氦阻遏之謎

程富金

近年來，我國科學家發(fā)現(xiàn)，豆科植物與禾本科植物間作，能促使豆科植物更多地結瘤固氮，獲得雙高產。這是為什么呢？科學家積極探究，終于解開了這個謎。

中國農業(yè)大學植物營養(yǎng)系的老師們在甘肅進行的蠶豆（豆科植物）與玉米（禾本科植物）間作試驗中發(fā)現(xiàn)，蠶豆間作的產量比單作產量提高63.7%，玉米間作的產量比單作產量提高17.3%，雙雙達到高產水平。

一天，科學夏令營成員小剛和小燕向中國科學院院士、著名土壤微生物學家陳文新請教這個問題。

作為一名很有求知欲的學生，小燕迫不及待地問：“陳院士，您說這是什么原因呢？”

陳院士說：“這是因為豆科植株和禾本科植株靠近，根系交織，禾本科植株吸走了豆科植株根際的營養(yǎng)，從而排除了豆科根瘤菌的氮阻遏這一障礙?！?/p>

“什么是氮阻遏？”小剛和小燕都覺得這個詞很費解。

“氮阻遏是指固氮生物在有化合氮的環(huán)境中時，它們的固氮酶的合成和活性受到了化合氮的抑制，它們因此不進行固氮作用。也就是說，所有固氮生物都有一個弱點：土壤含有較多的氮時，固氮生物的固氮酶不能合成或者失去活性，固氮生物就不能固氮。根瘤菌作為固氮生物的一種，也一樣，在含氮水平較高的土壕中，結瘤少，固氮也少?！标愒菏颗滦偤托⊙嗦牪欢吞@地說，“你們可以與我的學生們一起做試驗，觀察、計算、分析蠶豆與小麥（禾本科植物）間作是否能夠提高產量?！?/p>

“好啊！”小剛和小燕一聽要做試驗，開心極了。

試驗開始之前，陳院士對小剛和小燕強調：“這是一個非常有趣且能說明問題的盆栽試驗?！?/p>

試驗材料為盆、蠶豆種子、小麥種子、塑料膜、尼龍膜。

試驗是這樣的：

第1盆內，蠶豆和小麥的根系被塑料膜隔開，兩者的根系不能相互穿插、營養(yǎng)元素不能交流;第2盆內，蠶豆與小麥的根系被尼龍膜隔開，兩者的根系不能相互穿插、氮元素及其他營養(yǎng)元素可以交流;第3盆內，蠶豆和小麥的根系沒有被隔開，兩者的根系可以相互穿插、營養(yǎng)元素可以交流。

神奇的事情發(fā)生了，3個盆中的試驗結果完全不一樣。3個盆中的小麥從化肥中吸收的氦分別為73毫克、91毫克、130毫克，3個盆中的蠶豆從大氣中獲得的氮依次是蠶豆吸收的總氮量的58%、80%、91%，3個盆中從蠶豆到小麥的氮素轉移量依次為0毫克、2毫克、6毫克。

“你們能分析以上數(shù)據(jù)，得出結論嗎？”陳院士問小剛和小燕。

“我覺得，兩者的根相互穿插的話，兩者獲得的氮都更多?！毙⊙嗾f。

在陳院士的指導下，小剛和小燕得出了一些試驗結論：

在3個盆中，蠶豆從化肥中吸收的氮肥都比較少，蠶豆的大部分氮來自根瘤菌固定的空氣中的氮。

當蠶豆與小麥的營養(yǎng)能夠交流時，土壤中的氮肥主要被小麥吸走，蠶豆根系周圍的氮會減少，就促進與蠶豆共生的根瘤菌同氮。蠶豆為直根系，根系疏而深;小麥是須根系，根系密而淺。在第3盆中，兩者的根系在空間上交插，又不“打架”，可以充分利用土壤養(yǎng)分，因而小麥吸收蠶豆根周圍的氮更多，與蠶豆共生的根瘤菌固定的氮也更多。

蠶豆與小麥互相隔離的第1盆，相當于蠶豆與小麥單獨播種，單獨播種的蠶豆固定氮的能力明顯弱很多，單獨播種的小麥獲得的氮也最少。

“這個試驗多么有趣呀！”小燕興奮地說。

“而且，這個試驗能讓我們理解氦阻遏知識?！毙傃a充道。

陳院士露出欣慰的笑容，總結道：“沒錯。豆、禾間作，可以為豆科植物排除氮阻遏這一障礙。”

幾千年來，我國農民采用的間作套種措施，從生產實踐上解決了對豆科植物施氮肥與豆科植物根瘤菌固氮的矛盾?？茖W家從理論上證實了農民實行問作套種的耕作方式是非常成功的、科學的。