豆類作物可以作為綠肥（green manure），這在農業上已經廣被應用了。事實上，中國在漢朝時便已經發展出複雜的輪作系統，將土地分成三份，第一年夏天第一塊地種黍、第二塊地種小米、第三塊地種大豆；每一塊地以黍→小麥→大豆→小米的順序輪作，田地的養分會因為有大豆加入輪作而不至於缺氮，而每年都可以有小米、黍、大豆、小麥可吃（參 1）。

不過，近代的綠肥，卻是將豆類作物（pulse crop，泛指一年生的豆科植物，參 2）種在田地裡，在開花後、結子前將它們的莖與葉割下後，將莖葉耕入土中或是留在土壤表面作為覆蓋。等到次年在田地裡種植其他非豆類作物時，去年的豆類作物便「化做春泥更護花」了！

在這樣的操作下，所選擇的豆類作物便不一定要是大豆、蠶豆這類可以食用的豆類作物了；只要是豆科一年生的植物都可以採用。

可是，這樣的操作，在種植綠肥的那段時間，農夫是沒有收入的。難道綠肥真的就只能夠當作肥料使用嗎？與漢朝的老法子相比，究竟是把豆類拿來輪作好，還是直接當作綠肥好呢？

加拿大農業及農業食品部萊斯布里奇研究中心（Agriculture and Agri-Food Canada Lethbridge Research Centre）的研究團隊，比較將豌豆（Pisum sativum）、蠶豆與野豌豆（chickling vetch，Lathyrus sativus）作為綠肥，或是列入輪作系統，兩種不同的操作對於往後數年土壤中氮與碳含量變化的影響（參 3）。

研究發現，以豆類植物作為綠肥時，超過百分之八十的氮與碳都在第一年釋放到土壤中了。第三年以後，只有百分之三到五的氮與碳釋放出來。相對的，當我們把豆類植物列入輪作系統時，雖然第一年釋放的氮與碳較少（百分之七十的碳、百分之六十三的氮），但是到了第三年，還是有不少的氮與碳（氮百分之十三到十六，碳百分之九到十八）釋放到土壤裡。而且，比較豌豆與蠶豆發現，輪作能提供的碳與氮，相較於綠肥要多一倍。

除此之外，豌豆、蠶豆與野豌豆裡面，固氮效果最好的是蠶豆與野豌豆；尤其當把蠶豆納入輪作時，能固定的氮量更高。考慮到蠶豆是很好的食物（對蠶豆症患者除外），研究團隊建議可以把蠶豆納入輪作系統，而非只充作綠肥使用。如此一來，農夫可以有蠶豆作為收成的一部分，比單純將豆類作物當作綠肥的收益更高；且蠶豆在種植後數年，都會持續釋放出氮與碳，農夫也可以調整肥料的使用量，降低成本；再加上輪作可以使得單一作物的害蟲無法持續繁殖，真的是一舉數得唷！

我們不知道為何古人選擇輪作而非綠肥，畢竟古代的中國人並沒有將實驗數據一一整理留下的習慣；不過，看到加拿大的研究團隊的成果，不論古人是湊巧也好、是實驗後刻意的選擇也好，看來老祖宗們還真的走了一條經濟又方便的路呢！

參考文獻

1. T.R. Sinclair,C.J. Sinclair. 2010. Bread, Beer and the Seeds of Change：Agriculture’s Imprint on World History. ISBN：9781845937058
2. Wikipedia. Pulse (legume).
3. Newton Z. Lupwayi and Yoong K. Soon. 2015. Carbon and Nitrogen Release from Legume Crop Residues for Three Subsequent Crops. Soil Science Society of America Journal. 79 (6): 1650 DOI: 10.2136/sssaj2015.05.0198

編按：「紅豆！大紅豆！（芋頭！）ㄘㄨㄚˋㄘㄨㄚˋㄘㄨㄚˋ，你要加什麼料？」各種豆類不只是吃銼冰的好配料，它們默默成為我們生活中無比重要的一部分。 2016 年是國際豆類年，臺灣大學科學教育發展中心（CASE）針對各種常見豆類的基因體密碼作介紹，讓我們能更了解其中的「豆」知識。

本文原出自臺灣大學科學教育發展中心，其他單位需經同意始可轉載。

輾轉反側，徹夜難眠的時候，您幾點起床？就算醒了，工作效率是否異常低落？
在此，請您非但別只想到自己，還要拿出一點同理心：因為被剝奪睡眠的澳洲喜鵲，也深受困擾。

捉野生喜鵲來做失眠相關的實驗

2022 年 4 月的《科學報告》期刊，有一篇標題冗長的論文，叫做〈失眠削弱澳洲喜鵲的認知表現並改變其歌曲產出〉^[1]。其第一作者澳洲 La Trobe 大學博士候選人 Robin Johnsson，認為歌唱的時辰與類型，對於喜鵲的社交生活相當重要，並以此做為研究主題^[2]。且不論在 COVID-19 疫情之前，有些人就已經沒什麼社交生活，更不要談呼朋引伴一起歡唱 KTV，人家喜鵲可是隨時都過得多采多姿。

於是，牠們就被科學家抓去做實驗了。

首先，研究團隊架設陷阱，用起士誘捕野生喜鵲。為牠們戴上標有序號的腳環之後，再關進裝有監視器的房間裡。接著，為了測量腦電波圖（electroencephalogram, EEG）與肌肉電位圖（electromyogram, EMG），科學家把無辜的喜鵲抓來開刀。於其腦部表面和頸部肌肉，植入電極貼片（electrodes），方便之後記錄睡眠狀態^[1]。

然後，喜鵲們就去接受特訓。

反覆訓練後篩選符合資格的喜鵲來做失眠實驗

研究團隊準備了一種木製食器，左右各挖一個淺槽。其中一個槽裡，盛裝少量起士和麵包蟲。第一次食物直接攤在眼前，不加以掩飾；第二次猶抱琵琶半遮面；第三次開始蓋子完全擋住凹槽，令喜鵲啥也看不見。在訓練的初期，全部的食器都採用灰色蓋子。直到最後的「聯想學習」（associative learning），蓋子被換成黑色或白色。喜鵲掀開特定顏色的蓋子，發現下面藏有食物。這樣重複 15 次，讓牠們不把「食」、「色」的關係兜在一起也難^[1]。

結訓後，研究團隊把食器裡的獎勵換成「不會動的麵包蟲冷盤」（chilled, unmoving mealworms），為喜鵲舉辦驗收成果的模擬考。除了執行「聯想學習」的覓食活動，科學家也期望牠們展現「反轉學習」（reversal learning）的能力。將蓋子的顏色調換，要喜鵲嘗試選出有食物的凹槽。這個階段有一些評分要點^[1]，例如：

1. 喜鵲做出第一次選擇時，是否有延遲的行為。緩慢的反應，代表注意力不集中，或動機下降。
2. 喜鵲得經過幾回，才能達到連續 12 次嘗試中，有 10 次正確的及格分數。
3. 喜鵲選擇正確瓶蓋的比率。

凡是順利通過模擬考的喜鵲們，便能晉升至下一關。

在實驗的主要階段，喜鵲們被劃為三組，分別體驗下列三種睡眠模式之一：無干擾睡眠、6 小時睡眠剝奪，以及 12 小時睡眠剝奪。研究人員防止喜鵲睡著的花招，包括：迫近或拍打鳥舍、發出噪音，或是輕撫充滿睡意的喜鵲^[1]。如同可憐的臺灣中學生，明明前晚都沒睡飽，隔天還得參加考試。研究人員存心要看失眠的喜鵲，怎麼失常。

人類跟喜鵲一樣會被睡眠影響行為

正式測驗的結果不出所料，沒睡飽的喜鵲容易犯錯，而且要花較長的時間，才能選出正確答案。有些喜鵲甚至失去參與測驗的動機，傾向找機會補眠。其實以前的研究便顯示，失眠也會降低人類的認知表現。諸如參與動機、清醒程度（alertness）、注意力、警戒等級（vigilance）等，都會受到負面影響^[1]。

除了喜鵲考試的成績，科學家也記錄了牠們社交行為的變化。失眠的喜鵲寧可睡覺，也不要唱歌。最後就算唱了，單曲的長度卻意外地延展。原本的晨曲改在中午演出，頻寬變得狹窄，內容相較貧乏，顫音也明顯減少。這與人類的口語溝通，大同小異。當一個人睡眠不足，說話的速度會緩慢下來，咬字不如平常清晰，語句重覆的機率提高，甚至可能妨礙聽眾理解講者所要傳達的訊息^[1]。

澳洲喜鵲有複雜的家族。牠們用歌聲來劃定疆域，分辨敵友，並建立「鳥」際關係。失眠不僅會害喜鵲把歌唱得七零八落，也會進一步危及其社交生活。既然以往的人類睡眠實驗結果，與喜鵲有那麼多的相似處，下次在抱怨疫情害自己沒朋友之前，我們是不是應該先睡飽，再來思考怎麼社交呢？

備註：此實驗結束後，參與受試的澳洲喜鵲，均在 2019 年 7 月被野放。

參考資料：

1. Sleep loss impairs cognitive performance and alters song output in Australian magpies (Scientific Reports, 2022)
2. Researchers find what magpies lose from hitting snooze (Brisbane Times, 2022)