科技日報記者 張佳欣

無論是世代務(wù)農(nóng)的老農(nóng)人，還是閑暇時在陽臺種花的園藝愛好者，大概都知道一個樸素的經(jīng)驗：往土壤里加點有機質(zhì)，土就不那么容易干。

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

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，可儲存水分?？茖W家們還選取了3種碳水化合物：簡單的葡萄糖，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源源不斷地“吐”出各種碳水化合物到土里。而且它們的化學結(jié)構(gòu)相對簡單，用來做實驗，不會出現(xiàn)一堆復(fù)雜的化學反應(yīng)來“攪局”。

實驗和分子模擬的結(jié)果很有意思：水分子竟然能同時“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。如果水同時被兩邊拉住，就像夾在兩塊磁鐵中間——動彈不得。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額外技能：撐開黏土里的微小孔隙，讓它們在干燥時不至于塌縮。想象一下，海綿的孔洞一旦癟掉，就沒法再儲水了；而這些分子就像一個個小支架，讓這些孔隙保持張開，幫土壤長期留住水分，讓植物得以長久“續(xù)命”。實驗還顯示，含有碳水化合物的黏土要在更高溫度下才會失水，這說明它們的鎖水能力相當出色。

科學家推測，同樣的“水橋”機制也可能存在于其他行星或天體的礦物與有機物之間，這或許能解釋，為何火星巖石或某些隕石中，水能夠在封存狀態(tài)下生存億萬年。