實驗室土壤應該可以解決土壤退化問題 + 評論

通過 | 2025 年 4 月 11 日
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憑藉馬克斯·普朗克獎學金(2025-2028),萊布尼茨農業工程與生物經濟研究所(ATB)的微生物學家加布里埃爾·貝格(Gabriele Berg)與馬克斯·普朗克膠體與界面研究所的化學家馬庫斯·安東尼蒂(Markus Antonietti)展開合作。他們共同致力於解決土壤貧瘠和退化的問題:在實驗室中,他們利用植物殘體,並添加特定篩選的微生物,研發出一種客製化土壤。這種具有生物活性的土壤旨在恢復土壤微生物平衡,從而增強植物生長能力,吸收二氧化碳,並打破土壤退化的惡性循環。

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微生物學家加布里埃爾·貝爾格教授榮獲馬克斯·普朗克獎學金,並將與馬克斯·普朗克膠體與界面研究所(MPIKG)的馬庫斯·安東尼蒂教授開展為期三年的研究合作。他們的聯合計畫名為「SHAPE」(透過化學-微生物組合作實現永續健康),旨在為地球上貧瘠的土壤找到一種治療方法,並有望從根本上實現長期的生態再生。

伯格教授是波茨坦萊布尼茨農業工程與生物經濟研究所(ATB)微生物組生物技術系主任,同時也是格拉茨工業大學的環境生物技術教授。她長期研究我們腳下那些看不見的「工程師」——真菌和細菌等微生物——以及它們與植物的相互作用。這些精細互聯的生命群落是植物健康的靜默基石:它們將死亡的生物質轉化為寶貴的營養物質,促進植物生長,並過濾水質。

Antonietti 教授是 MPIKG 的創始董事之一,他開發了一種行之有效的綠色化學配方:在實驗室中將植物廢料加工成富含腐殖質的土壤——這種物質的行為與自然產生的腐殖質完全相同,但可以在幾個小時內而不是幾十年內產生。

一種添加了特定微生物的客製化腐殖質,旨在解決現代農業中一個普遍存在的問題:土壤退化。數百萬年來,包括細菌、真菌和病毒在內的微生物群落一直在創造我們所知的“肥沃黑土”或“腐殖質”,這是我們食物系統的基礎。然而,幾個世紀以來,集約化農業、單一作物種植、化肥、農藥和城市化等過度使用破壞了土壤的微妙平衡。當土壤失去平衡時,它也會失去肥力,並變得容易受到侵蝕和沙漠化的影響。具體來說,全球33%的土壤被認為是退化的;在歐洲,這一比例更高達60%。這意味著植物數量減少、作物產量下降,以及從空氣中吸收的二氧化碳減少。

伯格和安東尼蒂目前正在研究一種扭轉這種循環的解決方案:他們開發的具有生物活性的腐殖質土壤旨在為微生物的生長繁殖創造理想條件,從而恢復土壤的平衡。

評論

伯格教授和安東尼蒂教授的「SHAPE」計畫旨在解決土壤退化問題,並提出了一種基於實驗室的解決方案,但卻沒有深入探討問題的根本原因。他們指出的土壤退化原因——過度耕作、單一作物種植、過度施肥和大量使用農藥——確實存在:工業化農業的常見做法不僅破壞了土壤中生物多樣性,也破壞了維持土壤肥力所必需的自然養分循環。然而,他們並沒有從根本上改革造成這種破壞的工業化農業,而是傾向採用技術手段:人工腐殖土。這忽略了一個事實:只有基於封閉養分循環的農業——例如透過堆肥、輪作以及避免使用合成肥料和農藥——才能從長遠角度修復土壤。因為土壤遠不止是植物殘骸和微生物的基質:在一平方公尺富含腐殖質的土壤中,大約有 2.000 個物種,每個物種多達 100.000 萬個個體;而在一立方公尺的土壤中,可能存在多達 1,6 兆個生物體,儘管它們的生物量相對較小,約為 200 克。

在實驗室中創造活土壤的想法看似誘人,但它迴避並忽略了真正的問題,即土壤的持續過度使用和污染。即使富含精選微生物的人造土壤,也無法取代數千年來發展出來的天然土壤複雜的生物多樣性。研究似乎著重於治標不治本,而不是解決傳統農業的破壞性做法。此外,這種人造土壤的生產規模和資源效率仍不清楚——這方面似乎無關緊要,儘管它對該過程的生態足跡至關重要。

最終,該計畫表明,僅靠技術解決方案就能扭轉土壤退化,這種想法過於簡化,存在危險。如果不擺脫單一栽培、殺蟲劑和過度施肥的模式,任何土壤再生都只是滄海一粟。真正的土壤健康需要回歸自然過程,即土壤生物網絡由有機養分和多樣化耕作方式滋養。伯格和安東尼蒂的研究或許提供了寶貴的參考,但如果不批判性地審視當今農業的系統性缺陷,他們的方法仍然只是一種技術權宜之計,無法解決土壤危機的根本原因。

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