图16-6微生物学家Michael Lehman在David Gillen的南达科他州农场取土壤样品

（除土壤基本特性，这些样品还可以检测细菌，真菌，藻类和其他微生物的多样性和活性）

土壤生物学是下一个前沿领域，研究人员现在已经开始了对脚下土地的了解，包括其中细菌、真菌、藻类等微生物的丰富性、多样性和复杂性，以及土壤健康在维持地球整体生态系统的完整方面是多么的重要。

位于南达科他州，布鲁金斯北部的美国农业研究所（USDA-ARS）的微生物学家Michael Lehman说：“没有微生物，生命就不能运转”。他与另外14位土壤专家合作，于2015年发表的文章中总结了土壤微生物学方面我们已知和我们需要知道的知识之间的巨大鸿沟。这一差距的很大一部分是由于无法调查土壤中的微生物世界造成的。

Lehman说：“在一个深入研究的系统中，科学家们已经能够提出问题并能获得答案，这就是为什么这些系统都是深入研究的”。“例如，如果你想看看某个森林中的树木，你可以去那里，你可以对具体到某一棵树进行测量，并可能进一步确定每棵树的种类。但对土壤中的生物我们做不到这一点。”

不过，新兴的技术已经开始对阐明土壤微生物有了一些启发。这些技术包括新兴的DNA和RNA测序能力、稳定的同位素探测和各种基因表达技术，Lehman说它们可以协助识别这些微生物并确定这些微生物所起的作用。随着这些技术的发展，在土壤微生物多样性和数量方面，我们获得的知识比我们曾经想要获得的要多的多。土壤微生物系统有着令人难以置信的复杂性，很明显，我们对几乎所有这些土壤生物的生理学和生态学的基本知识的了解都是很初级的。

作为对土壤生物认识不足的一个例子，Lehmant提到了固氮菌。“过去的50到60年，土壤微生物学家们研究了两三种生物的固氮活性，即它们将氮从氨转化为硝酸盐的潜力。但在过去的五年里，我们发现了与我们过去已知的那几种微生物完全不相关的微生物，它们可能完成了土壤中大部分的氮转化。这些之前未知的微生物，（其中包括）固氮细菌，并不符合传统的根瘤菌的模型，它们只是生活在根部，固定氮并将其提供给植物。”

最新研究表明，其他一些微生物可以使磷、钾和各种微量营养元素更容易被植物利用，如果这些微生物的活性能够激发出来，对肥料的需求可能会减少。“因此，我们正在学习使微生物促进植物生长的各种各样的方法，”他说。

美国的两个农业组织正在努力解读土壤生物学的巨大奥秘。一个是“全国玉米种植者协会”的“土壤健康伙伴”（soilhealthpartnership.org），它正在60个示范农场研究土壤管理措施，在2016年将再增加20个农场。另一个是新推出的“土壤健康研究所”牵头的“国家土壤健康评估”（soilhealthinstitute.org），基于北卡罗莱纳的三角公园研究项目。欧盟、巴西、阿根廷和澳大利亚也正在开展类似的土壤健康研究。

Lehman说：“土壤生物学已成为一个全球性的研究热点，我认为在农业措施对土壤健康产生积极影响方面，这些研究将会取得重要的进展。”

为了激发从科学家和作物生产者到政策制定者和非营利组织的每个人对土壤生物的兴趣和认识，Lehman和他的合著者写了这篇论文。

“我们想让更多不同的读者都能够认识到我们对土壤健康所知甚少，我们需要走多远，和我们需要做什么”，他说。“我们还想尝试更多的渠道，无论他们是政府或跨区域的非营利组织，或个体调查者主导的项目。”

最主要的一点是，土壤生物学太重要了，不容忽视。如果不是土壤中的微生物，生命可能就不存在了。

改善土壤状况的建议

虽然土壤微生物的研究大门还没有完全开启，但种植者已经能够采取一些措施来减少甚至扭转土壤的退化：

尽可能小的干扰土壤：一个主要的干扰后果是土壤结构的破坏，破坏了有益土壤微生物的栖息地，去除土壤中有机碳的速度比其自然补充速度更快。

维持土壤一年四季都有生长的植株：“这是一个大的交易，因为植物把它们光合作用所固定的碳的25%左右注入到土壤中”，Lehman说。“通过这样做，它们为其周围的微生物提供了有机来源，因此保持了微生物的生物量，维持了它们的生命以及多样性。”

尽可能保持多样性：对于水果种植者来说，这可能意味着树的行间或相邻地块覆盖作物的多样性。研究表明，植物的多样性与土壤微生物固定的氮和碳的增加有紧密联系。一个混合的多年生植物可能是一个很好的选择，因为他们有深厚的根系来稳定土壤，从更深处获得养分和水分，通过接触更大的土壤截面促进微生物增长。

避免过多的无机肥料的使用：“有大量出版的文献以及更多即将出版的研究表明，如果你添加高水平的无机磷和氮，会抑制某些植物有益微生物的数量”，Lehman说。他承认，目前还没有严格的肥料使用指导方案，而且这样的指导方案也不会很快就有。“现在的施肥建议都是在一个没有优化土壤生物的标准条件下”，他补充说，该建议是基于“平均”的条件，所以他们可能不适用于每一个果园。“把对土壤生物新的认识转化为施肥建议将需要很长一段时间。”

使用堆肥和粪肥：施用有机肥料和粪肥比无机肥料好。“有机肥和粪肥通过添加碳使土壤更健康，这比无机肥料更容易激发土壤微生物的活性。使用化肥，你相当于把植物的营养池破坏了。而使用有机生产模式，你就能激发生物的循环，土壤微生物就可以提供植物所需的养分。”

（赵璐 译， 王树桐 校）