科學(xué)種“土”，保護旱地活皮膚

頂著美國猶他州當(dāng)空的烈日，在干燥熾熱的陽光下，薩莎·里德正悉心培育著一個個“土塊”。它們實際上是植物、細菌、地衣與真菌等的集合體。里德是一名生態(tài)學(xué)家，她正在培育的是隱花植物土壤。

隱花植物土壤也被稱作“生物結(jié)皮”，是一種薄層生物組織群落。在干旱地區(qū)，這些群落會在土壤表面形成一層獨特的結(jié)皮，雖然并不起眼，卻在地球的旱地生態(tài)系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色。它們不僅有助于將松散的土壤顆粒膠結(jié)在一起，防止水土流失，還能夠保持土壤水分，為其他微生物提供棲息之所，為土壤補充氮元素。

| 氣候威脅 |

乍看之下，生物結(jié)皮就像是與周遭土壤顏色不同的斑塊。但如果湊近仔細觀察，這些斑塊就變成了由深色小土塊組成的馬賽克圖案，上面布滿了小小的苔蘚和不太起眼的地衣。不過，這只是生物結(jié)皮的一種形態(tài)，它們也可能看起來與普通板結(jié)的土壤極為相似。盡管踩上去嘎吱作響的生物結(jié)皮就像一堆脆脆的落葉，讓人忍不住想要上去踩踏一番，但如果真的這么做了，那可就鑄成大錯了。因為一旦破壞，這些生物結(jié)皮可能需要數(shù)十年才能再生。

如今，除了人為踩踏造成的破壞，生物結(jié)皮還面臨另一種由人類活動帶來的威脅：氣候變化。因此，研究人員正在積極展開研究工作，以加深對生物結(jié)皮的理解，并探尋修復(fù)它們的方法。

“目前我們非常忙碌，同時也感到非常興奮。我們正在逐步探索，可以說是摸著石頭過河。”安妮塔·安東寧卡說。她是一位植物與土壤生態(tài)學(xué)家，在美國北亞利桑那大學(xué)從事生物結(jié)皮的研究工作。她指出，生物結(jié)皮廣泛存在于旱地生態(tài)系統(tǒng)中，這些生態(tài)系統(tǒng)至關(guān)重要，但在全球范圍內(nèi)，它們也是退化最嚴(yán)重的生態(tài)系統(tǒng)之一。隨著旱地的退化，生物結(jié)皮的覆蓋率會逐漸減少，土壤肥力也會隨之下降。失去保護的土壤顆粒將變得松散，容易被風(fēng)吹走。同時，滲入地下的水量也會減少。甚至碳循環(huán)也可能受到影響，因為構(gòu)成生物結(jié)皮的許多微小生物都能吸收二氧化碳。

| 具有生命力的皮膚 |

地球約12%的陸地表面被生物結(jié)皮覆蓋，它們廣泛分布于全球各大洲。生物結(jié)皮的主要組成部分是一類能夠進行光合作用的原核生物——藍細菌。在代謝過程中，藍細菌會形成具有黏性的細絲，這些細絲在風(fēng)沙土中如同膠水一般，能夠?qū)⑼寥李w粒粘結(jié)在一起，形成硬殼狀的表面，從而為其他真菌和細菌的附著提供基礎(chǔ)。然而，生物結(jié)皮的成分并非一成不變，其具體組成會因所處環(huán)境的不同而有所差異。除了真菌和細菌外，生物結(jié)皮還可以包含細小的苔蘚、地衣以及微型藻類。例如，在美國猶他州摩押這類較為濕潤的沙漠地區(qū)，苔蘚是生物結(jié)皮的主要成分；而在內(nèi)華達州米德湖附近富含石膏的土壤中，地衣則占據(jù)主導(dǎo)地位?？偟膩碚f，有些生物結(jié)皮成分豐富，包含上述所有提到的生物，而有些則相對單一。但無論成分如何，它們都是荒漠土地上一層具有生命力的“皮膚”。

“它們給土壤穿上了一層鎧甲?！泵绹鴣喞Ｄ侵萘⒋髮W(xué)的微生物學(xué)家費蘭·皮切爾說。他在大約20年前開始研究生物結(jié)皮，當(dāng)時人們對它們的了解還非常有限。在2023年發(fā)表于《微生物學(xué)年評》期刊的文章中，皮切爾概述了過去幾十年里研究人員對生物結(jié)皮的認識進展以及未來需要進一步研究的方向?！霸谶@二三十年里，我們已經(jīng)取得了巨大的進展?！彼f。

然而，生物結(jié)皮如今正面臨新的威脅。多項研究表明，氣候變暖的加劇和降水量的變化都會對生物結(jié)皮構(gòu)成嚴(yán)重威脅。生物結(jié)皮對溫度升高以及降水量的波動極為敏感，無論是長時間的干旱還是異常增多的降水，都可能對其造成損害，具體影響則取決于它們所處的地理位置。模型預(yù)測，在未來65年內(nèi)，氣候變化可能會導(dǎo)致生物結(jié)皮的覆蓋面積減少25%至40%。

| 拯救生物結(jié)皮 |

為了防患于未然，里德正與美國地質(zhì)調(diào)查局的其他生態(tài)學(xué)家同事緊密合作，加快研究如何在野外環(huán)境中讓生物結(jié)皮恢復(fù)生長。在她所在的這片堪稱全球最大的野外培育場中，針對生物結(jié)皮修復(fù)的研究主要集中在三個方面。

首先，研究團隊致力于尋找最適宜生物結(jié)皮生長和移植的環(huán)境。起初，研究人員在溫室內(nèi)培育生物結(jié)皮群落，取得了顯著的成功。然而，里德發(fā)現(xiàn)，由于溫室環(huán)境過于安逸，這些生物結(jié)皮一旦被移植到戶外，便很難繼續(xù)存活。因此，她現(xiàn)在安排一部分生物結(jié)皮直接在野外培育。“我們正嘗試讓它們適應(yīng)更為嚴(yán)苛的自然環(huán)境。”她說。在野外，生物結(jié)皮能夠經(jīng)歷更接近自然狀態(tài)的環(huán)境條件，但研究團隊仍會通過澆水和遮蔭等方式為它們提供一定的支持。

其次，研究人員正在探究生物結(jié)皮生長所需的生物群落完整性。生物結(jié)皮具有自我修復(fù)能力，這意味著哪怕只是一小塊，最終也能重新生長為完整的生物結(jié)皮。因此，一種培育方法是將生物結(jié)皮的碎片撒在地面上，讓它們自然生長，類似于播撒種子。但在野外，組成生物結(jié)皮的各個部分可能會以未知的方式協(xié)同發(fā)揮積極作用。因此，里德的研究重點是，如果將生物結(jié)皮培育成更大規(guī)模、更成熟的群落，是否會更有利于移植。“我們將它們單獨置于惡劣的環(huán)境中，期待它們能存活并茁壯成長?！彼f，“然而，它們的實際生長情況并沒有達到我們的預(yù)期。”于是，研究人員嘗試了一種新的修復(fù)方法，靈感來源于草皮。他們首先將小塊的生物結(jié)皮撒在防草布上——這是一種園林工人常用的薄織物。等這些生物結(jié)皮生長起來后，研究人員會將防草布卷起，將其轉(zhuǎn)移到移植目的地，再重新鋪開。盡管里德最初擔(dān)心卷起的過程會破壞生物結(jié)皮，但令她驚訝的是，這種方法奏效了。生物結(jié)皮不僅完好無損，而且在新環(huán)境中生長得很好。不過，這種方法適用于一些小的、精心挑選的地點，例如步道旁，可能并不適合在整個地貌范圍內(nèi)大規(guī)模施行。

研究人員探究的第三個方面是，面對氣候變化時，在眾多生物結(jié)皮類型中，是否存在更適用于修復(fù)工作的種類。為此，里德和安東寧卡從更炎熱、更干燥的地區(qū)采集了生物結(jié)皮樣本（以此模擬美國西南部旱地未來可能呈現(xiàn)的氣候條件），并將這些樣本帶回培育場進行培育。目前，他們正在監(jiān)測這些生物結(jié)皮移植后的生長狀況。隨著它們的生長，研究人員會篩選出那些生長表現(xiàn)格外出色的種類。

如今，為了將研究成果付諸實踐，里德、安東寧卡以及其他研究人員正與土地管理方展開合作，包括國家公園、土地管理局以及美國林務(wù)局?！昂献麝P(guān)系至關(guān)重要?！卑矕|寧卡說。例如，摩押培育場就是與北亞利桑那大學(xué)、大自然保護協(xié)會以及當(dāng)?shù)匾患曳菭I利組織合作建立的。安東寧卡還提到，通過加強與土地管理方的合作，將來在遇到可能擾動土壤的開發(fā)項目時，就有機會將生物結(jié)皮修復(fù)計劃納入其中。

為了保護生物結(jié)皮，干旱地區(qū)的人們在自家后院也可以采取一些簡單的措施。安東寧卡表示，如果業(yè)主計劃在自家院子里開挖，需要破壞覆蓋有生物結(jié)皮的土壤，或者要在上面進行建設(shè)，他們可以先將土壤上的生物結(jié)皮簡單地收集起來，放在桶里，保持干燥和涼爽；待施工完成后，再將這些生物結(jié)皮撒回被擾動的土壤上，或者撒在院子的其他地方。公眾同樣可以發(fā)揮重要作用。例如，盡量沿著步道行走，避免踩踏生物結(jié)皮，以及宣傳相關(guān)知識以提高人們的保護意識。畢竟，如果人們對生物結(jié)皮的存在一無所知，他們就很容易忽視腳下這一微小而重要的生態(tài)系統(tǒng)。

“趴下來，用手和膝蓋撐著地面仔細看看吧。”里德說，“我們研究它們是因為它們很重要，但它們的美以及獨特之處同樣值得人們關(guān)注?！?/p>

編輯：侯寅