中國(guó)歷經(jīng)59年研究，找到利用遠(yuǎn)古微生物將沙地轉(zhuǎn)化為土壤的方法

長(zhǎng)期以來(lái)，中國(guó)都在大力治理沙地，以對(duì)抗日益嚴(yán)重的土地沙漠化。

在幾代治沙人的努力下，陜西省的毛烏素沙漠，或許將成為中國(guó)第一個(gè)消失的沙漠，這是人類的壯舉。

△ 毛烏素沙漠的前后對(duì)比

沙地是生命的禁區(qū)！

在沙地上種植植物非常困難，所以即便是像毛烏素這種降水量還比較高的沙地，治理難度依然很大。

很多人不理解的是，沙子也是土，為什么就難以種植植物呢？

這個(gè)其實(shí)是多方面造成的：

沙地難以保留水分，降雨帶來(lái)的水分會(huì)在短時(shí)間內(nèi)滲入植物根系無(wú)法到達(dá)的深度，而真正的土壤則會(huì)像海綿一樣留住水分，滋養(yǎng)植物；

沙子的比熱容很低，這意味著它會(huì)有極大的晝夜溫度變化，植物也難以適應(yīng)這種溫度變化；

沙地還非常貧瘠，極度缺少植物生長(zhǎng)生存所需的養(yǎng)分，即便人工施肥，養(yǎng)分也會(huì)像水分一樣難以被吸附住；

更重要的是，沙丘是會(huì)移動(dòng)的，風(fēng)一吹，植物的幼苗要么被沙塵暴連根拔起，要么被厚厚的流沙直接掩埋窒息。

中國(guó)治沙的第一步就是用干草扎進(jìn)沙里，制造“草方格”，其作用便是固定流沙，減緩風(fēng)速。

然后種植“先鋒植物”，例如沙棘、梭梭樹(shù)等耐旱植物，最后還需要定期向土壤投入約束劑，讓沙地快速變成土壤。

直到“沙變土”，才算是真正治沙的成功，但這是一個(gè)艱難、緩慢的過(guò)程。

好消息是，中國(guó)科學(xué)家歷時(shí)59年，找到了一種非常高效的方式，一些遠(yuǎn)古微生物可以快速完成“沙變土”。

傳統(tǒng)的治沙方法，最快也需要15年才能讓沙地向土壤轉(zhuǎn)變，而利用微生物的話，最快只需10個(gè)月。

那么，這個(gè)里程碑式的研究成果到底是怎么回事？這種微生物又是什么呢？

初代“陸地改造者”

地球生命開(kāi)始于海洋，最初的陸地是生命禁區(qū)，非常荒涼，可以說(shuō)和現(xiàn)在的沙漠沒(méi)有太大區(qū)別。

直到植物覆蓋了陸地，帶來(lái)了生機(jī)，也徹底改變了陸地的演變方式。

然而，在植物登陸之前，其實(shí)早就已經(jīng)有一類微生物作為陸地改造的“先鋒部隊(duì)”在陸地上生長(zhǎng)，是它們讓陸地變得適合植物生長(zhǎng)。

這種初代“陸地改造者”便是藍(lán)藻，也是如今中國(guó)科學(xué)家治沙的微生物。

△ 藍(lán)藻（藍(lán)細(xì)菌）

藍(lán)藻可能在大約35億年前就已經(jīng)在海洋進(jìn)化，它們采用與當(dāng)時(shí)其它生命完全不同的方式生存。

它們學(xué)會(huì)了光合作用，利用陽(yáng)光和當(dāng)時(shí)空氣中含量最高的氣體成分之一——二氧化碳，來(lái)生產(chǎn)氧氣和糖。

光合作用讓藍(lán)藻獲得前所未有的成功，以至于它們?cè)诖蠹s25億年前制造了地球生命史上最大的“災(zāi)難”之一——大氧化事件。

隨著大氣中氧氣濃度的增加，臭氧層開(kāi)始形成，這減弱了紫外線的傷害，生命總算可以進(jìn)入陸地生長(zhǎng)。

藍(lán)藻是最早進(jìn)入陸地的生命之一。

△ 沙漠石英巖上的低脂藍(lán)藻，?Ed Rybicki.

這些生物在陸地上做了許多事，例如：

一些藍(lán)藻分泌出黏性物質(zhì)（胞外多糖）把松散的礦物質(zhì)顆粒粘在一起，防止水土流失；另外一些則把空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)化為植物能吸收的氨（固氮）。

這些都對(duì)后來(lái)植物的登陸至關(guān)重要。

您會(huì)發(fā)現(xiàn)，藍(lán)藻改變陸地，讓陸地變成適合植物生長(zhǎng)的環(huán)境，這和我們治理沙地如出一轍。

我們可以利用藍(lán)藻治沙嗎？

事實(shí)證明，確實(shí)可以利用藍(lán)藻治沙。

中國(guó)科學(xué)家分析了長(zhǎng)達(dá)59年的田間實(shí)驗(yàn)的樣本——這是同類實(shí)驗(yàn)中持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的，他們發(fā)現(xiàn)只要選擇合適的“荒漠藍(lán)藻”，它們不僅可以在沙漠上產(chǎn)生生物土壤結(jié)皮（也叫沙結(jié)皮），而且比自然形成的生物土壤結(jié)皮更出色。

△ 人工藍(lán)藻結(jié)皮

例如，荒漠藍(lán)藻形成的沙結(jié)皮，其碳和氮的積累顯著高于自然形成的，而且其與結(jié)皮的年齡直接相關(guān)。

另外，就是在效率上，荒漠藍(lán)藻通常只要1-2年就可以形成沙結(jié)皮，而在自然條件下，形成穩(wěn)定的沙結(jié)皮需要15年時(shí)間。

更重要的是，經(jīng)過(guò)技術(shù)的改良，如今這種“人工造土”操作起來(lái)還非常簡(jiǎn)單。

最初，科學(xué)家是通過(guò)重型機(jī)械將荒漠藍(lán)藻噴灑到有穩(wěn)定措施的沙面上，讓其快速生長(zhǎng)。

這種方式不僅需要強(qiáng)大的電力支持，而且還需要將重型機(jī)械開(kāi)到偏遠(yuǎn)的沙丘地帶，無(wú)論是電力，還是在沙丘上移動(dòng)重型機(jī)械，都是非常困難的，所以并不好實(shí)施。

而如今，中國(guó)科學(xué)家已經(jīng)將這些荒漠藍(lán)藻制成干燥的、便攜的“種子”，并將其與有機(jī)物混合，只要通過(guò)無(wú)人機(jī)將它們運(yùn)送到相應(yīng)的沙丘地帶播撒即可。

下雨時(shí)，這些“種子”就會(huì)自然蘇醒，并分泌出黏性物質(zhì)將沙子凝結(jié)在一起，形成適合植物生長(zhǎng)的土壤。

據(jù)報(bào)道，未來(lái)五年中國(guó)計(jì)劃利用這些固體種子修復(fù)近10萬(wàn)畝沙漠。

參考：

• [1].https://www.zmescience.com/ecology/china-microbe-seeds-stop-desertification/
• [2].https://www.cas.cn/cm/202407/t20240715_5025436.shtml
• 文獻(xiàn)：
  https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2019.107665