科學種“土”，保護旱地活皮膚

頂著美國猶他州當空的烈日，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。里德是一名生態學家，她正在培育的是隱花植物土壤。

隱花植物土壤也被稱作“生物結皮”，是一種薄層生物組織群落。在干旱地區，這些群落會在土壤表面形成一層獨特的結皮，雖然并不起眼，卻在地球的旱地生態系統中扮演著至關重要的角色。它們不僅有助于將松散的土壤顆粒膠結在一起，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，這只是生物結皮的一種形態，它們也可能看起來與普通板結的土壤極為相似。盡管踩上去嘎吱作響的生物結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，這些生物結皮可能需要數十年才能再生。

如今，除了人為踩踏造成的破壞，生物結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，以加深對生物結皮的理解，并探尋修復它們的方法。

“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學家，在美國北亞利桑那大學從事生物結皮的研究工作。她指出，生物結皮廣泛存在于旱地生態系統中，這些生態系統至關重要，但在全球范圍內，它們也是退化最嚴重的生態系統之一。隨著旱地的退化，生物結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，容易被風吹走。同時，滲入地下的水量也會減少。甚至碳循環也可能受到影響，因為構成生物結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皮覆蓋，它們廣泛分布于全球各大洲。生物結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，這些細絲在風沙土中如同膠水一般，能夠將土壤顆粒粘結在一起，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。然而，生物結皮的成分并非一成不變，其具體組成會因所處環境的不同而有所差異。除了真菌和細菌外，生物結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，苔蘚是生物結皮的主要成分；而在內華達州米德湖附近富含石膏的土壤中，地衣則占據主導地位。總的來說，有些生物結皮成分豐富，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。”美國亞利桑那州立大學的微生物學家費蘭·皮切爾說。他在大約20年前開始研究生物結皮，當時人們對它們的了解還非常有限。在2023年發表于《微生物學年評》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皮的認識進展以及未來需要進一步研究的方向。“在這二三十年里，我們已經取得了巨大的進展。”他說。

然而，生物結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皮構成嚴重威脅。生物結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。模型預測，在未來65年內，氣候變化可能會導致生物結皮的覆蓋面積減少25%至40%。

| 拯救生物結皮 |

為了防患于未然，里德正與美國地質調查局的其他生態學家同事緊密合作，加快研究如何在野外環境中讓生物結皮恢復生長。在她所在的這片堪稱全球最大的野外培育場中，針對生物結皮修復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皮生長和移植的環境。起初，研究人員在溫室內培育生物結皮群落，取得了顯著的成功。然而，里德發現，由于溫室環境過于安逸，這些生物結皮一旦被移植到戶外，便很難繼續存活。因此，她現在安排一部分生物結皮直接在野外培育。“我們正嘗試讓它們適應更為嚴苛的自然環境。”她說。在野外，生物結皮能夠經歷更接近自然狀態的環境條件，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皮生長所需的生物群落完整性。生物結皮具有自我修復能力，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皮。因此，一種培育方法是將生物結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，組成生物結皮的各個部分可能會以未知的方式協同發揮積極作用。因此，里德的研究重點是，如果將生物結皮培育成更大規模、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境中，期待它們能存活并茁壯成長。”她說，“然而，它們的實際生長情況并沒有達到我們的預期。”于是，研究人員嘗試了一種新的修復方法，靈感來源于草皮。他們首先將小塊的生物結皮撒在防草布上——這是一種園林工人常用的薄織物。等這些生物結皮生長起來后，研究人員會將防草布卷起，將其轉移到移植目的地，再重新鋪開。盡管里德最初擔心卷起的過程會破壞生物結皮，但令她驚訝的是，這種方法奏效了。生物結皮不僅完好無損，而且在新環境中生長得很好。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大規模施行。

研究人員探究的第三個方面是，面對氣候變化時，在眾多生物結皮類型中，是否存在更適用于修復工作的種類。為此，里德和安東寧卡從更炎熱、更干燥的地區采集了生物結皮樣本（以此模擬美國西南部旱地未來可能呈現的氣候條件），并將這些樣本帶回培育場進行培育。目前，他們正在監測這些生物結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局。“合作關系至關重要。”安東寧卡說。例如，摩押培育場就是與北亞利桑那大學、大自然保護協會以及當地一家非營利組織合作建立的。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項目時，就有機會將生物結皮修復計劃納入其中。

為了保護生物結皮，干旱地區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，如果業主計劃在自家院子里開挖，需要破壞覆蓋有生物結皮的土壤，或者要在上面進行建設，他們可以先將土壤上的生物結皮簡單地收集起來，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。公眾同樣可以發揮重要作用。例如，盡量沿著步道行走，避免踩踏生物結皮，以及宣傳相關知識以提高人們的保護意識。畢竟，如果人們對生物結皮的存在一無所知，他們就很容易忽視腳下這一微小而重要的生態系統。

“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注。”

編輯：侯寅