在黄土高原上,她“发现”了可以防风固沙的“它”。

在黄土高原上,她“发现”了可以防风固沙的“它”。

科学家赵花了十几年时间,发现“太普通、不好看”的生物土壤结皮是改善生态的“功臣”。

赵对进行了实地调查。

赵对进行了实地调查。

黄土高原的生物土壤结皮。

黄土高原的生物土壤结皮。

在高原上,你可能会看到这样一幅画面:生物土壤结皮研究专家赵和她的研究团队,每人拿着一个大盘子,走在黄土高原的凉凉帽上。遇到陡坡,他们都蹲在地上,屁股蹭着黄土,一点一点往下走,上半身所有的力气都用来保护手中的样品。

赵和他的研究团队从零开始,经过10年的反复调查和试验,证明了生物结皮在黄土高原农田水土流失治理中的重要作用。

除了放大镜,赵喜欢随时带一瓶水。当她看到眼前的生物土壤结皮时,她拧开瓶盖,在结皮上滴一滴水,然后俯身在地上,静静地观察了十分钟。高原上有风吹过,但在赵的耳朵里,似乎只有水滴流动的声音。

除了放大镜,赵喜欢随时带一瓶水。当她看到眼前的生物土壤结皮时,她拧开瓶盖,在结皮上滴一滴水,然后俯身在地上,静静地观察了十分钟。高原上有风吹过,但在赵的耳朵里,似乎只有水滴流动的声音。

世界土壤日前夕,记者来到位于陕西杨凌的中国科学院水利部水土保持研究所,走近中国生物土壤结皮专家赵,走近她所痴迷的与土壤有关的“小世界”。

“未知生物”

看着这片黄土地,我们常常会发现,很多地块的土壤表面并不是疏松的黄土,而是一种黑色坚硬的有机复合体,有时还带有苔藓或地衣。他们叫什么名字?是如何形成的?

“当时国内很少有人研究这个。太普通了,没有美感。许多人甚至认为它没有研究价值。”赵对说,“但我不这么认为。我就想,既然能在刚退耕的土地上生长,那肯定对水土流失有影响!”

黄土高原位于中国北部,面积为67万平方公里。看着这片黄土地,我们常常会发现,很多地块的土壤表层并不是疏松的黄土,而是一种黑色坚硬的有机复合体,有时还长有苔藓或地衣。夏天雨后,它们像黄土地上的绿色地毯,柔软而美丽;在干燥寒冷的冬天,它们变成了黑色的马赛克。他们叫什么名字?是如何形成的?

这些问题是赵科研生涯的起点。2003年,她刚刚从西北农业大学毕业。f大学博士学位,并加入中国科学院水利部水土保持研究所。这是中国科学院在西北地区建立的第一个科研机构,是中国水土保持与生态安全研究的重要场所。研究所里明星多,每个人负担都很重。赵初出茅庐,一时找不到自己的研究方向。

当时我国刚刚启动退耕还林工程,黄土高原是重点实施地区。水土保持研究所的许多前辈和老师“面向黄土高原,以水土保持和生态修复为中心”开展了不同的研究。同事兼爱人许明祥在黄土高原研究退耕还林工程对土壤质量的影响时,向她抱怨“遍地都是黑的东西,严重干扰研究”,并给她看了拍的照片。专业为“土壤系统水分和养分迁移”的赵第一反应,“这种东西会影响土壤的透水性吗?”,瞬间对这个黑色的“无名生物”产生了兴趣。

“我去了黄土高原后,发现几乎到处都是。更神奇的是,这种东西生长在很多刚刚还田的黄土地上。大家好像都见过,但没人知道它叫什么。”赵说,“我只是想知道那是什么,因为我从小就迷恋大自然。你痴迷到什么程度?每年春天来的时候,别的小朋友都在玩,我就经常一个人去灌木丛或者花园里观察,就是想知道春天来的时候,叶子是怎么长的,花是怎么开的。”

实地取样,查阅文献……从2003年到2006年,赵孤军奋战,不断在黄土高原和实验室之间切换。“当时国内很少有人研究这个。太普通了,没有美感。许多人甚至认为它没有研究价值。”赵对说,“但我不这么认为。我就想,既然能在刚退耕的土地上生长,那肯定对水土流失有影响!纯粹是好奇心驱使我去做的。”

事实上,在此之前,国内外已经有科学家研究过这种“无名生物”在荒漠化治理中的作用。比如中科院沙坡头沙漠研究实验站的科学家,很早以前就发现了它“固定沙丘”的神奇功效。“但当时互联网不发达,水土保持所缺乏可用的数据库,能查到的纸质文献太少。收集信息非常困难。三年时间,我只能靠自己一点一点地猜测和验证。”

2006年,赵随一位美国专家考察陕北。在他的帮助下,最终确定这种学名为“生物土壤结皮”的“无名生物”,是景观中的蓝藻、苔藓、地衣、真菌等多种常见隐生植物成分与土壤结合形成的具有生命活动的复杂复合体。“这种外壳成熟后非常坚硬。一桶水冲下去,几乎毫发无损。风不能吹,雨不能动,只有冰雹落下来,而且阻力很大。能适应干旱、高温、低温、强光辐射等各种不良环境条件,广泛分布于干旱、半干旱地区。”

赵继续研究发现,黄土高原林草植被恢复初期,大面积发育有生物土壤结皮,主要分布在林草植物之间的空地上,是农田地表最大的覆盖因子(3354)。生物土壤结皮的平均覆盖率可达60%-70%甚至更高。

纵观黄土高原的历史,不仅有源远流长、不断发展的中华文明史,也有水土不断流失、沙尘暴肆虐的生态衰退史.

“国家启动退耕还林生态修复工程,就是保持水土,恢复生态。这种生物土壤结皮对恢复黄土高原的生态有什么作用?你会用吗?

的优点,为干旱半干旱区水土保持工作贡献力量呢?”赵允格说,“在我之前,很少有人专门去研究它对水土流失的效应,尤其是针对黄土高原水土流失的影响,相关的研究几乎见不到。即便在全球范围内,人们对生物土壤结皮在水土保持方面的认识也非常有限,我就以这个研究盲点为起点,开始了十多年的持续追踪。”

作为我国率先开始研究黄土高原退耕地生物结皮现象的科学家,赵允格以“黄土高原生物土壤结皮的水土保持效应”为研究方向,奔向黄土高原深处……

“高原上绣花”

这里土壤贫瘠,水土流失严重,鲜有生命。能抗高温、耐干燥、抗紫外辐射的生物土壤结皮却能在这里形成、发育。

“我们到了野外之后,常常需要趴在地上,脸近乎贴着地面,拿着放大镜观察这些苔藓,看它长在什么样的小环境,是什么种类,伴生的还有哪些物种,就像在高原上绣花一样。”赵允格说,“辛苦我不怕,怕的是我不认识它。”

在黄土高原,存在着大量的中、重度风蚀区、水蚀区及风水复合侵蚀区,同时还存在大面积人为干扰不断的黄土及沙地,这里土壤贫瘠,水土流失严重,鲜有生命。

能抗高温、耐干燥、抗紫外辐射的生物土壤结皮却能在这里形成、发育——定居于地表的藻类生物,以及其中的细菌等分泌出胞外多糖黏结土壤颗粒,积累有机质,进而形成了这里常见的先锋地表覆盖——藻结皮,随着时间的推移,结皮中的藻分泌出更多的多糖类大分子有机物,将土壤颗粒胶结和捆绑起来;时间静静流逝,苔藓长了出来!

“我们到了野外之后,常常需要趴在地上,脸近乎贴着地面,拿着放大镜观察这些苔藓,看它长在什么样的小环境,是什么种类,伴生的还有哪些物种,就像在高原上绣花一样。”赵允格说。

生物土壤结皮干燥、极易碎裂,研究时又需要大块的完整样品,因此采集样品要特别小心,竭力保持样本的完整性。所以,在高原上,你可能会看到这样的画面:赵允格和她的研究团队,每人捧着一个大盘子,走在黄土高原的梁梁峁峁上,遇见陡坡时,大家齐刷刷地蹲坐在地上,屁股蹭着黄土,一点一点往下溜,而上半身的全部力量,都用于保护手里的样本……

研究方向决定了科研团队必须要深入黄土高原风蚀区、水蚀区及风蚀水蚀交错区,这里往往千沟万壑;而同时,因为研究其动态的需要,生物土壤结皮的基础性研究工作贯穿一年四季,为此赵允格每年都会亲自带着研究团队在高原上度过:样地选择、调查采样、盖度调查、种类鉴定、径流小区观测、野外人工模拟降雨……

“雪花落在广袤而空旷的高原上,也悄悄落在赵老师的肩上。那时已经晚上八点多,天完全黑了,气温接近零下十几摄氏度,我们让她回到车上等,她一个劲地摇头,坚持帮我们把采集的样品打包、装车。”这个在陕西吴起野外考察的瞬间,被团队成员乔羽记在心间。

“作为老师,不能光靠嘴说,最好去示范。实验室里讲十遍,不如地上趴一遍。相比于所里的老科学家们,我们条件好太多了!”赵允格说,“上世纪五六十年代,所里的老前辈们为了黄土高原的水土保持工作,住在条件异常简陋的陕北窑洞里,晚上冷到什么程度?如果一个人从被窝里钻出来,另一个人会赶紧钻进去,就怕那点热气跑没了。跟他们比,我一点都不苦!”

“辛苦我不怕,怕的是我不认识它。”赵允格说,“2003年到2009年期间,生物土壤结皮物种组成是困扰我的头号难题,对我这个学土壤的人来说,太难了!比如仅苔藓植物,全球就有2万多种。有一年,我几乎每天都把自己关在实验室里,观察培养皿中的这些小生物,它们最高的只有5毫米,小的只有1毫米。都快把自己看吐了。”

以零为起点,赵允格及研究团队用10年时间反复考察、实验,明确了黄土高原地区生物结皮形成机理、组成成分及分布规律,证实生物土壤结皮在控制黄土高原退耕地土壤流失方面功不可没——发育4年的藻结皮即可较无结皮土壤降低92%土壤流失量,10年以上的生物土壤结皮可完全遏制坡面土壤流失,是黄土高原土壤保持、促进生态系统恢复的积极因素。

“生物土壤结皮发育形成后,就像地表容积巨大的“生命温床”,为许多微生物和微小动物提供了适宜的生境和食物来源,同时它能够固氮、固碳,改变土壤的水分、养分和温度,促进高等植物的定植和生长发育,甚至可以把它看作是干旱半干旱地区的一个重要‘基因库’,是改善区域生态环境的‘功臣’。”赵允格说。

同时,结皮生物对水分的要求很低。“结皮生物是胁迫躲避型有机体,缺水的时候进入休眠状态;一旦有水,它就像海绵一样吸水膨胀,等到空气干燥后又逐渐向周围释放水分,所以它可以在年降雨量不到200毫米的干旱半干旱区大面积分布,这意味着在滴水贵如油、营养贫瘠的黄土高原地区,生物土壤结皮具有巨大的生态价值。

“最典型的地方,比如地处黄土高原和毛乌素沙地接壤区的陕西省榆林市,这里是我国重要的能源化工基地,水资源紧张,大面积植树种草就需要大量灌溉,不利于可持续、高质量发展。”赵允格说,“我们可选择在一些不适宜种树种草的地方,推广生物土壤结皮,由它们肩负起防风固沙、保持水土的生态修复使命。”

“一棵皂角树”

“从看到秦大河院士的那张照片开始,我就觉得成为一名科学家,是这个世界上最美好、最伟大的事情。”

而令赵允格没有想到的是,多年后,在黄土高原上来回奔波的她,也以一个“科学家”的形象,让一位业已放弃大学梦想的少年汲取到力量,成长为一名生态学博士,并追随她至今。

“我希望成为那棵皂角树,给家人、学生遮阳挡雨。”赵允格说。

或许,在科学的道路上,科学家对科研事业的专注与热爱,往往就像生物土壤结皮形成早期的藻类、微生物分泌多糖一样,会将更多“小土粒”“小沙粒”粘结到科学这条道路上来。

出生于陕西咸阳一个书香世家、从小就爱阅读的赵允格,常常看报时连中缝广告都不放过。“上中学时,我从路上捡到了半片报纸,上面刊登着秦大河研究员南极科考的新闻、照片,我看了一遍又一遍,心里想我一定要好好学习,长大了就能见一见秦大河这样的科学家,哪怕给他们倒一杯水、端一杯茶也好。”赵允格回忆说,“那张照片留给我的印象太深了,它甚至影响了我的一生。”

这个令赵允格终生难忘的“瞬间”,就像一个火种一样,开启了她的科学之路。上大学后,她痴迷于做实验,特别是后来的研究生期间,她常常在实验室里待到天黑再明。“从看到秦大河院士的那张照片开始,我就觉得成为一名科学家,是这个世界上最美好、最伟大的事情。”

而令赵允格没有想到的是,多年后,在黄土高原上来回奔波的她,也以一个“科学家”的形象,让一位业已放弃大学梦想的少年——孙会汲取到力量,成长为一名生态学博士,并追随她至今。

2008年,因为没考上大学,19岁的孙会从陕西定边老家来到水保所下属的国家安塞水土保持综合试验站打零工,认识了赵允格和她的研究团队,接触的时间久了,孙会反而更沮丧。“我从小在老家放羊,只有高中学历,看到他们都是些研究生、教授,就觉得自己很卑微,啥前途也没有。”

孙会想报名自考提升学历,但信心不大。赵允格用自己的经历勉励他:“我最幸福的事,就是靠着个人的努力,一步步实现了少年时期那个梦想。你心中有梦,就不要在乎眼前的困难,既然选择了,就要做到。”

“如果别人这么说,我会觉得这句话很‘鸡汤’。”孙会说,“但赵老师不一样,她是一名科学家,她那么真诚地对我说,我就能感受到一股力量,而且我也知道,她选择研究生物土壤结皮这样一个小众又寂寞的领域,其实特别难做,但她一直没有放弃,因为她做到了,所以我选择相信。”

在赵允格不间断的鼓励、辅导下,孙会拿到了自考本科学历。在孙会辞掉工作专心复习考研的两年间,赵允格又将他临聘到自己的科研团队,解决了这个“农村娃”最担心的生计问题。如今已是西北农林科技大学生态学博士研究生的孙会,虽然导师不是赵允格,但因为兴趣使然,也是赵允格研究团队的一员。

赵允格的微信名叫“皂角树”,因为小时候她家村口有一棵高大的皂角树,大人小孩都喜欢在树下乘凉、玩耍。“我希望成为那棵皂角树,给家人、学生遮阳挡雨。”赵允格说。

“赵老师的学术大门向所有学生敞开,除了她自己的学生外,我们团队里,还有七八位其他导师或其他专业的学生,还有一些本科生,只要有兴趣,赵老师都非常欢迎。”研究团队成员明姣说,“其实我们很多人刚开始都懵懵懂懂,对生物土壤结皮没啥感觉,但是经过赵老师常年的言传身教、耳濡目染,都渐渐喜欢上了这种其貌不扬的有机体。”

大家的目标是希望有一天能像“种庄稼”一样,将生物土壤结皮推广到合适且必要的地方。“像我们这些赵老师的学生,很多都是陕北娃,家就在黄土高原。我们从那里走出来,现在因为研究生物土壤结皮,又逐渐走回去。我们坚信有一天,通过一代又一代科学家的努力,我们的家、我们热爱的这片土地一定是个水草丰茂的地方。”研究团队成员杨凯说。

生物土壤结皮自然形成一般需要8到10年,赵允格及研究团队通过研究,基本实现了生物土壤结皮的人工培育,一般情况下一个雨季就可培育出能抵挡黄土高原常见暴雨的生物土壤结皮,实验已在陕西神木取得成功。目前,团队正在攻关生物土壤结皮批量扩繁的种源问题。

1971年出生的赵允格,马上50岁了。喜欢文学、热爱写作的她,常常用日本佛学大师松原泰道的一段话勉励自己——人生是从50岁开始的,50岁前,我们在打基础;50岁以后,才是实现自我、创造自我最有价值的阶段。“我的基础打得还不错,剩下的还要好好干。”

来源: 新华每日电讯

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