氦阻遏之谜

程富金

近年来，我国科学家发现，豆科植物与禾本科植物间作，能促使豆科植物更多地结瘤固氮，获得双高产。这是为什么呢？科学家积极探究，终于解开了这个谜。

中国农业大学植物营养系的老师们在甘肃进行的蚕豆（豆科植物）与玉米（禾本科植物）间作试验中发现，蚕豆间作的产量比单作产量提高63.7%，玉米间作的产量比单作产量提高17.3%，双双达到高产水平。

一天，科学夏令营成员小刚和小燕向中国科学院院士、著名土壤微生物学家陈文新请教这个问题。

作为一名很有求知欲的学生，小燕迫不及待地问：“陈院士，您说这是什么原因呢？”

陈院士说：“这是因为豆科植株和禾本科植株靠近，根系交织，禾本科植株吸走了豆科植株根际的营养，从而排除了豆科根瘤菌的氮阻遏这一障碍。”

“什么是氮阻遏？”小刚和小燕都觉得这个词很费解。

“氮阻遏是指固氮生物在有化合氮的环境中时，它们的固氮酶的合成和活性受到了化合氮的抑制，它们因此不进行固氮作用。也就是说，所有固氮生物都有一个弱点：土壤含有较多的氮时，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。根瘤菌作为固氮生物的一种，也一样，在含氮水平较高的土壕中，结瘤少，固氮也少。”陈院士怕小刚和小燕听不懂，和蔼地说，“你们可以与我的学生们一起做试验，观察、计算、分析蚕豆与小麦（禾本科植物）间作是否能够提高产量。”

“好啊！”小刚和小燕一听要做试验，开心极了。

试验开始之前，陈院士对小刚和小燕强调：“这是一个非常有趣且能说明问题的盆栽试验。”

试验材料为盆、蚕豆种子、小麦种子、塑料膜、尼龙膜。

试验是这样的：

第1盆内，蚕豆和小麦的根系被塑料膜隔开，两者的根系不能相互穿插、营养元素不能交流;第2盆内，蚕豆与小麦的根系被尼龙膜隔开，两者的根系不能相互穿插、氮元素及其他营养元素可以交流;第3盆内，蚕豆和小麦的根系没有被隔开，两者的根系可以相互穿插、营养元素可以交流。

神奇的事情发生了，3个盆中的试验结果完全不一样。3个盆中的小麦从化肥中吸收的氦分别为73毫克、91毫克、130毫克，3个盆中的蚕豆从大气中获得的氮依次是蚕豆吸收的总氮量的58%、80%、91%，3个盆中从蚕豆到小麦的氮素转移量依次为0毫克、2毫克、6毫克。

“你们能分析以上数据，得出结论吗？”陈院士问小刚和小燕。

“我觉得，两者的根相互穿插的话，两者获得的氮都更多。”小燕说。

在陈院士的指导下，小刚和小燕得出了一些试验结论：

在3个盆中，蚕豆从化肥中吸收的氮肥都比较少，蚕豆的大部分氮来自根瘤菌固定的空氣中的氮。

当蚕豆与小麦的营养能够交流时，土壤中的氮肥主要被小麦吸走，蚕豆根系周围的氮会减少，就促进与蚕豆共生的根瘤菌同氮。蚕豆为直根系，根系疏而深;小麦是须根系，根系密而浅。在第3盆中，两者的根系在空间上交插，又不“打架”，可以充分利用土壤养分，因而小麦吸收蚕豆根周围的氮更多，与蚕豆共生的根瘤菌固定的氮也更多。

蚕豆与小麦互相隔离的第1盆，相当于蚕豆与小麦单独播种，单独播种的蚕豆固定氮的能力明显弱很多，单独播种的小麦获得的氮也最少。

“这个试验多么有趣呀！”小燕兴奋地说。

“而且，这个试验能让我们理解氦阻遏知识。”小刚补充道。

陈院士露出欣慰的笑容，总结道：“没错。豆、禾间作，可以为豆科植物排除氮阻遏这一障碍。”

几千年来，我国农民采用的间作套种措施，从生产实践上解决了对豆科植物施氮肥与豆科植物根瘤菌固氮的矛盾。科学家从理论上证实了农民实行问作套种的耕作方式是非常成功的、科学的。