本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
近日，联合国警告称，除非各国大幅削减消费，否则到2030年世界可能面临40%的用水缺口。由于世界淡水资源的70%用于农业，这意味着要改变人们的耕作方式。这种需求是普遍存在的。在加利福尼亚州中央谷地，农民钻井取水现在正在开采30,000年前形成的蓄水层。在肯尼亚，该国正面临2000年以来最严重的干旱，农民正在手工挖掘水井以获取不断退却的地下水位，即便如此，十分之一的肯尼亚人仍然饥饿。
但在这两个地区，一个改变游戏规则的解决方案可能来自一种被忽视的资源：数十亿计的有益细菌，它们在植物根部附近的土壤中大量繁殖。这种细菌在各处的土壤中都能找到：从受灾严重的肯尼亚海岸（我的家人在那里种植番茄、辣椒和西瓜）到阿拉巴马州的实验温室（我现在在那里工作，以发掘这些土壤微生物群的秘密）。
事实上，五大洲的科学家都在深入研究，以生成微生物与玉米、棉花、番茄和辣椒等作物之间有益关联的证据。植物通常会分泌富含碳的液体来滋养微生物。它们还会分泌各种化学物质来应对一系列压力源，包括昆虫袭击和水分胁迫。土壤细菌会感知到这些信息，并分泌它们自己的化学物质，这些物质可以激活复杂的植物防御机制。
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例如，研究表明，直接应用于种子的有益微生物组合与商业杀虫剂在对抗稻纵卷叶螟方面具有相同的效果，稻纵卷叶螟会将自己包裹在幼苗的叶子中并吃掉叶子。其他研究表明，一些土壤微生物显著提高了重要作物的生长和产量。在德国，一项为期10年的田间研究表明，有益微生物增加了玉米植株的生长和土壤中磷（一种必需的植物养分）的有效性。在哥伦比亚，微生物学家已经大规模生产出在木薯植株上定殖的细菌，并将产量提高了20%。
对于努力适应气候变化的农民，特别是资源有限的小规模农民来说，产量的增加可以开启新的机遇，原因很简单，农作物销售会产生现金，包括可以投资于一系列“气候智能型”耕作技术的资金，这些技术可以进一步节约用水和土壤，并在小块土地上可持续地提高产量。
最近，研究表明土壤细菌在保护作物免受干旱方面发挥着直接作用；改善作物的生长和吸收养分的能力；并增强作物对洪涝、高温、低温以及全球气候变化带来的许多其他挑战的耐受性。
一项研究中，科学家报告称，在干旱沙漠般条件下种植的辣椒充当“资源岛”，吸引细菌，在缺水时维持植物发育。另一项研究确定了土壤细菌，它们促使植物暂时关闭叶子上的气孔。这不仅可以防止致病细菌进入植物，还可以防止水分逸出，从而保持植物的水分。
我在我的研究实验室中看到了这一点，在那里，几个正在进行的实验生动地说明了土壤微生物在保护植物免受水分胁迫方面的作用。在注入某些细菌的土壤中生长的棉花、玉米和番茄植株，在停止供水仅五天后，其根系大小是未经处理土壤中生长的植株的三倍。经过处理的植株挺拔健壮；未经处理的植株则枯萎凋零。差异巨大。
尽管诺维信、孟山都和拜耳作物科学等公司正在探索土壤细菌的潜在商业化，并且几家初创公司正在夜以继日地工作以将微生物混合物商业化，但总体而言，对这一领域的研究才刚刚开始。
联合国将2015年定为国际土壤年，各国政府、资助者和研究人员正在认真审视健康土壤在实现粮食安全方面的作用，因为人口增长和气候变化降低了重要粮食作物的产量。但他们的倡议很少考虑到有益细菌群落的潜力，这些细菌群落数量达数十亿，并且经过数千年的适应，可以帮助植物进行生存斗争。
当然，使用土壤微生物只是确保我们自然资源的可持续性和粮食系统生产力所需的复杂且相互关联的变化的一部分。但它们可以提供新颖的解决方案，这些解决方案在当代植物科学应对气候变化挑战方面具有核心意义。
我们必须投资于理解和利用这种与自然合作而不是对抗自然的资源。随着对粮食安全的担忧随着全球气温升高而增加，土壤细菌可能成为下一个粮食安全的关键工具，帮助世界各地的农民在不断变化的气候条件下节约用水、提高产量和改善营养。
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