科技日?qǐng)?bào)記者 張佳欣

無(wú)論是世代務(wù)農(nóng)的老農(nóng)人，還是閑暇時(shí)在陽(yáng)臺(tái)種花的園藝愛(ài)好者，大概都知道一個(gè)樸素的經(jīng)驗(yàn)：往土壤里加點(diǎn)有機(jī)質(zhì)，土就不那么容易干。

這似乎是人們代代相傳的常識(shí)，但為什么有機(jī)質(zhì)能幫助土壤保持水分？水究竟是怎樣被“鎖住”而不會(huì)被輕易蒸發(fā)？為了解答這些問(wèn)題，美國(guó)西北大學(xué)的科學(xué)家展開(kāi)了深入探索。

他們從蒙脫石黏土入手。它像是土壤里的“小海綿”，擁有許多微小孔隙，可儲(chǔ)存水分。科學(xué)家們還選取了3種碳水化合物：簡(jiǎn)單的葡萄糖，以及由葡萄糖串聯(lián)而成的兩種復(fù)雜淀粉。

地球上最豐富的生物大分子——纖維素，就是由葡萄糖構(gòu)成的。植物和土壤里的微生物也會(huì)源源不斷地“吐”出各種碳水化合物到土里。而且它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，用來(lái)做實(shí)驗(yàn)，不會(huì)出現(xiàn)一堆復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)來(lái)“攪局”。

實(shí)驗(yàn)和分子模擬的結(jié)果很有意思：水分子竟然能同時(shí)“拉住”黏土表面和碳水化合物分子！這種連接方式叫“氫鍵”，是一種分子之間的小小吸引力。它的力氣不大，但足以讓水分子彼此粘在一起，形成水滴、匯成水流。如果水同時(shí)被兩邊拉住，就像夾在兩塊磁鐵中間——?jiǎng)訌棽坏?。于是，碳水化合物分子和黏土之間就出現(xiàn)了“水橋”，像小手牽著小手，把水牢牢扣在中間，不讓它輕易跑掉。

更妙的是，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的直鏈和支鏈淀粉，在搭“水橋”方面特別拿手。模擬數(shù)據(jù)顯示，它們能讓黏土“抓水”的能力提升5倍以上。

此外，這些復(fù)雜的碳水化合物分子還有個(gè)額外技能：撐開(kāi)黏土里的微小孔隙，讓它們?cè)诟稍飼r(shí)不至于塌縮。想象一下，海綿的孔洞一旦癟掉，就沒(méi)法再儲(chǔ)水了；而這些分子就像一個(gè)個(gè)小支架，讓這些孔隙保持張開(kāi)，幫土壤長(zhǎng)期留住水分，讓植物得以長(zhǎng)久“續(xù)命”。實(shí)驗(yàn)還顯示，含有碳水化合物的黏土要在更高溫度下才會(huì)失水，這說(shuō)明它們的鎖水能力相當(dāng)出色。

科學(xué)家推測(cè)，同樣的“水橋”機(jī)制也可能存在于其他行星或天體的礦物與有機(jī)物之間，這或許能解釋?zhuān)瑸楹位鹦菐r石或某些隕石中，水能夠在封存狀態(tài)下生存億萬(wàn)年。