土壤微生物：對抗荒漠化的新希望

荒漠化是地球干旱、半干旱和半濕潤半干旱地區(qū)的一個重大問題，隨著時間的推移，植被逐漸消失，草原和灌木林地變成了相對貧瘠的沙漠。這對當?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)以及依賴這些地區(qū)為生的社區(qū)造成了極大的危害，因為荒漠化會加劇土壤侵蝕，減少蓄水量，從而導致生物多樣性和農(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：?綠會融媒·“海洋與濕地”（OceanWetlands）工作組

發(fā)表在《地球科學評論》（Earth-Science Reviews）上的一篇關(guān)于當前防治荒漠化研究的最新綜述指出，土壤微生物對這一任務至關(guān)重要。由細菌、真菌、古細菌和其他微生物組成的多樣化群落在促進土壤健康、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相互作用的結(jié)果。氣溫升高、降水和風型變化、太陽輻射增強以及極端天氣事件（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，預計所有這些問題在未來幾年都會加劇，這突出表明荒漠化可能會成為一個越來越令人擔憂的問題。

人類對自然界的干擾進一步加劇了這些環(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；以及過度抽取地下水以支持不斷增長的全球人口。

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（沙塵暴會損害空氣質(zhì)量，影響人類和動物的健康）、社區(qū)遷離荒涼地區(qū)，從而導致社會和經(jīng)濟后果。

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，因為它們可以分解有機物，影響環(huán)境中的養(yǎng)分循環(huán)，從而提高土壤肥力；通過形成腐殖質(zhì)（進一步提高養(yǎng)分和水的保持力）促進大氣中碳的固存；通過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，土壤微生物也會對氮和磷的供應產(chǎn)生重大影響，以支持植物的生產(chǎn)力。

固氮土壤細菌（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)絡延伸到土壤深處，從而增加根系的養(yǎng)分和水分供應，促進生長。

這些菌根真菌還能將植物體內(nèi)的有機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。

研究進一步探討了在全球許多地區(qū)戰(zhàn)略性地應用土壤微生物如何對緩解荒漠化產(chǎn)生可衡量的影響。這包括在印度阿拉瓦利山脈等礦區(qū)進行修復時使用微生物，以促進先驅(qū)物種的建立，使植被得以隨后生長，還包括使用抗金屬細菌，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)，非洲綠色長城項目旨在消除因土地退化造成的糧食不安全、貧困和移民問題。在這里，植樹造林被用來創(chuàng)造有利于土壤微生物活動的小氣候，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，以及植樹造林。同樣，在阿拉伯沙漠的綠洲項目中，通過有意識地施用土壤微生物，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)每個地點的具體情況調(diào)整所使用的微生物，因為微生物群落在不同的土壤類型和氣候條件下可能會產(chǎn)生不一致的反應，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)應用土壤微生物防治荒漠化取得了成功，但還需要開展更多工作，以確定其在更長時期內(nèi)的可持續(xù)性。

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

文/Maggie 審/Daisy

參考資料略