萬里長城是我國古代勞動(dòng)人民創(chuàng)造的偉大奇跡，是中國悠久歷史的見證。作為世界文化遺產(chǎn)，具有重要的歷史、文化和科學(xué)價(jià)值。

現(xiàn)存長城主要沿北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶分布，大多由夯土建造而成，在嚴(yán)酷氣候條件影響下，土長城極易遭受風(fēng)蝕、水蝕、鹽害和凍融侵蝕。如何減緩自然外力對(duì)長城本體的破壞成為影響長城長期保存和永續(xù)利用的關(guān)鍵。

目前，國際上雖已有利用植物對(duì)土遺址進(jìn)行加固或修復(fù)的研究，但缺乏深層機(jī)理方面的探究。

地處我國半濕潤區(qū)的甘肅省渭源縣境內(nèi)的秦長城遺址，修筑于戰(zhàn)國時(shí)期，是中國最古老的長城地段之一，其墻體表面附生著大量維管束植物和生物結(jié)皮，但對(duì)于這些維管束植物和生物結(jié)皮能否對(duì)土長城本體起到防護(hù)作用還不明確。?

?　?中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院寧夏沙坡頭沙漠生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站賈榮亮研究員研究組聯(lián)合敦煌研究院科研團(tuán)隊(duì)，以戰(zhàn)國秦長城渭源段為研究對(duì)象，對(duì)長城本體附生的維管束植物和生物結(jié)皮分布格局及協(xié)同減緩長城土體抗侵蝕中的作用進(jìn)行了探索性研究。科研人員對(duì)土長城遺址的7個(gè)不同微空間部位(頂部、東西兩側(cè)墻體1/4高、1/2高和3/4高)的維管束植物群落及其功能組成(包括物種多樣性、功能多樣性和群落加權(quán)平均)、生物結(jié)皮類型和蓋度以及墻體遭受侵蝕程度進(jìn)行了定量分析，并結(jié)合線性回歸、隨機(jī)森林和結(jié)構(gòu)方程模型，評(píng)估了它們對(duì)土壤侵蝕的單一、聯(lián)合作用，以及作用方向和相對(duì)重要性。

研究發(fā)現(xiàn)，維管束植物物種豐富度、物種多樣性、功能豐富度、群落加權(quán)平均和苔蘚結(jié)皮蓋度由土長城遺址頂部向下部顯著降低，且與土長城兩側(cè)土體侵蝕程度呈負(fù)相關(guān)(圖1)，表明土長城本體較高的區(qū)域有利于維管束植物和生物結(jié)皮的定殖和生長。同時(shí)，維管束植物和生物結(jié)皮的協(xié)同作用能有效緩解遺址本體遭受風(fēng)雨侵蝕(圖2)?；诖?，研究人員提出了基于生物結(jié)皮和維管束植物群落構(gòu)建目標(biāo)物種選擇、植物群落構(gòu)建、生物結(jié)皮接種和維持群落穩(wěn)定等增強(qiáng)土長城抗侵蝕的“修復(fù)框架”(圖3)，為土長城遺址本體侵蝕防治提供了新思路。

該成果以Vascular plant communities and biocrusts act as controlling factors in mitigating soil erosion on the Great Wall in a semi-humid area of Northwestern China 為題，發(fā)表于Science of the Total Environment期刊上。

西北研究院2022級(jí)博士生劉彥平為本文第一作者，西北研究院賈榮亮研究員和敦煌研究院汪萬福研究員為通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和甘肅省自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助。

圖1 長城遺址不同微空間位置物種豐富度(a)、物種多樣性(b)、物種均勻度(c)、功能均勻度(d)、功能分化度(e)、功能豐富度(f)、群落加權(quán)平均_生物量(CWM_AB,g)、群落加權(quán)平均_株高(CWM_H,h)、群落加權(quán)平均_蓋度(CWM_VC,i)、群落加權(quán)平均_葉面積(CWM_LA,j)、群落加權(quán)平均_冠幅(CWM_CW,k)變化情況.

注：WSLZ、WSMZ、WSUZ、WC、ESUZ、ESMZ和ESLZ分別代表長城西側(cè)墻體1/4高、長城西側(cè)墻體1/2高、長城西側(cè)墻體3/4高、長城頂部、長城東側(cè)墻體3/4高、長城東側(cè)墻體1/2高、長城東側(cè)墻體1/4高；插入的子圖為維管束植物各指標(biāo)與長城相對(duì)高度的線性回歸分析.

圖2?維管束植物和生物結(jié)皮減緩長城遺址土壤侵蝕的概念模型?

圖3 基于生物結(jié)皮和維管植物群落構(gòu)建減緩長城遺址土壤侵蝕的修復(fù)框架

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.170515