老葉的植物王國

  玉米田。由 Christian Fischer   你知道什麼是「經濟最佳氮肥施用量」（EONR）嗎？ 在美國，農業機構每年都會提供「經濟最佳氮肥施用量」建議，並透過各種管道傳遞給農民，提供農民作為施肥的參考。 因為每年都會提供，所以EONR就成為一個可以反映土地變化狀況的重要資料。 最近有研究團隊觀察EONR發現：農地對氮肥的需求愈來愈大囉！ 看文章

  石蠅的一種（ Eusthenia sp.）。 圖片來源： 維基百科 自從化學肥料於二十世紀上半葉發明以後，傳統農業不再依賴由有機物所製作的堆肥，改為施放化學合成的氮肥與磷肥。但是化學合成的氮肥與磷肥是帶負電的硝酸根與磷酸根，而土壤的顆粒也帶負電，這使得這些化學肥料很容易在降雨或灌溉後流入溝渠，進而污染溪流、湖泊與海洋。 過去許多研究都已發現，當水體中的氮與磷增加後，會造成藻類大量增生而產生藻華；藻華讓水下的植物無法進行光合作用，最後導致死亡海域。 但是藻類的生長需要光線，在光線不足的水域，氮與磷的污染又會產生什麼樣的影響呢？ 最近美國的研究團隊綜合了184篇論文的885個研究所進行的薈萃分析發現，在光線不足的水域，過多的氮與磷會使得落葉加速腐爛，使以落葉為食的石蛾（caddisfly）與石蠅（stonefly）大量繁殖；而在光線充足的水域，藻華會使以藻類為食的昆蟲以及以這些昆蟲為食的魚類大量生長。整體來說，氮與磷的污染使得水域中的生物質量增加了48%，且這個現象在氮與磷同時出現的時候最明顯。 過去的研究只偵測葉綠素 a 的含量，因此無法得知氮與磷的污染對光線不足的水域產生什麼樣的影響。 總而言之，合理的施肥不僅可以減少浪費，更可以預防氮與磷污染所造成的生態改變！ 參考文獻： Marcelo Ardón, Lydia H. Zeglin, Ryan M. Utz, Scott D. Cooper, Walter K. Dodds, Rebecca J. Bixby, Ayesha S. Burdett, Jennifer Follstad Shah, Natalie A. Griffiths, Tamara K. Harms, Sherri L. Johnson, Jeremy B. Jones, John S. Kominoski, William H. McDowell, Amy D. Rosemond, Matt T. Trentman, David Van Horn and Amelia Ward. Experimental nitrogen and phosphorus enrichment stimulates multiple trophic levels of algal and detrital-based food webs: a g...

自從幾年前開始教通識課以後，對於許多課程要怎麼教，開始有了不同的想法。怎麼說呢？一般專業課程總是強調「專業」，舉個例子好了，學過國高中化學的同學應該都知道哈伯法(Haber-Bosch Process)，在高溫高壓下以鐵粉做為催化劑將氮氣與氫氣轉化為氨(ammonia)： N 2  + 3H 2  → 2NH 3 通常化學課的時候，老師只會提到，因為氮氣(N 2 )的兩個氮原子之間是三鍵，所以要打開氮氣很不容易；因此不但要用高溫高壓，還要用鐵粉當催化劑... 然後？就沒有了。講完了。 但是，哈伯法偉大的地方就只是這樣嗎？哈伯(Fritz Haber)因為發明了這個方法，得到1918年的諾貝爾化學獎。難道就是因為他成功的打斷了氮-氮三鍵而已嗎？ 哈伯（Fritz Haber），圖片來源： wiki 當然不是。哈伯法的重要性在於，從此人類打開了以人工提高作物產量的大門，農作物的產量從此大大的提高。 當然，產量提高其實也是有限度的，在植物的營養上，有個名詞叫做「關鍵濃度」（critical concentration）。當土壤中的養分低於這個濃度時，植物的生長與養分的濃度成正比；超過這個濃度以後，植物的生長跟養分的濃度就不成正比了，也就是說，用再多也沒有明顯的效果。 但是，在過去只能使用天然肥料（動物的屍體、糞尿、植物的落葉等）的時代，由於天然肥料必需要等待微生物分解（這部分在堆肥時已經大致完成），再經過土壤中的微生物將其中含氮成分分解為硝酸根（nitrate，NO 3 -）與銨離子（NH 4 +）後，才能為植物所吸收，因此效果緩慢。加上為了方便起見，農人們總是會以單作（monoculture）的方式來種田，這種在大片的土地上種植單一作物的方式，很容易會使土壤缺少某些特定的養分（尤其是氮與磷），所以在哈伯法還沒有出現以前，要提高土壤內的氮濃度，除了使用天然肥料之外，就只剩下使用綠肥，或是與豆科植物輪作了。 但是，這些方法，都不能使土壤中的氮的濃度超過關鍵濃度；因此，當哈伯法出現之後，農夫將化學肥料施放在田裡，立刻有了奇效--農作物的產量大大的提升。加上育種改良以及殺蟲劑、除草劑的使用， 20世紀小麥與稻米的產量提升了8-10倍 （平均產量是4倍）。 但是哈伯法對於科學界的貢獻，並不僅僅在於農作...