如果人们要去寻求一个在污染问题上与洛杉矶恰成对比的 城市，人们可能会很容易地挑选伊利诺斯州的迪凯特，一个只有10万人口的安静的城 市，位于伊利诺斯的开阔的农业地区，距离最近的大城市圣路 易斯120英里。在这个城市里有几个地方企业，都没有什么严 重的污染。这是一个似乎不可能发现环境危机证据的地方。
但是，迪凯特现在也面临着一个污染问题，它对人的潜在 危险是严重的。它的影响对全美国和全世界都是深远的，和洛 杉矶的空气污染是一样的。
直到几年前，他的卫生部收到一份硝酸盐常规试验的水样 报告，迪凯特一直没有环境问题的迹象。卫生部所进行的这类 试验主要是为周围的农场服务的。因为多年来，人们都知道， 在中西部农场的浅井里硝酸盐的含量常常超过公共卫生机构所 规定的标准。硝酸盐本身在人体内相对来说似乎是无毒的。但 是在肠内细菌的作用下它能转化成亚硝酸盐，这种细菌在孩子 身上比在成人中活跃。而亚硝酸盐是有毒的，因为它可以与血 液中的血红蛋白相结合，使它转化成高铁血红蛋白，并阻碍血 液对氧的输送。一个婴儿会因此而发病，从而出现窒息和死 亡。这个问题是几年前由密苏里的医生们发现的。自那以后， 卫生官员们一直很注意它，并且警告农场主们，在他们井水中 的硝酸盐含量超过了规定的45/百万时，就要使用新的水源。 这个问题是世界性的。由于过量的硝酸盐而引起的婴儿高铁血 红蛋白症，在法国、德国、捷克斯洛伐克和以色列都有报导。
卫生部发现，迪凯特的有问题的水样无论怎么看也超过了 45/百万的限制，这倒也不奇怪，因为有硝酸盐污染的井在这 个地区是很普遍的。但是，提出水样的市民们通知卫生部，这 份水样不是来自农场的井水，而是来自城市所供应的水。
这个城市是从迪凯特湖获得它的用水的，这个湖是圣加蒙 河的一个坝拦水库。试验很快就证明，湖和河水所含的硝酸盐 大约在45/百万。这事发生在春天。到夏天，这个数值明显下 降，可是到冬天又上升起来，结果，到第二年春天的那些月份 里，这些数值又升到一个危险的水平。自那以后，这种循环就 一直重复着，而这个城市也就面临着一个严重的，而且还不能 解决的公共健康问题。
我从卫生部的利奥·米契尔博士的电话中知道了这一切。 当时我正在教一门环境问题的课程，其中有关于在中西部河流 中发现硝酸盐污染的问题。因为大学生们在这些日子里特别关 心科学与公共事务的关系，所以，一个恰巧家就在伊利诺斯的 学生打电话给迪凯特报纸，报告了水的情况，也就大概不是太 令人惊异的了。当事实由卫生部证实之后，这份报纸就公布了 消息：在最近的春季月份里，城市的供应水被过量的硝酸盐污 染了，而在周围农田里所使用的肥料，是一个可能的污染源。
报纸的报导震动了很多人。集约使用无机氮肥已经成为迪 凯特地区农场主的主要依靠，这和世界上许多其他地区是一样 的。1945年以来，美国农场主在他所需要的物资——土地、 劳力，机器和燃料上的大部分花销，比起他的谷物的现值，相 对来看是大大地增加了。但在另一方面，相对在肥料上的花销 却明显下降了。因此，农场主在他每美元的投资上，都因使用 了氮肥而收到了巨大的经济上的赢利。如果从公共的健康方面 考虑，将迫使农场主们减少对这种化肥的使用，农场主就将面 对经济上的破产。
为了说明这个冲突怎样极大地影响着农场主，有必要了解 一下这个地区的土壤状况。伊利诺斯处于美国广阔的玉米生产 区中，在这个区域里，玉米是一种主要的谷物，也是对土壤中 氮的消耗要求很高的品种。但是，自从这个地区开始种植农作 物以来，土壤中可用的天然氮一直在下降。自然状态的氮是以 硝酸盐的方式而为植物根部大量吸收的，而硝酸盐是由贮存在 土壤中作为腐植质的一部分的有机氮所放出的。腐植质是一种 复杂的黑褐色的有机物质。这个过程是由土壤中的微生物完成 的，微生物逐渐地把腐植质中的有机氮转化成无机硝酸盐。在 自然状况下，腐植质中有机氮的大量贮存，在土壤中是由不断 增添的植物的残留物和动物的粪便所维持的。土壤中的有机氮 还可通过氮的固定，由空气中和由一定的微生物的影响而获 得。当土壤上大量种植谷物，而这些谷物又不是被用来喂养牲 畜，而是被从土地上运走和出卖掉，腐植质中氮的供给必然就 要下降，就像伊利诺斯的大多数农场的情况一样。
在这种情况下，谷物产量可以由在土壤中加入人工的无机 氮而大量增加。在伊利诺斯，每年使用无机氮作肥料的总数由 1945年的不到1万吨，上升到1966年的60万吨。
这样，日益增长的氮肥的使用显著地提高了每英亩谷物的 产量。从1945年到1948年这个期间，氮肥的使用量还很小， 玉米的平均产量是每英亩约50蒲式耳，到1958年，使用氮肥 约10万吨，每英亩的平均产量大约是70蒲式耳。这说明每英 亩增加了20蒲式耳产量，而与此相应的是每年增加约1万吨 化肥的使用。1965年，使用了40万吨氮肥，每英亩的平均产 量则达到了约95蒲式耳。也就是说，增加了30万吨化肥，则 每英亩增加了25蒲式耳收成。（1公顷＝2.47106英亩＝15市亩；1公升＝0.O2838美蒲式耳）非常明显，报酬递减率在这儿 显示出来了，增长的氮肥数量必定有同样的产量的获得，同 时，耕种的热情也在增长。
在这些数字中存在着一个迪凯特所面临的难题。当地农场 主发现，如果他们只从每英亩中得到80蒲式耳的玉米，他们 就仅能捞回成本。如果要想赚一点，就必须使每英亩的产量超 过这个数字，而在目前的情况下，这只能靠使用氮肥才能办 到，而且谷物吸收化肥的水平是很低的。
农场主们并不关心这种低水平，因为氮肥的花销是很低 的。而且，理所当然的，每英亩中最后几磅氮肥的低效率的吸 收就意味着，大量的氮肥要去个什么地方。伊利诺斯水文处在 1950－1965年间的资料暗示了这些被“丢弃”的氮的命运，在 这个期间，当氮肥的使用增加了5倍时，伊利诺斯农田排水的 许多河流中的氮的含量都有明显增加。可以有充足的理由认 为，大量使用氮肥是迪凯特用水中硝酸盐存在危险的高度含量 的基本原因。
这种可能性使迪凯特的市民们处于一种非常困难的境地。很明显，需要解除他们的用水所受到的威胁。但是，如果靠周 围的农场减少氮肥的使用来解除危险的话，就不单单是迪凯特 的农场主，就是迪凯特本身也要蒙受经济上的损失，因为这个 城市的经济在很大程度上就是依靠农场的。
事实上，在我今年向全美科学促进会宣读了一篇关于肥料 与中西部河流中的硝酸盐关系的论文之后，辩论就发生了。在 那次讨论会之后的两个星期内，全国植物食物研究所，这是美 国化肥贸易的协作单位，它的副主席曾向9个主要大学的土壤 专家们发出了一封包括有全美科学促进会的论文复印件的信， 向他们宣布有反驳的必要。
这种态度，从一个涉及到被委任去出售化肥的机构的角度 来说，是可以理解的。他们在化肥使用增长时大获其利—— 化肥工业在美国是一个值2亿美元的工业。
不过，即使在科学界本身，“客观性”也是一个非常困难 和大概是非常迷茫的目标。不论怎样，我们都是人，同时又是 科学家。和每个人一样，我们在科学界也发展出一整套个人价 值观，它反映着在其他事物中我们和社会的主要部分的关系， 以及我们在我们自己工作中的意义和生命力所应享有的利益。 例如，就我本身来说，因为我深刻考虑到环境恶化的问题，我 就认为公众有关污染问题的讨论要比保持思想的平静，或者化 肥协会或者是农民的经济状况更有价值。这不是一种可以根据 科学的理由来辩护或者被批评的态度。
这种个人的价值观存在于我们每个人之中，而且，从一个 科学家的角度来说，这种价值观是决定他研究什么，以及如何 看待他的成果的极其重要的因素。科学事业的好名声在于揭示 自然现象中的真理，这并不是因为从事这种事业的人的客观立 场，而是因为在事实上，他们遵守着一个长期以来在科学中所 建立起来的规则——公开讨论和公布于众。不论一个科学家有 着何种个人目的、价值观念或者偏见，一旦他公开发言和发表 著作——摆出事实、阐释和结论——他就是在为真理服务。因 为科学与其靠避免错误和偏见而获得真理，还不如将它公布于 众——在公众那里，它可以得到纠正。
不仅化肥贸易协会的工作人员们，而且还有某些个别大学 中的科学家们都会在一定程度上对于化肥对水所带来的危险方 面的各种研究和调查过分敏感，这是不足为奇的。农场主们现 在之所以使用那么多化肥，是遵照农业科学家们的劝告去做 的。这些科学家们也是全力以赴地、真心实意地为促进农场主 的收获量和改善他们的经济收益而工作着的。不容否认，氮肥 对美国农场主巨大的经济价值，是对农业科学家们的个人对事 业的热诚和能力的一大表彰。从这个角度来看，错误并不在于 为了提高作物产量而集中使用化肥的农业上的后果，而在它对 使用水源上的生态后果。但是，直到最近（实际上在很大程度 上是一个关于杀虫剂、化肥以及其它的农业化学制品的辩论结 果），这种联系一般来说还未列在农业科学家所考虑的范围以 内。
现在除了公开讨论外，科学事业为了获得真理还开始了另 一个过程——获取更多的资料。因此，我们在华盛顿大学自然 系统生物学研究中心的某些人，决定详细地调查迪凯特的情 况。有关圣加蒙河硝酸盐含量的确凿资料已经从伊利诺斯州水 文处得到，化肥使用情况的资料也在手边。但是，尽管有了两 套在证据上是相互对应的资料，只要还没有从文献上找出化肥 氮在土壤的施用中自己向河流运动的资料，这样的结果还是为 批评界亮着绿灯。所需要的是某种方法，用它才能区别河流中 来自化肥的硝酸盐，和由于腐植质或其它有机物质的分解而来 的硝酸盐。
由此我回想起一个早在20年前，在我的实验室里所做的 一次观察，当时我们正在试用一种很重的（无射线的）氮的同 位素去追踪各种在植物中毒素的合成情况。在自然状态中，氮 原子存在于两种形式，这两种形式在化学性质上是一致的，只 是有不同的原子量。其中一种是氮14（重量14个原子单位）， 大致占全部天然氮的99.6%，另一种是氮15，（重量15个原子 单位），约近乎0.4%。通过电子仪器集成分光器可以非常精 确地测定出这两种氮形态的普遍比率。
从集成分光器的测量中，我们很快就知道，就整个伊利诺 斯所使用的人工肥料而论，它们所占的氮同位素的比率几乎是 与在空气中所发现的比率一样的（一个事实的自然结果，它们 在化学性质上是由空气氮组成的）。氮在土壤里，肥料里，以 及污水中，在相当程度上是以氮15的形式加进去的。这就意味 着，不论是从圣加蒙河中所取得的，或是从土壤排出的水中所 取得的氮的同位素含量的测定，都可以说明硝酸盐究竟是由人 工肥料产生的，还是由土壤、肥料以及污水中的有机物质所产 生的。
我们决定去进行这种测定。很幸运，一位大学研究中心的 助理研究员约翰·戈尔斯博士就是在伊利诺斯长大的，他对迪 凯特地区和这个地区的一些人非常熟悉。他获得了西罗·戈尔 多镇附近的一些农场主的合作，这些农场主的土地都在圣加蒙 河流域。这个地区的所有土地，都是依靠一个瓦管系统进行人 工排水的，这些管子埋在地表以下3米到4米之间。戈尔斯博 士和他的农场主朋友们在这片田野上绕来绕去，搞清楚了那些 排水管的出口点，并且一次又一次地搜集从这些管子中流出的 水。这些水样被带回实验室，测定出了硝酸盐的含量，并按着 氮15与氮14应有的比率对氮进行了分析。结果发现，这些排出 物的高度硝酸盐水平在氮15的含量上是很低的，反之亦然。这 说明，不管是什么，造成土壤中高硝酸盐水平，排出来的水本 身在氮15的含量上都肯定是相对较低的。具有这种特点的氮的 唯一可能的氮的来源就是人工氮肥。另外更详细的研究肯定了 这个结论，同时还证明，迪凯特湖中最少有60%的硝酸盐是 由邻近的农场主使用化肥所产生的。现在已经几乎没有什么疑 问了，迪凯特湖的硝酸盐问题是由周围的农场主们大量使用人 工氮肥引起的。
应当注意的是，我们的大学并不是一个农业研究机构，而 且在实际上，它和这个国家许多的大学一样，一直是遵循着一 个宗旨，即它的使命是传播“纯粹”的知识。这一点在理科系 中特别突出。在这些系里，目标就是“基础”科学，——对基 本的自然特性的研究。尤其在生物学上，最近几年里，它一直 意味着研究在很大程度上是与生物中的化学和物理过程的细节 相联系的。一般来说，这种情况是不能在整个生物系统中研究 的，在整个生物系统中，这些细节是那样繁多，而且是那样微 妙地彼此相联系着，因此任何一个单独的过程的特性都会由于 受到其他方面的影响而变得模糊不清。于是倾向于集中在试管 系统的分子式反应的研究，便从生物中孤立出来了。这种研 究，即“分子”生物学，就变成了几乎是“纯粹”生物学的同 义词。
然而，我们中间的某些人一直都认为这样一种方法对于发 生在自然界的真正的生物学过程是不适用的一一伊利诺斯的土 壤就是一个例子，自然系统本身的复杂性需要由我们去认识， 而不是靠在实验室里人为地孤立它的各个部分而采取回避的态 度。事实是，一个群众性的大辩论正在美国科学界开展，它在 某种程度上反映了我们的大学生为进行与世界的真正问题有关 的研究的要求。辩论的中心是围绕着这样一个问题，即基础科 学的研究是不是应该为了其本身，或者在复杂的自然祭坛上， 基础研究也同样可以在它存在于实验室之外的情况下去进行。 关于这一点，以后还将再继续说明，但是，一个与我们的氮研 究有关的偶然的情况还是值得在这里讲一讲的。
我的一个大学同事，丹尼尔·H·科尔，是一个关于电子作 用过程的专家和天才的研究者。他由电子作用过程联想到促使 太阳能发生的化学变化，而这种变化则是在植物体内产生光合 作用的最终结果。科尔博士所关心的要比电子更多，而且还同 样对环境危机及其在人类福利上的后果感兴趣。由于有这种思 想基础，所以当他表示有兴趣加入我们的有关伊利诺斯氮肥状 况的同位素的分析研究时，也就不会使人感到惊讶了。实际 上，他在最近的研究上的成功是尽职的，这不仅表现在实验室 里，而且也在同等重要的与伊利诺斯的农场主之间的普遍的人 类关系上。这些农场主给他们自己赖以为生的事业施加了潜在 的影响，而他对这些农场主是很理解的，他也给我们提供了非 常有价值的资料和解决困难的方法。科尔博士从事这项工作的 决心引起了他本系同事们的激烈反对，他们确信，从这个系专 注于“纯粹”研究的方向，转向这样一种研究，是不能让人接 受的，——这件事的记述使人不安，但是很有说服力。
自那时以来，大部分争论已逐渐沉寂下来，因为问题已经 一天比一天更清楚了——不仅是对迪凯特的卫生官员们，而且 还有农场主们、农学家们，“纯”生物学家们也一样，——化 肥已经具有极其严肃的和需要从长远的科学眼光来看待的问 题，并具有社会意义。当我们1970年秋天，在一个不同一般 类型的讨论班里，报告了我们的同位素实验结果时，这一点就 明显了。这个讨论班是在瑟罗·考多高级中学里，与当地的农 场主、卫生部的官员们及伊利诺斯大学的农学家们一起举办 的。我们公布了实验结果，对它们进行讲解，并且提出了我们 的结论，即在迪凯特的用水中，之所以具有高含量的硝酸盐， 是因为在周围的农田里的氮肥的集约使用。
讨论进行到深夜，在与农学家们热烈交谈之后，大家都一 致认为，上面所说的这些资料是非常重要的。一位农学家说， 农业机构己在劝告当地的农场主开始考虑到是否能够使用较少 的化肥。几个月以后，这位农学家，全国著名的农业专家权威 之一，到伊利诺斯污染控制委员会任职。在这里，他采用了一 项在美国农业中是从来未有过的措施：控制化肥使用，由州一 级管理施行。
最好的报答是农场主们的反应。他们用自己非凡的科学眼 光，为我们的进一步研究提出了非常有用的建议。而且事实上 自那时起，有几个农场主还提供他们自己的土地来做实验性的 研究，以确定在减少了化肥用量后对排水中的氮含量的作用。 不过，这次在瑟罗·考多中学里的讨论，最有意义的那一部分 还是那种热诚的表现：农场主们，他们大部分都是要在任何化 肥上的改革中破产的，但他们也和卫生官员们一样关心着迪凯 特供水中的危险，他们的态度很明确，即准备考虑任何建议， 只要它可能解决迪凯特对水的卫生的需求和他们本身生计的需 求之间的矛盾。
自那以后，我们的工作就以一种迅速得多的速度进行着。 我们组织了一个由生物学家、化学家、地质学家、土壤学家、 生化学家、行政当局，以及经济学家组成的队伍，对那些必须 要考虑的问题进行了广泛的研究。另一方面，我们还正在研究 这个地区的高铁血红蛋白的影响范围，以便对硝酸盐水平提高 后，人们在健康上所付出的代价作出一个估计。同时，细节性 的研究对那些计划减少化肥使用的农场主们来说，也开始取得 预期的效果。
另外一些研究工作者进行着类似的研究。最近，他们中间 的一个，即伊利诺斯大学的阿伯拉罕·盖尔波林博士，提出了 一份在伊利诺斯各县中婴儿死亡率的调查结果。他报告说，在 5个县里，那些在硝酸盐水平高的月份里（4月、5月和6月） 诞生的女婴（但不是男婴）死亡率是0.56%，而这在那些硝 酸盐水平低的月份里（8月、9月和10月）则是0.25%。盖尔 波思博士的结论是：事实证明，水中硝酸盐的高含量，就如同 在这些县里所发现的情况，可能要增加女婴的死亡率。
这大概是化肥的集约使用在人类健康上所付出的代价的初 步证据。
我们从迪凯特周围的玉米地里所了解到的东西对任何地方都将是适用的。在加利福尼亚中部，化肥的集约使用事先就预料到会导致井内硝酸盐含量的增高，这些井则为很多地区提供 用水。同样的问题也出现在以色列、德国。所有这些都反应了一个未曾预料的、一个重要的先进技术的后果，在我们还未意识到这种先进的技术不仅会改进农业，而且还会危害人类健康 以前，它就被允许闯入到环境里来了。