Опустынивание является серьезной проблемой для засушливых, полузасушливых и сухих субгумидных регионов Земли, в результате чего луга и кустарники превращаются в сравнительно бесплодную пустыню по мере исчезновения растительности с течением времени. Это представляет чрезвычайную опасность для местных экосистем, а также для общин, которые полагаются на эти районы как на источник средств к существованию, усиливая эрозию почвы и сокращая запасы воды, что приводит к потере биоразнообразия и производительности сельского хозяйства.
Следовательно, существует насущная потребность в стратегиях управления для смягчения последствий опустынивания.
Новый обзор текущих исследований по борьбе с опустыниванием, опубликованный в журнале Earth-Science Reviews, определил, что почвенные микробы имеют решающее значение для этой миссии. Вакар Ислам (Waqar Islam), адъюнкт-профессор Китайской академии наук, и его коллеги объясняют, как разнообразное сообщество бактерий, грибов, архей и других микроорганизмов играет жизненно важную роль в укреплении здоровья почвы, в конечном итоге влияя на функции экосистем и устойчивое управление земельными ресурсами.
Опустынивание является результатом взаимодействия, как изменения климата, так и антропогенной деятельности. Повышение температуры, изменение характера осадков и ветра, усиление солнечной радиации и более частые экстремальные погодные явления (включая засухи и циклы Эль-Ниньо/Ла-Нинья) являются одними из экологических причин. К сожалению, все эти проблемы, по прогнозам, будут усиливаться в ближайшие годы по мере прогрессирования изменения климата, подчеркивая, что опустынивание может стать все более серьезной проблемой.
Эти экологические факторы еще больше усугубляются вмешательством человека в мир природы, такими как вырубка лесов на дрова и расчистка земель для сельского хозяйства и урбанизации; интенсивный рост сельскохозяйственных культур (особенно монокультур), использование химических пестицидов и удобрений, неэффективные системы орошения истощают почву питательными веществами; чрезмерный выпас скота, что вызывает уплотнение почвы и повышает вероятность эрозии; добыча; и чрезмерный забор подземных вод для поддержания растущего населения планеты.
По мере того, как опустынивание усиливается, мы, скорее всего, столкнемся с его последствиями в виде утраты биоразнообразия и исчезновения видов, истощения питательных веществ в почве, угроз продовольственной безопасности и водоснабжению, увеличения количества пыльных бурь (которые ухудшают качество воздуха и ухудшают здоровье людей и животных) и миграции общин из негостеприимных районов, что приведет как к социальным, так и к экономическим последствиям.
Учитывая все это, крошечные микробы, населяющие пространства между частицами почвы, могут быть жизнеспособным решением для борьбы с опустыниванием, поскольку они разлагают органическое вещество и влияют на круговорот питательных веществ в окружающей среде для повышения плодородия почв; способствует связыванию углерода из атмосферы за счет образования гумуса (что еще больше улучшает удержание питательных веществ и воды); стабилизирует почву для борьбы с эрозией за счет симбиотических отношений с корнями растений; и поддерживает биоразнообразие.
Что касается круговорота питательных веществ, то почвенные микробы оказывают значительное влияние на доступность азота и фосфора для поддержания продуктивности растений даже в почвах с малым количеством питательных веществ.
Азотфиксирующие почвенные бактерии (такие как Rhizobium и Bradyrhizobium) преобразуют атмосферный азот в аммиак, который поглощается растениями в виде ионов аммония. Горох, фасоль и другие бобовые растения образуют симбиотические отношения с азотфиксирующими бактериями в своей корневой системе, поэтому они могут быть важными культурами для выращивания в засушливых регионах. Кроме того, симбиотические грибы могут распространять свои гифальные сети глубже в почву, тем самым увеличивая доступность питательных веществ и воды для корневых систем, чтобы стимулировать рост.
Эти же микоризные грибы транспортируют органические соединения углерода из растений в почву, где они могут быть секвестрированы в виде гликопротеина, известного как гломалин, а также путем образования гумуса. Гломалин обладает дополнительным преимуществом, связывая частицы почвы вместе, способствуя устойчивости к эрозии.
В исследовании также изучается, как стратегическое применение почвенных микробов во многих регионах по всей планете оказало измеримое влияние на смягчение последствий опустынивания. Это включает в себя их использование при рекультивации мест добычи полезных ископаемых, таких как хребет Аравалли в Индии, для поощрения создания видов-первопроходцев, которые обеспечивают последующий рост растительности, а также устойчивых к металлам бактерий, которые могут обезвреживать тяжелые металлы, загрязненные землей.
Кроме того, в 1990-х годах Лёссовое плато в Китае стало мишенью правительственного плана управления «Зерно в обмен на зелень» по борьбе с опустыниванием в результате обезлесения и чрезмерного выпаса скота, способствуя облесению и восстановлению пастбищ с помощью арбускулярных микоризных грибов, бактерий Rhizobium, актинобактерий и азотфиксирующих бактерий. Следовательно, аграрии отметили повышение урожайности и увеличение доходов.
В полузасушливом регионе Сахель, граничащем с пустыней Сахара, африканский проект «Великая зеленая стена» направлен на борьбу с отсутствием продовольственной безопасности, бедностью и миграцией в результате деградации земель. Здесь лесонасаждение было использовано для создания микроклимата, благоприятного для микробной активности почвы арбускулярных микоризных грибов, грибов Endomycorrhizae и бактерий Rhizobium, которые улучшили общее состояние почвы. Такие проекты зависят от участия местных сообществ, что делает их жизненно важным компонентом планирования борьбы с опустыниванием.
Управление городскими зонами опустынивания, такими как зоны на юго-западе США, включает в себя создание микропространств для растительности, таких как зеленые крыши и общественные сады, а также посадку деревьев. Аналогичным образом, в рамках проекта оазиса Аль-Айн в пустыне Объединенных Арабских Эмиратов было отмечено улучшение удержания влаги в почве в результате применения почвенных микробов.
Диверсификация микробных сообществ на определенном участке почвы повышает вероятность преодоления экологических стрессовых факторов, таких как засуха и патогены, и, следовательно, поддерживает устойчивость окружающей среды к опустыниванию. Тем не менее, адаптация микробов, используемых к каждому участку, является обязательным, поскольку микробные сообщества могут реагировать непоследовательно в различных типах почв и климате, а также при их взаимодействии с местными почвенными микроорганизмами.
В то время как успех применения почвенных микробов для опустынивания известен в краткосрочной перспективе, требуется дополнительная работа для определения их устойчивости в более длительных временных масштабах.
Важность этого исследования заключается в способности почвенных микробов смягчать стрессы, связанные с опустыниванием, которое влияет не только на местные общины, но и, в сельском хозяйстве, может повлиять на продовольственные ресурсы вниз по цепочке поставок во всем мире. Полученные результаты дают надежду на более естественное и устойчивое управление одной из многочисленных проблем, связанных с изменением климата.
Автор: Hannah Bird , Phys.org
