徐興良：心之所向 素履以往

本刊記者 肖貞林

徐興良：心之所向 素履以往

本刊記者 肖貞林

徐興良

“土”者，地之吐生萬(wàn)物者也。覆蓋在地球表面脆弱松散的一層泥土，賦予了天地萬(wàn)物以勃勃生機(jī)。“其實(shí)，土壤并不像大家普遍認(rèn)識(shí)的那樣，它不是一種單純的物質(zhì)，而是一種非常復(fù)雜的復(fù)合體。隨著研究的不斷深入，我們逐漸發(fā)現(xiàn)，土壤中微生物與植物之間的相互作用是大有機(jī)理可循的”，在某次研討會(huì)議上，徐興良如是說道。

徐興良所專注的領(lǐng)域讓他癡迷，讓他成為一個(gè)探索者，借助土壤和植物這兩種媒介，透過層層謎團(tuán)，不斷攻克著土壤生態(tài)世界的種種難題。或許前進(jìn)道路上困難重重，挑戰(zhàn)迭生，他卻因?yàn)樾闹颍晃菲D難，并樂在其中。

科研源自于生活

在農(nóng)村長(zhǎng)大的徐興良，對(duì)土地有著難以割舍的情懷。在他的家鄉(xiāng)，水旱相間的田地間，小麥、水稻、玉米、花生等作物被廣泛地種植并蓬勃生長(zhǎng)，從小，他就對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)頗為好奇并表現(xiàn)出強(qiáng)烈的研究興趣。讀中學(xué)的時(shí)候，徐興良曾發(fā)現(xiàn)：農(nóng)作物在施加農(nóng)家肥時(shí)，莊稼會(huì)長(zhǎng)得格外好，葉片也格外綠，收獲的糧食做出的飯也會(huì)特別地香；而施加化學(xué)肥料的作物，長(zhǎng)勢(shì)也很好，但葉片一般呈淺綠，產(chǎn)出的糧食做出的飯也缺失那種清香味道。自此，徐興良的心里就產(chǎn)生了疑問：植物和土壤之間有著怎樣的相互作用關(guān)系呢？能不能通過一些方法，來提高農(nóng)作物的產(chǎn)量或者改善土壤的質(zhì)量呢？都說興趣是最好的老師，也許誰(shuí)都不會(huì)想到，正是這些自然而然地貫穿在他青少年生活中的疑問和探索精神，為他今后事業(yè)道路的選擇打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

時(shí)光飛逝20余年，經(jīng)歷了不懈的學(xué)習(xí)、成長(zhǎng)與國(guó)外深造，現(xiàn)如今的徐興良是中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所的一名副研究員，主要從事植物氮素獲取策略、植物與微生物競(jìng)爭(zhēng)、根際激發(fā)效應(yīng)等方面的研究，并取得了許多優(yōu)秀成果。2010年，由徐興良主持的題為“激發(fā)效應(yīng)在土壤碳氮轉(zhuǎn)化過程中的作用機(jī)理及其生態(tài)重要性”的研究，成功獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金的面上項(xiàng)目的資助，這無(wú)疑給徐興良的科研工作增添了更多動(dòng)力和支持。

激發(fā)效應(yīng)被定義為“由有機(jī)碳添加等各種處理所引起的土壤有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)的短期改變”。近年來，科學(xué)家們對(duì)激發(fā)效應(yīng)的深入研究證實(shí)了激發(fā)效應(yīng)是一種普遍存在于土壤中的自然現(xiàn)象，根系分泌物和新鮮凋落物的輸入等跟土壤有機(jī)質(zhì)的分解有著緊密的聯(lián)系。探究激發(fā)效應(yīng)的發(fā)生機(jī)制可以使我們深入理解土壤有機(jī)碳的累積、周轉(zhuǎn)以及養(yǎng)分供應(yīng)等重要的生態(tài)學(xué)過程，對(duì)加強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)的有效管理及避免濫用氮肥而造成的環(huán)境污染，具有重要意義。

在這項(xiàng)研究中，徐興良帶領(lǐng)他的研究團(tuán)隊(duì)幾乎投入了全部精力和時(shí)間。雖然研究困難重重，野外同位素的標(biāo)記和樣品采集也極為不易，但是他都努力咬牙克服了。值得一提的是，因?yàn)橥寥乐兄灰獩]有外源性物質(zhì)的輸入，90%以上的土壤微生物就會(huì)處于休眠狀態(tài)或者潛在的活躍狀態(tài)，所以，如何判斷哪些活性微生物參與了激發(fā)效應(yīng)又是另外一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。為此，徐興良一直在尋找解決的良策。在這項(xiàng)研究中，他和自己的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性的以探究激發(fā)效應(yīng)在土壤碳氮轉(zhuǎn)化過程中的作用機(jī)制為主線，將土壤碳過程與氮過程通過微生物作用聯(lián)系在了一起，并借助13C和15N雙標(biāo)記技術(shù)，以室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和野外實(shí)驗(yàn)充分結(jié)合的方法，來破譯參與激發(fā)效應(yīng)的微生物，試驗(yàn)取得了良好成效。

經(jīng)過多年的苦心研發(fā)，徐興良闡釋了根際激發(fā)效應(yīng)發(fā)生機(jī)制和生態(tài)重要性，對(duì)植物與土壤微生物氮素競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制和生態(tài)重要性研究也有了創(chuàng)新性的成果。這項(xiàng)研究無(wú)疑推動(dòng)了土壤生態(tài)相關(guān)領(lǐng)域的進(jìn)展，過去研究中的各種困難，在徐興良看來一切都是值得的。

深入探索不停歇

科研之路挑戰(zhàn)叢生，但徐興良樂此不疲，上下求索。在“高寒與溫性草地優(yōu)勢(shì)植物對(duì)土壤氮的獲取策略研究”中，徐興良就曾深入到3000米海拔的青藏高原去開展原位實(shí)驗(yàn)。那時(shí)候的青藏高原，夏天蔚藍(lán)的天空下，布滿了五顏六色鮮艷的花朵，煞是美麗，從事野外研究更像是和大自然的親密接觸，讓徐興良倍感欣喜并記憶猶新。

其實(shí)，自上世紀(jì)末，國(guó)際上就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)：除了對(duì)無(wú)機(jī)態(tài)氮素的吸收，很多植物可以直接從土壤里吸收有機(jī)態(tài)氮素。眾所周知，植物體一部分是由蛋白質(zhì)構(gòu)成的，而土壤中也存在著至少20種氨基酸。但是，研究者卻普遍只用一種15N標(biāo)記的氨基酸（甘氨酸、丙氨酸等）去研究有機(jī)氮對(duì)植物氮營(yíng)養(yǎng)的貢獻(xiàn)，不夠精確也不夠全面。面對(duì)如此困境，徐興良和他的團(tuán)隊(duì)成員一直致力于尋找一種更為完備的研究方法來突破先前研究的藩籬。經(jīng)過多次的思考和探索，徐興良采用了14C和15N雙標(biāo)的富含蛋白質(zhì)的螺旋藻來研究有機(jī)氮的貢獻(xiàn)。較之先前單一氨基酸來說，新方法可以經(jīng)土壤微生物轉(zhuǎn)化產(chǎn)生14C和15N雙標(biāo)的多種氨基酸，可實(shí)現(xiàn)跨生長(zhǎng)季的示蹤研究，準(zhǔn)確性得到了較大提高。

功夫不負(fù)有心人，經(jīng)過徐興良和其團(tuán)隊(duì)的不懈努力，最終取得了一系列創(chuàng)新性的研究成果。在研究中，他們發(fā)現(xiàn)：土壤有機(jī)氮對(duì)優(yōu)勢(shì)植物氮營(yíng)養(yǎng)的年際貢獻(xiàn)取決于草地類型和土壤中自由態(tài)氨基酸的含量，在青藏高原高寒草甸中土壤有機(jī)氮可滿足優(yōu)勢(shì)物種20%的氮素需求，而在溫性草原中僅能滿足5%左右，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)與土壤中有機(jī)態(tài)氮含量有著密切的聯(lián)系。在這種情況下，植物為了滿足自身的需求就不得不去發(fā)展一些策略來獲取有機(jī)氮。這些研究的發(fā)現(xiàn)，促使徐興良和他的團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步將該研究拓展到其他生態(tài)系統(tǒng)類型，探尋其大格局的規(guī)律。

除此之外，憑借對(duì)生態(tài)領(lǐng)域研究的無(wú)限熱情以及深入研究的專業(yè)精神，徐興良的團(tuán)隊(duì)有一些具有重要意義的科研成果也相繼問世。眾所周知，植物根系和微生物幾乎都處于土壤之中，它們均需氮等養(yǎng)分的供養(yǎng)來完成各自的生活史，由于氮素常常是虧缺的，故而兩者常為氮素爭(zhēng)奪而成為對(duì)手。但是，徐興良團(tuán)隊(duì)經(jīng)過與德國(guó)專家的共同合作，對(duì)過去30年間全球范圍內(nèi)發(fā)表的利用15N技術(shù)研究植物和微生物對(duì)氮素競(jìng)爭(zhēng)的40余篇論文中的424對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行再分析后發(fā)現(xiàn)：植物和土壤微生物之間的競(jìng)爭(zhēng)在時(shí)間上存在著分化。每當(dāng)有養(yǎng)分供給時(shí)，微生物會(huì)優(yōu)先吸收其中的一大部分，但隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，微生物所吸收的那一部分養(yǎng)分又會(huì)慢慢釋放出來，供植物進(jìn)行利用。所以綜合說來，植物和微生物是短時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)、長(zhǎng)時(shí)間協(xié)作的互補(bǔ)關(guān)系，這種關(guān)系會(huì)使植物—土壤系統(tǒng)維持相對(duì)穩(wěn)定，有效避免了養(yǎng)分的流失，并推動(dòng)了植物和土壤微生物之間的協(xié)同進(jìn)化。

研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，以上植物與微生物在時(shí)間上存在的互補(bǔ)關(guān)系其實(shí)是兩者“交易”的結(jié)果。一般說來，土壤微生物在沒有外來碳源的情況下，大都處于休眠狀態(tài)，而植物生長(zhǎng)則多會(huì)受氮素的限制。為了解決養(yǎng)分受限的困境，植物會(huì)將光合作用所固定的一部分產(chǎn)物以根際分泌物的形式輸送到根際，以此來增強(qiáng)根際微生物的活性，供養(yǎng)大批微生物的成長(zhǎng)。之后，為根際分泌物所養(yǎng)活的微生物又會(huì)對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)進(jìn)行礦化，釋放出氮和其他礦質(zhì)養(yǎng)分來回報(bào)給植物。所以，植物和微生物之間存在著物質(zhì)上的權(quán)衡，而這個(gè)交易方式就是植物“以碳向微生物換氮”過程的集中體現(xiàn)。根據(jù)研究結(jié)果，徐興良和他的合作者們?cè)凇吨参锷鷳B(tài)學(xué)報(bào)》發(fā)表了“根際激發(fā)效應(yīng)的發(fā)生機(jī)制及其生態(tài)重要性”，文章一經(jīng)發(fā)布便受到土壤生態(tài)領(lǐng)域內(nèi)的廣泛關(guān)注。

20余載的科研路，徐興良走的堅(jiān)定而從容，他慶幸自己身處在一個(gè)努力而踏實(shí)的團(tuán)隊(duì)當(dāng)中，所有人鼎力合作，克服了重重困難。現(xiàn)如今，徐興良所主持的國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目《根際激發(fā)效應(yīng)——植物與微生物之間物質(zhì)“權(quán)衡”的結(jié)果?》是其前期工作的延續(xù)和深入，目前正在如火如荼地進(jìn)行當(dāng)中。

未來，徐興良除了繼續(xù)“激發(fā)效應(yīng)”的研究之外，還有一個(gè)“夢(mèng)想”，就是構(gòu)建我國(guó)典型生態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)植物種的氮素策略數(shù)據(jù)庫(kù)。截至現(xiàn)在，徐興良所在的課題組已經(jīng)做了部分優(yōu)勢(shì)植物種，雖然距離他的那個(gè)“大夢(mèng)想”仍很遙遠(yuǎn)，但是徐興良明白這是自己一生所追求的事業(yè)，只要堅(jiān)持研究，必能收獲到成功的果實(shí)。正如那句話所說的一樣，“心之所向，素履以往”，在接下來的歲月中，徐興良會(huì)帶領(lǐng)著他的團(tuán)隊(duì)，繼續(xù)上下求索，揚(yáng)帆遠(yuǎn)航！