中國歷經(jīng)59年研究，找到利用遠古微生物將沙地轉化為土壤的方法

長期以來，中國都在大力治理沙地，以對抗日益嚴重的土地沙漠化。

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

△ 毛烏素沙漠的前后對比

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？

這個其實是多方面造成的：

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

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

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

更重要的是，沙丘是會移動的，風一吹，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。

中國治沙的第一步就是用干草扎進沙里，制造“草方格”，其作用便是固定流沙，減緩風速。

然后種植“先鋒植物”，例如沙棘、梭梭樹等耐旱植物，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，但這是一個艱難、緩慢的過程。

好消息是，中國科學家歷時59年，找到了一種非常高效的方式，一些遠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變，而利用微生物的話，最快只需10個月。

那么，這個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”

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

直到植物覆蓋了陸地，帶來了生機，也徹底改變了陸地的演變方式。

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

這種初代“陸地改造者”便是藍藻，也是如今中國科學家治沙的微生物。

△ 藍藻（藍細菌）

藍藻可能在大約35億年前就已經(jīng)在海洋進化，它們采用與當時其它生命完全不同的方式生存。

它們學會了光合作用，利用陽光和當時空氣中含量最高的氣體成分之一——二氧化碳，來生產(chǎn)氧氣和糖。

光合作用讓藍藻獲得前所未有的成功，以至于它們在大約25億年前制造了地球生命史上最大的“災難”之一——大氧化事件。

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

藍藻是最早進入陸地的生命之一。

△ 沙漠石英巖上的低脂藍藻，?Ed Rybicki.

這些生物在陸地上做了許多事，例如：

一些藍藻分泌出黏性物質(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氣轉化為植物能吸收的氨（固氮）。

這些都對后來植物的登陸至關重要。

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

我們可以利用藍藻治沙嗎？

事實證明，確實可以利用藍藻治沙。

中國科學家分析了長達59年的田間實驗的樣本——這是同類實驗中持續(xù)時間最長的，他們發(fā)現(xiàn)只要選擇合適的“荒漠藍藻”，它們不僅可以在沙漠上產(chǎn)生生物土壤結皮（也叫沙結皮），而且比自然形成的生物土壤結皮更出色。

△ 人工藍藻結皮

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

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

更重要的是，經(jīng)過技術的改良，如今這種“人工造土”操作起來還非常簡單。

最初，科學家是通過重型機械將荒漠藍藻噴灑到有穩(wěn)定措施的沙面上，讓其快速生長。

這種方式不僅需要強大的電力支持，而且還需要將重型機械開到偏遠的沙丘地帶，無論是電力，還是在沙丘上移動重型機械，都是非常困難的，所以并不好實施。

而如今，中國科學家已經(jīng)將這些荒漠藍藻制成干燥的、便攜的“種子”，并將其與有機物混合，只要通過無人機將它們運送到相應的沙丘地帶播撒即可。

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

據(jù)報道，未來五年中國計劃利用這些固體種子修復近10萬畝沙漠。

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：
  https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2019.107665