魏江春院士：给沙漠铺上“生物地毯”

生物谷

地衣真菌学家----魏江春
（Jiangchun Wei 1931.11.11-）

“以干旱半干旱荒漠地区特有的、自然形成的地毯式微型生物结皮为‘模版’，通过现代生物技术予以‘复制’，为流动的沙漠铺上微型生物结皮式的‘地毯’，从而实现控制流沙、治理沙漠化的目标。”描绘这一治理沙漠化的全新宏伟蓝图时，74岁的魏江春院士神采奕奕。

棘手的现状

我国是世界上受荒漠化影响最严重的国家之一：荒漠化土地达264.42万平方公里，占国土面积的27.5％，每年直接经济损失达540亿元，而且沙漠化还在以每年数十米甚至数百米的速度向前推进。

沙漠化不仅造成生态系统失衡，耕地面积缩小，还给人民的生产生活带来了严重影响——我国西北和内蒙古沙漠地区，已成为中国乃至亚太地区沙尘暴的主要灾源区之一。因此，沙漠治理已成为我国生态环境治理的首要任务。但要治理谈何容易，在年降雨量200毫米以下的沙漠地区，普通维管植物难以存活，因此既不能通过种草，更不能通过植树造林进行沙漠治理，除非采用引水灌溉，但代价十分高昂。另一方面，化学固沙因为固定剂老化、二次污染及土地无法再利用而没有被推广；机械固沙也因存在工程繁重、寿命短等问题，无法与现在的沙漠化速度相抗衡。

魏江春介绍，目前被认为最有希望的途径是以生物学措施为主导，从根本上改变环境、治理沙漠，并获得可持续发展的综合治理。但目前该领域还仅限于高等耐旱树种的引种驯化、优化选择和防护林的合理配置等。由于这些树种幼苗生长缓慢，即使成活，植被也稀疏单薄，在相当长的时间内，沙面仍然是流动的。因此，探索符合沙漠原生环境的新型治沙途径迫在眉睫。

一个意外的发现

魏江春提出的上述沙漠化治理新思路，源自上世纪的一个意外发现。

上世纪50年代，国家修建北京—兰州铁路时，为防止流沙掩埋铁轨，授命当时的中科院沈阳林业土壤所拿出固定住流沙的方案。林土所治沙队采用的是在草方格中种植灌木的方法，但没想到，种下的灌木几年后由于缺水渐渐都死了。然而，“有心栽花花不开，无心插柳柳成荫”——在死掉的灌木丛下面形成了一层灰黑、灰绿色，谁也不知道究竟为何物的结皮。

2000年，魏江春经过实地考察后发现，这种结皮的成分中不仅包含藻类、苔藓，还含有地衣，而且在很多情况下，地衣还占着主要成分。据他统计，这种微型生物结皮中各种成分的含量分别为：地衣35.2%、蓝藻26.3%、维管植物21.3%、苔藓10.6%、裸露土壤6.6%。结皮的形成过程一般是：蓝、绿藻和真菌共生而形成地衣，然后在地衣的基础上再生长出苔藓，最后混合土壤等物形成微型生物结皮。

这一发现令地衣研究专家魏江春兴奋不已。“能不能用这种地衣结皮来治理流动的沙漠呢？”——一个富有创意的想法在他的脑海闪现出来。2001年10月，魏江春在北师大主办的西部生态治理院士咨询会议上，率先提出了这一设想。2002年3月，他向国家自然科学基金委员会正式申请了“中国西部荒漠地衣及其固沙生物学研究”的课题。

对于研究中发现的微型生物结皮有何重要作用，魏江春解释说，“在微型生物结皮中，地衣占着明显的优势地位。地衣可以通过其菌丝和假根在固沙过程中起到十分重要的作用——它发达的菌丝和结实的生物假根能够黏合沙粒，有效地束缚沙粒的流动，从而起到固沙的作用，进而减少荒漠地表的风蚀和水土流失。风洞实验也证明：微型生物结皮的存在大大提高了起沙风速，尤其地衣和苔藓在防止就地起沙上的作用十分明显。同时，微型生物结皮还能固定大气中的氮素，降低沙粒粒径，对土壤理化性质的改善和增加土壤有机质含量起着重要作用，可以为维管植物的定居创造有利条件，最终起到固定沙丘的作用。”

魏江春介绍，目前已经从结皮地衣中分离、培养和储存了地衣型真菌、地衣型蓝细菌20多株，为人工培养、接种和促进结皮快速形成提供了大量菌种。而且从2003年开始通过对地衣体组织粉末悬浮液喷洒进行的样方试验证明，地衣结皮在一年内即可形成，从而排除了微型生物结皮形成和发育缓慢的疑虑。因此，完全可以在实验室对微型生物结皮进行育种培养，然后通过飞机播种等手段进行大面积的“复制”，最终实现快速有效控制流沙、治理荒漠化的目标。

“沙漠生物地毯工程”

奇特的微型生物结皮现象也引起了国内其他同行的注意，中科院寒旱所、新疆生地所、武汉水生所也分别从土壤水循环、苔藓、藻类等不同方向展开了相关研究。

于是，在今年的一次春节联欢会上，魏江春提议整合各方的研究力量和成果，开展一个更大的、整合的“沙漠生物地毯工程”。这个提议当即得到了在场中科院生物局有关领导的肯定和支持。

据悉，由魏江春领衔明年正式启动的“沙漠生物地毯工程”，将围绕微型生物结皮的主要类型和群落组成结构（包括结皮覆盖面积、物种多样性、类型及演替等），微型生物结皮中各种生物的共生机理及协同作用机制，各主要类型结皮的固沙机理及生态功能，筛选适应于不同地区的结皮种类，防沙治沙生物化学复合基质的研发，通过转基因途径增强微型生物抗旱性能，在“沙漠生物地毯工程”产业化等7个方面开展进一步研究。“沙漠生物地毯工程”将是继我国植树造林工程、园林景观工程之后的又一大型生态环境工程。

编后：

“沙漠生物地毯工程”为解决我国荒漠化地区的生态环境问题提供了全新的理论突破和技术创新。毫无疑问，这一无灌溉工程的实施对改善西部地区的生态环境、促进区域经济可持续发展、保障地区生态安全和国家稳定与长治久安，都具有重要的战略意义。对提升我国在国际荒漠化防治行动中的地位也将产生深远的影响。

不难预见，随着“沙漠生物地毯工程”的实用化和产业化，浩瀚的沙漠化国土将披上一层灰绿色的“生物地毯”。届时，蔚蓝的天空将不再有沙尘暴，流动的沙丘将不再肆虐，而沙进人退的局面也将得到彻底的扭转。

魏江春院士简介

魏江春院士，男，汉族，陕西省咸阳市秦都区人，1931年11月1日生，中共党员。俄罗斯生物科学博士、中国科学院微生物研究所研究员、中国科学院院士。2000年被河北大学生命科学学院软引进为河北大学教授。

国内外兼职情况：中国孢子植物志编辑委员会副主编，中国科学院微生物研究所副所长，《真菌学报》副主编，中科院真菌地衣系统学开放实验室主任，中科院微生物研究所学位委员会主任，《国际孢子植物学报》编委，《极地研究》编委，《POLAR SCIENCE》编委，中科院分类区系学科发展专家委员会委员，中科院生物多样性专家委员会委员，中国科学探险西会理事会理事，中国菌物学会理事长，中科院真菌地衣系统学开放实验室学术委员会主任，中华人民共和国濒危物种科学委员会委员，《Mycosystema》科学顾问，美国芝加哥菲尔德自然历史博物馆植物系名誉研究员，国家基金委、科技部、中科院联合资助的三志（动物志、植物志、孢子植物志）九五重大项目首席科学家。

共发表论文60余篇，专著四册。1986年中国科学院科学技术进步特等奖，1991享受有突出贡献科学家的政府特殊津贴，1996国家海洋局科学技术特等奖，1997国家海洋局科学技术二等奖。