12月23日，在贵阳举行的第三届现代农业发展论坛上，中国工程院院士、山西农业大学教授徐明岗作了题为《土壤健康及酸化盐化土壤改良利用的生物技术》的报告。本报特将报告内容整理成文，以飨读者。
土壤健康是在土壤肥力与土壤质量的基础上，于近30年提出的概念。其是把土壤健康作为重要的生命系统，来描述土壤健康的状态。联合国粮农组织对土壤健康有一个比较简单明晰的定义，即土壤持续保持陆地生态系统生产力、生物多样性和环境服务的能力。由此可见，土壤健康是土壤质量和生态的统一体。
美国农业部提出了土壤健康评价体系，主要有七方面，分别是土壤有机碳、土壤结构稳定性、微生物活性、酶活性、微生物食源碳、生物有效氮和微生物多样性。其中，5个指标为微生物指标。因此，微生物指标在土壤健康评价中具有重要的作用和地位。
中国工程院院士、山西农业大学教授 徐明岗
我国非常重视土壤健康。2018年，中国土壤学会成立了土壤健康工作组。该工作组提出将土壤健康分为三个阶段：消除土壤障碍因子、强化土壤生物过程、提高生态系统多功能性。
为了验证生物指标的作用与应用，通过在湖南祁阳农田的长期试验发现，施用有机肥处理的土壤生态系统多功能性显著高于对照及施用化肥处理的土壤，土壤健康指数得到显著提升。施用化肥处理的土壤40%和80%以上的指标难以维持在中等水平和高水平，但施用有机肥处理的土壤50%以上的指标维持在高水平。同时发现，土壤健康指数与生态系统多功能性、土壤功能间呈现出协同的关系，碳循环、养分循环、土壤结构稳定性、生产功能对土壤健康指数提高表现敏感。
微生物对于盐碱地改良有着重要作用。通过施用微生物菌剂、根瘤菌、种子包衣等，可构建盐碱地抗盐促生和养分增效技术体系，活化土壤养分，改善土壤微生物群落与微结构，修复土壤微生态环境。以中国农科院研究员李玉义等的实验案例为例，基于“腐植酸+有机肥”组合施用，将生物菌剂与其配施，盐碱土壤环境因子可得到进一步改善，土壤质量和作物产量均显著提升，具有更高的经济和生态效益。
微生物无处不在，占所有物种的99%，且微生物系统发育多样性远高于动物和植物。微生物具有食物生产与营养、维护健康与应对疾病、清洁能源生产、合成与回收产品、生物修复、促进健康的生态系统和全球生物地球化学循环七方面的功能。
研究发现，微生物还具有耐铝促生机制。在细胞外，微生物通过草酸、柠檬酸等分泌物和铁载体与铝离子螯合，从而降低铝离子的毒害；在细胞内，铝离子被吸收进来后，存在细胞内隔离与包衣，使得毒性降低。微生物可以通过促进作物生长，提高作物抗逆性，即增加土壤的健康抗逆性能力来促进作物对逆境的抵抗性。
近年来，我国南方红壤酸化加剧，在近20~30年的时间里，pH值下降了1~2个单位，酸性土壤（pH值＜5.5）占耕地土壤的40%~50%，伴生的铝毒造成作物减产30%~40%，严重限制了粮食综合产能，成为近年来耕地退化的一个突出问题。针对以上问题，我们在水稻上进行了一个试验，收集pH值为4的水稻根际土壤样本，构建功能性细菌库，筛选耐铝细菌，并进一步用单细胞拉曼光谱识别耐铝活性细菌，发现了两种耐铝性最强的细菌，并将这两种细菌构建组成了合成菌群RP。
我们发现，这两种菌单独使用可显著促进水稻根和茎的生长，合成后，提升作物产量的效果更好。通过盆栽试验和大田试验，证明了合成菌群RP具有显著的促生效果，水稻单株产量可提高26.4%；能够减少水稻根系中26.5%的铝含量，在不同时期水稻的根际稳定定殖；还可以提升土壤表层的pH值，降低铝离子的含量。
合成菌群是指由2种或2种以上微生物在成分明确的基质中建立的共存体系。为什么要选择合成菌群呢？健康的土壤需要微生物的作用来提升土壤肥力，对污染土壤进行生物修复，抵抗土壤的盐性和酸性变化。每种微生物都有其不同的功能，合成菌群的优势是基于自然的解决方案下，比单一菌株更高效、稳定，简单明确、可控性高，具有多功能性且少数物种即可完成。
合成菌群是近20年来的新趋势。从微生物到模式植物再到农作物，合成菌群正在经历由机理逐步走向应用的发展阶段。近10年来，关于合成菌群的研究呈爆发式增长。可以说，合成菌群在土壤学科，特别是在障碍土壤的修复中将大有作为，前景广阔。
未来，合成菌群的发展有五大方向：
一是在对合成菌群的研究上，可以从基因组尺度建立代谢模型，研究其作用机理；
二是可以通过机器学习和人工智能优化合成菌群，实现高维度组合空间的分类组合，模拟推测菌株功能；
三是根据土壤问题定制合成菌群并将其应用于解决问题；
四是合成菌群可以与合成生物学结合，研究一些新的合成菌群；
五是合成菌群走向产业化应用。
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