研究:復育微生物群落 有助於提升植物生長率64%

雨季期間,加里曼丹島(Kalimantan)中部的卡地南(Katingan)泥炭沼澤森林裡,一群健康的典型熱帶雨林真菌從樹枝上冒出。 圖片來源:Sigit Deni Sasmito/CIFOR
雨季期間,加里曼丹島(Kalimantan)中部的卡地南(Katingan)泥炭沼澤森林裡,一群健康的典型熱帶雨林真菌從樹枝上冒出。 圖片來源:Sigit Deni Sasmito/CIFOR
無貧窮

解決生物多樣性流失的巨大危機,或許可以從非常微小的地方著手。一份發表於《自然微生物學》(Nature Microbiology)的研究顯示,若能復育細菌、真菌、藻類與古生菌微生物群落,平均能提升植物生長率64%。科學家指出,這項發現有助於保護廣大土壤中的各種微生物,最終使生態系修復。

復育微生物群落 有助於加速植物生長率64%

這項發布在《自然微生物學》(Nature Microbiology)的研究,分析了80個橫跨於不同生態系的實驗,發現復育原生土壤微生物群落,平均有助於加速植物生長64%,其中一項案例更提升達700%。

研究主持人艾弗里爾(Colin Averill),同時是蘇黎世聯邦理工學院(ETH Zurich)柯勞瑟實驗室(Crowther Lab)的首席科學家表示,地球陸域系統每年吸收大約三成的碳排放,土壤微生物功不可沒,卻經常被忽視。「若沒有微生物群落,地球幾乎沒辦法正常運作」,艾弗里爾說。

注:微生物群落(microbiome):土壤環境中各種如細菌和真菌等微小生物。

微生物有助於土壤養分循環,增加植物對病原菌的抵抗力等。以菌根真菌為例,菌根真菌會附著在樹木和植物的根上形成特殊網絡,幫助養分和水分在不同植物之間循環,科學家稱為「全球樹木資訊網」(Wood Wide Web)。

微生物有助於土壤的養分循環、調節疾病的傳播。科學家還可以藉由分析土壤中的微生物,預測樹木與森林的生長變化。 圖片來源:FAO、Global Soil Partnership
微生物有助於土壤的養分循環、調節疾病的傳播。科學家還可以藉由分析土壤中的微生物,預測樹木與森林的生長變化。 圖片來源:FAO、Global Soil Partnership

瞭解微生物群落特徵 助預測樹木生長速度

自2000年代初期,科學界發起「地球微生物群落計畫」後,越來越多人開始重視社會微生物多樣性。「地球微生物群落計畫」的目的在於為地球建立「微生物圖譜」(microbial map),進行方式類似研究人體腸道微生物的「人類微生物群落計畫」。艾弗里爾表示,他過去三年都在將「人類微生物群落計畫」的研究方法運用在森林微生物上。

研究森林微生物時,科學家會在指定地點,採集森林生態系中的土壤樣本,再將樣本裝在袋子裡。到了實驗室後,科學家會對樣本進行基因定序,分析土壤中的微生物,進而了解森林生態系的健康狀況。

艾弗里爾解釋說,「我們可以找出微生物群落的特徵,藉此預測樹木生長的變化、森林的濕暖程度,也能確認其他關鍵因素,預測森林成長的程度」。

保護微生物多樣性須留意 勿大範圍使用單一菌種

科學家除了研究土壤生態系統外,也試著透過「土壤移植」(soil transplants)——從微生物多樣性高的健康森林取得土壤,再移植到微生物多樣性低的土地,加入復育生態系統。其他復育方法還包含使用土壤接種劑,或將微生物孢子混入水中噴灑土壤。

注:土壤接種劑:用於促進植物生長的各種微生物混合物,可改善植物營養和作物生產力,並防止土壤傳播的疾病。

「僅僅在土壤中噴灑這些多樣性高的健康微生物群,就能提升生態系統內的生物多樣性。這件事本身對農民有益,既能提高生物多樣性,同時又能增加作物產量。這種案例在生態學中很罕見。」研究作者、柯勞瑟實驗室主持人柯勞瑟(Thomas Crowther)說。

目前科學家除了研究土壤生態系統外,也試著透過「土壤移植」(soil transplants) 讓整個生態系復育得更快。 圖片來源:Patrick Shepherd/CIFOR
目前科學家除了研究土壤生態系統外,也試著透過「土壤移植」(soil transplants) 讓整個生態系復育得更快。 圖片來源:Patrick Shepherd/CIFOR

不過有研究指出,越來越多微生物接種劑公司,聲稱使用單一菌種能提高作物產量。但艾弗里爾提醒,復育微生物必須避免大規模使用單一微生物菌種,或是多樣性低的非原生土壤微生物。單一微生物菌種不但可能導致基因與生態多樣性降低,也未考慮維持生態系所需的多樣性。

研究人員建議使用原生土壤的微生物群落,不但取自在地,多樣性也高。艾弗里爾說,「現在大家都在使用菌種數過低的微生物接種劑,重犯種植單一作物的錯誤,真是太荒謬了。」

如同種植作物一般,復育微生物也應避免使用大量單一微生物菌種。 圖片來源:lovestruck.(CC BY 2.0)
如同種植作物一般,復育微生物也應避免使用大量單一微生物菌種。 圖片來源:lovestruck.(CC BY 2.0)

參考資料

Mongabay(2023年1月5日),For restoration, microbes below ground are just as crucial as the plants above

Inverse(2022年12月27日),This ecologist is on a mission to save Earth’s microbiome — and he's closer than ever

The Revelator(2022年12月5日),The Earth Has a Microbiome — And It Needs Help


本文授權轉載自《環境資訊中心》(原文為:研究:復育微生物群落 有助於提升植物生長率64%


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