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泥土有“你”,更绽芬芳

日期:2024-05-13 19:01:07 点击:4432次 来源:本站

摘要: 万物土中生,中国人很早就总结出了土壤的这种属性,认识到它的重要性。土壤是我们脚下的默默无闻之地,却维持着地球陆地生态系统重要的生命和功能,与人类的健康和福祉息息相关。土壤的奇妙之处在于它是一个复杂而精致的微观世界,居住着诸多需要在显微镜下才能观察到的动物和微生物。正是这些生物之间的“互动和交流”,支


万物土中生,中国人很早就总结出了土壤的这种属性,认识到它的重要性。土壤是我们脚下的默默无闻之地,却维持着地球陆地生态系统重要的生命和功能,与人类的健康和福祉息息相关。土壤的奇妙之处在于它是一个复杂而精致的微观世界,居住着诸多需要在显微镜下才能观察到的动物和微生物。正是这些生物之间的“互动和交流”,支撑着土壤功能的发挥。然而,对于这个微观世界的运行规律及其对人类健康的影响,大众的认识和关注十分有限。身为土壤动物和微生物领域的研究学者,我非常乐意在这个平台分享一些这方面的有趣知识。

土壤是一个复杂的生命体,它像人类一样,也会存在体质下降甚至生病的现象,而人类的活动往往是导致土壤问题的重要因素。近几十年来,我国经济的高速发展伴随着人们高强度的生产活动对土壤造成了严重干扰。为了摸清当前土壤的健康状况,第三次全国土壤普查于今年正式启动。这次普查相较于以往两次的很大不同之处在于,首次将土壤动物与微生物纳入调查范围,凸显了国家对于土壤生物在维持土壤健康中的关键作用的高度认可。其中,以大型土壤动物蚯蚓和小型土壤动物线虫为代表性土壤动物纳入普查当中,充分体现了这两类土壤动物的重要性。因此,我将以这两种土壤动物为例,讲述它们如何影响土壤健康和人类福祉,以及我们应该如何采取行动来保护它们。


一、降解废物,改造环境

蚯蚓,这些看似外表丑陋、行动迟缓、又聋又哑的小小生物,在地球陆地生态系统中默默无闻地发挥着大大的作用。早在150年前,达尔文就发现了蚯蚓的大智慧,并且在随后的40年研究生涯中对蚯蚓情有独钟,在最后一部科学著作中盛赞它们是“地球上最有价值的生物”。除了达尔文冠以的这项最高荣誉之外,蚯蚓还享有众多美誉,如土壤的“耕耘者”、植物的“营养师”、环境的“清道夫”、自然界的“第一劳动者”和默默无闻的“地下工作者”等等。

蚯蚓之所以备受推崇,与其强大的分解能力密不可分。它们以土壤和凋落的植物残体为食,凭借“粗茶淡饭”维持生存。然而,它们惊人的食量对于降解地球上的废弃物、改善环境发挥着无法比拟的作用。蚯蚓的分解能力被广泛应用于处理人类生产生活带来的的各类有机固体废弃物,如农作物秸秆、畜禽粪便和餐厨垃圾等(图1),极大地减轻了人类对地球造成的负担。蚯蚓处理这些废弃物的独特优势在于其肠道内的微生物。蚯蚓肠道中拥有一支独特而强大的微生物团队,富含大量的厌氧或兼性厌氧微生物,包括细菌、真菌、原生生物等。它们与蚯蚓共同进化了数亿年,对降解固体废弃物发挥着关键作用。蚯蚓肠道是一个天然的发酵体系,其微生物能够释放多种酶和有机酸等化合物促进有机废弃物的分解。蚯蚓过腹后的有机物料养分损失少,产生的蚯蚓粪在物理、化学和生物学性质上更加稳定和优质,被誉为“有机肥之王”。蚓粪中的抗生素和重金属等有害物质浓度大大降低,是更为生态环保的肥料,被广泛用于改良贫瘠和受到盐碱化、污染等危害的土壤。


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蚯蚓肠道微生物的降解作用还体现在它们能够减轻土壤中的重金属和农药等有机污染物的浓度。对于重金属,这些微生物具备耐受性和转化能力,能够将重金属转变为难溶的形式,从而降低对环境的污染。此外,它们还能与重金属形成络合物,有效减缓了重金属在食物链中的传递。对于有机污染物,蚯蚓肠道微生物能够分泌多种酶,将复杂的有机分子分解为更容易处理的化合物,有力地减缓了有机污染的扩散。这些微生物的多样性非常丰富,它们之间存在高度的跨界互作,共同影响着固体废弃物、重金属和有机污染物的降解,为地球环境的改造贡献着默默而重要的力量。


二、守护平衡,维持秩序

与家喻户晓的蚯蚓相比,绝大多数人对于线虫这类小型的土壤动物几乎一无所知。究其原因主要是因为它们的体型微小,需要借助显微镜才能看到,因此一般人无法见到它们的样貌(图2)。然而,土壤线虫却是目前已知数量最庞大、多样性最丰富的土壤动物。虽然其中包含一小部分对植物构成威胁的寄生性线虫,以及对防控植物虫害有益的昆虫病原线虫,但绝大多数线虫是对植物和人类有益的自由生活线虫。它们在土壤水膜中自由游动,以细菌、真菌和原生动物等为食,通过捕食的方式,维持着细菌和真菌群落的平衡和秩序,为土壤生态系统注入不可或缺的活力。


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和诸如熊猫等许多大型动物一样,这些土壤自由生活线虫也对某些食物有着特别的喜好,它们对某些类型的细菌和真菌情有独钟,更喜欢捕食这些微生物而非其他种类。这种偏好性取食对土壤中微生物群体的发展起到了推动作用,使它们保持更好的生命力,从而发挥更好的作用。此外,自由生活线虫还在土壤生态系统中扮演着“调解者”的角色,对于维持微生物的多样性和群落的构成至关重要。当某一种微生物的数量过多的时候,线虫通过捕食降低它们的数量,从而释放出生态位给其他微生物,通过避免“一家独大”来维持整个微生物群落的平衡和稳定。这种平衡有助于抵抗入侵植物根部的病原菌,维护植物的健康状态。因此,如果土壤中缺失这些自由生活线虫,植物根部可能受到青枯菌等病原菌的侵袭,导致植物早早萎蔫和死亡;而当这些线虫存在时,它们能够阻止病原菌侵入植物根部,有助于植物保持健康(图3)。


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三、供应养分,营养植物

蚯蚓和线虫还是土壤中“移动和持久的肥料源”,其肥力不逊于常见的化肥和有机肥。作为大型土壤动物,蚯蚓不停在土壤中钻来钻去,能够显著改善土壤的质地和透气性,使空气更容易渗透,水分更容易吸收。这种土壤改良对于植物的根系生长和土壤水分的保持都有积极作用。更重要的是,蚯蚓通过食用土壤中的有机物质,将其消化成富含氮、磷、钾等关键养分的蚓粪。这种蚓粪不仅提高了土壤的养分含量,还为植物提供了易于吸收的养分,从而促进了植物的健康生长。

线虫这类小型土壤动物在养分方面的贡献也不容小觑。它们通过自身的代谢过程直接释放氮素、磷素等重要养分到土壤中。另外,它们对细菌和真菌的捕食也能够激发微生物的活跃性,加速微生物群落的演替和周转,从而促进微生物分解更多的土壤有机质和养分。其中一个重要的过程是,线虫的捕食促使许多原本难以直接利用的养分转化为植物可直接吸收的形式。这意味着它们不仅为土壤提供了更丰富的养分,也确保这些养分能够持续不断地供应给植物,推动植物的生长。这个过程对于在没有人为施肥的情况下保持土壤肥力至关重要,也是土壤能够自然维持肥力的重要原因之一。

每逢雨过天晴,地上常散布着若干躺在那里的蚯蚓,它们时常被无视和碾压。在我年少时,我曾毫不留情地对它们拨弄、玩耍。然而,如今我会以一种敬重的心情将它们轻轻拾起,归还到旁边的草丛。这种对蚯蚓态度的变化源自于我对它们更深层次的了解。尽管在此,我只提及了土壤动物对地球和人类的三大功能贡献,但实际上,它们的作用远不止于此,是不可替代的。对于这些默默奉献的存在,我们应该抱以真挚感激之心,共同努力保护这些脆弱而珍贵的小生命。我们有道义和责任去保护它们,避免过度使用化肥和农药,减少对土壤的过度耕作和扰动,以维护它们的栖息地。如此一来,这些小动物们也会更好地为地球和人类服务,为地球注入更多生机和可持续的未来。


作者简介:刘婷:女,1989年9月出生,南京农业大学资源与环境科学学院,土壤生态系,副教授。南京农业大学土壤学博士、生态学博士后,加拿大McGill University联合培养博士。主要从事土壤动物生态功能研究。目前承担《统计生态学》和《农业面源污染与生态治理》等专业课的教学工作。主持国家自然科学基金青年和面上、国家重点研发子课题、国家科技基础资源调查专项课题等。以第一或通讯作者在Trends in Plant Science, Nature Communications, Current Biology, New Phytologist等国际权威期刊发表论文近20篇。自2020年5月至今为土壤学顶刊Soil Biology & Biochemistry编委。(作者:南京农业大学资源与环境科学学院 刘婷)


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责任编辑:绍新广

(原标题:泥土有“你”,更绽芬芳)


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