日本理化研究所环境资源研究中心菊地淳领导的研究小组开发出“利用半碳化生物改良土壤综合评价法”，可通过综合分析土壤的物理、化学和生物学特征对土壤进行改良。土壤由大小不一的沙石、经微生物分解后残留的腐殖以及由雨水、河川等带入的矿物等多种物组成。这些物交织形成团粒结构，使土壤保持适度水分，并通过空气通道向植物和土壤生物提供氧气。

迄今为止，学术界发表了众多关于土壤环境循环的研究报告，但角度大都比较单一。由于植物通过根部吸收营养、水分和进行呼吸，土壤特征对植物生长影响明显。要维持植物正常生长，土壤中必须要有充分的湿度和空气。比如在撒哈拉以南非洲，土壤非常干燥，含水后土会变得极其坚硬，使农栽培面临很大困难。

研究小组发表在英国《科学报告》杂志上的报告称，为改良土壤结构，他们利用核磁共振法（NMR）构建了结构分析方法。他们先对桐油树落叶进行破碎处理，在无氧环境下低温加热至摄氏240度，制成半碳化生物。然后通过红外光谱法、热分析法、粒度分布和二维溶液核磁共振法进行分析，并从代谢组分析结果确认了由热分解形成的生物中水分和半纤维素成分。

在上述分析的基础上，研究小组把半碳化的桐油树以各种比例混合在贫瘠土壤中，结果发现，经过改良的土壤形成了团粒结构，出现了结构稳定的物理特征，证明土壤保水能力提高。此外，土壤改良后还出现了植物与微生物共生现象。研究人员称，这一评价方法可对不断扩大的荒漠地带进行土壤改良，使其成为可耕种土地，从而为人口爆发式增长的非洲地区解决粮食问题带来新的希望。

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