本文最初发表于 Knowable Magazine。
在犹他州炎热刺眼的阳光下，萨莎·里德正在种植各种植物——还有细菌、地衣和真菌。但里德并非农民，乍一看，她的田地里似乎只有泥土。她是一位生态学家，她种植的是隐生土壤。
隐生土壤，也称为生物地壳，是生活在土壤中的微小生物的集合体，它们在干旱地貌的土壤表层形成一层独特的硬壳。这些地壳在地球的干旱生态系统中至关重要，它们有助于固定松散的土壤，防止侵蚀。它们还能蓄水，为其他微生物提供栖息之所，并为土壤增加氮素。
隐生土壤通常看起来像一块变色的地面。仔细观察，这种污渍会变成一幅马赛克图案，由细小的黑色团块组成，点缀着微小的苔藓床和不起眼的地衣斑块。但它也可能看起来非常像普通的、硬邦邦的土壤。尽管踩在酥脆的泥土上可能很诱人，就像踩着一堆清脆的秋叶一样，但这是一种严重的失礼行为：生物地壳可能需要几十年才能恢复。
如今，除了被靴子踩踏之外，生物地壳还面临着另一种人类足迹的威胁：气候变化。因此，研究人员正不懈努力，以更多地了解这些地壳以及如何修复它们。
“这是一段相当忙碌但又令人兴奋的时光，因为我们正在努力探索如何做到这一点，”北亚利桑那大学弗拉格斯塔夫分校的植物和土壤生态学家安妮塔·安东尼卡说，她研究这些地壳。
她表示，生物地壳所在的干旱地带是至关重要的生态系统，但它们却是全球退化最严重的地区之一。随着这些地区生物地壳的减少，土壤肥力将下降，风蚀将吹走松散、 unprotected 的泥土。更少的水将渗入地下。即使是碳循环也可能受到影响，因为吸收二氧化碳的微小生命形式将减少。
微小的群落
生物地壳覆盖了地球表面约 12% 的面积，遍布全球各大洲。这些地壳的一个主要组成部分通常是进行光合作用的细菌，称为蓝细菌。蓝细菌形成粘稠的丝状物，在沙质沙漠土壤中起到胶水的作用，形成结块、硬壳的表面，供真菌和其他细菌附着。
根据生物地壳所处的环境，它还可以包含微小的苔藓、地衣和微藻。例如，在犹他州莫阿布等地水分较多的沙漠地区，生物地壳通常以苔藓为特色。在富含石膏的土壤中，例如内华达州米德湖附近，地衣成为主角。有些地壳包含所有成分，而有些地壳则缺少多种成分。但无论其群落如何组合，这些地壳都为沙漠大地提供了一层“活肤”。
“它们为土壤提供了这层‘盔甲’，”亚利桑那州立大学坦佩分校的微生物学家费兰·加西亚-皮歇尔说。当他大约二十年前开始研究生物地壳时，人们对它们知之甚少。在 2023 年的《微生物学年鉴》中，加西亚-皮歇尔概述了在过去几十年里，研究人员对隐生土壤的认识以及仍未解的难题。
“在这 25、30 年里，我们取得了巨大的进步，”他说。
几项研究表明，气温升高和降雨变化是一个威胁。模型表明，在未来 65 年里，气候变化可能会使生物地壳覆盖率减少 25% 至 40%。地壳对高温和降水波动都很敏感——长期干旱和异常的降雨增加都可能损害它们，具体取决于其位置。
为应对这些下降，像里德（隶属于美国地质调查局莫阿布分局）这样的生态学家和她的同事们正在努力研究如何在野外重新种植地壳。
在里德称之为可能是世界上最大的户外生物地壳苗圃中，她专注于生物地壳修复的三个主要方面。第一个要素是了解地壳在何种环境中生长得最好——而且，同样重要的是，能够很好地转移。最初，研究人员在室内温室中成功培育了大量生物地壳群落。但里德说，它们的生活过于舒适。移植到室外后，地壳很难扎根。一些地壳现在直接在室外生长：“我们正试图给它们更严格的‘成长环境’，”她说。在室外，它们经历了更加真实的环境条件，尽管团队仍然通过浇水和遮阳来帮助它们。
里德在生物地壳农场工作的第二项工作是研究完整群落需要多少生物地壳才能茁壮成长。生物地壳具有全能性，这意味着即使一小块也能最终长出新的地壳。因此，在新的地区种植生物地壳的一种方法是将其碾碎并撒播在景观上，这类似于播撒种子。
但在野外，地壳的成分可能以未知的方式协同作用，因此里德想知道生物地壳是否可能从作为更大、更成熟的群落生长中受益。“我们将它们放在这些严酷的环境中，基本上是‘孤零零地’，然后说‘去生活，去繁荣吧’，”她说。“我们没有看到它们像我们希望的那样茁壮成长。”
这促使研究人员尝试一种受草皮启发的新的修复方法。首先，他们将生物地壳碎块撒在除草布上——这是一种园艺师使用的薄织物。在地壳长成后，他们将其卷起来，然后在最终目的地展开。令里德惊讶的是，这项策略奏效了。尽管她曾担心卷起来的地壳会散开，但它们却保持完整并在新的环境中生长良好。这种方法可以用于小而战略性的区域，例如小径旁，但可能无法在整个景观范围内使用。
在里德在生物地壳农场的修复研究的第三个方面，科学家们想知道是否有特定的生物地壳群落成员更适合在气候变化的情况下进行修复。为此，里德和安东尼卡从更热、更干旱的地区采集了生物地壳——这代表了美国西南部干旱地带未来可能的样子——并在农场重新种植它们。现在，他们正在监测地壳在修复地点的移植后如何继续生长。随着地壳的发展，研究人员将寻找似乎表现特别好的物种或生物地壳群落来源。
里德、安东尼卡等人现在正与土地管理者合作——包括国家公园、土地管理局和美国林务局——以应用他们对生物地壳的了解。“合作非常非常重要，”安东尼卡说——例如，莫阿布苗圃是北亚利桑那大学、大自然保护协会和一个当地修复非营利组织 Rim to Rim Restoration 之间的合作。安东尼卡说，通过与土地管理者合作，有可能将生物地壳修复计划纳入未来会扰动土壤的开发项目中。
干旱地区的人们也可以在自己的后院做同样的事情。安东尼卡说，如果房主计划进行一项会破坏或覆盖有地壳的土壤的项目，他们可以简单地将那里的地壳收集起来，放进桶里，保持干燥和凉爽。然后，他们可以将它们撒回受影响的土壤上，或放在房产的其他地方。
公众可以帮助保护生物地壳的其他方法包括：遵守步道，避免踩踏它们；传播有关地壳的信息以提高认识。如果人们不知道生物地壳的存在，那么脚下的这个微小生态系统很容易被忽视。
“跪下来看看，”里德说。“我们研究它们是因为它们的重要性，但它们的 beauty 和酷炫也值得注意。”
本文最初发表于Knowable Magazine，这是 Annual Reviews 的一项独立新闻项目。注册新闻通讯。.
