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文丨35斗

由于过度集约化和污染严重的耕作方式，世界已经失去了约 30% 的耕地。如果目前的趋势继续下去，我们所知道的土壤（soil）将在 2050 年消失。——联合国粮食及农业组织（FAO）

如果你种过植物，你就会理解，土壤是多么性感。在田地土层之下，数以百万计的微生物在这里同生共存，它们决定了作物的生长状况——繁荣或枯萎。微生物与植物在土壤中交缠，细菌、真菌、放线菌、藻类、线虫——它们对植物如何从土壤中吸收养分和茁壮成长至关重要，它们使得土地可以生生不息的繁衍。

一、为什么关注土壤？

“人们一直在寻找解决全球粮食安全的方法，现在解决方案就在他们脚下。”Trace Genomics总裁兼联合创始人Poornima Parameswaran博士说。

直到上个世纪之前，土壤仍然是肥沃、健康、有机的，是一个由微生物、矿物质、分解有机物、空气和水组成的复杂的生态系统。

人类在利用土壤生产粮食、食品原料之时，往往会对土壤进行更多投入，比如化肥、农药、农膜等，以更快、更多地获得产出。但这种做法在获得正面效益的同时，往往伴随着对土壤环境及其负面的影响，首先就是土壤污染、其次是土地退化。两者都会对土质造成较长时间的破坏，如想恢复其土壤效能，则需要耗费大量时间、资金成本。

尽管这两年人们已经认识到土壤问题的严重性，但土壤仍是我们技术和资金投入最少的领域之一。

如果没有充足的健康土壤供应，我们的食物系统可能会崩溃，因为几乎每一种农产品都在其生产过程的某个时刻与土壤联系在一起。

如果上述这些论断会让你觉得危言耸听的话，那让我们来看一组数据：

—— 由于水土流失，每年有 1000 万公顷的耕地损失，相当于每分钟 30 个足球场；

——土壤每侵蚀 0.1 米，产量就会减少 4% ，温度每升高 1 度，产量就会减少 10%；

——到 2050 年，CO2浓度会达到 550ppm，小麦、水稻等主要农作物中蛋白质、铁、锌的营养水平将下降17%；

——以上这些情况将会使 14 亿育龄妇女和 5 岁以下儿童面临缺铁的风险，1.22 亿人将缺乏蛋白质，1.75 亿人将缺锌。

所以，我们不难理解，土壤的健康将对人类健康、粮食安全和地缘政治安全产生深远的影响。

二、技术带来的问题，那就用技术去解决

“世界越早学会如何集体解决问题，那么在复杂问题使我们整个社会崩溃之前，我们能够应对的可能性就越大。”——道格拉斯·恩格尔巴特

应对土壤方面的问题不能诉诸单一的解决方案，各国需要通力合作，并且将不同的学科和技术整合到一个新的土壤系统中。

构建新型土壤运营体系需要多个领域的创新。首先，在全球范围内优化现有的水、化肥、杀虫剂和土地利用的投入效率，我们还需要帮助作物抵御干旱、病虫害和疾病。其次，必须着眼于提高植物吸收肥料的效率，最大限度地减少对环境的损害，同时开发替代生产和再生农业的规模化，提高土壤健康和产物产量。最后，找到增加土壤固碳能力的方法，通过改善土壤来改善人类健康。

可供选择的路径包括但不限于：

① 低成本、集成、多参数的土壤传感器；

② 通过卫星、无人机和光谱成像建立更好的可视化系统；

③ 基于生物技术的作物保护和土壤养分培育；

④ 预测分析并建立精准农业的新模型；

⑤ 机器人技术创新；

⑥ 土壤和微生物组技术的发展；

⑦ 农民教育和点对点学习系统、新的激励机制和更好的土地管理工具（这一点非常重要但又常常被忽略）。

对于尚在起步阶段的中国创新企业而言，收集数据、研发技术和理解土壤仍需要很长一段时间。

三、Part：5大技术路径，守护土壤健康，他们怎么做？

在过去近一个世纪里，大多数农业生物技术研究都集中在植物科学和遗传学上，致力于帮助农民通过优化作物品种和投入物来提高产量。如今，有一些农业生物技术初创公司开始专注于作物生长的环境——土壤和土壤微生物组。

到 2050 年，将有 100 亿人居住在我们的星球上，那么农业产量必须在未来20年内增加。我们需要做出大量的努力来恢复和维持全球所有农业地区的土壤健康。

以下，35斗按技术路径分类，盘点了 25 家海外土壤保护领域公司。

• Ⅰ微生物组技术（Microbiome Technologies）

土壤中充满了活的、会呼吸的生物，它是地球上最大的生物系统，但我们对太阳系的了解远比对我们星球上六英寸的土壤了解得多。

我们将这一技术路径放在第一位，是因为测量土壤生物群落是优化土壤的第一步，通过了解土壤的微生物群组，我们可以更精准、更经济的选择种子、肥料和其他投入物。

所谓微生物修复技术就是利用微生物降解有机污染物或重金属。大致分为两类——生物刺激类和生物增强类，“生物刺激”使得土壤中现有的微生物群落恢复活力，而“生物增强”是将特定的菌株引入到土壤中。

Aphea.Bio：提供生物杀虫剂和生物除草剂领域的研究和开发。该公司的目标是使用天然微生物开发可持续的生物农药和生物刺激剂，以提高作物产量并改善对真菌病害的保护，为农民提供使用化学杀虫剂的替代方案。

Concentric（前身为 Inocucor）：开发对人类安全、保护我们的自然资源的突破性农业技术进步。为传统和有机特种作物和大面积作物开发生物和必需植物营养投入。其产品针对整个植物微生物组：种子、植物、根系及其周围的土壤。

Indigo Agriculture：一家位于波士顿的微生物作物技术初创公司，使用天然微生物学和数字技术来提高种植者的盈利能力、可持续性和消费者健康。为玉米、大豆、小麦和棉花生产微生物种衣。这些涂层有助于作物抵御干旱、高温、盐渍土壤或低氮等环境压力，并增强对病虫害的抵抗力。

Trace Genomics：建立了第一个可扩展的土壤微生物组测试，使用高通量 DNA 测序和机器学习帮助农民预测土壤病害、土壤健康和作物质量。

• Ⅱ覆盖作物（Cover Crops）

覆盖作物不仅可以保护土壤，提升土壤质量，还可以为农民提供一种高收益的经济作物。

使用覆盖作物的农民如此评价道：“当你种植它时，它会像任何植物一样从大气中吸收碳并将其放入地下。你收割植物，你就会在地面上留下一种生物质，它可以做很多事情：它可以防止碳逃逸，并为下一个作物的生长提供养分。”

CoverCress（前身为 Arvegenix）：是一家植物育种公司，使用 CRISPR 基因编辑工具开发和种植基于本地植物仙人掌的新覆盖作物。这种被称为 Covercress 的新型作物可以为玉米和大豆农民提供具有生物燃料应用的淡季经济作物。拜耳风险投资副总裁 Jak Knowles 博士加入 CoverCress 董事会后，对该公司的产品夸赞有余，“CoverCress 既是一种经济作物，也是一种土壤滋养的覆盖作物，这个团队已经将一个新颖而引人注目的想法变成了现实。”

Agrisoma Biosciences：一家加拿大农业科技公司，开发 Carinata 种子以生产航空生物喷气燃料，与联合航空公司和法国石油和蛋白质行业公司 Avril Group 合作，使用该公司的种子油完成了第二次国际商业飞行。

• Ⅲ 土壤友好型生物肥料（Soil-Friendly Bio-Fertilizers）

Cool Planet：是一家生物碳生产商，已获得美国农业部认证的生物基产品标签。CoolTerra 由非食品生物质和各种原料在称为生物质热解的过程中生产，根据作物的不同，在各种不同阶段应用于土壤。它具有一系列优点，例如高度多孔的介质，其作用就像海绵一样在根区保留水分和养分。

HarvestPort：是加利福尼亚作物投入和设备市场，最近与谷物商人 Penny Newman 合作推出了一种新的土壤改良产品，该产品有可能在三个生长季节将氮肥用量减少 30%。

Locus Agricultural Solutions：销售一种名为 Rhizolizer 的有益真菌和细菌产品，据称该产品可以提高作物的产量和质量，例如更大的甜草莓和柑橘类水果，以及增加马铃薯的大小。在摧毁佛罗里达柑橘产业的柑橘绿化流行病之后，它还帮助柑橘种植者再生他们的树木。

Wanda Organic：肯尼亚的一家初创企业，为中小型农民提供有机生物肥料，以改善他们的土壤健康和产量。客户可以通过手机发送一条简单的短信来订购产品。Wanda 表示，其产品可改善土壤有机质，增加养分周转，提高抗病能力，促进土壤稳定，并分解农药和除草剂残留。

KULA Bio：该公司脱胎于哈佛大学微生物研究项目。这家美国公司正在开发一种生物氮肥，可以最大限度地减少径流。作为合成氮肥的替代或部分替代品，它有可能对农场盈利能力和环境产生重大的积极影响。

Upcycle & Co：该公司正在开发一种专有肥料，将肥料与旨在改善土壤质量的改良剂相结合，它认为这是园艺师或园丁最重要的资产。

• Ⅳ 土壤采样技术（Soil Sampling Technologies）

在农业中，关键在于拥有准确的数据以做出更有价值的决策。过去的土壤测试几乎只专注于常量营养素测试，现在已经扩展到微量营养素、有机物质和pH值水平等。

对土壤的分析可以帮助我们找出问题的根源，找到解决方案，然后确定行动方案。我们对土壤了解得越多，越能做出有利于它的决策。

Autoprobe：是土壤采样设备附件制造商。

Teralytic：构建了世界上第一个无线 NPK 土壤探头和一个用于一流养分管理的分析平台。

Krishitantra：为农民、农民生产者组织 (FPO) 和其他农业综合企业利益相关者提供基于物联网的快速土壤测试和土壤营养咨询解决方案。

• Ⅴ 节水土壤技术（Water-Saving Soil Technologies）

mOasis：创造了一种无毒的凝胶状土壤添加剂，通过将水分保持在植物根部附近，并在土壤变干时释放水分，从而帮助种子以更少的水生长。促进幼苗生长有助于建立关键的根系网络，帮助赋予土壤重要的结构。

Land Life Company：是一家技术驱动的再造林初创公司。该公司生产 Cocoon，这是一种低成本、可生物降解的产品，其中树木无需灌溉即可自主生长。Cocoon 允许树木在土壤中生长，否则这些土壤将不利于生长，并且当它分解时提供健康的微生物生命。

还有一些解决方案并不一定要干预土壤本身，比如改善农业机械的属性（重量、使用方式等）。重型农业机械会破坏土壤，导致农作物减产、农业用地的污染径流增加。表层土壤的压实将会使作物产量降低5%到15%左右，而较差的土壤结构则会影响土壤固氮效果。在这种土壤中，植物只能吸收60%到65%的营养成分，其余将会渗入河道和水道。这会成为土壤健康创新的另一个肥沃领域。

四、Part：2035年，中国土壤环保产业年产值将达到 5000 亿人民币

我们将视角转回中国。据西北农林科技大学环境资源学院杨晓梅副教授的介绍，我国对土壤质量维护和提升的研究，共经历了三大阶段：改革开放前（1978 年之前）、联合国环发大会前（1978-1992）、以及其后（1992年之后）。度过了由初级阶段（提高生产力），到关注土壤质量土壤污染，到现在关注土壤污染防治以及紧急情况预警和修复机制。目前国内土壤面临最严重的五大问题是：土壤侵蚀、土壤荒漠化、土壤盐渍化、土壤贫瘠化、土壤污染。

据潘云雨博士介绍，较之发达国家，我国土壤污染治理技术虽然起步较晚，但现在已逐渐迈向世界前列。对于不同场景，土壤污染治理技术也有不同的发展趋势：农用地的发展主流是绿色可持续修复、土壤重金属治理的发展主流是植物修复、土壤有机污染治理的发展主流是生物修复技术。近十余年来，是土壤修复产业及技术发展的高峰时期，修复技术快速发展，形成完整体系，相关企业数量爆发式增长，产业链与产业结构不断优化，国内土壤修复市场越来越广阔，修复工程越来越多，不断带动着国内的土壤修复技术快速进步，缩短与欧美国家差距。

近期，农业农村部发布《高标准农田建设质量管理办法（试行）》，所谓高标准农田形态上要求“田成方、渠成网、旱能灌、涝能排”，目标是旱涝保收、高产稳产，一季千斤、两季吨粮。我国幅员辽阔，自然环境差异很大，不同地区建设的侧重点也有所不同。

农业农村部农田建设管理司司长郭永田说，按照规划，到 2022 年，全国要建成10 亿亩高标准农田，以此稳定保障1万亿斤以上的粮食产能，约占我国粮食总产量的 80%。截至 2020 年全国已建成 8 亿亩高标准农田，这意味着今明两年每年需要建设1亿亩。高标准农田建设要做到数量和质量并重，既要注重提高新建项目质量，又要有序推进已建项目改造提升。进一步优化布局，聚焦永久基本农田、粮食生产功能区和粮食主产区等重点区域，优先开展高标准农田建设，夯实粮食安全基础。

较之发达国家，我国土壤污染治理技术虽然起步较晚，但现在已逐渐迈向世界前列。对于不同场景，土壤污染治理技术也有不同的发展趋势：农用地的发展主流是绿色可持续修复、土壤重金属治理的发展主流是植物修复、土壤有机污染治理的发展主流是生物修复技术。据预测，到 2035 年，国内土壤环保产业年产值将会达到 5000 亿人民币。

当前，中国农业领域在不断涌现新的技术和商业模式。许多处在技术发展前沿的领域在土壤健康方面有巨大潜力——机器人、无人机、数字成像、激光技术、传感器、人工智能、地理空间测绘、生物技术、基因工程、材料科学、纳米材料。

期待这些令人心动的技术在中国土壤保护领域落地。