〈全球沸騰現轉機〉全球植物之根系真菌網絡，每年可吸收130億噸碳、幫助土地恢復活力，對調節全球氣候與糧食供應扮演重要角色

壹、全球植物表層下龐大真菌網，構成植物根系交換系統，每年約可吸收130億噸碳

1885年德國科學家阿爾伯特·伯納德·法蘭克（Albert Bernard Frank）正式提出菌根(mycorrhiza)一詞，並定義這種根部與真菌的互利關係。「myco-」代表真菌(fungus)，而「rhiza」為根的意思，因此菌根可視為fungus-root，即植物根部在生長期間與真菌形成的共生組合(symbiosis association)關係，顯示植物根與真菌間具雙向交流，由植物提供光合作用的碳水化合物給真菌，真菌則自根處吸收水與養分給植物，兩者達成互利共生現象。全球約逾95％以上的植物其根系都具菌根感染，在正常環境下植物根部都具菌根構造，因此植物菌根應被視為根部的正常形態，不具菌根的根反而非正常。

2011年美國非洲裔荷蘭頂尖研究型，阿姆斯特丹自由大學(Vrije Universiteit Amsterdam, VU)演化生物學家托比基爾斯教授(Dr. Toby Kiers)，在「科學」期刊發表具里程意義的論文指稱，菌根真菌（mycorrhizal fungi）是植物根部與真菌菌絲結合的共生體。真菌幫助植物吸收土壤中的水分和養分(如磷、鋅等礦物質)，而植物則提供真菌所需的糖分和碳水化合物。 叢枝菌根菌（Arbuscular Mycorrhizal Fungi, AMF菌）為其中最常見的類型，幾可與所有陸生植物根部共生，且有助形成土壤結構和增加碳匯，因而對減緩氣候變遷與減少極端氣候發生具重要功能。當菌根網路被破壞（即菌根無法正常提供磷等物質時），植物會顯著減少對菌根的碳水化合物，菌根對植物的幫助下降，不利生長，顯示菌根網絡在生態系統中的重要性。在「生物交易市集」裡如同精明的商人，會根據供需關係作出決策。實驗發現，菌根菌會主動將磷從豐富區輸送到稀有區，然後藉由落差獲取更多的碳，也就是植物願意支付「更高的代價」來換取短缺資源，甚至會囤積資源以增加需求，這種操做法與美國華爾街股市交易員如出一轍，而這是在植物根部沒有大腦或中樞神經的情況下完成，因而引發更深層的問題：菌根菌究竟如何處理資訊以及在網絡中的電訊流情形。

2019年11月德國古生物學研究機構，如布萊梅大學（德語：Universität Bremen）及國際合作團隊利用紅外光譜和顯微技術等，在較古老的岩石中發現真菌化石特徵，研究推論微生物與植物關係稱：真菌比植物更早出現在地球上(約15億年)，全球陸生植物中，大約90%屬於菌根真菌植物，意即其根部被不同種菌根真菌拓殖；菌根真菌能促進土壤聚結、增强植物對礦物營養的吸收、支援幼株發育、幫助植物抗壓及抵禦病害，並利用地下網絡將植物連結產生聯防效應，在此之前農夫並不知有菌根真菌存在，更不知耙犂、化肥及農藥等會把菌根真菌殺死，大多農耕法都使作物愈長愈不健康，愈來愈缺乏營養，因此愈易染病。目前土壤科學家已了解菌根真菌的重要，會鼓勵農作在下苗前先讓植物種子重新拓殖菌根真菌，讓幼株能更茁壯成長。

貳、菌根菌是最有效的碳捕獲工具，對增加全球生物多樣性及土壤碳匯極具重要

2023年8月23日「增匯」期刊登載一則研究稱，真菌每年透過植物儲存在土壤的碳為全球化石燃料碳排量的1/3以上，表示真菌在因應全球氣候變遷以及實現淨零碳排目標中可能扮演關鍵角色。菌根菌與植物根部相互交織形成菌根網狀結構，並與植物發展出共生關係，菌根菌幫助植物吸收水分及養分，植物則行光合作用將空氣中二氧化碳轉化為醣類，提供菌根菌做為能量來源。這些真菌存在地球超過4.5億年，並在地底下構築巨大的菌根網絡，為土壤生態系統重要的生物之1。英國雪菲爾德大學(University of Sheffield，TUOS)研究人員表示，多數研究關注在恢復和保護地上的森林及植被，以解決全球暖化及氣候變遷帶來的問題，而地下的菌根菌長時間埋藏在土裡，人們很難意識到它的存在，近年越來越多證據顯示菌根菌參與碳循環，協助將碳儲存到土壤，其吸碳能力不容小覷。

植物與叢枝菌根真菌（Arbuscular Mycorrhizal Fungi, AMF）間，是地球上最古老且普遍的共生關係之1。TUOS大學研究團隊針對數百種有植物的土壤進行綜合分析結果顯示，地球每年約有131.2億噸由菌根菌移轉給植物吸收的二氧化碳儲存在土壤中，相當於全球化石燃料排放量的36%，比中國每年的碳排量還多，因此菌根菌可說是最有效的碳捕獲工具，對於增加全球生物多樣性及土壤碳匯極具重要。研究團隊正在研究菌根菌如何增加土壤碳匯以及在其他養分循環的作用，並透過田間實驗模擬未來氣候環境，增加對土壤真菌及其他微生物如何將碳轉移至地下，及對氣候變遷的影響，確認真菌在土壤生態系統中所扮演的角色，並呼籲各界採行更多行動進行土壤保育，將菌根菌納入維護全球生物多樣性及淨零碳排策略。

2025年4月托比基爾斯研究團隊發現植物與AMF間夥伴關係，讓植物能夠從土壤中更有效率地吸收磷等礦物質，而真菌則從植物獲取碳，兩者在共生過程中存有精密的監控與調控系統，研究發現MtCLE16胜肽顯著促進植物與AMF共生，且能延長叢枝壽命與促進其發育，使共生更穩定有效，另在AMF基因組中發現一種與MtCLE16胜肽序列極為相似的基因，命名為RiCLE1，其結構與MtCLE16極為類似，顯示AMF可透過模仿植物CLE胜肽（CLE peptides）細胞間家族通訊訊號分子操控訊號，負責調節生長與抗逆，進而促進自身定殖。

參、多數真菌多樣性熱點通常位於地底，與現有許多生物保護區並未重疊

2025年6月25日基爾斯及其合作團隊進一步推動真菌領域的發展，得出令人深省的結論：多數真菌多樣性熱點（Fungal Diversity Hotspots）並不在現有保護區內，通常位於地底，且令人意外地與許多現有的生物保護區並未重疊，顯示傳統保育體系嚴重忽視真菌，為解決此問題，基爾斯博士等專家共同創立地下網絡保護學會(Society for the Protection of Underground Networks, SPUN)，致力於繪製地下真菌網絡、監測碳封存與保護「地球氣候調節尖兵」。SPUN隨後並推出「地下倡議者」計畫，培訓科學家運用法律工具來保護真菌生物多樣性。根據最新的研究，這些真菌多樣性熱點分布廣泛，涵蓋多種生態系，且對碳固存至關重要。主要熱點包括如下5區：

1. 西非的幾內亞森林（Guinean forests）：被認為是具備獨特真菌群落的熱點之1。
2. 澳洲塔斯馬尼亞（Tasmania）的溫帶雨林（Cool Temperate Rainforest）：擁有高度多樣性與特有性的真菌社群。
3. 巴西的塞拉多（Cerrado）稀樹草原：擁有獨特的地下真菌多樣性。
4. 地中海型氣候區：這類區域亦為菌根真菌的豐富度高區。
5. 溫帶針葉林：林地底層為真菌提供豐富的有機物質與共生環境。 

肆、利用菌根真菌多樣性地圖集及地下真菌網絡保護學會，填補全球保育盲點

2025年7月～2026年1月基爾斯及其合作團隊發表全球首張高解析度地下菌根真菌多樣性地圖集(Underground Atlas)，真菌與80%陸地植物形成共生網絡，對植物營養交換和碳儲存至關重要，能儲存一年約130億噸二氧化碳，對調節地球氣候及支持生態系統韌性其重要性不言而喻。然而研究卻顯示只有9.5%真菌社群與指定「世界保護區數據庫」重疊，因而對碳封存及對付極端氣候事件構成重大風險。地下真菌網絡保護協會(SPUN)，研究論文登於「自然」期刊稱，過去人們僅將這些網絡視為植物的有益夥伴，直到近期才發現角色被嚴重低估：這些網絡實為地球最重要的循環系統之1。地下地圖集繪製菌根菌全球分布，協助揭露地表下的生物多樣性。研究顯示，植物會將多餘的碳輸送到地下，菌根菌每年能吸收約131.2億噸二氧化碳，約等於全球化石燃料排放量的1/3。

伍、地下網絡保護學會推動地下真菌地圖集公共平台及倡議計畫，以填補全球保育盲點

2026年1月中旬SPUN推出地下倡議者（Underground Advocates）計畫，培訓科學家運用法律工具來保護真菌生物多樣性。基爾斯教授解釋：「我們所認知的生命之所以存在，都是因為真菌」，現代陸生植物的祖先藻類並不具備複雜的根系，因與真菌的共生關係後，才讓它們得以擴展至陸地環境。SPUN團隊使用130國家的環境DNA資料庫數據製作成地圖，並推出「地下真菌地圖」公共平台。SPUN執行董事托比基爾斯博士指出，土壤儲存地球75%陸地碳，卻長期未受關注。

由於現有保育體系大多忽視真菌，因此基爾斯等專家共同創立地下網絡保護學會（SPUN），一來繪製真菌生物多樣性分布圖，二來為加強保護的依據。珍古德(Dame Jane Goodall)也是SPUN顧問委員會成員。托比基爾斯博士表示，由於菌根真菌網絡缺乏監測和保護，導致我們失去許多高價值地下生態系統，若失去它們將加劇全球暖化且擾亂營養循環，高解析度地圖對恢復退化生態系統至關重要。自然保護協會首席科學家亞歷克斯·維格曼博士(Dr. Alex Wegman)強調，過去搶救生態行動只關心地面生物，現在地下真菌地圖提供量化目標，可以提供管理者建立更多樣性菌根社群。由於地球暖化影響日益加劇，顯示將地下真菌納入國際生物多樣性法律和政策的迫切性，科學家擔心如非洲西部迦納共和國(Republic of Ghana)海岸等全球菌根多樣性熱點，正面臨每年2m遭受侵蝕，關鍵性重要生物多樣性可能很快就會被沖入大海。

SPUN數據科學家邁克爾·范·努蘭德博士(Dr. Michael van Nuland)表示，基爾斯團隊推出之「地下真菌地圖集」是迄今最豐富的全球真菌環境DNA資料庫，他們耗時3年，蒐集全球超過28億筆DNA資料，首次繪製成全球地下真菌地圖，不僅能預測未取樣區域的生物多樣性，還能辨識真菌稀有性和退化風險，對企業和政府在風險評估和持續發展提供幫助時，能更全面理解生態系統價值，促進保護和恢復地下生態系統。基爾斯教授貢獻多年研究證明，菌根真菌透過互利共生網絡，調節植物養分交換，成為生態永續與糧食安全的關鍵驅動力，並將重塑全球農業模式。

2026年1月14日基爾斯終於獲頒素有「環境諾貝爾獎」之稱的泰勒環境成就獎（Tyler Prize for Environmental Achievement）。SPUN數據科學家邁克爾·范·努蘭德博士(Dr. Michael Van Nuland)表示，全球地下真菌地圖是迄今最豐富的全球真菌環境DNA資料庫，地圖不僅能預測未取樣區域的生物多樣性，還能辨識真菌稀有性和退化風險，都能幫助監管機構和恢復行動預測生物多樣性損失和脆弱性。不僅對科學界有重要意義，還對企業和政府在風險評估和可持續發展提供新視角。

陸、菌根真菌能幫助土地恢復活力，成為自然界的隱形工程師，支撐全球糧食安全與土壤健康

2019年8月8日聯合國政府間氣候變遷專門委員會發表《氣候變遷和土地特別報告》發出強烈警告：「全球超過四分之一的土地陷入『人為退化』危機。」保護和恢復森林及全球糧食系統，是解決土地和氣候危機不斷惡化的關鍵。全球沸騰時代極端氣候災難頻傳，造成全球土壤退化威脅與糧食供應，世界銀行報告指出，土壤退化每年造成全球GDP損失8%，菌根真菌為自然界中最有效的合作者，正悄然改變農業變局，菌根介入將可逆轉此趨勢。

基爾斯教授被譽為「菌根真菌世界冠軍」，菌根技術成為農產業鏈的核心轉型力量，帶動全球生物科技市場成長，例如在荷蘭的長期試驗，她追蹤真菌如何優先分配碳水化合物給最需要養分的植物，展現出類似「市場經濟」的資源分配機制，不僅提升作物抗逆性，還為永續農業提供藍圖。菌根真菌透過與植物根系形成的共生關係，能擴大根系吸收面積達數百倍，特別在磷、氮等養分缺乏的土壤中發揮作用，根據AMF的研究，菌根網絡確實能顯著提升植物對磷等，特別是磷的吸收能力，證實菌根網絡可將植物磷吸收率提高35%，在乾旱地區尤為顯著。研究團隊透過穩定同位素標記追蹤，發現真菌可將碳分配給健康植物達70%，促進群體韌性。基爾斯教授在《Nature》發表的論文稱，菌根破壞會導致植物生長下降40%，在澳洲使用她的方法修復了5,000公頃退化牧場，提升生物多樣性25%。荷蘭瓦赫寧根大學（Wageningen University & Research, WUR）所作試驗顯示，使用菌根技術的農田，糧食產量在乾旱年增長22%。

結語

全球植物表層下之根系真菌與80%陸地植物形成共生網絡，一年能儲存約130億噸二氧化碳，對調節全球氣候及支持生態系統韌性極為重要，且為自然界的隱形工程師，能幫助土地恢復活力支撐全球糧食安全與土壤健康，國際農糧組織與經濟合作暨發展組織稱，菌根應用可彌補土壤退化，特別在亞洲與非洲的貧瘠土地轉型，有助更全面促進保護和恢復地下生態系統。