综述：Enhancing Soil Health Through Biocrusts: A Promising Solution for Degraded Lands

面对土壤退化问题，研究人员探究生物结皮提升土壤健康的作用，发现其效果显著，对生态修复意义重大。

　　

生物结皮：修复退化土壤的 “绿色奇兵”

在广袤的大地之上，土壤如同地球的 “皮肤”，支撑着无数生命的繁衍。然而，全球范围内，土壤正面临着严峻的挑战。由于侵蚀、盐碱化、压实、污染以及有机质流失等问题，土壤退化日益严重，这不仅影响了生态系统的健康，还威胁到农业生产和环境的可持续性，导致农作物减产、生物多样性减少、水体污染等一系列问题。

为了应对这一全球性难题，东北师范大学等研究机构的研究人员将目光投向了生物结皮（Biocrusts）。生物结皮是由蓝藻、藻类、地衣、苔藓和真菌等组成的复杂群落，它们在干旱和半干旱地区的土壤表面形成一层特殊的覆盖物。研究人员深入探究生物结皮在提升土壤健康方面的作用，相关研究成果发表在《Microbial Ecology》上。

研究人员采用了多种技术方法来开展研究。在野外，他们对不同地区的生物结皮进行实地观测，记录其生长环境、群落组成等信息；在实验室中，通过分析土壤样本，测定土壤的物理化学性质、微生物群落结构等。同时，利用模型模拟等手段，研究生物结皮与土壤、植物之间的相互作用机制。

生物结皮的生态功能

生物结皮在生态系统中发挥着至关重要的作用。它如同土壤的 “守护者”，能够有效防止风蚀和水蚀。通过物理结合，蓝藻和藻类产生的胞外多糖将土壤颗粒黏合在一起，丝状蓝藻以及地衣和苔藓的假根也参与其中，形成稳固的聚合结构。同时，生物结皮增加了土壤表面的粗糙度，降低了风速和水流速度，减少了侵蚀力。在干旱地区，生物结皮还能减少沙尘排放，防止沙尘暴的发生。

生物结皮对土壤肥力的提升也功不可没。它能够固定碳和氮，增加土壤中的有机质含量。蓝藻具有独特的固氮能力，能将大气中的氮气转化为植物可利用的形式，为植物生长提供充足的氮素营养。此外，生物结皮还能促进土壤中养分的循环，提高土壤的保水保肥能力，为植物生长创造良好的土壤环境。

在促进植物生长方面，生物结皮同样表现出色。它为种子提供了保护屏障，减少了恶劣环境对种子的伤害，提高了种子的发芽率。生物结皮与维管植物之间存在着共生关系，例如菌根真菌与植物根系相互协作，实现了养分的高效交换。研究发现，生物结皮的存在与更高的植物物种丰富度、生物量生产以及土壤稳定性相关。

生物结皮对土壤理化性质的影响

生物结皮对土壤的物理和化学性质有着直接的影响。它能够调节土壤温度，在阿根廷中西部干旱地区，生物结皮可降低土壤温度，使有结皮和无结皮区域的平均温度出现显著差异。生物结皮还能提高土壤的保水性，研究表明，有生物结皮覆盖的土壤比裸土能保留更多的水分，为植物生长提供了充足的水源。

在碳氮循环方面，生物结皮扮演着重要角色。它通过光合作用吸收大气中的二氧化碳，并将其固定在土壤中，增加了土壤的碳储量。同时，生物结皮的固氮作用为土壤提供了丰富的氮素，促进了土壤中氮的循环。研究发现，生物结皮类型、土壤含水量和温度等因素对土壤中二氧化碳摩尔分数的动态变化有着显著影响。

人工生物结皮的构建

为了更好地利用生物结皮修复退化土壤，研究人员尝试构建人工生物结皮。人工生物结皮的构建过程包括选择合适的微生物菌株，如蓝藻中的 Microcoleus、Scytonema、Nostoc 等属的菌株，将其接种到适宜的基质上，如沙质或粘土土壤，为微生物的生长和定殖提供良好的环境。

研究发现，人工生物结皮在恢复退化土壤方面具有显著效果。在采矿遗址、牧场和农田等不同环境中，人工生物结皮能够有效减少土壤侵蚀，增加土壤肥力，促进植被恢复。通过选择合适的覆盖物，如无纺布、防尘网和遮阳网等，可以优化人工生物结皮的生长条件，提高其修复效果。

研究结论与讨论

综合各项研究结果，生物结皮在提升土壤健康、控制土壤退化和恢复生态系统功能方面具有巨大的潜力。它通过多种途径改善土壤的物理、化学和生物性质，为植物生长提供了良好的土壤环境，促进了生态系统的稳定和可持续发展。

然而，目前的研究仍存在一些不足之处。例如，对生物结皮功能的长期监测和评估还不够完善，不同环境条件下生物结皮的恢复机制和效果还需要进一步深入研究。此外，如何将实验室中的研究成果更好地应用到实际的土地修复项目中，也是未来需要解决的问题。

未来的研究可以朝着以下几个方向展开：深入探究生物结皮中特定微生物类群的作用机制，评估生物结皮对气候变化的适应能力和恢复力，制定更加科学合理的生物结皮修复策略，以及研究生物结皮与地上植被之间的相互作用关系。通过进一步的研究，有望为生物结皮在土壤修复和生态保护中的广泛应用提供更坚实的理论基础和技术支持，让生物结皮这一 “绿色奇兵” 在保护地球土壤资源、促进生态系统健康发展中发挥更大的作用。