中国农业大学土地学院肖波教授在著名综述期刊发表生物结皮交叉科学前沿邀稿论文

近日，中国农业大学土地科学与技术学院肖波教授应邀在著名综述期刊《地球与行星科学年度评论》（Annual Review of Earth and Planetary Sciences）上发表论文《生物结皮：地球科学中的关键纽带与被遗忘的地球系统支柱》（Biocrusts: Crucial Linkage Among the Earth Sciences and Forgotten Pillar of the Earth System）。系统述评地球科学领域生物结皮研究的历史脉络、当前进展及未来挑战，首次明确提出了“生物结皮科学（Biocrust Science）”的概念及其内涵和外延，为生物结皮交叉科学研究厘清了方向。肖波教授为论文第一兼通讯作者，2022级博士研究生曹尤淞为共同第一作者。

生物结皮是由藻类、苔藓、地衣等隐花植物以及真菌、细菌等微生物与土壤颗粒胶结形成的复合群落，其在全球陆地表面广泛发育，并集中分布于干旱和半干旱地区。作为连接土壤圈与大气圈的关键界面，生物结皮对各类地表过程具有深刻影响，被誉为“土壤皮肤”和“生态系统工程师”。全球变化背景下，生物结皮有望在应对水资源短缺、土地退化、荒漠化和生物多样性丧失等生态环境危机方面发挥关键作用，是地球科学领域的研究热点与前沿。过去三十年间，尽管全球学界已围绕生物结皮开展了大量研究，但相较于维管植物和土壤微生物，关于生物结皮的现有认知依然十分有限；特别是生物结皮与地球表层系统之间的复杂联系仍存在诸多模糊与争议之处。

图1 生物结皮的组成与结构

图2 生物结皮对水蚀和风蚀的影响

图3 生物结皮对水文过程和地表热量平衡的调控效应

图4 生物结皮对生物地球化学循环的介导作用

在全面掌握生物结皮研究发展动态的基础上，本文系统梳理了生物结皮的定义、分布、组成、结构与功能（图1），详细阐述了生物结皮对土壤形成、地貌演化（图2）、水文过程、地表热量平衡（图3）以及生物地球化学循环（图4）的影响，强调了生物结皮在当今乃至整个地球历史时期与地球科学的密切联系，总结了生物结皮与地球表层系统的复杂互作机制。同时，本文对生物结皮研究中的新兴前沿进行了前瞻性分析，并指出未来应重点开展的研究方向包括：生物结皮与地球表面相互作用的大尺度监测；生物结皮介导的水、热、碳、氮过程耦合与解耦；生物结皮在文物保护、环境科学、环境健康科学以及行星科学中的应用。

图5 生物结皮交叉科学框架及其内涵与外延

文章着眼于地球科学的全局视角，首次提出了“生物结皮科学（Biocrust Science）”的概念并明确了其内涵和外延，建立了生物结皮交叉科学框架（图5），并将其定位为联结地球科学各分支学科（地质学、地貌学、气候学、水文学、土壤学、环境科学等）及其相关领域的关键纽带，进而强调了生物结皮科学在推动地球科学体系完善、应对全球变化挑战中的重要价值。

期刊《地球与行星科学年度评论》（Annual Review of Earth and Planetary Sciences）隶属于Annual Reviews出版社，发表的文章均为特邀撰稿，年发文量仅约20篇。肖波教授团队围绕全球旱区生物结皮的属性、过程与功能开展了20余年研究，在地球科学、土壤学、生态学以及水文学著名期刊上发表了一系列论文，为干旱和半干旱地区的土壤侵蚀防治、水土资源保育、退化土地治理、植被近自然恢复以及脆弱生态系统修复提供了科学决策依据。此次应邀撰写并发表综述文章，体现了国际学术界对肖波教授团队研究工作的高度认可，彰显了我国在全球生物结皮研究领域的突出贡献。

该研究得到了国家自然科学基金（42477359）资助，美国北亚利桑那大学Matthew A. Bowker教授、奥地利格拉茨大学Bettina Weber教授为论文共同作者。