わずか10カ月で砂漠の砂を豊かな土壌に変えるプロセスが解明される

中国の科学者らが、コケを使って砂漠の拡大を防ぐシステムを開発しました。砂にシアノバクテリアを定着させる方法で、既存の方法よりはるかに早く緑化を成し遂げられる可能性があるとのことです。

Biological soil crust succession in deserts through a 59-year-long case study in China: How induced biological soil crust strategy accelerates desertification reversal from decades to years - ScienceDirect
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0038071719303293

China's invention turns desert sand into fertile soil in just 10 months - Earth.com
https://www.earth.com/news/lab-grown-cyanobacteria-microbes-turn-desert-sand-into-fertile-soil-in-just-10-months/

清華大学のソンチャン・デン氏らが目を付けたのは、砂漠の土壌で生物層を成長させるという手法でした。乾燥した土壌では藻類やコケが地表を覆う「生物クラスト」が形成されることがありますが、これを人工的に作ってしまおうというのがデン氏らの試みです。

乾燥地においては植林が緑化の手法として用いられますが、地下水を使い過ぎたり、樹木が乾燥地に適応しなかったりすることから、中国ではしばしば失敗するとのこと。そこで、デン氏らは木を植える前の段階である「土壌」を人工的に作ることで、砂漠化を逆転させるための戦略を考案しようとしました。

自然界では、生物クラストはシアノバクテリアが増殖するところから始まり、続いて地衣類、コケが定着して成熟段階に至るという3つの段階を経て成長します。

肥料が不足した砂漠の土壌では、いくつかの種が窒素固定を行い、窒素ガスを生物クラストのための栄養に変換します。いったん定着すると、生物層は緩い粒子を結びつけ、植物が根を張るための土台を形成することができます。

デン氏らは実験室で培養したシアノバクテリアを使用し、風で簡単に吹き飛ばされないくらいに薄く安定したクラストを生成。砂漠の砂を結合させ、実際の砂漠で敷設するという実験を行いました。

デン氏らの生物クラストは、細胞が粒子間に粘着性の糖を分泌し、薄くまとまりのある層へと硬化させる機能を持ちます。さらに、周囲から漂ってくる鉱物質のチリと混ざり合い、死んだ細胞や糖が有機物を形成して生物クラストの形成に関わる窒素とリンを捕捉するのに役立ちました。栄養が集中するにつれてより多くの微生物が窒素やリン、糖を利用できるようになり、生物クラストは撹乱されにくくなりました。

最初の1年間で、生物クラストが粒子を結びつけて砂粒がその場に留まり、空中に舞い上がる粒子が減少、栄養分が保持されたことが確かめられました。短時間の雨の後でも、生物クラストが水分を表面に保持した一方で、近くの裸の砂はすぐに乾燥。季節的な砂嵐の後も生物クラストは維持され、10〜16か月で砂を安定化させることが分かりました。

時間の経過とともに、生物クラストは主に微生物から地衣類や小さなコケを含む混合被覆へと変化しました。地衣類は表面を強固にし、その遅い成長が強風や寒い夜の間でも生物クラストを維持するのに役立ちました。コケは高さと日陰を提供し、少量の水分を長く保ち、新しい微生物を保護することに役立ったといいます。

デン氏らが未処理の地点と実験室で培養したシアノバクテリアで処理した区画を比較したところ、シアノバクテリアの追加によって数十年かかる過程がわずか数年に短縮されることが判明し、迅速な生物クラストの形成が砂漠化を効率的に防ぐ可能性が示されました。

ただ、人間の歩行や車両の通過、強い「かきならし」により表面が破壊される可能性があるため、大規模に生物クラストを構築するには長期的な保護も必要とのことです。