Science | 土壤微生物群落是恢复退化土地的游戏规则改变者！

2022年3月3日，国际顶级学术期刊Science发表了荷兰瓦赫宁根大学Oksana Coban、Gerlinde De Deyn和Martine van der Ploeg撰写的题为Soil microbiota as game-changers in restoration of degraded lands的综述论文。

背景

土壤是地球的活皮肤，提供对生命至关重要的生态系统服务。土壤是水的过滤器和储存器，提供生长介质，为植物和异养生物提供水和养分，为大量的生物体提供栖息地，并且是我们大多数抗生素的来源。人类越来越多地受到气候变化、人口增长和土地退化（包括碳损失、生物多样性下降和侵蚀）的共同挑战。特别是，土地退化降低了土壤的水文功能，从而降低了其他一些生态系统服务。这种影响是通过改变水力功能、渗透和土壤水分储存、碳循环、生物活动、营养物质和污染物的运输以及植物生长而发生的。全球环境变化和相关的土壤退化的影响需要被理解和扭转，因为生物多样性、粮食生产、气候调节和人们的生活越来越受到土壤生态系统退化的影响。土壤生物群和土壤水文功能之间的相互作用在许多生物地球化学循环中起着至关重要的作用，包括水和碳循环。微生物是土壤生命的主宰，通过调节养分循环、分解有机物、确定土壤结构、抑制植物病害和支持植物生产力，发挥着一系列重要的土壤功能。微生物的存在和它们的活动可以以多种方式影响土壤结构和水力特性。案例研究表明，微生物在恢复土壤功能方面具有改变游戏规则的潜力。然而，土壤微生物群落在形成和维持土壤方面的作用历来被忽视了。

进展

有人提出，微生物群落不仅是生态系统健康和恢复水平的指标，而且可以被操纵以加强退化的生态系统的恢复。在过去的十年中，有越来越多的研究表明，使用微生物作为生态系统的媒介，特别是为了提高作物产量和为干旱地区的恢复设计微生物。目前大多数的实验方法集中在监测微生物群落的变化，这些变化可以与土地恢复相关联；然而，微生物也是生态系统变化的促进者，而不仅仅是跟随者。研究人员回顾了微生物如何帮助解决不同类型的土地退化问题，重点是土壤物理损失和转化、土壤化学性质的损失和污染。研究人员讨论了对土壤恢复最有价值的微生物群体（即促进植物生长的根瘤菌、固氮菌和菌根真菌），强调了旱地和植物-微生物相互作用研究的进展。研究人员回顾了微生物对土壤物理的影响，特别是对孔隙水力特性的影响，并讨论了未来对退化土地进行长期修复的策略。研究人员还确定了迄今为止阻碍理解土壤生物物理过程进展的方法学挑战。

展望

微生物可以在恢复退化土地方面发挥主导作用，改善土壤的水力特性，如入渗和保水，减少土壤疏水性，这些都可以促进生态系统的恢复。科研人员主张研究利用微生物来恢复退化土壤的机制。鉴于淡水供应对陆地生物的关键作用，以及关于水文恢复研究的匮乏，研究人员特别提倡利用微生物对退化土壤进行水文恢复的研究。研究人员提出，微生物可以改善土壤的水力特性，如入渗和保水，并减少土壤的疏水性。伴随着来自微生物的新有机物质，这将促进植物生长，并促进生态系统的进一步恢复。这样的恢复战略需要微生物学和土壤水文学研究领域的合作，而到目前为止，这种合作还非常少。了解土壤微生物的动态和相关的水文过程将为恢复实践奠定基础，使土壤生态系统恢复活力。

图1. 土地退化类型和作为补救剂的有益微生物的例子

图2. 土地退化估算的发展

图3. 土地退化的主要类型和有用细菌的主要类型

图4. 健康和退化土地的比较

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