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。
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△ 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。
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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?
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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。
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△ 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。
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△ 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。
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△ 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。
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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
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