農田零距離探索 植物與泥土的科學｜STEM教室
2024-11-13 14:00 
住在城市，想種植可在家裏放點盆栽，或在周末去鄉郊找假日農莊，但與真正的農田感覺有點距離。沒想到，1月初時家裏的紅葱頭發了芽，竟帶我走了一趟農田的科學歷程。
種植是植物與泥土的科學
發了芽的紅葱頭，放在碟子裏加點水，沒幾天就長了根和葉，看起來竟如水仙，在社交媒體引起不少朋友好奇！一直都知道用水養着它們會繼續長葉，但應該不夠養分讓它們開花。問朋友能否將葱種在她的田裏，竟然先要答問題：「生長期幾耐、要多水定少水，使唔使隔幾日淋、幾時施肥、石蒜科應該要落咩肥，即需要咩養分、個樣望落係點樣先可以收成、收成收葉定收根etc……」找尋答案發現除了上述項目（水分和養分需要），不同農作物對日照長短、日夜溫差、泥土狀況等原來都要相應要求！在大學讀植物學Botany時略知一二，沒想過能如此應用，難怪我們的蔬菜供應有季節之分。朋友當年主修地理，說泥土科學Soil Science一科的教科書有900多頁，全是與泥土有關的物理和化學特性，以及與動植物的互動等，難怪有說「種田必先養土」。
讓微生物替我們工作
借用朋友的田種葱，幫忙做田務是應分。看朋友製作堆肥，竟要為它「探熱」？！「堆肥內升溫代表有細菌分解活動，但又要留意溫度不能升太高，約60-70度（攝氏）就要將它們徹底翻動，否則堆肥中心區域的細菌熱死了，外圍的枯枝落葉卻又未被分解；稍後還要澆很多很多水才能令堆肥升溫。你看，我們上星期才開始製作這堆肥，一星期後它的體積已減少了（原本堆肥物料填滿至鐵絲圍網頂部），要再添新的枯草和廚餘。」
這些製作堆肥的簡單理論，背後不就是一堆科學理論協作嗎？枯草和廚餘表面本身就有很多細菌，只要將它們集中在一起，提供合適的「居住環境」和「食物及水」，它們就會將廚餘、枯草等有機物分解，以獲取能量使用。分解過程本身會產生熱能，外圍的熱能散失至周邊空氣中，溫度與大氣相若；中心部分有外圍做溫度屏障，困住熱能令內部慢慢升溫。細菌分解有機物需要用的酶，當溫度上升，酶的反應速度會隨着溫度提升，加速分解，產生更多熱能，是正回饋（positive feedback）的運作模式。直至溫度過高令酶變質（denature）無法正常運作，細菌便死亡。高溫環境亦使枯枝落葉本身附帶的病菌和蟲害一併消滅，是天然的消毒方式，就不怕在農田裏使用堆肥會將病蟲害傳播開去。
不止是生物科學相關
然而回到現實，替堆肥澆水後，溫度竟然下降了！朋友緊張得要命，生怕令堆肥無法熟成（即完成升溫分解程序），但堆肥的理論又說一定要有充足的水分才能成功，怎樣疏解這矛盾？幾位一起做農務的朋友七嘴八舌：
「是你澆水前添加新的枯草時攪動過堆肥，令中心有熱能散失吧！」
「在熱的東西淋凍水當然會跌溫啊！」
「待下午太陽曬久了就會再升溫啦！」
聽着這些物理科熱力學相關的描述，很想回應「其實是因為水的比熱容（specific heat capacity）很大……（下刪幾百字）」，不過為免遭受白眼，還是按現實需要回應吧：「堆肥需要三個月以上的熟成過程，一天裏幾小時降溫影響不大，給微生物時間工作吧，明天應該會再次升溫的。」
有趣發現陸續有來
- 田壢翻土後總會吸引一大堆蒼蠅停在泥土上；
- 種過豆科植物的田壢比較多土壤動物居住；
- 開田清雜草，每種植物都有不同的結構令它們十分「頑強」地難以清理；
- 總會遇上很多不知名昆蟲，不過單看牠們的生活也令人十分愜意。
篇幅所限未能盡錄。自然界本身沒垃圾，有各式機制令養分可循環利用，環境友善的農業操作就是不只以人類需要為優先，卻善用並配合自然界的運作原理，提升產量之餘亦可增添生物多樣性，形成雙贏。願我的紅葱頭能快高長大，帶我繼續暢遊農田裏千絲萬縷的綜合科學世界。
圖、文：小林老師 科學及通識科教師，最愛遊走城巿與自然之間
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