科学种“土”，保护旱地活皮肤

顶着美国犹他州当空的烈日，在干燥炽热的阳光下，萨莎·里德正悉心培育着一个个“土块”。它们实际上是植物、细菌、地衣与真菌等的集合体。里德是一名生态学家，她正在培育的是隐花植物土壤。

隐花植物土壤也被称作“生物结皮”，是一种薄层生物组织群落。在干旱地区，这些群落会在土壤表面形成一层独特的结皮，虽然并不起眼，却在地球的旱地生态系统中扮演着至关重要的角色。它们不仅有助于将松散的土壤颗粒胶结在一起，防止水土流失，还能够保持土壤水分，为其他微生物提供栖息之所，为土壤补充氮元素。

| 气候威胁 |

乍看之下，生物结皮就像是与周遭土壤颜色不同的斑块。但如果凑近仔细观察，这些斑块就变成了由深色小土块组成的马赛克图案，上面布满了小小的苔藓和不太起眼的地衣。不过，这只是生物结皮的一种形态，它们也可能看起来与普通板结的土壤极为相似。尽管踩上去嘎吱作响的生物结皮就像一堆脆脆的落叶，让人忍不住想要上去踩踏一番，但如果真的这么做了，那可就铸成大错了。因为一旦破坏，这些生物结皮可能需要数十年才能再生。

如今，除了人为踩踏造成的破坏，生物结皮还面临另一种由人类活动带来的威胁：气候变化。因此，研究人员正在积极展开研究工作，以加深对生物结皮的理解，并探寻修复它们的方法。

“目前我们非常忙碌，同时也感到非常兴奋。我们正在逐步探索，可以说是摸着石头过河。”安妮塔·安东宁卡说。她是一位植物与土壤生态学家，在美国北亚利桑那大学从事生物结皮的研究工作。她指出，生物结皮广泛存在于旱地生态系统中，这些生态系统至关重要，但在全球范围内，它们也是退化最严重的生态系统之一。随着旱地的退化，生物结皮的覆盖率会逐渐减少，土壤肥力也会随之下降。失去保护的土壤颗粒将变得松散，容易被风吹走。同时，渗入地下的水量也会减少。甚至碳循环也可能受到影响，因为构成生物结皮的许多微小生物都能吸收二氧化碳。

| 具有生命力的皮肤 |

地球约12%的陆地表面被生物结皮覆盖，它们广泛分布于全球各大洲。生物结皮的主要组成部分是一类能够进行光合作用的原核生物——蓝细菌。在代谢过程中，蓝细菌会形成具有黏性的细丝，这些细丝在风沙土中如同胶水一般，能够将土壤颗粒粘结在一起，形成硬壳状的表面，从而为其他真菌和细菌的附着提供基础。然而，生物结皮的成分并非一成不变，其具体组成会因所处环境的不同而有所差异。除了真菌和细菌外，生物结皮还可以包含细小的苔藓、地衣以及微型藻类。例如，在美国犹他州摩押这类较为湿润的沙漠地区，苔藓是生物结皮的主要成分；而在内华达州米德湖附近富含石膏的土壤中，地衣则占据主导地位。总的来说，有些生物结皮成分丰富，包含上述所有提到的生物，而有些则相对单一。但无论成分如何，它们都是荒漠土地上一层具有生命力的“皮肤”。

“它们给土壤穿上了一层铠甲。”美国亚利桑那州立大学的微生物学家费兰·皮切尔说。他在大约20年前开始研究生物结皮，当时人们对它们的了解还非常有限。在2023年发表于《微生物学年评》期刊的文章中，皮切尔概述了过去几十年里研究人员对生物结皮的认识进展以及未来需要进一步研究的方向。“在这二三十年里，我们已经取得了巨大的进展。”他说。

然而，生物结皮如今正面临新的威胁。多项研究表明，气候变暖的加剧和降水量的变化都会对生物结皮构成严重威胁。生物结皮对温度升高以及降水量的波动极为敏感，无论是长时间的干旱还是异常增多的降水，都可能对其造成损害，具体影响则取决于它们所处的地理位置。模型预测，在未来65年内，气候变化可能会导致生物结皮的覆盖面积减少25%至40%。

| 拯救生物结皮 |

为了防患于未然，里德正与美国地质调查局的其他生态学家同事紧密合作，加快研究如何在野外环境中让生物结皮恢复生长。在她所在的这片堪称全球最大的野外培育场中，针对生物结皮修复的研究主要集中在三个方面。

首先，研究团队致力于寻找最适宜生物结皮生长和移植的环境。起初，研究人员在温室内培育生物结皮群落，取得了显著的成功。然而，里德发现，由于温室环境过于安逸，这些生物结皮一旦被移植到户外，便很难继续存活。因此，她现在安排一部分生物结皮直接在野外培育。“我们正尝试让它们适应更为严苛的自然环境。”她说。在野外，生物结皮能够经历更接近自然状态的环境条件，但研究团队仍会通过浇水和遮荫等方式为它们提供一定的支持。

其次，研究人员正在探究生物结皮生长所需的生物群落完整性。生物结皮具有自我修复能力，这意味着哪怕只是一小块，最终也能重新生长为完整的生物结皮。因此，一种培育方法是将生物结皮的碎片撒在地面上，让它们自然生长，类似于播撒种子。但在野外，组成生物结皮的各个部分可能会以未知的方式协同发挥积极作用。因此，里德的研究重点是，如果将生物结皮培育成更大规模、更成熟的群落，是否会更有利于移植。“我们将它们单独置于恶劣的环境中，期待它们能存活并茁壮成长。”她说，“然而，它们的实际生长情况并没有达到我们的预期。”于是，研究人员尝试了一种新的修复方法，灵感来源于草皮。他们首先将小块的生物结皮撒在防草布上——这是一种园林工人常用的薄织物。等这些生物结皮生长起来后，研究人员会将防草布卷起，将其转移到移植目的地，再重新铺开。尽管里德最初担心卷起的过程会破坏生物结皮，但令她惊讶的是，这种方法奏效了。生物结皮不仅完好无损，而且在新环境中生长得很好。不过，这种方法适用于一些小的、精心挑选的地点，例如步道旁，可能并不适合在整个地貌范围内大规模施行。

研究人员探究的第三个方面是，面对气候变化时，在众多生物结皮类型中，是否存在更适用于修复工作的种类。为此，里德和安东宁卡从更炎热、更干燥的地区采集了生物结皮样本（以此模拟美国西南部旱地未来可能呈现的气候条件），并将这些样本带回培育场进行培育。目前，他们正在监测这些生物结皮移植后的生长状况。随着它们的生长，研究人员会筛选出那些生长表现格外出色的种类。

如今，为了将研究成果付诸实践，里德、安东宁卡以及其他研究人员正与土地管理方展开合作，包括国家公园、土地管理局以及美国林务局。“合作关系至关重要。”安东宁卡说。例如，摩押培育场就是与北亚利桑那大学、大自然保护协会以及当地一家非营利组织合作建立的。安东宁卡还提到，通过加强与土地管理方的合作，将来在遇到可能扰动土壤的开发项目时，就有机会将生物结皮修复计划纳入其中。

为了保护生物结皮，干旱地区的人们在自家后院也可以采取一些简单的措施。安东宁卡表示，如果业主计划在自家院子里开挖，需要破坏覆盖有生物结皮的土壤，或者要在上面进行建设，他们可以先将土壤上的生物结皮简单地收集起来，放在桶里，保持干燥和凉爽；待施工完成后，再将这些生物结皮撒回被扰动的土壤上，或者撒在院子的其他地方。公众同样可以发挥重要作用。例如，尽量沿着步道行走，避免踩踏生物结皮，以及宣传相关知识以提高人们的保护意识。毕竟，如果人们对生物结皮的存在一无所知，他们就很容易忽视脚下这一微小而重要的生态系统。

“趴下来，用手和膝盖撑着地面仔细看看吧。”里德说，“我们研究它们是因为它们很重要，但它们的美以及独特之处同样值得人们关注。”

编辑：侯寅