土壤生物多样性为农业生产的可持续发展护航
土壤生物多样性及其所提供的生态系统服务对全球生态系统至关重要， 在解决粮食安全、境污染、气候变化及公共卫生等全球重大问题方面起着关键作用。由于全球气候变化和人类活动的干扰， 土壤生物多样性下降风险加剧， 要多管齐下保护土壤生物多样性。
LorMe实验室对文中土壤生物多样性和农业生产部分进行深入解读和拓展，本文由韦中老师指导，胡洁博士以及环科191班吴晨曦、环工类2002班国霁格和温睿三位本科生共同撰写。
可知道，看似平平无奇的土壤，实则藏着大大的玄机，不计其数的生物类群栖息其间，共同构成了一个庞大且复杂的土壤生物王国。正如人类的王国一样，它们其中也同样存在着善恶之争。在健康的土壤-植物系统中，有益和有害生物势均力敌、不分伯仲，基本保持实力持平的相互制衡。虽然它们被分别贴上了“有益”和“有害”的标签，但对于维持土壤系统平衡稳定来说，无论有益有害，都是不能缺席的重要存在。它们一同构成土壤生物多样性，共同决定着土壤-植物系统的健康状况和可持续发展。自然界中普遍存在的“闭环思维”在此亦是得到充分的展现。肥沃而健康的土壤孕育了这群可爱的生灵，它们在生长、繁衍的同时也保障、维持着土壤的健康。你可能不相信，它们渺小身躯中藏着多么巨大的能量，对土壤来说它们有多么重要，那就先让我们一起看看这些小生物有哪些“丰功伟绩”吧！
图/张耀予绘
首先，微生物可以提升土壤肥力，促进植物的生长。例如，一些细菌和真菌能够将土壤中原本的有机物，转化为植物能够直接吸收利用矿物质，使得植物获取更充足的养分；有的微生物可以通过分泌粘性多糖，将土壤小颗粒粘合在一起，让土壤的结构更加稳定，以防止土壤被侵蚀；还有一些微生物可以共同维持植物激素的分泌平衡，提升植物应对非生物胁迫的能力，同时也能有效保护它们免受害虫、寄生虫和病原体的侵害。
其次，生物多样性可以优化生态系统的服务、提升生态系统的能效，减少极端气候的发生以及其他环境扰动。或许令你吃惊的是，微生物多样性居然具备“无中生有”的魔力！一些植物生长必不可少的功能需要在他们魔法般的驱动下发挥效应，比如养分循环、抑病能力及激素生产等等。由此，土壤生物多样性的重要之处可见一斑。
再次，别看土壤微生物个头小，他们却可以充当植物的“保护神”和“生长助推器”。有的微生物能够产生一类特殊的物质，在抑制植物病原菌生长繁殖的同时促进植物生长。举个例子，目前已发现单菌产生的挥发性有机化合物（VOCs）就同时具有上述两种功能，这种挥发性有机化合物（VOCs）是微生物在代谢过程中产生的。同时，它的产生也是微生物发挥长距离作用的一种形式，它可以穿过土壤孔隙，在根际处调节植物和微生物的生长以及相互作用。
图/联合国粮食及农业组织
现在，我们来做一步糟糕设想——假如土壤-植物系统生物群落动态平衡被打破，那么环境将会发生什么变化？这些变化会集中表现为土壤有害生物在生长中获得优势，有害生物（如病原细菌或病原真菌）就会利用这种优势大量繁殖占据主导地位，危害植物根际健康，并以此为基础，通过根际入侵植物，让植物生病，无法健康生长，从而引发土传病害。专家们预测，2050年全球都会面临土传病害的巨大挑战，必须要全面行动起来。
与人类不同的是，植物除了通过自身免疫抵御病原菌侵染，还能借助其根系周围的微生物群落保护自己，维持自身健康。植物根际微生物并不是独立存在的，而是聚集形成的一个互作密切的群落，用它们小小的躯体筑起保护植物免受土传病原菌侵染的第一道生物防线。土传病原菌入侵植物根际时，就好比敌方主力攻至我方城池下；根际土著土壤微生物多样性越高，占据的根际生态位越多，留给病原菌的生态位越少，就好比我方派兵把守的垛口越多，则敌军攀爬城墙、翻越城楼的可能性越小；多样化的微生物群落互作网络越密集，植物感染病菌的概率越小，就好比我军齐心协力、团结互助、一致对外，那么抵御和战胜敌军的实力就会越强。所以，我们不得不说，在植物根系周围生活的细菌、真菌、病毒和原生动物等微生物对植物的健康生长实在至关重要。
图/联合国粮食及农业组织
基于土壤有益微生物的重要功能，人们研究出一创新举措：向土壤接种功能微生物。这种方法一方面把关键的功能微生物引入到土壤环境中，另一方面还有助于提高土壤微生物群落的多样性，因而对植物生长、抗逆和抑制土传病害发生都有重要帮助。例如，施用生物有机肥（含有功能微生物的有机肥）能很好地控制土传病害。其中一个重要原因是，有机肥是“粮草”，功能菌是打仗的“士兵”，有精兵和粮草，胜利的把握会大很多。另外一个值得关注的策略是“噬菌体疗法”，就是通过在根际土壤引入专一靶向侵染病原菌的噬菌体（细菌的病毒），可以大大降低病原菌的数量。一方面可以削弱病原菌在根际的竞争能力，还可以恢复和提升根际微生物群落多样性，尤其是能够让一些竞争能力强的微生物能重新占据根际生态位，进而维持了土壤-植物系统健康。同时，与抗生素等化学疗法相比，噬菌体疗法不是攻击整个细菌群体，而是特异性攻击宿主细菌，不会影响非宿主细菌，从而维持微生物群落的稳定性和多样性。现今，相关领域已经有不少引入专一靶向的噬菌体、减少土壤病害的应用，如利用噬菌体防治番茄和烟草的青枯菌、苹果的欧文氏菌、水稻的黄单胞菌等。
除了土传病原菌的侵染，在全球气候变化和人类活动日益频繁的大背景下，植物还面临着旱涝、有机污染物、重金属污染等严重的非生物胁迫。同时，环境保护、粮食安全、资源利用与农业可持续协同发展也面临着前所未有的挑战。如果想要成功应对这一挑战，那么保护土壤生物多样性，恢复土壤生态系统功能多样性，提升土壤健康水平等工作必须提上日程、刻不容缓。
综上，恢复和提高土壤微生物多样性是实现土壤健康和农业绿色发展的根本措施之一，保护土壤生物多样性，需要我们的行动！
视频/联合国粮食及农业组织
南京农业大学-土壤微生物与有机肥料团队
微生态与根际健康实验室
Lab of rhizosphere Micro-ecology
立足国家需求，探索学科交叉，引领国际前沿
开展微生态研究、致力于根际健康提升、培养一流创新人才
竞争求发展，合作谋共赢Competition & Cooperation
感谢您的关注和支持！