科学家让细菌与真菌合作提升数倍沙地储水能力 未来或可在荒漠种植农作物

阿联酋超过九成国土被沙漠覆盖，可用于农业生产的土地不足总面积的5%。目前该国只能生产约10%至15%的食品需求，其余高度依赖进口。研究人员指出，这一问题并不仅仅属于中东地区。随着全球气候变化、森林退化以及土地过度利用，越来越多地区正面临类似的土地退化和荒漠化挑战。

传统沙地并不适合农业种植。沙粒之间难以形成稳定结构，导致土壤容易受到风蚀和水蚀影响。同时，沙地缺乏有机养分，无法长期维持微生物和植物生长。更严重的是，水分会迅速从沙粒之间的空隙渗透流失，使灌溉效率极低。

为了解决这些问题，研究团队将特定细菌和真菌引入沙地环境。这些微生物能够分泌一种被称为生物聚合物的天然长链分子，并进一步形成大量微细纤维网络。这些纤维会像天然胶水一样穿插于沙粒之间，将原本彼此独立的沙粒连接起来，从而形成更加稳定的整体结构。

研究负责人表示，从材料科学角度来看，这实际上相当于创造出一种由沙粒和生物纤维共同构成的天然复合材料。显微镜图像显示，微生物产生的纤维网络会包裹并连接单个沙粒，使原本松散的沙地获得前所未有的结构强度。

为了验证其效果，研究人员分别使用实验室沙样和阿布扎比真实沙丘采集的沙样进行测试。结果表明，经过细菌处理后的样本机械强度显著提升，其抗侵蚀能力远高于普通沙地。

更重要的是，保水性能也得到明显改善。实验数据显示，经过细菌处理的沙地中，水分渗透速度降低约六倍。这意味着原本会迅速流失的灌溉水能够在基质中停留更长时间，为未来植物生长创造条件。

研究团队还开发了第二种改进方案。他们利用能够产生纳米纤维素的细菌制造超薄生物纤维层，并将这些材料与沙层交替组合，形成类似地工织物的结构。与第一种方案相比，这种分层结构能够进一步提升沙地稳定性和保水能力。

测试结果显示，采用纳米纤维素层状结构后，水分渗透速度下降达到惊人的28倍。与普通沙地相比，其储水能力获得了大幅度提高。不过研究人员同时指出，目前这种方法制造周期较长，效率仍有进一步提升空间。

微生物生长本身需要营养来源。对此，研究团队认为并不存在难以解决的障碍。因为细菌和真菌所需的碳源和糖分，可以直接来自农业废弃物或有机垃圾中的可利用成分，从而形成相对低成本的循环利用模式。

研究人员强调，“活砂”目前仍只是将荒漠改造为可耕土地的第一步。其主要目标并非立即创造完整农田，而是先让沙地具备保持水分和支持更多微生物生长的能力。一旦形成稳定的微生物生态系统，后续便有可能进一步引入植物和其他有机物，逐步改善土壤质量。

随着全球越来越多地区面临土地退化问题，这种利用自然微生物改造沙漠的新技术受到广泛关注。虽然距离大规模农业应用仍有一段距离，但研究团队相信，通过给沙子注入“生命”，未来荒漠地区或许能够拥有全新的农业发展可能。