土壤是地球上最大的陸基有機(jī)碳儲(chǔ)存庫(kù)，碳儲(chǔ)量大約是大氣的兩倍。這意味著，即使土壤儲(chǔ)碳的微小變化也可能對(duì)地球大氣碳含量和全球氣候產(chǎn)生重大影響。

所以在面對(duì)土壤固碳時(shí)，科學(xué)家考慮的問(wèn)題更為復(fù)雜：有多少碳被釋放出來(lái)，又有多少碳被長(zhǎng)期封存起來(lái)，同時(shí)對(duì)土壤固碳起到關(guān)鍵作用的物質(zhì)又是什么？2021年發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，PNAS）上的一項(xiàng)研究指出，土壤真菌是這一過(guò)程的主要調(diào)節(jié)者，白腐菌能夠利用從木質(zhì)素中捕獲的碳作為碳源，研究闡明了土壤生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)生的一個(gè)關(guān)鍵過(guò)程。

人類消耗化石燃料后會(huì)將二氧化碳排放到大氣中，大氣中二氧化碳的濃度越高，地球就會(huì)越暖和。但并不是所有的二氧化碳排放都直接進(jìn)入大氣層，世界各地森林中的樹(shù)木會(huì)在光合作用過(guò)程中“吃掉”二氧化碳，當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，二氧化碳?xì)怏w中的碳被轉(zhuǎn)化為植物生物量，并最終鎖定在樹(shù)干和森林土壤中。

目前全球森林大概吸收了三分之一的人類排放的二氧化碳。只要這些碳分子留在森林里，它們就不會(huì)進(jìn)入大氣，從而阻止它們對(duì)全球變暖的貢獻(xiàn)。但這一固碳過(guò)程并不是樹(shù)木獨(dú)立完成的，每一片森林中都有一個(gè)微生物群，由各種與樹(shù)木同步生長(zhǎng)的微生物組成，它們?cè)谏治斩趸嫉哪芰Ψ矫姘l(fā)揮著重要作用。

森林里的樹(shù)木與許多不同的菌根真菌形成的共生關(guān)系，牢牢將碳固定在土壤中，科學(xué)家們已經(jīng)了解到，一種叫做外生菌根真菌的特殊菌根真菌正在幫助樹(shù)木更快地吸收二氧化碳。外生菌根真菌還可以緩解將森林土壤中的碳返回到大氣中的自然過(guò)程首攔，來(lái)增強(qiáng)森林將碳鎖在樹(shù)木和土壤中的能力。發(fā)表在PNAS上的研究是由美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）的科學(xué)家牽頭完成的，這項(xiàng)基礎(chǔ)研究表明，白腐真菌能夠利用從木質(zhì)素中捕獲的碳作為碳源。這意味著它們可以吃掉這些化合物，并利用它們來(lái)生長(zhǎng)。

木質(zhì)素中碳含量約占生物圈中有機(jī)碳的30%。如果能將這一部分碳牢牢封存在土壤中，將會(huì)對(duì)全球碳減排產(chǎn)生積極的推動(dòng)作用。NREL選取了自然界中最有效的木質(zhì)素降解生物――白腐真菌進(jìn)行研究，測(cè)試它們是否真的會(huì)消耗木質(zhì)素分解產(chǎn)生的產(chǎn)物。研究檢測(cè)了兩種白腐真菌，通過(guò)使用基因組分析、同位素標(biāo)記和系統(tǒng)生物學(xué)方法，確定了這些生物體將木質(zhì)素衍生的芳香族化合物中的碳納入中心代謝的能力，并繪制出該轉(zhuǎn)換過(guò)程中潛在的芳香族分解代謝途徑。該研究試圖開(kāi)辟另外一種碳封存的途徑。無(wú)獨(dú)有偶，2021年11月發(fā)表在《ISME通訊》（ISME Communications）上的一項(xiàng)研究也指出，在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中生長(zhǎng)的富含真菌的土壤在加熱時(shí)比其他土壤釋放的二氧化碳要少。這側(cè)面表明真菌對(duì)于制造土壤、將碳封存在地球上是必不可少的。

氣候變化和極端天氣將是物種數(shù)量變化的主要驅(qū)動(dòng)因素。比如2020年初在澳大利亞發(fā)生的火災(zāi)，改變了菌根真菌隔離碳的能力。火災(zāi)會(huì)減少真菌的數(shù)量，因?yàn)樵谑芑馂?zāi)影響的土壤中，死亡的真菌組織腐爛得更快。

2019年《自然-通訊》（Nature Communications）上的一項(xiàng)全球評(píng)估表明，這些擔(dān)憂正在成為現(xiàn)實(shí)，人類的影響大大減少了植物與真菌的共生關(guān)系。植被清除影響了菌根真菌的分布。外生菌根共生關(guān)系的喪失減少了這些生態(tài)系統(tǒng)的土壤碳固存量。研究發(fā)現(xiàn)，盡管共生體消失了巖舉，但有菌根植被的生態(tài)系統(tǒng)在全球儲(chǔ)存了3500億噸碳，相比之下，無(wú)菌根植被的碳儲(chǔ)量為290億噸。恢復(fù)這些生態(tài)系統(tǒng)可以對(duì)減緩粗芹碧氣候變化產(chǎn)生重大影響。

另一方面，由于農(nóng)業(yè)、森林砍伐和城市化，許多土壤真菌面臨風(fēng)險(xiǎn)。人類活動(dòng)和污染正在導(dǎo)致森林失去這些真菌碳衛(wèi)士，而這些真菌的消失可能正在加速氣候變化。另一種類型的污染――氮污染――正在導(dǎo)致森林失去這些真菌，放大了二氧化碳排放的一個(gè)自然來(lái)源，并加速了氣候變化。人類用大量的氮污染了世界各地的森林。這是因?yàn)槿紵剂喜粌H會(huì)排放二氧化碳污染，還會(huì)排放氣體，這些氣體最終會(huì)以氮污染的形式落在森林中。當(dāng)這些肥料進(jìn)入鄰近的生態(tài)系統(tǒng)時(shí)，農(nóng)場(chǎng)使用的氮肥也起到了作用。

在人類實(shí)現(xiàn)大氣二氧化碳去除目標(biāo)的途徑中，植被和土壤中碳的積累是一條很有前途的途徑，其中菌根共生在其中起著非常重要的作用。盡管需要從能源、運(yùn)輸和土地等部門共同努力來(lái)減輕氣候變化的最嚴(yán)重影響，但毫無(wú)疑問(wèn)，真菌是一種基于自然的解決方案，有可能大幅減少碳排放。因此恢復(fù)與土壤真菌形成外生菌根共生關(guān)系的原生植被，特別是在廢棄的農(nóng)業(yè)和貧瘠的土地上，可以幫助減輕人為造成的土壤碳流失，并改善大氣中溫室氣體的增加。

南方周末特約撰稿 祝葉華