苔蘚、地衣等形成「生物結皮」 保護中國長城免受風化侵蝕

有 2,000 多年歷史的中國萬里長城曾經比現存的更大,但隨著時間推移而被侵蝕。然而,剩下的牆壁許多表面似乎被一層由細菌、苔蘚、地衣等生物組成的 (biocrusts) 保護。最新刊於《科學進展》的研究指,這種生長在土壤表面的生物薄層很可能保護長城的部分區域免受風雨等腐蝕的影響。隨著技術和研究的進步,學者最終可能能繁殖到生物結皮,以避免長城進一步被侵蝕。

長城最著名和參觀人數最多的部分都是用石頭或磚塊砌成,但其他部分是用工人壓實的土壤,即夯土建造的。這種材料會隨著雨水滲入、風吹走土壤、內部形成鹽晶體,以及溫度波動而被分解。

然而,夯土就像周圍的天然土壤一樣,也可以成為生物結皮的家園。據估計,這些生物薄層覆蓋了地球陸地表面的約 12% ,並且集中在氣候乾燥的地區,包括中國北部。薄層能從僅幾毫米厚的細薄細菌網絡,到高度達幾厘米的緻密苔蘚和地衣層,以多種形式存活。

中國農業大學土壤科學家肖波的團隊想知道生物結皮是否對長城等人造結構有穩定作用。在他們研究的長城部分,生物結皮主要由苔蘚或稱為藍藻的光合微生物組成,並覆蓋了超過三分之二的結構。

團隊從有生物結皮的牆壁不同部分採集樣本,並將其物理特性與裸露的、無生物結皮的夯土進行比較。他們發現,與裸露部分相比,生物結皮覆蓋的夯土孔隙較少,且具有更高的剪切強度 (shear strength) 和抗壓強度。

團隊認為,這些特性以及與生物結皮相關的其他特性可以多種方式保護長城免受風化影響,包括減少風蝕、防止水和鹽滲入結構之中,以及提高夯土的整體穩定性。而較厚、以苔蘚為主的生物結皮,通常也比以藍細菌為主的較薄生物結皮更具保護性。

研究指出,是次發現與植物生長會破壞建築物或考古遺址的普遍保育觀念背道而馳,但有參與研究的北亞利桑那大學生態學家 Matthew Bowker 表示,這種擔憂很大程度上源於植物的根系生長可能會損壞建築物,而生物結皮並無穿透性的根系。

整體而言,生物結皮正受到威脅。最近的一些研究警告,隨著未來幾十年氣候危機和土地更集中地被利用的蔓延,許多生物結皮可能會消失,其保護作用也隨之消失。 Bowker 指出,隨著長城沿線氣候變得越來越熱,較厚、以苔蘚為主的生物結皮可能會被較薄、需要較少水的藍藻生物結皮所取代。

現時,全球也有不同團隊正在研究是否可透過刺激其再生,來恢復受損或已退化的生物結皮,但仍未有實際可應用的技術。其中一個挑戰是,學界仍在了解不同類型的生物結皮在不同氣候和干擾程度下生長需要多長時間,估計需時可從幾年到幾個世紀不等。

來源:
Science, A ‘living skin’ is protecting the Great Wall of China from erosion

報告:

Cao, Y.S., Bowker, M.A., Delgado-Baquerizo, M. & Xiao, B. (2023). Biocrusts protect the Great Wall of China from erosion. Science Advances 8 Dec 2023 Vol9, Issue 49. doi: 10.1126/sciadv.adk5892

文/AC

發佈留言

發佈留言必須填寫的電子郵件地址不會公開。 必填欄位標示為 *