根瘤菌的觀察

類型: 
實作

豆科植物可以與根瘤菌共生,將空氣中的氮素固定下來,成為植物的養分。這對於採用友善環境耕種方式的人來說,是很重要的。而在科學上,這也是一個很有趣的題材。對於想要觀察根瘤菌的人,以下提供一些我們的經驗。

觀察根瘤的時候最大的問題,就是哪裡才有根瘤。根瘤當然是長在根上,不把植物拔起來是看不到的。如果拔起來有根瘤,還可以安慰自己這棵植物死得其所。但如果拔了一堆植物都沒找到根瘤,而你又是個愛護生命的人,想必心情不會太好。找到根瘤之後,根瘤的大小和數量也很重要。另外,根瘤是否有在工作,可以透過根瘤內部的顏色來判斷,如果是紅色或粉紅色就表示是正在工作的根瘤。(原因請見豆科的固氮作用一文)以下列出根瘤形成的原因,對找尋根瘤很有幫助。

搜尋根瘤的最佳地點,還是在田裡。首先田裡會有許多豆科的作物,再者田裡的土通常比較鬆軟,要拔植物比較好拔。最好是在休耕、種植豆科綠肥的田中——跑到田裡亂拔人家種的花生、菜豆總是不太好意思。

豆科植物要形成根瘤,首先當然是土裡要有根瘤菌。據網路上資料,一塊地如果5年以上沒有種過豆科植物,那很難會有根瘤菌。要注意的是豆科植物和根瘤菌具有專一性,也就是說如果一塊地之前種的是A豆豆,今年改種B豆豆,如果A和B不屬於同一個接種群,那今年拔B豆豆也不見得會有根瘤。另外,外來種的豆科植物也不見得會有根瘤,因為台灣的土地裡不見得有和他配合的根瘤菌。(個人很辛苦地拔了兩棵長得比我高的銀合歡的經驗。)

找根瘤的時候要選擇怎麼樣的植物拔呢?首先當然是豆科,但豆科中主要是蝶形花亞科和含羞草亞科會結根瘤。(請放過校園中的鳳凰木吧,他是蘇木亞科的。)選擇要拔的植株的標準,是「越大棵越好,但不要已經結豆莢的。」在豆科與根瘤菌的共生關係中,『豆科植物會把光合作用產生的能量分給根瘤菌,換取根瘤菌所固的氮』這句話說來輕巧,其實豆豆會把多達20~30%的光合作用分給根瘤菌。1這對豆豆來說是很大的負擔。因此,當豆豆還小的時候,產生的能量有限,也就養不起太多的根瘤菌,所以小棵的豆豆根上的根瘤都是小小少少的。另一方面,當豆豆開始結豆莢、開始充實豆莢的時候,這時候能量全部都要用在豆莢上,並沒有多餘的能量可以分給根瘤菌,所以結莢(特別是後期)的豆豆拔起來,根上的根瘤可能都黑黑的已經死掉了。

即使選對了土地、選對了植株,也不見得會有根瘤的產生。如果休耕地被噴灑除草劑,那土裡的根瘤菌可能會死掉。如果土地中營養成分缺乏(特別是固氮酶所必須的鉬Mo),豆豆自己用都不夠,沒辦法分給根瘤菌,那就不會產生根瘤。如同前述,根瘤菌固氮需要豆豆花費大量的能量,所以如果土地中已經有足夠的氮肥,那精打細算的豆豆就會直接吸收,而不會花費能量請固氮菌固氮。這就是所謂「氮阻遏」的現象:在含氮肥高的土地上豆科植物不會固氮。解決方式很簡單:跟禾本科一起種就好了,禾本科可以快速把土壤中的養分吸走。2用木村爺爺的說法,他會在果園中種大豆,如果每株的根瘤低於10顆,表示土壤中含有足夠的氮素,就不需要種大豆。如果超過30顆,表示氮素不足,明年還要繼續種大豆。3

綜合以上,如果想要找根瘤,建議採取以下的步驟。找到一塊地之後,選擇適合品種(蝶形花亞科及含羞草亞科)、適合大小(已長成但尚未結豆莢)的豆豆,拔起來看看。如果有當然最好,沒有的話有可能是與豆豆相關的因素(如沒有適合的根瘤菌),那可以換一個品種的豆豆試試看。如果還是沒有的話,那就可能是土地的問題(如養分缺乏、氮素過多、被噴過除草劑等等),那就得換一塊地再重新找尋了。