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没空恋爱,只能和方圆百米的异性闪婚,它们实在苦命!

|· 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。

The End

发布于2019-10-16, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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崔凯

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