在大草原上，如果抓起一把土，你能從中讀出什么？北京林業(yè)大學教授、中國草學會理事紀寶明說出了自己的答案……
土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)的基本元素，是陸地上所有生命的基本支撐。“萬物土中生。地球上的生命依賴土壤生存，沒有土壤就沒有生命，同時沒有生命也就不會有土壤。地球上有超過40%的生物，其生活史都與土壤直接相關，90％的生物在土壤中生存或度過它們生命周期的一部分?！奔o寶明說。
土壤也是重要的自然資源。因為它承載著關鍵的生物地球化學循環(huán)過程，是人類社會形成、發(fā)展和繁榮的物質基礎。土壤是可再生資源，但是再生速度極慢，全球土壤再生速度平均為1000年增加11.4厘米。
“土壤是活的，不是簡單的無機體，而是富含各種生命形式的生物家園，如細菌、古菌、真菌、病毒、原生生物以及一些微型動物等，它們在土壤有機質、氮素和磷素等生物化學循環(huán)中起著至關重要的作用，調控著諸多生態(tài)過程。土壤生物不僅是有機物的分解者，也是土壤結構的締造者，是土壤的凈化器，是連接地上-地下物質循環(huán)過程的紐帶。可以說，土壤微生物是土壤維持和發(fā)揮生態(tài)功能最重要的執(zhí)行者，土壤在促進糧食生產(chǎn)、維護人體健康、修復環(huán)境污染和應對氣候變化方面發(fā)揮著重要的作用?！奔o寶明說。“然而，目前僅有不到1％的土壤生物能夠被鑒定，而已被鑒定的植物物種則已高達總數(shù)的80％。人類對渺小的地下群落了解太少了！”
土壤資源也是草原環(huán)境資源中的重要組成成分，是草原植被生長的基礎，是植物生長所必需的水、肥、氣的供應與貯藏庫，也是植物與環(huán)境之間進行物質和能量轉換的主要場所。紀寶明說話：土壤的物理、化學和生物學特性，能夠綜合作用于植物，影響植物生長、發(fā)育，進而影響到整個草原。健康的土壤對維持草地生態(tài)系統(tǒng)的功能具有舉足輕重的作用。草原土壤作為一個動態(tài)的生命系統(tǒng)，其土壤健康與土壤微生物息息相關，土壤微生物組通過自身代謝參與元素循環(huán)和污染物降解等過程，同時在增強根際免疫，提高土壤養(yǎng)分效率和植物生產(chǎn)力方面均發(fā)揮著重要作用。
土壤微生物是土壤中一切肉眼看不見或看不清楚的微小生物的總稱，主要包含細菌、真菌、古菌、原生動物、病毒和顯微藻類等。草原土壤是微生物的“天然培養(yǎng)基”，蘊含著極為豐富且數(shù)量巨大的土壤微生物，是一個巨大的菌種資源庫。據(jù)估計，一克草原土中有近1000萬個細菌和近1萬個真菌和幾十條線蟲。在溫帶草原上，細菌生物量可以達每公頃1-2噸，真菌則為每公頃2-5噸。
不同草地類型下的土壤微生物群落通常存在較大差異。但由于目前對土壤微生物的物種鑒定還不夠充分，將土壤微生物按照功能群分類并進行研究的方法越來越普遍。通過對某一類功能相似的微生物進行研究，能夠針對性的了解其在自然生態(tài)系統(tǒng)中的受控因素以及在生態(tài)過程中發(fā)揮的作用。紀寶明教授介紹說，當前研究較多的草原土壤微生物功能群主要為：固氮菌、叢枝菌根真菌、硝化微生物、反硝化菌和致病菌。
固氮菌是一類具有生物固氮能力的細菌，對于土壤肥力的提升具有重要意義。固氮菌按是否與植物共生，可以分為共生固氮菌和非共生固氮菌。最常見的就是與豆科植物共生的根瘤菌，而非共生菌由于不需要采取共生方式維持生命活動，從而分布更加廣泛。
叢枝菌根真菌是廣泛分布且古老的植物共生真菌種，其出現(xiàn)可以追溯至4.6億年前的奧陶紀，約80%的現(xiàn)有陸生植物種能與其形成菌根結構的共生關系，而在草地生態(tài)系統(tǒng)中，幾乎所有的植物都可與叢枝菌根真菌形成這種互惠互利的關系。叢枝菌根真菌作為土壤生態(tài)功能最為重要的微生物功能群之一，對草地植被-土壤系統(tǒng)的養(yǎng)分循環(huán)、生產(chǎn)力和穩(wěn)定性都起著重要的調控作用。
硝化微生物在調節(jié)土壤氮循環(huán)和維持生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮著關鍵作用。硝化作用指將NH3氧化至植物可利用的NO3-的過程，是陸地生態(tài)系統(tǒng)中物質循環(huán)的一個關鍵過程，通常被認為是由硝化微生物群落完成的。
以上3個功能群的微生物是對于草原生態(tài)系統(tǒng)植物生產(chǎn)力較為有利的類群，但土壤中同樣也存在一部分不利于植物生長的微生物類群，例如我們常說的反硝化菌和致病菌。
反硝化微生物與硝化微生物相對應，是草原土壤N2O的主要來源，通過將土壤中的NO3-還原成NO，N2O和N2，使土壤中的氮元素流失至空氣中，降低土壤肥力。
土壤中的致病菌又被稱為土傳植物病原菌，被稱為植物癌癥，包括一些真菌、細菌和線蟲等，引發(fā)包括紋枯、枯萎、立枯、猝倒、根腐、軟腐、根腫和叢根等類型病害。
紀寶明告訴《中國綠色時報》記者，目前，土壤微生物在草原生態(tài)系統(tǒng)中可以確定的主要功能和作用分為以下3點：
參與養(yǎng)分循環(huán)過程。
土壤微生物最重要的生態(tài)功能就是分解有機質，是全球碳循環(huán)的關鍵“引擎”。在草原生態(tài)系統(tǒng)中，土壤微生物作為土壤-植被系統(tǒng)中最活躍的組分，是土壤中物質循環(huán)過程的主要參與者：通過分解有機質，參與有機質合成，改善土壤結構；推動草原生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分循環(huán)過程和提升土壤養(yǎng)分的可利用性；提升植物抗逆性，及植物對養(yǎng)分的吸收效率，進而促進植物生長。
創(chuàng)造物理屏障 , 減少病原菌侵害。
微生物在植物根際周圍的分泌物會在根冠周圍形成黏質層，能為植物根系提供一個物理屏障，進而使根系周圍形成一個相對穩(wěn)定的微環(huán)境，能夠限制其他病原微生物的繁殖并起到拮抗作用，保護植物根系、提供營養(yǎng)物質、減少病原菌和蟲害入侵，對草原生態(tài)系統(tǒng)中的植物生長具有重要作用。
緩解污染對草原動植物的影響。
土壤微生物能夠通過自身生長過程中的氧化、還原、甲基化等作用，減輕重金屬毒性。并對部分人造有機物和農(nóng)藥進行分解，從而降低人為活動對草原的有害影響程度。
我國草原面積廣大，跨越了多個水平和垂直氣候帶，自然條件復雜，同時儲存著數(shù)量巨大、種類繁多的植物資源，是人類重要的天然物種基因庫。根據(jù)不同的水熱條件和植被類型，我國天然草原主要劃分為18類，其中高寒草甸草原面積最大，約為6372萬公頃，主要分布在青藏高原及新疆地區(qū)，其次為半溫性荒漠類，面積為4506萬公頃，主要分布在內(nèi)蒙古、甘肅、寧夏等省區(qū)。
我國的草地土壤資源類型主要為腐殖質土綱的黑土和黑鈣土，以及鈣層土綱的栗鈣土、棕鈣土和灰鈣土。除部分地區(qū)零星分布外，東起黑龍江、吉林，西至賀蘭山山麓及伊犁谷地，自東向西整體分布格局分別為黑土、黑鈣土、栗鈣土、棕鈣土和灰鈣土，土壤肥力也隨土壤類型變化由東向西逐漸減少。
“我國雖然草原土壤資源分布廣泛，但由于20世紀大范圍不合理的開墾利用，導致了其生態(tài)功能的大量喪失，大面積的草原出現(xiàn)退化，威脅到當?shù)啬酥寥珖嗣竦纳罡ｌ??！奔o寶明教授說。
植物群落是促進土壤發(fā)生發(fā)展最活躍的因素之一，其凋落物等殘體不斷回歸于土壤，提升土壤中的營養(yǎng)物質含量，并為下一個生長季到來時的植物生長提供養(yǎng)分，實現(xiàn)草原的可持續(xù)發(fā)展。因此，很多時候植被退化是草原土壤退化的直接原因，而土壤退化也必然引起植被退化，二者互為因果。由于土壤有相對強的抗拒退化的能力，且穩(wěn)定性相對強于植物群落，所以在土壤退化之前，植被退化的大多特征已經(jīng)顯現(xiàn)。土壤一旦發(fā)生退化，修復過程也相較于植被群落更加困難，恢復周期更長。
紀寶明說，目前，圍繞天然草地退化恢復所采取的治理措施，主要是針對恢復土壤或植被這兩個對象來進行，比如施肥、翻耕是針對土壤環(huán)境進行改良，補播、封育等則是重點改善草地植物群落的狀況，通過提升向土壤回歸的凋落物的數(shù)量和質量來改善土壤養(yǎng)分條件。人工干預可重新建立土壤與植物間的共同促進作用，使土壤養(yǎng)分重新積累，土壤微生物群落恢復較高的多樣性，進而提升群落的穩(wěn)定性和生態(tài)系統(tǒng)功能的完整性，從而實現(xiàn)草原生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。
“因此，草原的休養(yǎng)和生態(tài)修復過程中，土壤同樣是重要的修復對象。只有讓土壤和植物同時恢復健康，修復工程的目標才算實現(xiàn)，才能使草地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)功能得到充分發(fā)揮，為人類造福?！奔o寶明說。
視頻：
審核｜苑鐵軍
制作｜張一諾
