Pambihirang Tuklas sa Tsina: Ginagawang Matabang Lupa ang Buhangin sa Disyerto sa Wala Pang Isang Taon Gamit ang mga Mikrobyo

Mula Dekada tungo sa mga Buwan: Bagong Takdang Panahon para sa Pagpapanumbalik ng Disyerto

Nakabuo ang mga siyentipiko sa Tsina ng paraang kayang gawing matatag at matabang lupa ang buhangin sa disyerto na inaanod ng hangin sa loob lamang ng 10 hanggang 16 na buwan gamit ang mga mikrobyong pinarami sa laboratoryo. Dati, ilang dekada ang kailangan para rito. Sa tagumpay na ito, naitala ng Chinese Academy of Sciences (CAS) malapit sa Taklamakan Desert sa Xinjiang, ginagamit ang cyanobacteria upang lumikha ng mga biyolohikal na sapin sa lupa na nagbibigkis sa mga butil ng buhangin, pumipigil sa pagguho dahil sa hangin at nagpaparami ng organikong materyal. Malaking pagpapabilis ito sa mga likas na proseso ng pagpapanumbalik ng disyerto. Ipinakita ng mga makasaysayang tala na sumubaybay sa paglaki ng mga sapin sa loob ng 59 na taon ng pagpapanumbalik ng disyerto na pinaikli ng pagdaragdag ng cyanobacteria mula sa laboratoryo ang prosesong ito mula ilang dekada tungo sa ilang buwan lamang. Nagbibigay ang mabilis na pagpapatatag ng mahalagang panahon sa mga pangkat ng pagpapanumbalik upang makapagtanim ng mga halaman bago mapinsala ng malalakas na hangin at sukdulang temperatura ang mga bagong sibol. Nagsisilbing pundasyon ng prosesong ito ang mga harang na yari sa dayami, na nakaayos na parang checkerboard sa hilagang-kanluran ng Tsina. Sa mga ginamot na bahagi, nakita ang maiitim na sapin na nananatili kahit matapos ang mga pana-panahong bagyo ng alikabok at matitinding pagbabago ng temperatura. Posibleng solusyon ang biyolohikal na paraang ito sa mga limitasyon ng tradisyonal na pagtatanim ng mga puno, na nangangailangan ng malawakang irigasyon at ilang dekada bago lubusang lumaki ang mga ito. Sa ilalim ng mikroskopyo, bumubuo ang cyanobacteria ng sapot ng mga hibla ng bakterya na nakapulupot sa mga butil ng buhangin at naglalabas ng malalagkit na asukal na tumitigas at nagiging nagkakaisang sapin. Ayon sa mga pagsusuri sa laboratoryo, mahigit 90 porsiyento ang ibinababa ng buhay na pandikit na ito sa pagkaanod ng lupa dahil sa hangin, kaya nagkakaroon ng matatag na ibabaw kung saan makapag-uugat ang mga punla. Sinubukan ang paraang ito sa malulupit na kondisyon ng Taklamakan, kung saan tumataas nang husto ang temperatura tuwing tag-init at nagyeyelo naman tuwing taglamig, at napatunayang matibay ito sa iba-ibang sukdulang pana-panahong kondisyon.

Paano Lumilikha ng Lupa ang Sinaunang Bakterya Gamit ang Liwanag ng Araw at Hangin

Malamang na lumitaw mga 3.5 bilyong taon na ang nakalipas ang cyanobacteria, na nagsisilbing mga mikroskopikong inhinyero ng ekosistema. Gumagawa ng potosintesis ang mga bakterya nitong pinatatakbo ng sikat ng araw: kumukuha ang mga ito ng carbon dioxide mula sa hangin at naglalabas ng mga simpleng organikong sangkap. Sa mga kapaligiran sa disyerto na salat sa sustansiya, may ilang uri rin na nagtatakda ng nitroheno, o nagko-convert ng nitroheno sa atmospera tungo sa mga sustansiyang magagamit ng mga halaman. Sa gayon, lumilikha ang mga ito ng pataba mula sa hangin. Sinasakop ng mga bakterya ang mga harang na yari sa dayami na nakalatag na parang checkerboard sa buhangin, at bumubuo ng maninipis na buhay na sapin na nakatatagal sa pana-panahong mga bagyo ng alikabok at matitinding pagbabago ng temperatura. Kapag naitatag na, sinisimulan ng mga organismong ito ang pagbabagong mula sa tigang na ibabaw ng mineral tungo sa umuusbong na mga ekosistema ng lupa na kayang magtaguyod ng mas matataas na uri ng halaman.

Malagkit na Pundasyon ng Bagong Lupa

Sa pagsusuri sa ilalim ng mikroskopyo, makikita sa mga biyolohikal na sapin sa lupa ang masalimuot na sapot ng mga hibla ng bakterya na nakapulupot sa bawat butil ng buhangin. Naglalabas ang mga selula ng malalagkit na asukal na tumitigas at nagiging maninipis at nagkakaisang sapin, na para bang idinidikit ang buhangin. Mahigit 90 porsiyento ang ibinababa ng sapin na ito sa pagkaanod ng lupa dahil sa hangin sa mga pagsusuri sa laboratoryo, ayon sa pananaliksik na inilathala sa Soil Biology and Biochemistry. Sa unang taon pa lamang, nagsisimula nang magpanatili ng sustansiya sa unang pulgada ng lupa ang ginamot na ibabaw sa halip na hayaang tangayin ang mga ito ng hangin. Naghahalo ang mga patay na selulang mikrobyo at tumagas na asukal sa mineral na alikabok na inaanod, at bumubuo ng organikong materyal na sumasalo sa nitroheno at posporus. Lumilikha ito ng mga unang sangkap para sa matabang lupa sa kapaligirang dati ay salat sa mga ito.

Sunod-sunod na Pagbabago sa Ekosistema: Mula sa mga Mikrobyo tungo sa Lumot

Habang lumalago ang sapin, nagbabago ang komunidad mula sa pamamayani ng mga mikrobyo tungo sa halong sapin na kinabibilangan ng mga lumot at maliliit na bahagi ng moss. Ipinakikita ng pananaliksik sa Tengger Desert na sumaklaw sa 53 taon ng pagpapanumbalik na pinatitibay ng mga lumot ang ibabaw, samantalang nagbibigay naman ng taas at lilim ang moss na kumakanlong sa mga bagong mikrobyo at nagpapanatili ng halumigmig sa maliliit na puwang. Gayunman, kailangang protektahan ang prosesong ito dahil maaaring mabiyak ang marupok na ibabaw sa yapak, pagdaan ng mga sasakyan at pagpapastol, na posibleng magpabalik ng ilang taon sa pagpapanumbalik. Palatandaan ng paglipat mula sa paunang pagpapatatag tungo sa tunay na pagbuo ng lupa ang pag-usad mula sa mga payak na sapin ng bakterya tungo sa masalimuot na komunidad ng mga lumot at moss. Karaniwang dalawa hanggang tatlong taon ang kailangan bago maging lubos na matibay ang yugtong ito sa mga pinsalang dulot ng panggugulo.

Ipinakikita ng mga pag-aaral sa bakterya sa lupa ng mga pinanumbalik na disyerto na magkakaiba ang papel ng iba’t ibang populasyon ng mikrobyo. Pinabibilis ng masisiglang uri ng bakterya, na kayang gumamit ng malawak na hanay ng mga mapagkukunan, ang pagpapanumbalik ng maraming tungkulin ng ekosistema sa pamamagitan ng magkakaugnay na pag-ikot ng sustansiya. Nag-aambag naman ang mga bihirang uri, na may makikitid na ekolohikal na tirahan, sa pangmatagalang katatagan dahil may mga uri pang makagaganap ng kaparehong tungkulin kapag nagbago ang kapaligiran. Ayon sa pananaliksik na inilathala sa Communications Biology, sumusunod sa mga padron ng di-tiyak na pagbuo ng komunidad ang mga karaniwang mikrobyo, samantalang pinamamahalaan ng mga prosesong deterministiko ang mga bihirang uri. Sama-sama nilang nililikha ang matatag na mga ekosistema ng lupa na kayang makayanan ang mga pagbabago sa kapaligiran.

Pagsipsip ng Carbon sa Buhangin: Suporta sa Great Green Wall

Kaayon ng mas malawak na pagsisikap na gawing sumisipsip ng carbon ang mga gilid ng disyerto ang pamamaraang mikrobiyal sa pagpapanumbalik. Kamakailan ay ganap na napalibutan ang Taklamakan Desert, na kilala bilang Dagat ng Kamatayan dahil sa sukdulang pagkatuyo nito, ng berdeng sona na may habang 3,046 kilometro, na binubuo ng mga punongkahoy at palumpong na matibay sa tagtuyot. Itinanim ang mga ito sa ilalim ng Three North Shelterbelt Forest Program. Nagsisilbing netong sumisipsip ng carbon ang buhay na harang na ito: kumukuha ito ng carbon dioxide mula sa atmospera habang pinatatatag ang mga buhanginang inaanod ng hangin. Pinatutunayan ng datos mula sa remote sensing ang potensiyal nitong sumipsip ng carbon. Pinag-aaralan ng pisikong pang-atmospera ng University of California na si King Fai Li ang rehiyon gamit ang teknolohiyang Solar Induced Fluorescence (SIF), na nakakakita sa mahinang liwanag na malapit sa infrared na inilalabas habang nagaganap ang potosintesis. Binigyang-diin ni Li na bagaman katamtaman ang pagsipsip ng carbon kung ihahambing sa mga kagubatang tropikal, mahalaga ang tuluy-tuloy na pagsasagawa nito.

Hindi ito kagubatang tropikal. Isa itong kalupaan ng mga palumpong, gaya ng chaparral sa Southern California. Pero positibong bagay na masusukat at mapatutunayan natin mula sa kalawakan ang katotohanang sumisipsip ito ng CO2 at patuloy itong ginagawa.

Gayunman, malalaking hamon ang kinakaharap ng tradisyonal na pagtatanim ng mga puno. Ipinakikita ng pagsusuri sa mga yamang-tubig na maaaring magpababa ng agos ng mga ilog at makaubos ng tubig sa mga aquifer ang malawakang pagtatanim, dahil mas maraming tubig ang sumisingaw mula sa mga kagubatang nangangailangan nito. Ipinakikita ng pananaliksik mula sa China Agricultural University na bagaman dumami ang kabuuang ulan sa ilang rehiyon dahil sa pagtatanim ng mga puno, mas marami ring halumigmig ang nakuha ng mga ito mula sa lupa at tubig sa ilalim nito, na nagdulot ng kakulangan ng tubig sa mga tuyong palanggana. Itinatampok ng tensiyong ito ang posibleng pakinabang ng teknolohiya ng mga mikrobiyal na sapin sa lupa: mas kaunti ang tubig na kailangan nito kaysa sa ganap nang lumaking kagubatan, habang patuloy itong nag-iimbak ng carbon sa pamamagitan ng pagdami ng organikong materyal sa lupa.

Pagpapalawak: Mula sa mga Pagsubok sa Taklamakan tungo sa Pambansang Patakaran

Nagpakita ng potensiyal ang pamamaraang gumagamit ng cyanobacteria sa mga lugar bukod pa sa Taklamakan. Sa Mu Us Desert, nakatulong ang pagsasabog ng binhi mula sa himpapawid na sinabayan ng pagpapanumbalik gamit ang mga mikrobyo sa pagbuo ng lupa mula sa buhanging inaanod, habang pinabubuti ang katabaan nito. Ipinakikita ng pagsusuri gamit ang high-throughput sequencing sa mga lugar na pinagsasabugan ng binhi sa loob ng 30 taon ang malaking pagdami ng sari-saring mikrobyo sa lupa, kasabay ng pagtaas ng kabuuang carbon, nitroheno at nitrate at ng mga populasyon ng bakterya at fungi. Karaniwang mas mahusay humarap sa init, alat at tagtuyot ang mga lokal na uri ng cyanobacteria kaysa sa mga inangkat na uri. Dahil dito, kailangang mangolekta ng mga kultura mula sa kalapit na mga disyerto sa halip na umasa sa mga komersiyal na panimulang kultura na para sa lahat ng lugar. Hamon ito sa mabilisang pagpapalawak ng pamamaraan, ngunit tinitiyak nito ang pagiging angkop nito sa ekolohiya at ang pangmatagalang pananatili ng mga ipinakilalang komunidad ng mikrobyo.

Anong mga Limitasyon ang Kayang Lampasan ng Pagpapanumbalik Gamit ang Mikrobyo?

Sa kabila ng magagandang resulta, may mahahalagang limitasyon ang pamamaraang mikrobiyal sa pagpapanumbalik. Maraming sanhi ang paglawak ng mga disyerto, kabilang ang labis na pagpapastol, maling paggamit ng tubig at pagbabago ng klima. Nangangahulugan ito na hindi kayang lutasin ng mga sapin lamang ang mga ugat ng problemang ito. Kung walang pangmatagalang proteksiyon laban sa mga sasakyan at matinding pagdaan ng mga tao, maaaring gumuho ang mga pinanumbalik na ibabaw. Tubig pa rin ang pangunahing limitasyon. Sa mahahabang panahon ng tagtuyot, natutulog ang mga buhay na sapin, kaya lubhang nakadepende sa mga kondisyon ng klima at maingat na pagpili ng panahon ng pagpapanumbalik ang mga resulta. Pinakamabisa ang pamamaraang ito bilang bahagi ng pinagsamang hakbang na gumagamit ng mga pisikal na harang, pagpapakilala ng mikrobyo at estratehikong pagtatanim ng mga halaman. Nangangailangan ng makabagong mga pamamaraan ang pagsubaybay sa mga pinanumbalik na ekosistema. Gumagamit ang mga siyentipiko ng high-throughput sequencing upang subaybayan ang sunod-sunod na pagbabago ng mga mikrobyo at tasahin ang kaligtasang ekolohikal. Sa Hulun Buir Sandy Land, ipinakikita ng pananaliksik na mas malakas tumugon sa mga pagbabago sa kapaligiran ang mga komunidad ng bakterya kaysa sa mga komunidad ng fungi. Nakaaapekto sa kayarian ng komunidad ang pH, halumigmig ng lupa at mga salik na may kaugnayan sa mga halaman. Nakatutulong ang mga palatandaang ito sa mga tagapamahala na matukoy kung kailan nagkamit ng katatagan sa paggana ang mga pinanumbalik na lupain.

Mga Aral sa Pagpapanumbalik ng Tuyong Lupa sa Buong Mundo

Nagbibigay ng mga aral para sa iba pang tuyong rehiyon, mula sa Sahel sa Africa hanggang sa Gitnang Silangan, ang karanasan sa mga disyerto ng Tsina. Mula nang ilunsad noong 2007, gumagamit na ngayon ang inisyatibang African Great Green Wall ng mga paraang nagpapanumbalik ng iba-ibang bahagi sa halip na tuluy-tuloy na mga hanay ng puno. Kabilang dito ang pagtulong sa likas na pagbabagong-sibol at agroforestry. Sa Niger at Burkina Faso, pinanumbalik ng mga magsasaka ang mga lupa sa pamamagitan ng pagtulong sa likas na pagbabagong-sibol: sinasalo nila ang ulan sa mabababaw na hukay at pinoprotektahan ang mga batang puno nang hindi gumagamit ng maraming tubig sa irigasyon. Napapanumbalik ng mga paraang ito ang milyun-milyong akre ng lupa habang lumilikha ng napapanatiling kabuhayan sa pamamagitan ng mga produktong agroforestry gaya ng kumpay at pulot. Maaari ring mapabilis ng pagsasama ng mga mikrobiyal na sapin sa lupa ang pagpapatatag ng mga buhanginang inaanod sa mga rehiyong ito, at makapagbigay ng pundasyon upang mas mabilis magkabisa ang mga pamamaraan ng likas na pagbabagong-sibol.

Ipinakikita ng teknolohiyang ito na kayang makabawi ng mga lupain kahit lubha nang nasira ang mga ito, basta’t may tiyak na interbensiyon. Iminumungkahi ng mga siyentipiko na maaaring malampasan ang pangunahing limitasyon sa pagpapanumbalik ng mga tigang na sona, ang paunang yugto ng pagtatatag kung kailan pinakamadaling mapinsala ng hangin at tagtuyot ang mga batang halaman, sa pamamagitan ng pagsasama ng pagpapakilala ng cyanobacteria at mga lokal na pamamaraan sa pagsalo ng tubig. Sinusuri na ng mga internasyonal na katuwang kung paano iaangkop ang pamamaraang Tsino sa mga lupa sa Africa. Nakatuon ang mga paunang pagsubok sa pagtukoy ng mga lokal na uri ng cyanobacteria na makatatagal sa partikular na init at alat ng Sahel. Habang pinalalala ng pagbabago ng klima ang paglawak ng mga disyerto sa buong mundo, maaaring maging mahalaga ang mga pamamaraang nagpapabilis sa pagbuo ng lupa habang binabawasan ang paggamit ng tubig upang mapanatili ang produktibidad ng agrikultura at maiwasan ang paglawak ng mga bagyo ng buhangin sa iba’t ibang kontinente.

Mga Pangunahing Punto

• Napaiikli ng mga siyentipiko sa Tsina mula ilang dekada tungo sa 10 hanggang 16 na buwan ang pagbuo ng lupa sa disyerto gamit ang cyanobacteria na pinarami sa laboratoryo. Binibigkis ng mga ito ang mga butil ng buhangin at bumubuo ng matatag na mga biyolohikal na sapin.
• Mahigit 90 porsiyento ang ibinababa ng pamamaraang ito sa pagguho ng lupa dahil sa hangin at nalilikha nito ang lupang pang-ibabaw na mayaman sa sustansiya sa pamamagitan ng pagtatakda ng nitroheno at pagdami ng organikong materyal.
• Ipinakikita ng pananaliksik sa maraming disyerto na pinananatili ng mga komunidad ng mikrobyo ang maraming tungkulin ng ekosistema. Pinangangasiwaan ng mga karaniwang uri ang pag-ikot ng sustansiya, habang tinitiyak naman ng mga bihirang uri ang pangmatagalang katatagan.
• Nangangailangan ng maraming tubig ang tradisyonal na pagtatanim ng mga puno sa mga tigang na rehiyon, kaya maaaring maging mas napapanatiling dagdag na paraan sa pagtatanim ng puno ang pagpapanumbalik gamit ang mga mikrobyo.
• Kailangan ng pamamaraang ito ng proteksiyon laban sa pisikal na pinsala at ng sapat na ulan sa tamang panahon. Pinakamabisa ito bilang bahagi ng pinagsamang estratehiya sa pagkontrol sa paglawak ng disyerto.