土壤微生物：对抗荒漠化的新希望
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荒漠化是地球干旱、半干旱和半湿润半干旱地区的一个重大问题，随着时间的推移，植被逐渐消失，草原和灌木林地变成了相对贫瘠的沙漠。这对当地的生态系统以及依赖这些地区为生的社区造成了极大的危害，因为荒漠化会加剧土壤侵蚀，减少蓄水量，从而导致生物多样性和农业生产力的丧失。因此，迫切需要制定缓解荒漠化及其影响的管理战略。
图源：©绿会融媒·“海洋与湿地”（OceanWetlands）工作组
发表在《地球科学评论》（Earth-Science Reviews）上的一篇关于当前防治荒漠化研究的最新综述指出，土壤微生物对这一任务至关重要。由细菌、真菌、古细菌和其他微生物组成的多样化群落在促进土壤健康、最终影响生态系统功能和可持续土地管理方面发挥重要作用。
荒漠化是气候变化和人为活动相互作用的结果。气温升高、降水和风型变化、太阳辐射增强以及极端天气事件（包括干旱和厄尔尼诺/拉尼娜周期）更加频繁，是造成荒漠化的部分环境原因。不幸的是，随着气候变化的发展，预计所有这些问题在未来几年都会加剧，这突出表明荒漠化可能会成为一个越来越令人担忧的问题。
人类对自然界的干扰进一步加剧了这些环境因素，如砍伐森林以获取木柴，为农业和城市化改变土地用途；密集的作物种植（尤其是单一种植）、化学农药和化肥的使用以及低效的灌溉系统耗尽了土壤中的养分；牲畜过度放牧造成土壤板结，增加了水土流失的可能性；采矿；以及过度抽取地下水以支持不断增长的全球人口。
随着荒漠化的加剧，我们更有可能受到其影响，包括生物多样性丧失和物种灭绝、土壤养分耗尽、粮食安全和供水受到威胁、沙尘暴发生率增加（沙尘暴会损害空气质量，影响人类和动物的健康）、社区迁离荒凉地区，从而导致社会和经济后果。
有鉴于此，栖息在土壤颗粒之间的微小微生物可以成为治理荒漠化的可行方案，因为它们可以分解有机物，影响环境中的养分循环，从而提高土壤肥力；通过形成腐殖质（进一步提高养分和水的保持力）促进大气中碳的固存；通过与植物根系的共生关系稳定土壤，防止侵蚀；以及支持生物多样性。
在养分循环方面，即使在养分贫乏的土壤中，土壤微生物也会对氮和磷的供应产生重大影响，以支持植物的生产力。
固氮土壤细菌（如根瘤菌和半根瘤菌）可将大气中的氮转化为氨，而氨则以铵离子的形式被植物吸收。豌豆、豆类和其他豆科植物的根系与固氮菌形成共生关系，因此它们是干旱地区种植的重要作物。此外，共生真菌可以将其菌丝网络延伸到土壤深处，从而增加根系的养分和水分供应，促进生长。
这些菌根真菌还能将植物体内的有机碳化合物输送到土壤中，并在土壤中以一种名为“胶霉素”的糖蛋白形式固碳，同时还能形成腐殖质。糖蛋白还能将土壤颗粒粘合在一起，有助于稳定土壤，防止侵蚀。
研究进一步探讨了在全球许多地区战略性地应用土壤微生物如何对缓解荒漠化产生可衡量的影响。这包括在印度阿拉瓦利山脉等矿区进行修复时使用微生物，以促进先驱物种的建立，使植被得以随后生长，还包括使用抗金属细菌，以清除土地中的重金属污染。
在与撒哈拉沙漠接壤的半干旱萨赫勒地区，非洲绿色长城项目旨在消除因土地退化造成的粮食不安全、贫困和移民问题。在这里，植树造林被用来创造有利于土壤微生物活动的小气候，包括丛枝菌根真菌、内生菌根真菌和根瘤菌，从而改善了整体土壤健康状况。这些项目取决于社区的参与，因此是荒漠化管理规划的重要组成部分。
美国西南部等城市荒漠化地区的治理工作包括为植被创造微型空间，如绿色屋顶和社区花园，以及植树造林。同样，在阿拉伯沙漠的绿洲项目中，通过有意识地施用土壤微生物，土壤的保水性得到了改善。
使特定区域土壤中的微生物群落多样化，可增加克服干旱和病原体等环境压力的可能性，从而提高环境抵御荒漠化的能力。然而，必须根据每个地点的具体情况调整所使用的微生物，因为微生物群落在不同的土壤类型和气候条件下可能会产生不一致的反应，以及它们与本地土壤微生物之间的相互作用。
虽然在短期内应用土壤微生物防治荒漠化取得了成功，但还需要开展更多工作，以确定其在更长时期内的可持续性。
这项研究的重要性在于土壤微生物能够减轻荒漠化带来的压力，荒漠化不仅会影响当地社区，对农业而言，还会影响全球供应链上的粮食资源。这些发现为以更自然、更可持续的方式应对气候变化带来的诸多挑战之一带来了希望。
参考资料：
https://phys.org/news/2024-03-mighty-microbes-soil-microorganisms-combating.html
https://phys.org/news/2024-01-fungal-rich-soil-green-roof.html
https://phys.org/news/2023-11-adding-calcium-soils-carbon.html
文/Maggie 审/Daisy
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