土壤微生物：對(duì)抗荒漠化的新希望

荒漠化是地球干旱、半干旱和半濕潤(rùn)半干旱地區(qū)的一個(gè)重大問(wèn)題，隨著時(shí)間的推移，植被逐漸消失，草原和灌木林地變成了相對(duì)貧瘠的沙漠。這對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)以及依賴(lài)這些地區(qū)為生的社區(qū)造成了極大的危害，因?yàn)榛哪瘯?huì)加劇土壤侵蝕，減少蓄水量，從而導(dǎo)致生物多樣性和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的喪失。因此，迫切需要制定緩解荒漠化及其影響的管理戰(zhàn)略。

圖源：?綠會(huì)融媒·“海洋與濕地”（OceanWetlands）工作組

發(fā)表在《地球科學(xué)評(píng)論》（Earth-Science Reviews）上的一篇關(guān)于當(dāng)前防治荒漠化研究的最新綜述指出，土壤微生物對(duì)這一任務(wù)至關(guān)重要。由細(xì)菌、真菌、古細(xì)菌和其他微生物組成的多樣化群落在促進(jìn)土壤健康、最終影響生態(tài)系統(tǒng)功能和可持續(xù)土地管理方面發(fā)揮重要作用。

荒漠化是氣候變化和人為活動(dòng)相互作用的結(jié)果。氣溫升高、降水和風(fēng)型變化、太陽(yáng)輻射增強(qiáng)以及極端天氣事件（包括干旱和厄爾尼諾/拉尼娜周期）更加頻繁，是造成荒漠化的部分環(huán)境原因。不幸的是，隨著氣候變化的發(fā)展，預(yù)計(jì)所有這些問(wèn)題在未來(lái)幾年都會(huì)加劇，這突出表明荒漠化可能會(huì)成為一個(gè)越來(lái)越令人擔(dān)憂的問(wèn)題。

人類(lèi)對(duì)自然界的干擾進(jìn)一步加劇了這些環(huán)境因素，如砍伐森林以獲取木柴，為農(nóng)業(yè)和城市化改變土地用途；密集的作物種植（尤其是單一種植）、化學(xué)農(nóng)藥和化肥的使用以及低效的灌溉系統(tǒng)耗盡了土壤中的養(yǎng)分；牲畜過(guò)度放牧造成土壤板結(jié)，增加了水土流失的可能性；采礦；以及過(guò)度抽取地下水以支持不斷增長(zhǎng)的全球人口。

隨著荒漠化的加劇，我們更有可能受到其影響，包括生物多樣性喪失和物種滅絕、土壤養(yǎng)分耗盡、糧食安全和供水受到威脅、沙塵暴發(fā)生率增加（沙塵暴會(huì)損害空氣質(zhì)量，影響人類(lèi)和動(dòng)物的健康）、社區(qū)遷離荒涼地區(qū)，從而導(dǎo)致社會(huì)和經(jīng)濟(jì)后果。

有鑒于此，棲息在土壤顆粒之間的微小微生物可以成為治理荒漠化的可行方案，因?yàn)樗鼈兛梢苑纸庥袡C(jī)物，影響環(huán)境中的養(yǎng)分循環(huán)，從而提高土壤肥力；通過(guò)形成腐殖質(zhì)（進(jìn)一步提高養(yǎng)分和水的保持力）促進(jìn)大氣中碳的固存；通過(guò)與植物根系的共生關(guān)系穩(wěn)定土壤，防止侵蝕；以及支持生物多樣性。

在養(yǎng)分循環(huán)方面，即使在養(yǎng)分貧乏的土壤中，土壤微生物也會(huì)對(duì)氮和磷的供應(yīng)產(chǎn)生重大影響，以支持植物的生產(chǎn)力。

固氮土壤細(xì)菌（如根瘤菌和半根瘤菌）可將大氣中的氮轉(zhuǎn)化為氨，而氨則以銨離子的形式被植物吸收。豌豆、豆類(lèi)和其他豆科植物的根系與固氮菌形成共生關(guān)系，因此它們是干旱地區(qū)種植的重要作物。此外，共生真菌可以將其菌絲網(wǎng)絡(luò)延伸到土壤深處，從而增加根系的養(yǎng)分和水分供應(yīng)，促進(jìn)生長(zhǎng)。

這些菌根真菌還能將植物體內(nèi)的有機(jī)碳化合物輸送到土壤中，并在土壤中以一種名為“膠霉素”的糖蛋白形式固碳，同時(shí)還能形成腐殖質(zhì)。糖蛋白還能將土壤顆粒粘合在一起，有助于穩(wěn)定土壤，防止侵蝕。

研究進(jìn)一步探討了在全球許多地區(qū)戰(zhàn)略性地應(yīng)用土壤微生物如何對(duì)緩解荒漠化產(chǎn)生可衡量的影響。這包括在印度阿拉瓦利山脈等礦區(qū)進(jìn)行修復(fù)時(shí)使用微生物，以促進(jìn)先驅(qū)物種的建立，使植被得以隨后生長(zhǎng)，還包括使用抗金屬細(xì)菌，以清除土地中的重金屬污染。

在與撒哈拉沙漠接壤的半干旱薩赫勒地區(qū)，非洲綠色長(zhǎng)城項(xiàng)目旨在消除因土地退化造成的糧食不安全、貧困和移民問(wèn)題。在這里，植樹(shù)造林被用來(lái)創(chuàng)造有利于土壤微生物活動(dòng)的小氣候，包括叢枝菌根真菌、內(nèi)生菌根真菌和根瘤菌，從而改善了整體土壤健康狀況。這些項(xiàng)目取決于社區(qū)的參與，因此是荒漠化管理規(guī)劃的重要組成部分。

美國(guó)西南部等城市荒漠化地區(qū)的治理工作包括為植被創(chuàng)造微型空間，如綠色屋頂和社區(qū)花園，以及植樹(shù)造林。同樣，在阿拉伯沙漠的綠洲項(xiàng)目中，通過(guò)有意識(shí)地施用土壤微生物，土壤的保水性得到了改善。

使特定區(qū)域土壤中的微生物群落多樣化，可增加克服干旱和病原體等環(huán)境壓力的可能性，從而提高環(huán)境抵御荒漠化的能力。然而，必須根據(jù)每個(gè)地點(diǎn)的具體情況調(diào)整所使用的微生物，因?yàn)槲⑸锶郝湓诓煌耐寥李?lèi)型和氣候條件下可能會(huì)產(chǎn)生不一致的反應(yīng)，以及它們與本地土壤微生物之間的相互作用。

雖然在短期內(nèi)應(yīng)用土壤微生物防治荒漠化取得了成功，但還需要開(kāi)展更多工作，以確定其在更長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)的可持續(xù)性。

這項(xiàng)研究的重要性在于土壤微生物能夠減輕荒漠化帶來(lái)的壓力，荒漠化不僅會(huì)影響當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)，對(duì)農(nóng)業(yè)而言，還會(huì)影響全球供應(yīng)鏈上的糧食資源。這些發(fā)現(xiàn)為以更自然、更可持續(xù)的方式應(yīng)對(duì)氣候變化帶來(lái)的諸多挑戰(zhàn)之一帶來(lái)了希望。

文/Maggie 審/Daisy

參考資料略