如何释放微生物潜力，修复土壤？

转载自肠道产业公号（2022年6月18日）

编者按

几十年来，土壤一直被视为是一台能持续生产食物的机器，而不是一个脆弱的生态系统，但现在，它正处于危机关头。了解土壤微生物如何与环境相互作用，并帮助农民采用新的可持续方法，可以对土壤产生有益的影响，从而有利于我们的健康。

今天，我们共同关注土壤微生物。希望本文能够为相关的产业人士和诸位读者带来一些启发和帮助。

土壤中的小生命

人类活动影响了生活在土壤中的微生物的多样性和活动性，并引发了土壤微生物群的失衡。小小一把土壤中就含有大约 100 亿个细菌、真菌和古菌，它们是养分循环的驱动者，通过多种化学物质的交换，与植物根系和土壤之间互惠互利。

斯洛伐克初创公司 Nitroterra Technology 的首席执行官 Radoslav Bonk 说：“土壤微生物会产生一种‘胶水’，这是它们新陈代谢活动的副产品。这种胶水对粘合土壤主要颗粒、真菌、粘土和有机颗粒至关重要。如果这种代谢活动受到抑制，例如过度使用合成肥料，健康的土壤结构就会发生瓦解，土壤就会变得更易受到风和水的侵蚀。”

随着土壤结构变得脆弱，植物生长的整个过程也随之受到破坏。这些植物对病原体的抵抗力会下降，而且无法充分获得生长所需的营养物质。传统上，使用无机肥能缓解这个问题，但它们会污染环境。

为了解决这个问题，几家欧洲公司一直在积极开发微生物解决方案，希望以更可持续的方式来提高土壤肥力。

西班牙是一个传统农业国，但是其土壤资源形势严峻，因此西班牙成为了开发这些新型土壤产品的领导者之一。

当前，被用作生物肥料的活性微生物产品逐渐开始被市场接受，例如由 Symborg 公司商业化微生物 Methylobacterium symbioticum，它可以固定大气中的氮，以满足植物生长所需。

另一家西班牙公司 Ceres Biotics 拥有自己的菌种库，其中含有多种来自于固氮菌属和 Frateuria 属的微生物。每一个菌种都会表达不同类型的基因，并且能以不同的方式使农作物受益。

此外，新的有益微生物物种正在被陆续发现。例如在生长于西班牙大加那利岛的拉斯帕尔马斯的烟草植物近亲中，人们发现了一种名为 Pseudomonas palmensis 的细菌。这些细菌能在干旱时期增强植物的抵抗力。

利用生物信息学破译土壤微生物组

土壤微生物组内部存在着错综复杂的合作和竞争关系，同时，这些微生物与植物之间也存在着相互作用。因此，很难确定哪些微生物在协同生态系统中是最重要的。需要使用计算方法处理这种复杂情况。

Bonk 解释说：“在我们选择和应用细菌菌株之前，我们会尝试先评估土壤中已经存在的主要细菌。而在这一过程中，我们发现评估代谢多样性和代谢率远比通过 DNA 分析技术获得微生物物种列表重要得多。”

他继续补充道：“细菌的‘健康’水平以及它们的实际活动和代谢速率对我们来说至关重要。为了解决这两个问题，我们使用了多种统计方法来进行微生物分析。”

与细菌一样，真菌在土壤健康中也发挥着关键作用，并与植物形成共生关系。研究最多的与植物根系相关的真菌类别是丛枝菌根真菌（AMF）。AMF 可以促进宿主植物对矿物质养分和水的吸收。但在土壤中只存在少量的这种真菌。为了利用其潜力，法国农业科技创业公司 Mycophyto 正在研究、生产和采用本土的 AMF，将其作为生物刺激剂，与农作物和土壤互作。

“我们在土壤生物多样性研究中使用生物信息学工具来分析土壤宏基因组学研究的结果，以鉴定  AMF 物种，”Mycophyto 公司的联合创始人兼首席执行官 Justine Lipuma 解释说，“这让我们能够观察到这样一个事实，即某些物种只存在于特定的土壤环境中，而不存在于其他环境。”

为了完成这一过程，该公司使用了基于人工智能（AI）的预测模型，“该模型整合了那些被认为会影响物种存在的数据（如气候、土壤化学等），并会根据 GPS 坐标预测这些物种的存在。”Lipuma 评论道。

目前，Mycophyto 公司已经在与葡萄种植者合作，最大限度地延长土壤的寿命，以便种植更能抵抗干旱和疾病的藤本植物。这家创业公司发展迅速，并且已经瞄准了其他市场，如家庭园艺或树木栽培。

另一家采用数据驱动方法的公司是 Biome Makers。该公司于 2015 年成立，将 DNA 测序与 AI 相结合，并使用了一个包含 1000 万个微生物和 3.5 万个土壤样本的全球数据库。 

该公司正在帮助农民更好地了解他们土地中的土壤微生物组是如何影响特定作物的生长的。据该公司称，这种方法被葡萄牙的大型橄榄油生产商用于获取更多有关土壤中微生物相互作用的信息。通过这种方式，橄榄油生产商可以采取能保留调动最多养分的微生物群落的土壤策略。

正如 Bonk 所证实的那样，从研究的角度来看，使用 AI 的潜力是巨大的。但是，他也说他们当前的方法中没有使用 AI。“我们相信，从经济和有效性的角度来看，廉价的细菌肥料生产、简单的应用和精心选择的土壤微生物组指数，将优于详细和全面的土壤微生物组测绘。”

农民有最后发言权

在农业中采用新的基于微生物组的解决方案的一个常见障碍是，许多农民一直在考虑利润的问题，因此，他们不太愿意接受任何替代方法。德国哥廷根大学温带生态系统土壤科学系主任 Yakov Kuzyakov 教授说：“一些改善土壤健康的技术实际上已经众所周知。”

Kuzyakov 指出，推广一些可持续应用的关键问题之一是农民是否会使用它们。“它不便宜，而且可能会导致产量下降。”

西班牙南部穆尔西亚的 La Junquera 农场的农场主 Alfonso Chico de Guzmán 在过去几年里一直在采用可持续方法，但他并没有采用基于微生物组的生物技术。

“事实上，我还没有在我的土壤上使用这些产品……有些人说它们非常有效；有些人则持相反意见。”de Guzmán 说。不管怎样，他都期待着发现新的改进。“我们仍在使用传统方法进行土壤分析……但我相信采用新技术会非常有趣。”

正如 Bonk 所说，土壤微生物组的应用可能很快就会扩大：“由于合成肥料价格的上涨，细菌肥料可能会出现发展势头，经济性将成为主要的驱动力。”

很长一段时间以来，欧洲大部分农业用地一直专注于单一耕种：短期内效率更高，但从长远来看是不可持续发展的。葡萄牙农场 Quinta da Cholda 就是这样，直到农场主人 João Coimbra 意识到这一点，于是他试图了解土壤的每一个细节，并将其变成可持续发展的典范。

“我们必须了解我们的土壤，”Coimbra 在欧洲农业生产力与可持续的欧洲创新伙伴关系计划组织的研讨会上建议道，“有些部分需要施肥，有些则不需要，只需与牲畜一起促进土壤健康。”

“今天，所有农民都在问他们自己同样的问题：如何用更少的资源生产出更好、更多的产品。”Lipuma 总结道。她认为，一些农民不愿使用基于微生物组的产品，是由于缺乏对该方向的认同，以及市场上缺乏有效的产品。

为了满足土壤和生产者的需求，解决方案必须易于获取且方便使用，以便融入到农业模式中。Lipuma 说：“要做到这一点，必须为创业公司提供一定的手段——一旦它们的解决方案被证明有效，就能够快速地实现工业化。”

她总结道：“创业公司必须团结起来，这就是我们在数字农场中正在做的事情。”

原文链接：

https://www.labiotech.eu/in-depth/microbiome-soil-agriculture-europe/

作者｜CARLOS DE ROJAS

编译｜szq

审校 | 617

编辑 | 咲

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