中国历经59年研究，找到利用远古微生物将沙地转化为土壤的方法

长期以来，中国都在大力治理沙地，以对抗日益严重的土地沙漠化。

在几代治沙人的努力下，陕西省的毛乌素沙漠，或许将成为中国第一个消失的沙漠，这是人类的壮举。

△ 毛乌素沙漠的前后对比

沙地是生命的禁区！

在沙地上种植植物非常困难，所以即便是像毛乌素这种降水量还比较高的沙地，治理难度依然很大。

很多人不理解的是，沙子也是土，为什么就难以种植植物呢？

这个其实是多方面造成的：

沙地难以保留水分，降雨带来的水分会在短时间内渗入植物根系无法到达的深度，而真正的土壤则会像海绵一样留住水分，滋养植物；

沙子的比热容很低，这意味着它会有极大的昼夜温度变化，植物也难以适应这种温度变化；

沙地还非常贫瘠，极度缺少植物生长生存所需的养分，即便人工施肥，养分也会像水分一样难以被吸附住；

更重要的是，沙丘是会移动的，风一吹，植物的幼苗要么被沙尘暴连根拔起，要么被厚厚的流沙直接掩埋窒息。

中国治沙的第一步就是用干草扎进沙里，制造“草方格”，其作用便是固定流沙，减缓风速。

然后种植“先锋植物”，例如沙棘、梭梭树等耐旱植物，最后还需要定期向土壤投入约束剂，让沙地快速变成土壤。

直到“沙变土”，才算是真正治沙的成功，但这是一个艰难、缓慢的过程。

好消息是，中国科学家历时59年，找到了一种非常高效的方式，一些远古微生物可以快速完成“沙变土”。

传统的治沙方法，最快也需要15年才能让沙地向土壤转变，而利用微生物的话，最快只需10个月。

那么，这个里程碑式的研究成果到底是怎么回事？这种微生物又是什么呢？

初代“陆地改造者”

地球生命开始于海洋，最初的陆地是生命禁区，非常荒凉，可以说和现在的沙漠没有太大区别。

直到植物覆盖了陆地，带来了生机，也彻底改变了陆地的演变方式。

然而，在植物登陆之前，其实早就已经有一类微生物作为陆地改造的“先锋部队”在陆地上生长，是它们让陆地变得适合植物生长。

这种初代“陆地改造者”便是蓝藻，也是如今中国科学家治沙的微生物。

△ 蓝藻（蓝细菌）

蓝藻可能在大约35亿年前就已经在海洋进化，它们采用与当时其它生命完全不同的方式生存。

它们学会了光合作用，利用阳光和当时空气中含量最高的气体成分之一——二氧化碳，来生产氧气和糖。

光合作用让蓝藻获得前所未有的成功，以至于它们在大约25亿年前制造了地球生命史上最大的“灾难”之一——大氧化事件。

随着大气中氧气浓度的增加，臭氧层开始形成，这减弱了紫外线的伤害，生命总算可以进入陆地生长。

蓝藻是最早进入陆地的生命之一。

△ 沙漠石英岩上的低脂蓝藻，©Ed Rybicki.

这些生物在陆地上做了许多事，例如：

一些蓝藻分泌出黏性物质（胞外多糖）把松散的矿物质颗粒粘在一起，防止水土流失；另外一些则把空气中的氮气转化为植物能吸收的氨（固氮）。

这些都对后来植物的登陆至关重要。

您会发现，蓝藻改变陆地，让陆地变成适合植物生长的环境，这和我们治理沙地如出一辙。

我们可以利用蓝藻治沙吗？

事实证明，确实可以利用蓝藻治沙。

中国科学家分析了长达59年的田间实验的样本——这是同类实验中持续时间最长的，他们发现只要选择合适的“荒漠蓝藻”，它们不仅可以在沙漠上产生生物土壤结皮（也叫沙结皮），而且比自然形成的生物土壤结皮更出色。

△ 人工蓝藻结皮

例如，荒漠蓝藻形成的沙结皮，其碳和氮的积累显著高于自然形成的，而且其与结皮的年龄直接相关。

另外，就是在效率上，荒漠蓝藻通常只要1-2年就可以形成沙结皮，而在自然条件下，形成稳定的沙结皮需要15年时间。

更重要的是，经过技术的改良，如今这种“人工造土”操作起来还非常简单。

最初，科学家是通过重型机械将荒漠蓝藻喷洒到有稳定措施的沙面上，让其快速生长。

这种方式不仅需要强大的电力支持，而且还需要将重型机械开到偏远的沙丘地带，无论是电力，还是在沙丘上移动重型机械，都是非常困难的，所以并不好实施。

而如今，中国科学家已经将这些荒漠蓝藻制成干燥的、便携的“种子”，并将其与有机物混合，只要通过无人机将它们运送到相应的沙丘地带播撒即可。

下雨时，这些“种子”就会自然苏醒，并分泌出黏性物质将沙子凝结在一起，形成适合植物生长的土壤。

据报道，未来五年中国计划利用这些固体种子修复近10万亩沙漠。

参考：

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