47.氮循环与硝田

　　公元944年农历八月初五，肇新寨正式开放商业，允许百姓、工匠开立店铺，买卖商品。为了促进小社会正常运转，姜明给每户百姓和工匠免费发放了1至2贯铜钱，算作前段时间干活的工钱。

　　“大家排好队，每户百姓都能领到钱。”苏佚对着排队的百姓道：“人数少于三人的家庭领1贯钱，超过三人的领2贯钱。以后大家需要什么就拿钱到店铺买，给革命军做工也能领到工钱，大家的日子肯定会越来越好的。”

　　哗哗哗，百姓们鼓起了热烈的掌声。这次发放的铜钱都是新铸造的“开元通宝”，每个铜钱直径2.5厘米，厚1毫米，中间方孔边长0.65厘米，重量约4克。

　　之所以铸造唐初以来的开元通宝，而不是铸造新币，也是考虑到地盘太小，仍需要和外部交易才能补充物资，开元通宝现在也是通用货币，省去兑换的问题。等地盘大了，姜明肯定要铸造新币的，不过货币体制就完全不一样了。

　　这次需要发放的铜钱差不多400贯，覆盖了所有的百姓、匠户、军属，算是一次性完成体制的转变。

　　不过，姜明只发了一个月的饷钱给士兵们零用，其它的都记账上。军政官早就做了洗脑宣传，大体意思是：有家属的可以每个月领钱，没有家属的就让军政官保管，反正钱也没有地方用，等以后成家了，一次性发放。

　　宋朝之前的朝代，士兵打仗很少有工资，都是管饭而已。唐朝前期是府兵制，打仗的兵器、粮食都要自己准备，府兵制破坏后，才有一点工资，大部分以粮食、食盐等形式发放。所以，每个月都领工资、吃饭伙食还好的募兵制，士兵们不要太爽。虽然单身狗只拿了一点零用钱，但钱还是在账上的，就看什么时候娶到婆娘了。

　　。。。。。。

　　“姜兄要带我去哪里？”与姜明一起走出督军府后，卢婷悦问道：“不是说给我看硝石么？”

　　姜明指着前面的棚子，笑道：“就是带你去看硝石啊，不过还在生产当中。看，硝石就在那里。”

　　“可是，怎么好像有一股怪味？”卢婷悦捏着鼻子，空气中飘荡的尿骚味太难闻了，所以委婉表达出来而矣。

　　姜明哈哈一笑，道：“是不是想说有股尿骚味，哈哈，硝石就是用尿里提炼的。”

　　姜明虽然知道一些明、清朝的硝石矿，可都不在海南，所以他只能从土硝想办法。参照古代生产土硝和17-18世纪欧洲“堆粪制硝”的方法后，姜明设计出了科学硝田。

　　“堆粪制硝”的化学原理是利用空气和土壤中的微生物分解粪尿中的尿素，从而转化成硝酸盐。具体步骤是：土壤中的氨化细菌先将粪尿中的尿素和含氮有机会分解成氨气，一部分氨气流失到空气中，一部分被土壤中的硝化细菌氧化成硝酸。

　　粪便只是比尿液多了一些含氮有机物，像蛋白质、多肽之类的，而且“堆粪法”生产硝石太臭了，姜明不喜欢，便做了大幅的改进，主要用尿液生产硝石。

　　听了姜明的调笑，卢婷悦白净的脖颈上涌出一抹羞红，低声问道：“难道尿水就在那房子里变成硝石？原理是你说的自然科学吗？”

　　硝田离城墙不远，位置在谷口和百姓住宿区之间，处在通风最好的位置，面积接近1000平方米。硝田实际上由10块长方形的小硝田组成，长和宽分别为200米、5米。硝化细菌害怕阳光照射，因此每个硝田都沿着长边砌上5米高的砖墙，架上横梁、铺上瓦，远处看上去跟长方形的房子一样，硝田的短边都是开着的，对着谷口的通风位置。

　　姜明点点头，道：“对，都是自然科学的知识，但里面的机理非常复杂，我也只是知道一些表面的原理。”

　　姜明在后世养过几条金鱼，知道鱼缸要添加硝化细菌，否则鱼很容易养死。他是一个非常严谨的人，这也是做股票投资养成的习惯，碰到了新知识，就一定要看报告、查资料搞清楚，否则很容易被上市公司欺骗。所以，他特地了解了一下氮循环的知识，氨化细菌、硝化细菌的知识都是那时候积累的。

　　卢婷悦很喜欢听姜明讲自然之理，欣赏他那种自信、洒脱的谈吐风度，其实就是后世的花痴，因此娇声问道：“姜大哥，虽然我不能完全听懂你讲的那自然之理，但还是希望你给我讲讲其中的道理，可以吗？”

　　美女的要求能拒绝吗？当然不行，雄性荷尔蒙飙涨的姜明昂首挺胸，指着硝田，道：“我们平时见到的土壤里面有两种细菌，一种是氨化细菌，会将尿液中的尿素转化成氨气；被土壤中的另一种叫硝化细菌吸收，氧化成硝酸，硝酸与土壤中的金属离子结合成硝酸盐；最后利用草木灰，合成硝石。”

　　实际的操作比这复杂多了，需要全方面的周详考虑。

　　第一，氨化细菌是异养型细菌，因此尿液中需要添加有机物，欧洲用粪制硝，就是粪中有少量含氮有机物，姜明则是将鱼肉晒干，磨成粉，添加的尿液中。

　　第二，氨化细菌适合生活在中性土壤中，而尿液中含少量尿酸，因此需要用少量石灰中和尿液；硝化细菌将氨气氧化成硝酸，因此也需要在尿液中添加石灰水，中和硝酸，通过复分解反应，生成硝酸钙。

　　第三，硝化细菌是好氧型，适宜温度为25至30度，因此姜明特地在硝田上加盖房子、做好通风，还定期让工人翻翻土壤；海南虽然处在热带，但因为四面环海，又是热带季风气候，因此全年温度不是很高，也就30度左右，虽然不是最适宜温度，但也够用。

　　卢婷悦一副认真听讲的模样，还不时点点头，待姜明讲完，又问道：“那每个月可以生产多少硝石呢？”

　　姜明道：“按我的度量衡计算，理论上每天可以生产12公斤硝石，不过现在产量没这么高，后面会不断提高的，等生产方式成熟了，产量还会更高。”

　　姜明确实经过认真实验和测算了的，孙皓也跟着闻了几天尿骚味。尿液中水分的含量是97%，姜明根据后世经验，猜测尿素含量为1.5%，无机盐含量为1%，因此尿液的含氮量为0.7%。成人每天平均排尿为1.5升，革命军全天达4500升，姜明修建公共厕所即有卫生的考虑，也有堆肥和生产硝石的考虑。假设每天收集到1000升尿液，尿素含量为15公斤，根据分子式推算氮元素的质量为7公斤。

　　尿液中无机盐主要是氯化钠、硫酸钾等，这是姜明做尿检的时候看到的，只是不记得含量罢了。尿素转化成硝酸后，被尿液中的氢氧化钙中和，生成硝酸钙。因此，随着硝田不断降解尿液，土壤中的硝酸盐增加，有些土壤旁边生成晶体。

　　将晶体旁边的土壤收集起来，放到开水池里面淋煮，静置后，取出上层液体，经过几层过滤，得出较为澄清的溶液。尿液中的硫酸钾会与硝酸钙反应，生成硝酸钾，硫酸钙则沉淀过滤掉，因此溶液主要物质是氯化钠、硝酸钙、硝酸钾等。

　　草木灰加入水中溶解、过滤后，溶液主要含有碳酸钾。两种溶液混合后，发生复分解反应，碳酸钙沉淀、过滤掉，溶液中便只剩下硝酸钾和氯化钠。

　　最后，利用硝酸钾和氯化钠的溶解度曲线不同，氯化钠在不同温度的溶解度变化不大，这个姜明已经实验得到。将含有两者的溶液加热，氯化钠首先饱和析出，到一定程度后，将热溶液倒到另一个桶中冷却，硝酸钾随着温度降低，溶解度大幅下降，溶解不了的硝酸钾慢慢结晶析出。用这种方法可以得出非常纯净的硝酸钾晶体。

　　姜明初期只用1000L尿液，假设只有30%的氮转化为硝酸根，一部分成为氨气进入空气中，一部分没转化或流失了。根据元素质量守恒，那么2.1公斤氮转化为硝酸钾，质量是15公斤，就算只能分离出80%，也有12公斤。

　　中间所有过程，姜明都用理论推导过，包括硝田的面积，也是结合当地的水分蒸发量计算的，1000升尿液也就1立方米，铺在1000平米的硝田，深度为1毫米，肇新寨附近，每天的水分蒸发量为5毫米，通风的室内蒸发量接近2毫米，因此未来每天消化2立方米尿液也是可以的，做到日产24公斤硝石。

　　现在土壤中的氨化细菌和硝化细菌的含量还不高，随着细菌的不断繁殖，硝石的产量会不断不提升，最终达到日产量12公斤左右，年产硝石4.38吨，按硝石在黑火药的质量占比计算，可以制造出6吨黑火药。

　　“要是能开采到硫磺矿就好了，唉！”

　　“其实硫磺可以交易得到，这次我不就带来一百多斤硫磺吗？”

　　姜明只能摊摊手，道：“现在革命军人少，交易来的少量硫磺还能应付，以后肯定是不够的，还是要想办法提炼硫磺。”

　　卢婷悦道：“到时候，姜兄肯定会有办法的。走了，这里味道太难闻了。”

　　说完，便喊着姜明离开了硝田。


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