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。
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△ 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。
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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(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?
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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(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。
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△ 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。
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△ 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。
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△ 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。
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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
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