农田零距离探索 植物与泥土的科学｜STEM教室

住在城市，想种植可在家里放点盆栽，或在周末去乡郊找假日农庄，但与真正的农田感觉有点距离。没想到，1月初时家里的红葱头发了芽，竟带我走了一趟农田的科学历程。

本港有不少假日农庄供耕种体验。

本港的乡郊仍有很多农地，保留做环境友善的农业，可能比起用作城巿建屋发展，更配合香港的需要。

有不少昆虫住在田里。

种植是植物与泥土的科学

发了芽的红葱头，放在碟子里加点水，没几天就长了根和叶，看起来竟如水仙，在社交媒体引起不少朋友好奇！一直都知道用水养着它们会继续长叶，但应该不够养分让它们开花。问朋友能否将葱种在她的田里，竟然先要答问题：「生长期几耐、要多水定少水，使唔使隔几日淋、几时施肥、石蒜科应该要落咩肥，即需要咩养分、个样望落系点样先可以收成、收成收叶定收根etc……」找寻答案发现除了上述项目（水分和养分需要），不同农作物对日照长短、日夜温差、泥土状况等原来都要相应要求！在大学读植物学Botany时略知一二，没想过能如此应用，难怪我们的蔬菜供应有季节之分。朋友当年主修地理，说泥土科学Soil Science一科的教科书有900多页，全是与泥土有关的物理和化学特性，以及与动植物的互动等，难怪有说「种田必先养土」。

效果如水仙的发芽红葱头。

不同农作物对日照长短、日夜温差、泥土状况等原来都要相应要求。

让微生物替我们工作

借用朋友的田种葱，帮忙做田务是应分。看朋友制作堆肥，竟要为它「探热」？！「堆肥内升温代表有细菌分解活动，但又要留意温度不能升太高，约60-70度（摄氏）就要将它们彻底翻动，否则堆肥中心区域的细菌热死了，外围的枯枝落叶却又未被分解；稍后还要浇很多很多水才能令堆肥升温。你看，我们上星期才开始制作这堆肥，一星期后它的体积已减少了（原本堆肥物料填满至铁丝围网顶部），要再添新的枯草和厨馀。」

用铁丝围网确保有堆肥足够的体积。

堆肥模仿大自然的循环，把有用物的有机物循环再用。

这些制作堆肥的简单理论，背后不就是一堆科学理论协作吗？枯草和厨馀表面本身就有很多细菌，只要将它们集中在一起，提供合适的「居住环境」和「食物及水」，它们就会将厨馀、枯草等有机物分解，以获取能量使用。分解过程本身会产生热能，外围的热能散失至周边空气中，温度与大气相若；中心部分有外围做温度屏障，困住热能令内部慢慢升温。细菌分解有机物需要用的酶，当温度上升，酶的反应速度会随着温度提升，加速分解，产生更多热能，是正回馈（positive feedback）的运作模式。直至温度过高令酶变质（denature）无法正常运作，细菌便死亡。高温环境亦使枯枝落叶本身附带的病菌和虫害一并消灭，是天然的消毒方式，就不怕在农田里使用堆肥会将病虫害传播开去。

将能被生物降解成泥土养份的原料制成堆肥，可以减轻生态环境污染。

 

不止是生物科学相关

然而回到现实，替堆肥浇水后，温度竟然下降了！朋友紧张得要命，生怕令堆肥无法熟成（即完成升温分解程序），但堆肥的理论又说一定要有充足的水分才能成功，怎样疏解这矛盾？几位一起做农务的朋友七嘴八舌：

「是你浇水前添加新的枯草时搅动过堆肥，令中心有热能散失吧！」

「在热的东西淋冻水当然会跌温啊！」

「待下午太阳晒久了就会再升温啦！」

听着这些物理科热力学相关的描述，很想回应「其实是因为水的比热容（specific heat capacity）很大……（下删几百字）」，不过为免遭受白眼，还是按现实需要回应吧：「堆肥需要三个月以上的熟成过程，一天里几小时降温影响不大，给微生物时间工作吧，明天应该会再次升温的。」

使用针长50cm的探针温度计，早上10时的堆肥在甚么也没做的时候，中心温度约33度，远比空气温度18度高，可见细菌们有工作。

浇水后到下午4时半中心温度只剩约23度，与环境气温变化相反，可见枯枝落叶的保温能力。而且蚊子都出来了，是时候踏上归途。

有趣发现陆续有来

• 田坜翻土后总会吸引一大堆苍蝇停在泥土上；
• 种过豆科植物的田坜比较多土壤动物居住；
• 开田清杂草，每种植物都有不同的结构令它们十分「顽强」地难以清理；
• 总会遇上很多不知名昆虫，不过单看它们的生活也令人十分惬意。

篇幅所限未能尽录。自然界本身没垃圾，有各式机制令养分可循环利用，环境友善的农业操作就是不只以人类需要为优先，却善用并配合自然界的运作原理，提升产量之馀亦可增添生物多样性，形成双赢。愿我的红葱头能快高长大，带我继续畅游农田里千丝万缕的综合科学世界。

蚯蚓是农地的好帮手，协助消化泥土里的有机物，加速它们分解令养分回归泥土，翻田时还找到它们的迷你幼体，看来这田很适合它们居住。

蚯蚓迷你幼体

图、文：小林老师 科学及通识科教师，最爱游走城巿与自然之间