气候变化如何威胁沙漠的“活肤”

在一个凉爽的九月早晨，一支国际科学家组成的队伍隆隆驶过犹他州峡谷地国家公园标志性的地貌。数亿年来，风和水将这片土地雕刻成了一片令人惊叹的红色砂岩拱门和尖塔迷宫。研究人员惊叹于这些与他们家园截然不同的地貌——遥远的中国、尼日尔、澳大利亚和西班牙。但当他们驶入停车场，准备短途徒步前往 Pothole Point 时，他们的注意力立即转向了脚下。

一层厚厚的、凹凸不平的薄膜覆盖着大片巨大的砂岩石板。这些区域看起来像烧焦的土壤，仿佛一场大火只留下了这些炭化的残骸。近看，这些斑点以微观的尺度模仿了峡谷地的地形：厘米高的塔楼矗立在一片山谷网络之上。这些深色、干硬的土壤遍布着四个角落地区的干旱科罗188金宝搏官网app拉多高原。

这里，大地充满生机。

生物土壤结皮，或称生物结皮，挤满了微小的光合生物和其他生命形式的群落。世界某些地区的生物结皮主要是蓝细菌，它是地球上最古老的一种微生物。其他生物结皮群落，如科罗拉多高原上的这些，还包括苔藓、地衣和真菌。第一批研究它们的科学家称这些活体结皮为“隐花”（希腊语意为“隐藏的婚姻”），因为它们的内在机制仍然是神秘的。虽然它们可能看起来很隐秘，但生物结皮对世界各地健康的旱地至关重要。但现在，生态学家们担心气候变化会将它们置于危险之中。

不要破坏结皮

旱地覆盖了世界近一半的陆地面积，养活着超过20亿人口。生物结皮是这些干旱生态系统的重要组成部分。当降雨来临时——而在美国西南部沙漠地区，夏季的降雨以季风暴雨的形式出现——土壤表面的这些山峰和山谷有助于保持水分。这既改善了水分吸收，又减少了侵蚀。生物结皮还为贫瘠的土壤增加了氮和碳，这对植物来说是一项关键服务。而且，也许最重要的是，蓝细菌的粘性粘液和苔藓的根状丝状物有助于将土壤粘合到大地。

“风可以席卷这个生态系统，几乎把你吹倒，而这个结皮将保持百分之百的坚固，”美国地质调查局（USGS）西南生物科学中心驻犹他州摩押的科研生态学家 Sasha Reed 说。

尽管生物结皮对风有抵抗力，但在压力下它们会破裂。当徒步旅行者、骑自行车者和车辆偏离既定道路，或者牲畜在此游荡时，它们会留下曾经有结皮的裸露土地。然后，当风吹来时，这些区域就会扬起沙尘。

“那些尘埃将进入大气层，”Reed 说。“这是肥力的流失。它将被沉积在别处。”当来自犹他州的尘埃落在科罗拉多州积雪的落基山上时，这些深色的沙粒会吸收更多的太阳能，加速春季的积雪融化。

由于沙漠生态系统水资源有限以及其他因素，这些受损区域需要很长时间才能恢复。在最好的情况下，蓝细菌会在大约五年内重新定殖土壤。然后还需要另外20年才能形成一个富含地衣和苔藓的群落。在加州死亡谷等极其干旱的地区，科学家表示完全恢复需要长达250年。令人担忧的是，最近的研究表明，气候变化会像物理干扰一样，轻易地摧毁生物结皮。

气候操纵

在摩押东北约12英里处，一道细细的电围栏将一个俯瞰科罗拉多河的高原一分为二。里面是20个实验区，USGS 的研究人员正在模拟未来气候，以了解生物结皮的反应。

红外灯悬挂在一些区域上方，使它们比对照区持续升温7华氏度。其他区域则定期获得雾状水。有些区域则两者都得到。这使得科学家们能够研究变暖和降水这两个因素的个体影响，并研究这两个因素如何相互作用。

“我们知道气温将会升高，”USGS 生态学家和生物结皮研究先驱 Jayne Belnap 说。“降水则变数更大，人们真的不知道会发生什么。”未来可能带来频繁的、规律性的降雨。或者我们可能会看到更频繁的大雨。或者可能降雨频率更低，但规模更大。

Reed 站在一个同时受到加热灯和少量规律性供水处理的实验区旁。地面看起来被踩踏过。令人惊讶的是，仅仅一点点水就会造成这种损害。Reed 和 Belnap 认为，水给了结皮足够的湿润度来加速新陈代谢，但不足以弥补它们消耗的能量，尤其是当高温加速蒸发时。

令人担忧的是，变暖和供水的结皮消失得如此之快——不到一年就变得光秃秃的。“你可以立刻分辨出哪些得到了供水，”Belnap 说。“所有东西都曾经像那边一样，”她说，指向远处一个有明显、厚实结皮的对照区。

“这令人震惊，也令人失望，而且有点令人心碎，”分析这些实验数据的论文的主要作者，USGS 研究员 Scott Ferrenberg 说。

其他研究人员，例如西班牙胡安·卡洛斯国王大学的教授 Fernando Maestre，正在世界其他地区进行类似的研究。西班牙近75%的地区被划为旱地。“气候模型预测西班牙的变暖会非常非常剧烈，尤其是在夏季。而西班牙的夏季已经非常炎热了，”他说。“在考虑如何缓解之前，我们需要知道将会发生什么。”

Maestre 的实验显示的结果与 USGS 的类似。

辅助迁移

随着我们继续奔向一个更温暖的气候，生物结皮群落的未来，以及因此沙漠土壤的稳定性，看起来并不乐观。但研究人员仍然抱有希望。“我们正试图转向一个更乐观的阶段，看看是否有办法帮助这些群落回归，”Ferrenberg 说。几所大学正试图在温室中培养生物结皮生物，并将它们重新引入受损的景观。到目前为止，结果好坏参半。在中国，政府科学家将载有蓝细菌的浆液喷洒在流动的沙丘上，阻止了它们的蔓延。但新墨西哥州和犹他州的近期实验喜忧参半，原因尚不清楚。“就恢复和我们面对气候变化可能取得的成功程度而言，还有待观察，”Ferrenberg 说。

科学家们还在探索辅助迁移，这是一个在生态学中有争议的话题，即将物种从它们目前繁衍生息的地方转移到随着全球变暖它们可能得以生存的地方。摩押 USGS 团队刚刚开始了一项新的“公共花园”实验，以了解哪些结皮群落能在变暖的犹他州表现最好。他们收集了来自西南部不同生态系统的结皮样本，并在北亚利桑那大学的温室中种植它们。今年早些时候，该团队将这些样本散布在犹他州相邻的地块上。与科罗拉多河附近的“气候操纵”地块类似，其中一半的地块用红外灯加热以模拟未来。

“现在，这些地块看起来像撒有彩色纸屑的沙子。所以，我们正在等待看看这些群落会如何随着时间推移而形成，”Reed 说。如果本土结皮无法承受预期的变暖，那么那些已经适应了更热沙漠的结皮或许可以。

最终，也许保护生物结皮的生态系统功能比保护科罗拉多高原本土物种更重要。

Katherine Mast是一位居住在新墨西哥州圣达菲的科学作家。本文最初以“沙漠的活体表皮”为题印刷出版。