土壤微生物是退化土地恢复的变局者
2022-03-22
      土地退化削弱了土壤的功能,降低了土壤提供生态系统服务的能力。土壤水文功能对防治土壤退化和促进土壤恢复至关重要。土壤微生物影响土壤水文功能,但它们在形成和维持土壤过程中的作用尚未得到充分探讨。案例研究表明,土壤微生物在恢复土壤功能方面具有充当变局者的潜力。本综述回顾了微生物在土地恢复技术中的应用现状、具有最大土壤恢复潜力的微生物类群,以及微生物对土壤物理性质影响的研究进展,并提出了退化土地恢复的长期策略。本综述还强调需要推进新兴的生物物理景观互作领域的研究,以促进土壤-植物生态系统的恢复实现。

有人提出,微生物群落不仅是生态系统健康和恢复水平的指标,而且可以通过调控微生物群落来促进退化生态系统的恢复。在过去十年中,越来越多的研究建议利用微生物作为中介来改造生态系统,特别是在提高作物产量和恢复旱地等领域。目前大多数实验方法都集中在监测与土地恢复相关的微生物群落变化,然而,微生物不仅仅是生态系统变化的响应者,还是其参与者。我们综述了微生物如何解决不同类型土地退化的问题方面的研究进展,重点关注土壤物理的流失转化、化学的损失和污染。讨论了可能对土壤恢复最有价值的微生物群以及旱地中植物-微生物相互作用研究的进展。综述了微生物对土壤物理,特别是孔隙尺度的水文特性的已知影响,并讨论了未来退化土地的长期恢复策略。我们还确定了迄今为止阻碍人类理解土壤生物物理过程的技术挑战。

微生物可以在恢复退化土地、改善土壤水文特性以及降低土壤疏水性方面发挥主导作用,这些作用共同促进了生态系统的恢复。我们提倡开展利用微生物恢复退化土壤的机制研究。鉴于淡水供应对陆地生物的关键作用和水文恢复研究的缺乏,我们特别提倡利用微生物对退化土壤的水文恢复进行研究。我们认为,微生物可以改善土壤的水文性质,如渗透性和保水性,并降低土壤的疏水性。加上来自微生物的有机物质,会促进植物生长,并有利于进一步恢复生态系统。这种恢复战略需要微生物学和土壤水文学研究领域的合作,但迄今为止这方面的合作很少。了解土壤微生物的动态和相关的水文过程将为恢复土壤生态系统的恢复实践奠定基础。

无论是死的还是活的,土壤微生物都对陆地生物圈中碳的生物地球化学循环发挥着重要作用。但是,死亡对于构成土壤微生物组的细菌、真菌和微型动物的具体作用是什么?

近日,一项新研究描述了活的和死的微生物如何通过形成和分解土壤有机质(地球上最大的有机碳和氮的陆地存量,以及其他重要的常量营养素和微量营养素的主要来源)来影响陆地生物地球化学。

通过塑造土壤有机质的周转,土壤微生物影响大气中 CO2 的浓度和全球气候,并有助于提供重要的生态系统服务,如土壤肥力、碳固存、植物生产力和土壤健康。

土壤微生物组是生物圈中最多样化的群落,至少拥有地球总生物多样性的四分之一。数以千万计的细菌、古细菌、真菌、病毒和微真核生物在地下共存,尽管只有几十万种被详细描述过。一克地表土壤可以包含超过 109 个细菌和古细菌细胞、数万亿个病毒和数万个原生生物。但是土壤微生物组对生物地球化学的影响远远超出了生物体的代谢活动。

研究者解释,死去的微生物在土壤中生长,因为它们的细胞残骸粘在矿物基质上。它们的死生物量可以占土壤有机质库的 50%。这意味着土壤中的死亡微生物生物量是地球上最大的有机碳储存之一。

DNA 测序和同位素追踪的新进展使团队能够了解土壤微生物的独特属性——即使是那些无法在实验室培养的微生物。通过对遗传和生化特征的分析,该团队可以推断出在复杂的土壤食物网中控制谁生谁死的生态关系。

目前团队还在开展实验,研究微生物的不同特性如何影响土壤中的有机物循环。团队成员正在努力将这种基于特征的方法整合到预测土壤生物地球化学动态的模型中,并提高预测全球碳循环变化的能力。

 

来源:微生物菌种技术及应用公众号