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2020年的12月5日是第七個世界土壤日，主題為“保持土壤生命力，保護土壤微生物多樣性”。
眾所周知，土壤猶如地球的皮膚，這里可謂微生物的“大本營”，每克土壤中的微生物數(shù)以億計、種類數(shù)以萬計，細菌、古菌、真菌、病毒以千姿百態(tài)的生存方式與人類共生。
然而，由于全球氣候變化加劇和人類活動的頻繁干擾，土壤面臨多重壓力，導(dǎo)致其生物多樣性日益受到威脅。
未來該如何保護和利用土壤微生物多樣性？中國科學(xué)院南京土壤研究所的學(xué)者為我們作出了解答。
不當(dāng)施肥令土壤越來越“瘦”
土壤養(yǎng)分是否豐富、作物產(chǎn)量高不高，是土壤健康的重要指標(biāo)。而土壤中的眾多有益微生物，是土壤健康的“隱形衛(wèi)士”，它們的存在很大程度上助益了作物產(chǎn)量提升。
中國科學(xué)院南京土壤研究所褚海燕研究團隊從2015年起在安徽蒙城的小麥試驗田進行土壤試驗，他們在刊發(fā)的研究中指出，在對土壤樣品中的細菌、真菌、線蟲等各類土壤微生物的統(tǒng)計中發(fā)現(xiàn)，“土壤中的關(guān)鍵微生物菌群，如固氮菌、解磷菌、光合菌等，能夠增強土壤中碳、氮、磷、硫等養(yǎng)分元素的循環(huán)，促進小麥對養(yǎng)分的吸收，抑制潛在植物病原菌，從而提高小麥產(chǎn)量”。
褚海燕研究團隊發(fā)現(xiàn)，這些土壤“衛(wèi)兵”有時也會受到敵人的干擾，土壤酸化就是其頭號天敵。
“土壤微生物多樣性與土壤酸堿度顯著相關(guān)，這種現(xiàn)象在北極、長白山、華北麥田土壤都得到過驗證?；实倪^量施用會造成土壤酸化，進而導(dǎo)致土壤微生物多樣性降低。”褚海燕在研究中發(fā)現(xiàn)，在砂姜黑土上長期單獨施用化肥導(dǎo)致土壤pH值下降1.5個單位，顯著降低了微生物群落的穩(wěn)定性，同時也增加了植物潛在致病菌的豐度。而在施用化肥的基礎(chǔ)上添加牛糞后，pH值恢復(fù)到7左右的正常水平。
“牛糞有一定的堿性，與化肥一起施用，可以中和土壤酸度。同時，牛糞具有很高的養(yǎng)分含量，在土壤酸堿度平衡時，能讓土壤微生物群落更穩(wěn)定，作物產(chǎn)量也更高。”褚海燕說，保護土壤中關(guān)鍵菌群的多樣性，有望達到減肥增產(chǎn)的效果。
土壤提供了微生物生長所需要的營養(yǎng)、水分、空氣、酸堿度、滲透壓和溫度等條件，所以成了微生物生活的家園。由于土壤類型、肥力水平、環(huán)境條件和季節(jié)變化等各種因素的不同，土壤微生物在種類、數(shù)量和分布上也會受到影響。
如水田和旱田中的土壤微生物組成存在明顯差異。中國科學(xué)院南京土壤研究所研究員馮有智介紹，水田中的微生物以厭氧微生物為主，例如產(chǎn)甲烷古菌；旱田則以好氧微生物為主，例如芽孢桿菌和真菌。
中國科學(xué)院南京土壤研究所研究員陳瑞蕊曾經(jīng)在江蘇常熟的水田進行試驗，她發(fā)現(xiàn)：“如果旱地和水田都長時間不施化肥，旱地的歉收程度會比水田更嚴重，這主要因為水田和旱地微生物多樣性和功能存在差異，水田中的微生物有助于累積有機質(zhì)，保持土壤肥力，所以旱地比水田更依賴化肥?！?/p>
“一窩蜂”式保護不可取
一直以來，土壤微生物被認為是土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化器、污染物的凈化器和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定器，而人類活動的加劇，如土地利用方式的改變、資源過度開發(fā)、環(huán)境污染等，使土壤微生物多樣性出現(xiàn)了明顯下降。
如何為土壤微生物營造一個美好的家？褚海燕認為，首先要針對現(xiàn)實狀況，因地制宜改善土壤生態(tài)環(huán)境。如在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中施用綠肥，或以有機肥、微生物肥料替代化肥等；在自然生態(tài)系統(tǒng)中，則可通過維持地上植物多樣性，提高輸入到土壤中的有機物數(shù)量與多樣性，為土壤微生物的生存提供良好的微環(huán)境。
“土壤微生物群落不僅包括有益微生物，還包括許多有害微生物。土壤微生物多樣性的保護是既要考慮覆蓋所有有益微生物，也不能盲目放任有害微生物?！瘪液Ｑ嗾f，應(yīng)加強土壤微生物的有益性甄別，防止“一窩蜂”式保護給有害微生物帶來可乘之機。
盡管土壤微生物多樣性的研究已經(jīng)取得了諸多進展，但土壤中到底存在多少種生物、多樣的生物群落彼此有何關(guān)聯(lián)等基本問題，尚未得出明確結(jié)論。
褚海燕等學(xué)者認為，保護和利用土壤微生物多樣性，可嘗試建設(shè)原位土壤微生物多樣性監(jiān)測平臺。褚海燕告訴記者：“我國不同地區(qū)氣候差異顯著，生態(tài)系統(tǒng)豐富，相關(guān)部門已在南北熱量梯度樣帶、東西降水梯度樣帶上，布設(shè)長期生態(tài)定位監(jiān)測站和采樣點，為未來開展土壤微生物多樣性監(jiān)測提供了很好的基礎(chǔ)。”
“將有用的微生物資源從土壤中分離、純化出來加以利用，仍然是當(dāng)前土壤微生物多樣性研究中亟待解決的大問題。因此，搭建微生物資源大數(shù)據(jù)共享平臺，推進微生物分離培養(yǎng)新技術(shù)，可以為充分開發(fā)、利用已知土壤微生物資源，提供詳細而確實的科學(xué)依據(jù)，將土壤微生物的功能發(fā)揮到實處?！瘪液Ｑ嗾f。（科技日報記者金鳳）
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