获取土壤氮根

人的力量比地球为人提供生存能力高得多,过早死亡必须以某种形状或其他方式访问人类。 ”英国经济学家Thomas Malthus在他的有影响的1798年论文中写道,他阐述了为什么线性粮食供应增长无法跟上人类几何增长。

人可以想象,他会惊讶地发现肥胖是二百多年后世界挑战之一,尽管自他时代以来全球人口增长近十倍

对粮食供应的这种需求只能满足Haber-Bosch过程由Fritz Haber和Carl Bosch于1910年商业化BASF,这种耗能反应将氮和氢转换成氨,这是植物生物用氮的基本源估计当前作物生产只能维系世界一半当前人口,而没有以这种方式生产合成肥料

由BASF描述为'从空气中面包'的这种能力耗资巨大的环境成本氨肥料生产约占世界能源使用量的1%应用到田里后, 大约一半全球使用氮肥更糟的是,有的丢失 形式一氧化二氮N₂强效温室气体加深对气候的影响

如何调和土壤过程 使植物能充分利用肥料

氮元还以硝酸盐形式渗入水道引起藻类开花 食用氧水杀鱼沿海水域有数以百计的缺氧区“死区”,最大区为六万千米²波罗的海.

Herve Vanderschuren是比利时KULeuven生物科学工程教授,

微量特征

修复这些问题并非简单易行:禁止合成肥料将导致全球粮食短缺使用自然界已有生物过程可提高植物使用氮的效率

解析Maria Hernandez, 英国诺威治John Innes中心土壤科学家如何调和土壤过程 使植物能充分利用肥料使每一分肥料都成收成, 而不是污染环境,'她说

氮流失的根本原因包括土壤中的微生物,如细菌氮素.化学分解器使用酶将氧化为硝酸盐,为之提供能量农民和肥料厂商努力减慢过程并保留氮化离子正充电帮助它留在土壤里更长时间,给植物更多时间取用它一种方法就是向肥料添加合成硝化抑制剂,因为肥料被广泛使用。但由于环境毒性,一些抑制剂停止使用

你不想完全抑制过程 因为积累也是风险赫南德斯表示,植物可能不会像植物那样生长,因为植物需要两种形式[氮,合成生物有风险说它太强,对土壤中不想破坏的其他细菌有毒

养殖公司改善小麦时,例如,它们只提供氮,然后选择最优性能

手动管理进程难求平衡,幸运的是,我们自然先发制人植物通过隐蔽被称为exudates的物质可影响土壤中的细菌活动某些植物外表含有生物硝化抑制器或BNIs慢化微生物转换工序尚有许多可学习之处, 当土壤中存有高浓度时, 植物似乎产生更多BNIs

四五年前,我们开始看到小麦实战赫南德斯说,这非常重要,因为它是作物问题在于目前只有几样能实现这一点。'她现在正努力识别老小麦中的基因,这些基因对硝化抑制器负责,可移植到商业品种中去。波斯小麦交叉配现代小麦并监控对细菌和可用硝酸盐的影响

Vanderschuren表示, 开发商业小麦品种经过仔细精炼,对比之下,生产BNIs的能力本不会受到任何关注。归根结底,这些不是随时间推移所选择的特征养殖公司正在改善小麦,例如,它们以非常传统的方式管理小麦提供氮-硝酸铵-块后选择最优性能

但是,如果环境顾虑和氮肥料使用规则增加,可能需要新的作物品种以适应环境有先例:当1990年代后期对杀虫剂和杀真菌剂使用的关切增加时,它为向作物引进抗病新特征提供奖励。

渔获作物

将BNI生产能力加到小麦中可以减少肥料耗竭量,但它仍然只是一种作物使用渔获作物可替代播种区并推广BNIs农夫常播种渔获作物,渔获作物有助于防止水土流失,但在减少硝化作用方面可以发挥作用。

Vanderschuren正与全欧合作伙伴合作开发一个项目,以确定可生产BNIs的工厂并理解它们能否提高土壤肥化想法是农民可以播种这些植物作为捕获作物以保持土壤中现有的氮并避免它丢失到水道或大气中

Cecile Thonar表示, 比利时Liege大学植物科学家与Vanderschuren合作,

渔获作物的养殖和特征方面肯定少加努力

不仅这些渔获作物帮助锁定土壤中的氮质,而且可转化成有机肥料和自然生成硝化抑制剂Thonar表示:「假设BNI化合物还生成于地面组织中并研究能否保留或保留这种有机物的核元值较长时间, 组织内存有BNI

这种方法的长处之一是它也能帮助有机农作氮损环境也是有机肥料问题,特别是富含氮的滑动肥料和粪肥问题农民不能使用化学抑制器才能认证有机性,最充分利用现有生物机制也会大有裨益。越来越多的趋势转向有机农业Vanderschuren表示:「社会强烈兴趣,

谷类作物大量微调以改善特性,但渔获作物得到的关注少得多。Vanderschuren表示:「如果你想想渔获物,

Vanderschuren和Thoonar在搜索中将检验染色体集合查找有效硝化抑制器植物Vanderschuren表示:「它可能省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省省并建立生物测定测量器 测量那些exudates对抗nitrictes我们现在有所有分析工具评估一个也许被忽视的特征

透视土壤

植物只是方程的二分之一细菌是所有这一切中隐藏的伙伴Thoonar通过对土壤样本进行基因排序,可监控硝化菌群大小以及在有机肥料中添加合成抑制物效果表示「我们已经看到在抑制器面前, 人口规模真的缩小了」

带渔获作物的团队正计划调查生物抑制物对土壤细菌的影响时段氮素内分解研究的主菌之一 数种物现已知出物Hernandez表示:「我们最近描述的许多其他细菌也卷进氮循环中。”问题在于我们只专注于少数类研究土壤微生物告诉我们更多 — — 根异常大有影响。

莱昂内尔-杜佩伊(Lionel Dupuy)是西班牙奈克学院巴斯克科学基金会的植物-环境研究者,也对细菌行为感兴趣。很难把微生物看成一种物种做一种事物, 另一种物种做另一种事物-它是一个非常复杂的交互网络'即刻挖土 即失去这些交互作用

Dupuy开发新技术,允许土壤科学家研究这些交互作用,而无需粗略图解制造可用作透明土壤形式塑料粒子,使研究荧光细菌不干扰敏感结构成为可能造透明土壤的主要挑战不透明否则,我们只使用玻璃珠材料折射索引离水非常近

此外,塑料需要与土壤粒子相似化学特性,包括允许矿离子附着表面并具有水益性Teflon右折射索引,但它有名防水Dupuy成功地用在透明土壤中

虽称土壤, 一致性更像沙子, 并说 :'现在,泥土干得很少, 以至于我们乐于与沙子共事.未来可以实现,但这是很多事

像鸟儿一样锁住

Dupuy及其团队可以追踪这些基因在透明土壤中的运动三维重构技术称为光表显微镜,使用激光生成薄光片生成光等量光片表示「我们正在对土壤微生物迁移进行惊人观察」我们看到微生物行为像鸟群

Dupuy特别感兴趣的细菌,这些细菌围绕根部生存,以及它们如何与植物交互作用ibes保留根部的原因 if it's a effective[Microbe]因为土壤竞争激烈外头已经有很多微生物如何保持正确的微生物类型?

我们看到微生物行为像鸟群

基因排序直截了当地识别哪些细菌存在,但预测哪些生物生存并随时间推移留在那里仍是一个巨大的挑战。Dupuy表示:「有些东西我们根本不理解哪些细菌留在土壤中并获取与作物关联性

有些微生物甚至商业出售供农用所谓的生物肥料厂可含有真菌和细菌修复氮、溶解磷或氮或改善植物健康Dupuy表示这些生物肥料使用不广其中一个主要原因是它有点不可预测在某些情况下它会工作 而在另一些情况下它不工作问题农夫他想确认他将有[改善]收成

无法预测也无法理解,生物肥料的主要限制

数据开花

氮的全球使用与燃烧释放到大气中的碳的化石燃料有惊人相似性元素广可获取,但困在限制改变环境能力的方式中解锁大气氮的三重联结量巨大,允许它自由对生态系统进行深刻改变

生物多样化非常重要

提高能效可减少化石燃料使用,帮助作物最大限度使用氮肥料应可减轻环境影响幸运的是,本性上已有工具使我们先发制人,而我们现在知道到哪里找

Vanderschuren说 : 生物多样化非常重要, 因为在10年时间里, 我们发现与土壤和根有关的另一个非常有趣的特征,

有序深入研究植物遗传库与我们对土壤微生物的理解形成鲜明对比这两种方法可能互为补充开发新植物特征有助于在不久的将来提高氮使用效率,而我们微生物知识的快速增长则为下一个大进步提供希望以避免马尔图斯陷阱

信息量流出 正在蓬勃发展在某种程度上,我们不确定该用它做什么几乎太多了 Dupuy说尚无法理解它,但有一种感觉,即这里有东西要发现

Ian Le Guillou是一个科学作家,总部设在法国巴黎