|· 本文来自“我是科学家”·|

一日三餐，我们每天都会与谷物见面；离开餐桌，谷物似乎离我们很遥远。许多久居城市的朋友们，甚至渐渐变得“五谷不分”。谁知盘中餐，粒粒皆辛苦。谷物是如何从野草进化成今天的样子？从一粒种子成长到一株谷物经过了哪些历程？谷田里会有怎样的动物世界？中国的耕地能养活14亿人吗？江南大学食品工程博士，《中国食品产业地图》主编崔凯老师，将结合自然、科技、历史、诗歌和野趣，将用生动幽默的语言谈谈“盘中餐”和4000年的华夏农耕文明，讲述一段别开生面的《谷物的故事》。

谷物的一生

“从明天起，做一个幸福的人。喂马，劈柴，周游世界。从明天起，关心粮食和蔬菜，我有一所房子，面朝大海，春暖花开。”

这是海子笔下的一段诗句，透着浓浓的乡土田园情怀。谷物的一生是怎么度过的？一粒种子如何变成沉甸甸的谷穗？今天，我来和大家聊聊这个话题：

一年之计在于春

我们先来重温这首始于秦代的《二十四节气歌》：

“春雨惊春清谷天，夏满芒夏暑相连。秋处露秋寒霜降，冬雪雪冬小大寒。”

四季轮回，周而复始。农人根据节气变化，安排农事。比如：谷雨开始播谷降雨，小满代表籽粒开始灌浆，但尚未成熟，只是“小满”。芒种则是“有芒的麦子快收，有芒的稻子可种”。大家看看，二十四节气本身就是谷物的故事。

拖拉机春耕 | pixabay

俗话说：“春耕不肯忙，秋后脸饿黄。”大家想想农田为什么需要春耕？人坐久了，要站起来舒缓一下筋骨，所以学校里会安排学生在课间做广播体操。同样的道理，土壤经过一年四季的沉积，也会变得板结。在播种之前，需要进行疏松，这将利于吸纳水分，便于谷物根系伸展，还能够抑制病、虫、杂草的生长繁育，最终提高谷物的产量。当然，翻耕也并非全是好处：土壤里水分是非常宝贵的，尤其在北方干旱的地区。翻耕相当于把土壤像衣服一样晾晒，导致水分蒸发。今天，有些地方也在推广免耕种植技术。

春耕之后，我们会在田野里播撒希望的种子——散文中经常使用这样的语句。通常，小麦、玉米、大豆等旱田作物大都直接在田间播种，然后期待一场大雨，让种子生根发芽——春雨贵如油。然而水稻则享受一种“超国民待遇”，可以先在温室大棚里育苗一个月，再移栽到大田里。这是为什么？

向天问冷暖

中国幅员辽阔，南北温差很大。隆冬时节，北国风光，千里冰封，万里雪飘。而海南岛上依然艳阳高照，温暖如夏。

中国温度带划分化农作物熟制 | 中学《地理》

请大家先来看看这张中国温度带分布图。在北方温带，很多地方一年只能种植1季谷物，而在南方亚热带，则可以种植2-3季谷物。无论南北，每季作物都只有约100天的生长期。农时不等人，让水稻提前在大棚中育秧，相当于增加了1个月的生长期。另外，水稻的苗期相当于人的婴幼儿阶段，苗床相当于育婴房，这里可以控制光照、温度和水分，减少病虫害。精心配制的苗床土里包含了各种营养要素，让根系发育强壮，这相当于给小朋友吃上配方奶粉，为以后的健康成长打下坚实的基础。秧苗在温室里长到三片半叶时，开始大田移栽。

曾有朋友问我：既然有这样的好处，为何不让小麦、玉米、大豆这些旱田作物也在温室育苗后再移栽？从技术上，移栽的秧苗需要尽快浇水，然而旱田往往不具备这样的灌溉条件。更为重要的是，移栽要耗费大量的人力和成本，农民要考虑投入和产出之间的经济效益。玉米产量高但价格低，大豆价格高但产量低，只有高产、高价的水稻育秧才是划算的。

千百年来，农人精打细算，想方设法让耕地打出更多的粮食。在中国南方，很多地方种植一年三熟的作物：麦子、早稻和晚稻，环环紧扣。农时不等人，一旦错过时节，产量就会大减，甚至绝收。这个过程很像城市上班高峰期的地铁换乘，下车的人刚刚冲出车门，上车的人马上就会涌进来。从七月中到八月初，一个月内要在炎炎夏日下抢收早稻和抢种晚稻，俗称“双抢”——这是传统农民的梦魇时分。

今天，有些朋友厌倦了城市里的雾霾和喧嚣，说到田园生活，就想起天然氧吧、青山绿水和高天流云，青翠欲滴，赏心悦目。然而，这只是旅行者的心态，农事劳作远非那么浪漫。

水稻育苗和插秧

2000年以前，很多地方都是人工插秧。1992年，我曾经在内蒙古扎赉特旗担任农业技术员，指导5000亩水稻的育苗工作。至今回想，弯腰插秧是最为艰苦的农事劳作。水中有水蛭，俗称蚂蟥，叮咬在身上后，会钻到肉里吸血。今天越来越多的稻田都是机械插秧，甚至有了GPS定位的无人驾驶插秧机。一台插秧机的功效相当于20个人。

当然，机械化也不是完美无缺。举个例子：秧苗如同婴儿，人手会加以呵护。但机器却不懂这些，对水稻秧苗抓取简单粗暴，容易伤根伤苗。遇到不平整的土地，也不掌握深浅，插秧质量不好，甚至会漂苗。简言之，机械插秧的水稻产量比人工插秧要少5-10%。所以仍有些精打细算的农民坚持人工插秧。

田间管理：锄禾日当午

田间管理

为了孩子长大成人，太多的父母起早贪黑、早接晚送，倾注时间精力——不养儿不知父母恩。谷物和人一样，也需要农人精耕细作。上面这种图片就是施肥、喷药、除草和灌溉等田间管理。大家想想：如果让你顶着炎炎烈日，穿着厚外衣在田野中劳作，你能坚持多久？农民是用不起防晒霜的，脸颊被晒得黑红。请大家特别注意喷洒农药这张图片：农民为什么都戴着口罩？不少农药对人体是有毒害的，有些甚至是剧毒。中国有1/3的农民在喷洒农药过程中曾经不同程度地遭受过农药中毒。

粮食真的来之不易，希望大家能够珍惜。

大豆根瘤菌 | Wikimedia Commons

小麦、玉米、水稻、高粱等谷物等多数谷物都是禾本科植物，而大豆、蚕豆、豌豆、绿豆、花生等则属于豆科植物。“庄稼一枝花，全凭肥当家”，谷物在生长过程中离不开氮、磷、钾等肥料。如果缺少了这些肥料，尤其是缺少了氮肥，谷物就会长得又矮又小。空气中含有大量的氮素，禾本科谷物却不能直接利用，而豆科植物却有一个特殊的本领，它们的根部都有小小的“地下氮肥厂”——根瘤。

固氮的过程很像是一场恋爱：豆科植物在幼苗期，其根毛就会分泌有机物，土壤中的根瘤菌便被吸引过来，逐渐聚集在根毛的周围。很快，根瘤菌通过分泌物侵入到植物根部的皮层细胞中，迅速安营扎寨、分裂繁殖。眼看着根瘤菌主动投怀送抱，根部皮层细胞也心领神会，快速扩建住宅，进行细胞分裂，体积膨大形成瘤状凸起，就形成了根瘤。此后，根瘤菌将空气中的氮转化为植物能吸收的含氮物质，而植物为根瘤菌提供碳源和能源，二人相亲相爱，日子越过越红火——这种关系在生物学上被称之为共生现象。有些土壤中缺少根瘤菌，在播种豆科植物时，同时施用人工培养的根瘤菌制剂，为形成根瘤创造条件，可使大豆、花生增产10%以上。种植豆科作物后的土地，因为残留了大量的固氮根瘤，土壤肥力大大提高。第二年轮作玉米或小麦时，也会有明显的增产效果。

谷物的花样年华

谷物的花朵

人到了青春期会谈恋爱，种子植物则会扬花授粉。人生有百年，但谷物的一生只有100天。为了尽快生娃，就得缩短谈恋爱的时间，扬花期只有三五天时间，是典型的“闪婚”。花粉的存活期也很短，水稻花粉可存活10～15分钟，小麦花粉可存活30分钟，玉米花粉可存活5～6小时。若在扬花期遇到暴雨、狂风、低温等异常天气，影响授粉，谷物产量将会大幅度降低。

植物要结出果实必须经过授粉，即把雄蕊的花粉传给雌蕊，让雌蕊受精。水稻、小麦、大豆都属于自花授粉，而玉米属于异花授粉。谷物的花粉只能飘几百米远，甚至只有几十米远。大家想想看：如果这辈子只能和出生地方圆1公里范围内的人结婚，你会做何感想？所以，人比谷物要幸福得多！

按照授粉方式，植物主要分为虫媒花和风媒花。果园里经常看到蜜蜂飞舞，但在谷田里却不一定，这是为什么？玉米、小麦、水稻、高粱等多数谷物都是风媒花，向日葵、油菜、荞麦和瓜果类则是虫媒花。虫媒花是喜欢打扮的漂亮女孩，花形大、颜色鲜艳，有芳香的气味和甜美的花蜜，从而招蜂引蝶将自己的花粉带到另一朵花上去。而风媒花在昆虫眼中则是低调内敛的灰姑娘，不属于白富美：花形小且不鲜艳，气味淡，缺少花蜜。但它们花粉粒小干燥，容易随风吹散——既然不能吸引昆虫，只能请风来做“媒人”了。这里有件事想告诉大家：大豆有一种很特别的授粉方式，既不算风媒花，也不算虫媒花：花未开时，里面的雄蕊和雌蕊就进行受粉，授粉完成后才开花，生物学上称之为“闭花授粉”。相当于两人从小青梅竹马，父母老早就给孩子定了娃娃亲，根本就不用风和虫来做媒，外人（异花）也甭惦记，人家是先入洞房（授粉），后摆婚宴（开花）。

我们在进行房屋装修的时候，不仅要考虑桌椅板凳的摆放，也要设计好衣柜、壁橱和吊柜，优化利用空间资源。田野也一样，种植布局时需要考虑通风和透光事宜。在千百年的农耕实践中，我们的祖先摸索出一套合理的耕作制：让玉米与大豆或小麦穿插种植（间作），即有利于土壤养分的平衡，也通过“高矮搭配”，提高通风和光合效率，同时物种多样可以减少病害。

土壤和人一样，也需要修生养息。如果在一片耕地上连年重复种植同一种谷物（连作），作物种类和营养结构单一，容易爆发病害，土壤也会积劳成疾。为了可持续种植，美国、欧盟和日本等国家建立了休耕制度，选择合适的年份，让地像人一样也歇息一下，身心放松地过个假期。

玉米/大豆间作和玉米/小麦间作

刚才说到“高矮搭配”，请大家看看上面的图片：小麦和大豆的身高只有1米，而玉米的身高则是2米多，是谷物中的“姚明”。而且在产量上，玉米也是谷物中的冠军。为什么会这样？玉米和高粱、甘蔗起源于热带，是很特别的C4植物，有独特的光合作用机理，光合效率明显高于小麦、水稻、大豆等C3植物。然而这些谷物属于不同的物种，存在生殖隔离，不能实现杂交育种。袁隆平院士正在通过转基因技术，尝试把玉米的高光合基因转到水稻中，从而进一步增加水稻产量。

割草用的竹筐 | 摄于浙江海宁殳家堰村农家

农田里不仅有谷物，还有茂盛的野草。回想少年时代，放学后同学们嬉笑打闹，沿着乡间小路走回村里。家里当时养了几十只鸡、鸭、鹅和兔子，我要先拿起扁担、镰刀和篮筐去田里割草。谷物因为有人类的精心呵护，才得以茁壮成长。野草是没人爱的野孩子，却有着顽强的生命力——野火烧不尽，春风吹又生。最不喜欢一种名为“剌剌秧”的野草，它在田野里连片匍匐缠绕。一根藤能有几米长，藤上密布着细刺，一不小心刮在皮肤上，就是一道血痕。想知道它长什么样吗？看看下面的视频：

剌剌秧视频(点击图片可以观看视频）

人有旦夕祸福，天有不测风云，灾害会不期而至。谷物不能像人一样四散奔逃，只能听天由命。一场台风，谷物会大面积倒伏；一场冰雹，会把植株砸得支离破碎；立枯病可以让水稻在苗期都成片枯萎；虫害可以造成玉米10-20%的损失；一场突如其来的冻害，甚至可以让谷物绝收。

台风过后，稻田成片倒伏 | 摄于吉林市孤店子镇(点击图片可以观看视频）

曾有朋友问我：为什么冬小麦冬天冻不死？进入越冬期，小麦细胞液中的含糖量增加，使结冰点降低，提高了抗寒能力。冬天里，环卫工人向冰雪覆盖的道路上撒盐融雪就是这个道理。另外，一场大雪后，积雪覆盖在小麦上，隔绝了寒冷的空气, 相当于给小麦盖了一床御寒的棉被，起到了保温的作用。所以有这样一句农谚：今冬麦盖三层被，来年枕着馒头睡。

春季播种，谷物根植沃土，源源不断地从泥土中汲取营养，茎叶挺出地面进行光合作用，合成有机物，最后将大量养分输送到秋天的谷粒之中，完成了一个生长季的使命。春播一粒种，秋收万担粮，这是谷物世界的生命轮回。一粒种子到下一代能够繁育出多少粒种子？大豆大约是50粒，而小麦、水稻和玉米则可以达到150粒、250粒和500粒。怎么样，谷物的繁殖能力比人类强大得多吧！这种差异也导致了谷物的单位面积产量排序：大豆<小麦<水稻<玉米。

水稻收割 | 摄于吉林市春新生态家庭农场(点击图片可以观看视频）

谷物收获后，还要经过脱壳、去糠等碾米工序，才能最终变成厨房里的米面。这个过程有些像玩俄罗斯套娃，一层层蜕皮。一斤稻谷七两米，一斤小麦七两面，“出率”大致是70%。其实，谷粒被磨掉部分是皮层和胚，营养价值非常高，富含蛋白质和多种维生素。大家吃过颜色微褐的全麦面包吧？其实就是用保留外面麸皮和麦胚的全麦面粉制作的面包。

诗和远方

在农耕时代，人们经历寒暑易节，付出艰辛劳作，一分耕耘方有一分收获。简单而慢节奏的生活中，有陶渊明、王维和孟浩然的田园诗句，河水是清澈的，谷物是有味道的。人们心态平和、从容、有耐心，勤俭持家，和睦相处，尊老爱幼，笑容是真实的，人们是快乐的。

进入互联网时代，网红易逝，新宠太多，心态迷惑，焦虑充斥，娱乐至死，唯我独尊。大家都在追求快节奏，苛求快递小哥争分夺秒、马上就到，看一篇文章的耐心甚至没有10分钟，心浮气躁、鞭打快牛、拔苗助长，幻想能找到一本万利、一夜暴富的捷径。

然而美好的事物就是需要经受寒暑风霜的洗礼，一蹴而就的东西往往缺少底蕴。这个社会，真的需要慢下来一些，让心灵跟上脚步！

秋天的稻田 | 摄于吉林市春新生态家庭农场

《我和我的祖国》唱到：“我歌唱每一座高山，我歌唱每一条河。袅袅炊烟小小村落，路上一道辙。”曾经，我们的祖先日出而作，日落而息，日复一日，年复一年。千百年后，人类脚下依然是厚德载物的土地，人类赖以维持生命的依然是米、面、粮、油。相信科技进步能够让传统农业脱胎换骨，更希望4000年华夏农耕文明积淀下来的民族精神，能够哺育我们走向自强、生生不息！（编辑：Yuki）

致谢：在写作过程中，得到了王蕴波教授、张君教授、杨江义教授和王语晴、张吴竫、吴悠悠、安芮嘉、荣毓萱、崔筱野等同学的启发和建议，在此一并致谢！

*本文根据作者在“杭州科学大讲堂”的科普讲座文稿整理修改而成。