科學(xué)家趙允格用十余年，發(fā)現(xiàn)“太普通沒美感”的生物土壤結(jié)皮是改善生態(tài)的“功臣”

趙允格在野外考察。

趙允格（右三）在野外考察。

黃土高原上的生物土壤結(jié)皮。

黃土高原上的生物土壤結(jié)皮。（受訪者供圖）

在高原上，你可能會(huì)看到這樣的畫面：生物土壤結(jié)皮研究專家趙允格和她的研究團(tuán)隊(duì)，每人捧著一個(gè)大盤子，走在黃土高原的梁梁峁峁上，遇見陡坡時(shí)，大家齊刷刷地蹲坐在地上，屁股蹭著黃土，一點(diǎn)一點(diǎn)往下遛，而上半身的全部力量，都用于保護(hù)手里的樣本

以零為起點(diǎn)，趙允格及研究團(tuán)隊(duì)用10年時(shí)間反復(fù)考察、實(shí)驗(yàn)，證實(shí)生物土壤結(jié)皮在控制黃土高原退耕地土壤流失方面功不可沒

除了放大鏡，趙允格喜歡隨時(shí)帶一瓶水，看到令她眼前一亮的生物土壤結(jié)皮，就擰開瓶蓋，往結(jié)皮體上滴一滴水，然后俯身在地上，靜靜地觀察，一看就是十幾分鐘。高原上有風(fēng)刮過，但趙允格的耳朵里，似乎只有水滴流動(dòng)的聲音

除了放大鏡，趙允格喜歡隨時(shí)帶一瓶水，看到令她眼前一亮的生物土壤結(jié)皮，就擰開瓶蓋，往結(jié)皮體上滴一滴水，然后俯身在地上，靜靜地觀察，一看就是十幾分鐘。高原上有風(fēng)刮過，但趙允格的耳朵里，似乎只有水滴流動(dòng)的聲音。

世界土壤日前夕，記者來到位于陜西楊凌的中國科學(xué)院水利部水土保持研究所，走近我國生物土壤結(jié)皮研究專家趙允格，以及她所癡迷的那個(gè)與土壤有關(guān)的“小世界”。

“無名有機(jī)體”

近觀這片黃土地，常常會(huì)發(fā)現(xiàn)很多地塊的土壤表面，并非松散的黃土，而是一種黑且堅(jiān)硬、有時(shí)還長有苔蘚或地衣的有機(jī)復(fù)合體——它們叫什么？是怎么形成的？

“那時(shí)候，中國很少有人研究這個(gè)，它太普通了，也沒什么美感，許多人甚至覺得它沒什么研究價(jià)值?！壁w允格說，“但我不這么認(rèn)為，我就想，它既然能在剛剛退耕的地里長出來，肯定對(duì)水土流失有影響！”

雄踞我國北方的黃土高原，廣義面積達(dá)到67萬平方公里。近觀這片黃土地，常常會(huì)發(fā)現(xiàn)很多地塊的土壤表面，并非松散的黃土，而是一種黑且堅(jiān)硬、有時(shí)還長有苔蘚或地衣的有機(jī)復(fù)合體——夏天的雨水過后，它們像是黃土地上的綠地毯，松軟靚麗；而到了干冷的冬季，它們就成了黑乎乎的“馬賽克”。它們叫什么？是怎么形成的？

這些問題，正是趙允格科研生涯的起點(diǎn)。2003年，剛從西北農(nóng)林科技大學(xué)博士研究生畢業(yè)的她，入職中國科學(xué)院水利部水土保持研究所，這里是中國科學(xué)院在西北地區(qū)建立的第一個(gè)科研機(jī)構(gòu)，是我國水土保持與生態(tài)安全研究的重鎮(zhèn)，所里群星薈萃，人人重?fù)?dān)在肩。初出茅廬的趙允格，卻一時(shí)難以找到自己的研究方向。

彼時(shí)，我國剛剛啟動(dòng)退耕還林（草）工程，黃土高原是重點(diǎn)實(shí)施區(qū)，水保所的不少前輩、老師都“面向黃土高原，以水土保持和生態(tài)恢復(fù)為中心任務(wù)”展開不同研究。同事兼愛人許明祥在黃土高原因研究退耕還林（草）工程對(duì)土壤質(zhì)量影響時(shí)，向她抱怨“退耕地上有一種黑乎乎的東西，滿地都是，嚴(yán)重干擾研究”，并把拍的照片給她看。專業(yè)背景是“土壤系統(tǒng)中水分、養(yǎng)分遷移”的趙允格，第一反應(yīng)是“這種東西會(huì)不會(huì)影響土壤的水分滲透性啊？”，瞬間對(duì)這種黑色的“無名有機(jī)體”產(chǎn)生了濃厚興趣。

“我自己到黃土高原后發(fā)現(xiàn)，幾乎滿山遍野都是，更神奇的是，很多剛剛退耕的黃土地里也長出了這種東西。說起來大家似乎都見過，但沒人知道它叫什么?！壁w允格說，“我就想知道它到底是什么，因?yàn)槲覐男【蛯?duì)自然界特別癡迷。癡迷到什么程度呢？每年春天來的時(shí)候，別的孩子都在玩，而我常常一個(gè)人跑到樹叢或花園里觀察，就想知道春天來的時(shí)候，樹葉是怎么長出來的，花又是怎么開的?！?/p>

野外采樣，翻閱文獻(xiàn)……2003年到2006年，趙允格孤軍奮戰(zhàn)，在黃土高原與實(shí)驗(yàn)室之間不斷切換。“那時(shí)候，中國很少有人研究這個(gè)，它太普通了，也沒什么美感，許多人甚至覺得它沒什么研究價(jià)值?！壁w允格說，“但我不這么認(rèn)為，我就想，它既然能在剛剛退耕的地里長出來，肯定對(duì)水土流失有影響！純粹是求知欲驅(qū)動(dòng)著我去做?！?/p>

其實(shí)在此之前，國內(nèi)外已有部分科學(xué)家研究過這種“無名有機(jī)體”在荒漠化治理中的作用，比如中國科學(xué)院沙坡頭沙漠研究試驗(yàn)站的科學(xué)家們，很早就發(fā)現(xiàn)了它有“固定沙丘”的神奇功效?！暗?dāng)時(shí)互聯(lián)網(wǎng)不發(fā)達(dá)，水保所缺乏可用的數(shù)據(jù)庫，能查到的紙質(zhì)文獻(xiàn)太少了，信息搜集非常困難，三年時(shí)間，全靠自己一點(diǎn)一點(diǎn)推測、求證?！?/p>

2006年，趙允格與一位美國專家一起在陜北考察，在其幫助下終于完全確定，這種“無名有機(jī)體”學(xué)名叫“生物土壤結(jié)皮”，是由生長于土壤表層和近地表數(shù)毫米內(nèi)的藍(lán)綠藻、苔蘚、地衣、真菌以及許多景觀中常見的其它隱花植物成分與土壤復(fù)合而形成的具有生命活性的復(fù)雜復(fù)合體?！斑@種結(jié)皮發(fā)育成熟后非常結(jié)實(shí)，一桶水沖下去，它幾乎毫發(fā)無傷。風(fēng)吹不倒，雨打不動(dòng)，只有冰雹砸下來才有點(diǎn)反應(yīng)，而且抗逆性很強(qiáng)，能夠適應(yīng)干旱、高溫、低溫、強(qiáng)光輻射等各類不利環(huán)境條件，在干旱和半干旱地區(qū)廣泛分布?！?/p>

趙允格繼續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，黃土高原退耕地在林草植被恢復(fù)的初期，生物土壤結(jié)皮就已大面積發(fā)育，主要分布于林草植物間的空地上，是退耕地表面比例最大的覆蓋因子——黃土高原各類退耕地上，生物土壤結(jié)皮的平均蓋度可達(dá)60%-70%甚至更高。

縱觀黃土高原的歷史，這里既上演著中華文明源遠(yuǎn)流長、不斷壯大的繁衍史，也有著水土不斷流失、風(fēng)沙逐漸肆虐的生態(tài)衰退史……

“國家啟動(dòng)退耕還林（草）生態(tài)修復(fù)工程，就是要保持水土、恢復(fù)生態(tài)，那這種生物土壤結(jié)皮對(duì)黃土高原生態(tài)的恢復(fù)，到底有什么作用？可不可以利用它的優(yōu)點(diǎn)，為干旱半干旱區(qū)水土保持工作貢獻(xiàn)力量呢？”趙允格說，“在我之前，很少有人專門去研究它對(duì)水土流失的效應(yīng)，尤其是針對(duì)黃土高原水土流失的影響，相關(guān)的研究幾乎見不到。即便在全球范圍內(nèi)，人們對(duì)生物土壤結(jié)皮在水土保持方面的認(rèn)識(shí)也非常有限，我就以這個(gè)研究盲點(diǎn)為起點(diǎn)，開始了十多年的持續(xù)追蹤?！?/p>

作為我國率先開始研究黃土高原退耕地生物結(jié)皮現(xiàn)象的科學(xué)家，趙允格以“黃土高原生物土壤結(jié)皮的水土保持效應(yīng)”為研究方向，奔向黃土高原深處……

“高原上繡花”

這里土壤貧瘠，水土流失嚴(yán)重，鮮有生命。能抗高溫、耐干燥、抗紫外輻射的生物土壤結(jié)皮卻能在這里形成、發(fā)育。

“我們到了野外之后，常常需要趴在地上，臉近乎貼著地面，拿著放大鏡觀察這些苔蘚，看它長在什么樣的小環(huán)境，是什么種類，伴生的還有哪些物種，就像在高原上繡花一樣。”趙允格說，“辛苦我不怕，怕的是我不認(rèn)識(shí)它?！?/p>

在黃土高原，存在著大量的中、重度風(fēng)蝕區(qū)、水蝕區(qū)及風(fēng)水復(fù)合侵蝕區(qū)，同時(shí)還存在大面積人為干擾不斷的黃土及沙地，這里土壤貧瘠，水土流失嚴(yán)重，鮮有生命。

能抗高溫、耐干燥、抗紫外輻射的生物土壤結(jié)皮卻能在這里形成、發(fā)育——定居于地表的藻類生物，以及其中的細(xì)菌等分泌出胞外多糖黏結(jié)土壤顆粒，積累有機(jī)質(zhì)，進(jìn)而形成了這里常見的先鋒地表覆蓋——藻結(jié)皮，隨著時(shí)間的推移，結(jié)皮中的藻分泌出更多的多糖類大分子有機(jī)物，將土壤顆粒膠結(jié)和捆綁起來；時(shí)間靜靜流逝，苔蘚長了出來！

“我們到了野外之后，常常需要趴在地上，臉近乎貼著地面，拿著放大鏡觀察這些苔蘚，看它長在什么樣的小環(huán)境，是什么種類，伴生的還有哪些物種，就像在高原上繡花一樣?！壁w允格說。

生物土壤結(jié)皮干燥、極易碎裂，研究時(shí)又需要大塊的完整樣品，因此采集樣品要特別小心，竭力保持樣本的完整性。所以，在高原上，你可能會(huì)看到這樣的畫面：趙允格和她的研究團(tuán)隊(duì)，每人捧著一個(gè)大盤子，走在黃土高原的梁梁峁峁上，遇見陡坡時(shí)，大家齊刷刷地蹲坐在地上，屁股蹭著黃土，一點(diǎn)一點(diǎn)往下溜，而上半身的全部力量，都用于保護(hù)手里的樣本……

研究方向決定了科研團(tuán)隊(duì)必須要深入黃土高原風(fēng)蝕區(qū)、水蝕區(qū)及風(fēng)蝕水蝕交錯(cuò)區(qū)，這里往往千溝萬壑；而同時(shí)，因?yàn)檠芯科鋭?dòng)態(tài)的需要，生物土壤結(jié)皮的基礎(chǔ)性研究工作貫穿一年四季，為此趙允格每年都會(huì)親自帶著研究團(tuán)隊(duì)在高原上度過：樣地選擇、調(diào)查采樣、蓋度調(diào)查、種類鑒定、徑流小區(qū)觀測、野外人工模擬降雨……

“雪花落在廣袤而空曠的高原上，也悄悄落在趙老師的肩上。那時(shí)已經(jīng)晚上八點(diǎn)多，天完全黑了，氣溫接近零下十幾攝氏度，我們讓她回到車上等，她一個(gè)勁地?fù)u頭，堅(jiān)持幫我們把采集的樣品打包、裝車。”這個(gè)在陜西吳起野外考察的瞬間，被團(tuán)隊(duì)成員喬羽記在心間。

“作為老師，不能光靠嘴說，最好去示范。實(shí)驗(yàn)室里講十遍，不如地上趴一遍。相比于所里的老科學(xué)家們，我們條件好太多了！”趙允格說，“上世紀(jì)五六十年代，所里的老前輩們?yōu)榱它S土高原的水土保持工作，住在條件異常簡陋的陜北窯洞里，晚上冷到什么程度？如果一個(gè)人從被窩里鉆出來，另一個(gè)人會(huì)趕緊鉆進(jìn)去，就怕那點(diǎn)熱氣跑沒了。跟他們比，我一點(diǎn)都不苦！”

“辛苦我不怕，怕的是我不認(rèn)識(shí)它?！壁w允格說，“2003年到2009年期間，生物土壤結(jié)皮物種組成是困擾我的頭號(hào)難題，對(duì)我這個(gè)學(xué)土壤的人來說，太難了！比如僅苔蘚植物，全球就有2萬多種。有一年，我?guī)缀趺刻於及炎约宏P(guān)在實(shí)驗(yàn)室里，觀察培養(yǎng)皿中的這些小生物，它們最高的只有5毫米，小的只有1毫米。都快把自己看吐了?！?/p>

以零為起點(diǎn)，趙允格及研究團(tuán)隊(duì)用10年時(shí)間反復(fù)考察、實(shí)驗(yàn)，明確了黃土高原地區(qū)生物結(jié)皮形成機(jī)理、組成成分及分布規(guī)律，證實(shí)生物土壤結(jié)皮在控制黃土高原退耕地土壤流失方面功不可沒——發(fā)育4年的藻結(jié)皮即可較無結(jié)皮土壤降低92%土壤流失量，10年以上的生物土壤結(jié)皮可完全遏制坡面土壤流失，是黃土高原土壤保持、促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的積極因素。

“生物土壤結(jié)皮發(fā)育形成后，就像地表容積巨大的“生命溫床”，為許多微生物和微小動(dòng)物提供了適宜的生境和食物來源，同時(shí)它能夠固氮、固碳，改變土壤的水分、養(yǎng)分和溫度，促進(jìn)高等植物的定植和生長發(fā)育，甚至可以把它看作是干旱半干旱地區(qū)的一個(gè)重要‘基因庫’，是改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境的‘功臣’。”趙允格說。

同時(shí)，結(jié)皮生物對(duì)水分的要求很低?！敖Y(jié)皮生物是脅迫躲避型有機(jī)體，缺水的時(shí)候進(jìn)入休眠狀態(tài)；一旦有水，它就像海綿一樣吸水膨脹，等到空氣干燥后又逐漸向周圍釋放水分，所以它可以在年降雨量不到200毫米的干旱半干旱區(qū)大面積分布，這意味著在滴水貴如油、營養(yǎng)貧瘠的黃土高原地區(qū)，生物土壤結(jié)皮具有巨大的生態(tài)價(jià)值。

“最典型的地方，比如地處黃土高原和毛烏素沙地接壤區(qū)的陜西省榆林市，這里是我國重要的能源化工基地，水資源緊張，大面積植樹種草就需要大量灌溉，不利于可持續(xù)、高質(zhì)量發(fā)展?！壁w允格說，“我們可選擇在一些不適宜種樹種草的地方，推廣生物土壤結(jié)皮，由它們肩負(fù)起防風(fēng)固沙、保持水土的生態(tài)修復(fù)使命?！?/p>

“一棵皂角樹”

“從看到秦大河院士的那張照片開始，我就覺得成為一名科學(xué)家，是這個(gè)世界上最美好、最偉大的事情?！?/strong>

而令趙允格沒有想到的是，多年后，在黃土高原上來回奔波的她，也以一個(gè)“科學(xué)家”的形象，讓一位業(yè)已放棄大學(xué)夢想的少年汲取到力量，成長為一名生態(tài)學(xué)博士，并追隨她至今。

“我希望成為那棵皂角樹，給家人、學(xué)生遮陽擋雨。”趙允格說。

或許，在科學(xué)的道路上，科學(xué)家對(duì)科研事業(yè)的專注與熱愛，往往就像生物土壤結(jié)皮形成早期的藻類、微生物分泌多糖一樣，會(huì)將更多“小土粒”“小沙?！闭辰Y(jié)到科學(xué)這條道路上來。

出生于陜西咸陽一個(gè)書香世家、從小就愛閱讀的趙允格，常常看報(bào)時(shí)連中縫廣告都不放過。“上中學(xué)時(shí)，我從路上撿到了半片報(bào)紙，上面刊登著秦大河研究員（現(xiàn)為中國科學(xué)院院士）南極科考的新聞、照片，我看了一遍又一遍，心里想我一定要好好學(xué)習(xí)，長大了就能見一見秦大河這樣的科學(xué)家，哪怕給他們倒一杯水、端一杯茶也好。”趙允格回憶說，“那張照片留給我的印象太深了，它甚至影響了我的一生。”

這個(gè)令趙允格終生難忘的“瞬間”，就像一個(gè)火種一樣，開啟了她的科學(xué)之路。上大學(xué)后，她癡迷于做實(shí)驗(yàn)，特別是后來的研究生期間，她常常在實(shí)驗(yàn)室里待到天黑再明。“從看到秦大河院士的那張照片開始，我就覺得成為一名科學(xué)家，是這個(gè)世界上最美好、最偉大的事情?！?/p>

而令趙允格沒有想到的是，多年后，在黃土高原上來回奔波的她，也以一個(gè)“科學(xué)家”的形象，讓一位業(yè)已放棄大學(xué)夢想的少年——孫會(huì)汲取到力量，成長為一名生態(tài)學(xué)博士，并追隨她至今。

2008年，因?yàn)闆]考上大學(xué)，19歲的孫會(huì)從陜西定邊老家來到水保所下屬的國家安塞水土保持綜合試驗(yàn)站打零工，認(rèn)識(shí)了趙允格和她的研究團(tuán)隊(duì)，接觸的時(shí)間久了，孫會(huì)反而更沮喪?！拔覐男≡诶霞曳叛?，只有高中學(xué)歷，看到他們都是些研究生、教授，就覺得自己很卑微，啥前途也沒有。”

孫會(huì)想報(bào)名自考提升學(xué)歷，但信心不大。趙允格用自己的經(jīng)歷勉勵(lì)他：“我最幸福的事，就是靠著個(gè)人的努力，一步步實(shí)現(xiàn)了少年時(shí)期那個(gè)夢想。你心中有夢，就不要在乎眼前的困難，既然選擇了，就要做到。”

“如果別人這么說，我會(huì)覺得這句話很‘雞湯’?！睂O會(huì)說，“但趙老師不一樣，她是一名科學(xué)家，她那么真誠地對(duì)我說，我就能感受到一股力量，而且我也知道，她選擇研究生物土壤結(jié)皮這樣一個(gè)小眾又寂寞的領(lǐng)域，其實(shí)特別難做，但她一直沒有放棄，因?yàn)樗龅搅?，所以我選擇相信?！?/p>

在趙允格不間斷的鼓勵(lì)、輔導(dǎo)下，孫會(huì)拿到了自考本科學(xué)歷。在孫會(huì)辭掉工作專心復(fù)習(xí)考研的兩年間，趙允格又將他臨聘到自己的科研團(tuán)隊(duì)，解決了這個(gè)“農(nóng)村娃”最擔(dān)心的生計(jì)問題。如今已是西北農(nóng)林科技大學(xué)生態(tài)學(xué)博士研究生的孫會(huì)，雖然導(dǎo)師不是趙允格，但因?yàn)榕d趣使然，也是趙允格研究團(tuán)隊(duì)的一員。

趙允格的微信名叫“皂角樹”，因?yàn)樾r(shí)候她家村口有一棵高大的皂角樹，大人小孩都喜歡在樹下乘涼、玩耍?！拔蚁Ｍ蔀槟强迷斫菢?，給家人、學(xué)生遮陽擋雨。”趙允格說。

“趙老師的學(xué)術(shù)大門向所有學(xué)生敞開，除了她自己的學(xué)生外，我們團(tuán)隊(duì)里，還有七八位其他導(dǎo)師或其他專業(yè)的學(xué)生，還有一些本科生，只要有興趣，趙老師都非常歡迎?！毖芯繄F(tuán)隊(duì)成員明姣說，“其實(shí)我們很多人剛開始都懵懵懂懂，對(duì)生物土壤結(jié)皮沒啥感覺，但是經(jīng)過趙老師常年的言傳身教、耳濡目染，都漸漸喜歡上了這種其貌不揚(yáng)的有機(jī)體?！?/p>

大家的目標(biāo)是希望有一天能像“種莊稼”一樣，將生物土壤結(jié)皮推廣到合適且必要的地方?！跋裎覀冞@些趙老師的學(xué)生，很多都是陜北娃，家就在黃土高原。我們從那里走出來，現(xiàn)在因?yàn)檠芯可锿寥澜Y(jié)皮，又逐漸走回去。我們堅(jiān)信有一天，通過一代又一代科學(xué)家的努力，我們的家、我們熱愛的這片土地一定是個(gè)水草豐茂的地方。”研究團(tuán)隊(duì)成員楊凱說。

生物土壤結(jié)皮自然形成一般需要8到10年，趙允格及研究團(tuán)隊(duì)通過研究，基本實(shí)現(xiàn)了生物土壤結(jié)皮的人工培育，一般情況下一個(gè)雨季就可培育出能抵擋黃土高原常見暴雨的生物土壤結(jié)皮，實(shí)驗(yàn)已在陜西神木取得成功。目前，團(tuán)隊(duì)正在攻關(guān)生物土壤結(jié)皮批量擴(kuò)繁的種源問題。

1971年出生的趙允格，馬上50歲了。喜歡文學(xué)、熱愛寫作的她，常常用日本佛學(xué)大師松原泰道的一段話勉勵(lì)自己——人生是從50歲開始的，50歲前，我們在打基礎(chǔ)；50歲以后，才是實(shí)現(xiàn)自我、創(chuàng)造自我最有價(jià)值的階段?！拔业幕A(chǔ)打得還不錯(cuò)，剩下的還要好好干?！保▽O正好）