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花匠小妙招
2024-09-02 13:45

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REVIEW | RESTORATION ECOLOGY

土壤微生物群作为游戏改变者，以恢复退化的土地

世界各地的土壤因人类活动而日益退化，特别是在旱地。土地退化对土壤水文功能产生负面影响，从而影响土壤提供的生态系统服务。土壤微生物可能在退化土壤的恢复中发挥重要作用，积极影响土壤的含水量和其他物理特性。

Coban et al. 2022 in Science, 回顾了微生物在土地恢复技术中的应用现状，土壤恢复潜力最大的微生物群，微生物对土壤物理性质影响的知识，并提出了长期恢复退化土地的策略。还强调需要推进生物物理景观相互作用的新兴研究领域，以支持土壤-植物生态系统恢复实践。ー AMS

BACKGROUND

土壤是地球的活皮肤，它提供了对生命至关重要的生态系统服务：土壤充当了水的过滤器和储藏器，提供了一种生长介质，为植物和异养生物提供水和养分，为多种生物提供栖息地，是我们大多数抗生素的来源。气候变化、人口增长和土地退化，包括碳流失、生物多样性下降和侵蚀，对人类的挑战越来越大。特别是，土地退化减少了土壤水文功能，从而减少了其他几个生态系统服务。这些影响通过改变水力功能、渗透和土壤水分储存、碳循环、生物活动、营养物质和污染物的运输以及植物生长而发生。

需要理解和扭转全球环境变化和相关土壤退化的影响，因为生物多样性、粮食生产、气候调节和人们的生计日益受到土壤生态系统退化的影响。土壤生物群和土壤水文功能之间的相互作用在包括水和碳循环在内的许多生物地球化学循环中起着至关重要的作用。微生物通过调节养分循环、分解有机物质、确定土壤结构、抑制植物病害和支持植物生产力，主宰土壤生命并发挥一系列重要的土壤功能。微生物的存在及其活性可以多种方式影响土壤结构和水力性质。案例研究表明，微生物在恢复土壤功能方面具有改变游戏规则的潜力。然而，土壤微生物群在形成和维持土壤中的作用历来被忽视。

ADVANCES

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，而且可以被操纵以促进退化生态系统的恢复。在过去的十年中，越来越多的研究表明，使用微生物作为生态系统介质，特别是提高作物产量，并为旱地恢复设计微生物。

目前大多数实验方法侧重于监测与土地恢复相关的微生物群落的变化；然而，微生物也是生态系统变化的促进者，而不仅仅是跟随者。

本文回顾了微生物如何帮助解决不同类型的土地退化问题，重点关注物理土壤流失和转化、土壤化学性质损失和污染。讨论了土壤恢复中最有价值的微生物群（即植物生长促进根际细菌、固氮细菌和菌根真菌），重点是旱地和植物-微生物相互作用研究的进展。

回顾了微生物对土壤物理性质，特别是孔隙尺度水力性质的已知影响，并讨论了退化土地长期恢复的未来策略。我们还确定了迄今为止阻碍理解土壤生物物理过程进展的方法学挑战。

Fig. 4. Comparison of healthy and degraded land. L

OUTLOOK

微生物可以在恢复退化土地、改善土壤水力特性(如渗透和持水)和降低土壤疏水性方面发挥主导作用，这些因素共同促进生态系统的恢复。未来更需要研究利用微生物恢复退化土壤的机制。鉴于淡水对陆地生物的重要作用以及缺乏水文恢复方面的研究，作者特别主张利用微生物对退化土壤进行水文恢复方面的研究。作者认为，微生物可以改善土壤的水力性质，如入渗和持水，并降低土壤的疏水性。

随着新的有机物质来自微生物，这将促进植物生长和促进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，迄今为止这方面的合作很少。了解土壤微生物的动态和相互关联的水文过程将为恢复实践奠定基础，从而恢复土壤生态系统的弹性。

About the Author

Oksana Coban，

Doctor of Philosophy，

PostDoc Position at NASA，

Postdoc at Wageningen University & Research

I am a passionate environmental scientist with expertise in microbial ecology, astrobiology, soil sciences, and biogeochemistry. Currently I am starting working in a new role as a Scientific Managing Editor at Agricultural journals at Elsevier. My research interests extend from water (bio)remediation and elemental cycles to life origin and evolution. I won two prestigious fellowships that are NASA Postdoctoral Fellowship and EU Marie-Curie ITN as well as I received NASA Exobiology grant 2017 as a Co-I. I took part in organizing conferences, was serving as a panel reviewer for NASA funding programs, and I am an invited peer reviewer for more than twenty scientific journals. My international experience includes working as a part of EU project that comprised five European countries, working and living in three countries on two continents within the last seven years, and I also speak six languages.

原文信息

Coban, O., De Deyn, G. B., & van der Ploeg, M. (2022). Soil microbiota as game-changers in restoration of degraded lands. Science (New York, N.Y.), 375(6584), abe0725. https:///10.1126/science.abe0725