5、土壤微生物组功能研究的目标和能力建设
土壤微生物组的研究依赖于跨学科交叉的理念和先进技术的支撑。未来（2025年前后）我国土壤微生物组的战略目标主要有：绘制主要生态系统土壤微生物资源图，建立国际一流的环境格局-土壤微生物组整合分析数据库和平台；研究土壤微生物组的形成与演化、关键物质与能量循环的微生物机制、土壤微生物组资源发掘与定向调控，突破地球科学和生命科学交叉前沿的重大问题，为解决 21 世纪我国面临的农业、能源、医疗和工业相关的重大问题提供支撑。
土壤微生物组服务于人类生产生活和经济社会发展是其永恒不变的主题。土壤微生物组的研究已经超越了单一微生物、单一土壤要素、单一微观过程的传统理念，而是将微生物群落及其栖息环境的相互作用作为一个整体，从地球科学的宏观角度调控土壤过程的农业和生态环境功能，从分子生物学的微观尺度发掘海量微生物资源在医疗健康、工业生产等方面的巨大潜力。因此，功能研究是新形势下土壤微生物组能力建设的核心，其主要技术路径和能力建设包括以下 6 方面。
（1）土壤微生物组与医疗健康。土壤是微生物资源的最大源和汇，蕴藏着难以估量的活性物质，这些微生物在医药卫生、畜牧饲料、农化用品等方面具有广阔的应用前景。美国科学家瓦克斯曼创新了微生物分离培养技术，发现了活性物质链霉素，首先定义了抗生素（antibiotic）的基本概念，成为第一位获得诺贝尔奖的土壤学家；而日本科学家大村智则从土壤微生物中发现了伊维菌素活性物质，在治疗河盲症和象皮病方面发挥了巨大作用，并于 2015 年获诺贝尔奖；与此同时，我国土壤微生物资源及其活性化合物资源挖掘亟需跨学科人才与平台建设。
（2）土壤微生物组与农业生产。我国用世界7%的耕地面积养育了世界21%的人口，这必然导致大量的农药、化肥和资源投入，进而导致土壤资源退化与污染，土壤微生物在养分循环与供应过程中发挥了决定性的作用。2013年12月，美国政府出版了《微生物养活世界》一书，强调土壤微生物调控能够实现作物增产 20%，减少20%的化肥与杀虫剂的农业投入，是未来环境友好、经济可行的绿色农业新出路。美国孟山都农业生物技术公司也正在开发相关微生物组制剂，旨在改变传统的农业增产模式，由地上部分植物农业性状改良的单一研究和生产，扩展到地下微生物功能研究，以提高土壤肥力和生产力。我国亟需结合中国特色现代化农业开展土壤微生物组相关研究，为创新驱动我国农业经济发展提供智力支撑。
（3）土壤微生物组与环境保护。土壤污染是一个世界性环境问题，是人类社会可持续发展的最大挑战。土壤微生物组通过自身的生命代谢活动（如分泌有机物质以络合/沉淀重金属，分泌胞外酶以降解/转化有机污染物），使被污染土壤部分（或完全）恢复到污染前状态。土壤微生物组被认为是土壤污染生物诊断与生态风险评价的指标，而土壤微生物组-植物-物理化学联合修复技术，被认为是土壤污染环境修复的绿色途径，是社会经济可持续发展的必然需求。我国亟需在污染物降解微生物资源及其下游应用方面加大投入，为推动生态文明建设保驾护航。
（4）土壤微生物组与全球变化。陆地表层系统中几乎所有的温室气体排放过程，包括二氧化碳、甲烷和氧化亚氮，均与土壤微生物密切相关。土壤微生物组事实上被认为主导了温室气体产生和氧化过程。据估算，我国旱地土壤每年大气甲烷氧化量高达4700万吨，而美国科学家曾报道我国水稻田甲烷排放量为大约每年1亿吨。产甲烷古菌、甲烷氧化菌、硝化微生物和反硝化微生物则形成了互有联系、密不可分的土壤微生物组，在控制土壤温室气体排放方面发挥着重要作用。因此，深入解析土壤温室气体产生与氧化的微生物过程，将为准确估算我国温室气体甲烷源和汇的强度以应对国际间气候变化履约，提供重要的科学数据支持。
（5）土壤微生物组与跨学科研究。土壤微生物组本身是一门交叉学科，它的诞生和涌现得益于先进的分子生物学、物理学、化学、计算科学和信息学等学科的快速发展和交叉融合。例如，土壤微生物学与物理学交叉可为解答土壤结构的形成与演化机制提供重要线索，与化学交叉则推动了对土壤元素转化规律的深入理解，与矿物学交叉则为阐明地球生物成矿过程提供了新的视角，与地理学交叉则能够更好理解地球表层系统关键过程及地理分布格局。以土壤微生物组为牵引的跨学科交叉研究，从系统的角度为生命科学和环境可持续发展理论与实践提供重要的源动力，已经成为主要发达国家科学前沿战略高地。
（6）土壤微生物组与联网平台。受理论和技术的制约，以及长期以来对土壤微生物组原位研究的关注缺失，我国土壤微生物组野外实验平台的建设相对滞后，迄今尚无相关的专门实验室，更缺乏长期开展土壤微生物组联网研究的野外实验平台，极大地限制了土壤微生物组资源的收集、挖掘与利用。结合我国已有野外长期定位试验站的积累与经验，建设土壤微生物组联网监测与示范研究平台，将能通过“空间换时间”，在更大时间和空间尺度认知土壤微生物组从哪里来、到哪里去，更好地把握不同类型和尺度下土壤微生物组的结构与功能，提高生态系统尺度转化研究的可靠性，准确认知土壤微生物组功能的尺度效应，造福人类并推动社会经济发展。
6、结语
土壤、水、大气被认为是人类生存与发展的核心资源。然而，传统的土壤微生物组研究主要服务农业生产，随着社会经济的快速发展，特别是近30年来，学术界对土壤微生物组的理论认知发生了翻天覆地的变化，其应用前景得到了各国政府的高度重视，成为新一轮科技革命的战略制高点之一。目前，国际土壤微生物组的多样性、描述性研究已臻成熟，相关研究面临着从数量向质量转变的历史机遇和挑战。
在新技术发展日新月异的国际环境下，通过整合不同学科优势力量，强化不同学科交叉研究，发挥建制化的集成攻关优势，创新土壤微生物组方法体系，破译土壤微生物组起源与演化的基本理论，发挥土壤微生物组在合成生物学、合成生态学等学科发展和应用中的基础性地位，积极推动并参与重大国际合作项目或政府间行动计划，在夯实学术实力的同时增强我国科学家的国际话语权和影响力，将能促进我国在地球科学、生命科学和农学等相关领域的理论突破，实现土壤微生物组知识积累和应用示范的跨越式发展。
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