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(jié)瘤固氮，獲得雙高產(chǎn)。這是為什么呢？科學家積極探究，終于解開了這個謎。

中國農(nóng)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(chǎn)量比單作產(chǎn)量提高63.7%，玉米間作的產(chǎn)量比單作產(chǎn)量提高17.3%，雙雙達到高產(chǎn)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。”

“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(jié)瘤少，固氮也少。”陳院士怕小剛和小燕聽不懂，和藹地說，“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(chǎn)量。”

“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(diào)：“這是一個非常有趣且能說明問題的盆栽試驗。”

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(nèi)，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(nèi)，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(nèi)，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(jié)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(zhuǎn)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(jié)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。”小燕說。

在陳院士的指導下，小剛和小燕得出了一些試驗結(jié)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。”小剛補充道。

陳院士露出欣慰的笑容，總結(jié)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(nóng)民采用的間作套種措施，從生產(chǎn)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。科學家從理論上證實了農(nóng)民實行問作套種的耕作方式是非常成功的、科學的。