪些知识让你惊叹自己竟然活在那么高大上的世界里?

本帖由 漂亮的石头2016-04-24 发布。版面名称:知乎日报

  1. 漂亮的石头

    漂亮的石头 版主 管理成员

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    日报标题:想得到人体所需所有营养元素吗?来干了这碗……(误)

    [​IMG] 唐文韬

    所有生命体生长的五大必需元素是 C、H、O、N、P

    C、H、O 是生命体内几乎所有有机物的基本构成元素,通过光合作用使 C 和小部分 H、O 进入食物链,通过喝水和呼吸继而满足剩下大部分 H、O 的需求。简而言之,可以通过低成本的方式取之不尽。

    N 的主要去向是合成蛋白质,目前主要通过化学固氮使空气中的 N 通过氮肥进入食物链,还有少部分是通过生物固氮。虽然成本高点,但是 N 也是用之不竭的。

    接下来是重头戏,P

    P 主要用于合成 DNA、RNA、ATP 等化合物,食物链中的 P 有两大来源,一是磷矿石,每年开采约 17.5 百万吨磷,二是放牧,从未施肥的草地每年可获得约 12.1 百万吨磷。全球范围内磷的流向见下图。

    [​IMG]

    P 的流失主要有两大去向,一是土壤径流和侵蚀,二是人和动物的排泄物。二者最终都会进入地表水体,流向大海,然后和海水里的钙、镁等离子反应生成沉淀,沉到海底,然后经过亿万年的地壳运动,变成磷矿石跑出来。

    也就是说,磷是不可再生资源。说煤啊,石油啊不可再生可能大家都没什么紧迫感,因为可以找到替代资源,但是你能找到磷的替代资源,代替它合成 DNA、RNA 么?

    目前的磷矿石大概还可供开采 100 年左右,高品位的磷矿更是三五十年内就会被开采完,按照现在这个开采速度。目前四大磷矿产地是摩洛哥、中国、俄罗斯、美国,占了全世界产量的 80% 以上,其中美国上个世纪八十年代已经不往外出口磷矿了。

    Cordell et al. (2011) 用模型预测了未来磷的使用框架(下图),通过提高磷肥的使用效率和改善人的饮食习惯,可以节省 2/3 的磷,而通过回收排泄物(人和动物的)和农作物残余物(稻草、玉米梗等)可回收 1/3 的磷:

    [​IMG]

    排泄物!老祖宗几千年的智慧啊,用尿液和粪便施肥,磷进入食物链,人吃了之后又排出去,变成肥料,道法自然,生生不息也。

    那么问题来了,在基于抽水马桶和小便器的现代卫生系统里,如何有效回收磷呢?

    呆逼的欧洲人于是想出来解决办法了,源头分离。将尿液和粪便在进入下水道之前进行分离,分别处理,回收氮、磷,同时减轻下游污水厂的负担。嗯,也就是我现在在做的,想想还是有点激动呢!

    另外,由于成年人的熵变约等于 0,也就是吃进去的元素,几乎都排出来了,除了一部分 C 变成气体、小部分无机盐通过汗流出来,其余进入人体的元素最终都进入到尿液里了。也就是说,往尿里面加点盐,多加点糖,干了它,这一天的营养元素差不多就满足了!哦,对了,不能 100% 吸收,不能被吸收的那部分变成了便便,嗯。

    ===作者评论区释疑===

    喝尿是我开玩笑的说法,只是为了强调尿的营养物质含量丰富。

    伤愈,发胖,减肥,疾病等属于特殊情况,吃进去不等于排出来的。

    尿液和粪便对于人体来说其实都是废物,但是不能说因此就有毒。我只是强调元素守恒的观念,没有真要大家喝尿的意思。

    (知乎日报注:喝尿是开玩笑的说法!只是说明营养元素种类和量级差不多对了!别真喝!)

    Cordel et al. 2011. Towards global phosphorus security: A systems framework for phosphorus recovery and reuse options. Chemosphere 84:747-758.

    阅读原文
     
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