真菌固碳能力超乎想象

由于農業、森林砍伐和城市化，許多土壤真菌面臨風險。人類活動和污染正在導緻森林失去這些真菌碳衛士，而這些真菌的消失可能正在加速氣候變化。（南方周末記者 馮飛/圖）

土壤是地球上最大的陸基有機碳儲存庫，碳儲量大約是大氣的兩倍。這意味着，即使土壤儲碳的微小變化也可能對地球大氣碳含量和全球氣候産生重大影響。

是以在面對土壤固碳時，科學家考慮的問題更為複雜：有多少碳被釋放出來，又有多少碳被長期封存起來，同時對土壤固碳起到關鍵作用的物質又是什麼？2021年發表在《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，PNAS）上的一項研究指出，土壤真菌是這一過程的主要調節者，白腐菌能夠利用從木質素中捕獲的碳作為碳源，研究闡明了土壤生态系統中發生的一個關鍵過程。

真菌固碳作用

人類消耗化石燃料後會将二氧化碳排放到大氣中，大氣中二氧化碳的濃度越高，地球就會越暖和。但并不是所有的二氧化碳排放都直接進入大氣層，世界各地森林中的樹木會在光合作用過程中“吃掉”二氧化碳，當這種情況發生時，二氧化碳氣體中的碳被轉化為植物生物量，并最終鎖定在樹幹和森林土壤中。

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。隻要這些碳分子留在森林裡，它們就不會進入大氣，進而阻止它們對全球變暖的貢獻。但這一固碳過程并不是樹木獨立完成的，每一片森林中都有一個微生物群，由各種與樹木同步生長的微生物組成，它們在森林吸收二氧化碳的能力方面發揮着重要作用。

森林裡的樹木與許多不同的菌根真菌形成的共生關系，牢牢将碳固定在土壤中，科學家們已經了解到，一種叫做外生菌根真菌的特殊菌根真菌正在幫助樹木更快地吸收二氧化碳。外生菌根真菌還可以緩解将森林土壤中的碳傳回到大氣中的自然過程，來增強森林将碳鎖在樹木和土壤中的能力。發表在PNAS上的研究是由美國國家可再生能源實驗室（NREL）的科學家牽頭完成的，這項基礎研究表明，白腐真菌能夠利用從木質素中捕獲的碳作為碳源。這意味着它們可以吃掉這些化合物，并利用它們來生長。

木質素中碳含量約占生物圈中有機碳的30%。如果能将這一部分碳牢牢封存在土壤中，将會對全球碳減排産生積極的推動作用。NREL選取了自然界中最有效的木質素降解生物——白腐真菌進行研究，測試它們是否真的會消耗木質素分解産生的産物。研究檢測了兩種白腐真菌，通過使用基因組分析、同位素标記和系統生物學方法，确定了這些生物體将木質素衍生的芳香族化合物中的碳納入中心代謝的能力，并繪制出該轉換過程中潛在的芳香族分解代謝途徑。該研究試圖開辟另外一種碳封存的途徑。無獨有偶，2021年11月發表在《ISME通訊》（ISME Communications）上的一項研究也指出，在實驗室實驗中生長的富含真菌的土壤在加熱時比其他土壤釋放的二氧化碳要少。這側面表明真菌對于制造土壤、将碳封存在地球上是必不可少的。

真菌和氣候變化

氣候變化和極端天氣将是物種數量變化的主要驅動因素。比如2020年初在澳洲發生的火災，改變了菌根真菌隔離碳的能力。火災會減少真菌的數量，因為在受火災影響的土壤中，死亡的真菌組織腐爛得更快。

2019年《自然-通訊》（Nature Communications）上的一項全球評估表明，這些擔憂正在成為現實，人類的影響大大減少了植物與真菌的共生關系。植被清除影響了菌根真菌的分布。外生菌根共生關系的喪失減少了這些生态系統的土壤碳固存量。研究發現，盡管共生體消失了，但有菌根植被的生态系統在全球儲存了3500億噸碳，相比之下，無菌根植被的碳儲量為290億噸。恢複這些生态系統可以對減緩氣候變化産生重大影響。

另一方面，由于農業、森林砍伐和城市化，許多土壤真菌面臨風險。人類活動和污染正在導緻森林失去這些真菌碳衛士，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——正在導緻森林失去這些真菌，放大了二氧化碳排放的一個自然來源，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。這是因為燃燒化石燃料不僅會排放二氧化碳污染，還會排放一氧化二氮氣體，這些氣體最終會以氮污染的形式落在森林中。當這些肥料進入鄰近的生态系統時，農場使用的氮肥也起到了作用。

在人類實作大氣二氧化碳去除目标的途徑中，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着非常重要的作用。盡管需要從能源、運輸和土地等部門共同努力來減輕氣候變化的最嚴重影響，但毫無疑問，真菌是一種基于自然的解決方案，有可能大幅減少碳排放。是以恢複與土壤真菌形成外生菌根共生關系的原生植被，特别是在廢棄的農業和貧瘠的土地上，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