近日，水土保持与荒漠化整治全国重点实验室肖波研究员团队在生物学领域著名期刊Current Biology（当代生物学）上，以“The Great Wall of China harbors a diverse and protective biocrust microbiome（长城遗址维持着多样化且具有保护作用的生物结皮微生物群落）”为题发表论文，揭示了生物结皮对长城遗址微生物群落的影响及其关键机制。中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心2022级博士研究生曹尤淞为论文第一作者，中国科学院“西部之光”西部引进人才项目入选者肖波研究员为通讯作者。
长城是中华民族的文化象征，也是人类历史上最为重要的文化遗产之一。中国现存的长城遗址主要分布于北方干旱和半干旱地区，并大多由夯土建造而成。出于边塞军事防御的需要，建造长城的区域通常具有严酷的自然条件，表现为极端干旱、辐射强烈、温度波动剧烈、侵蚀严重、植被稀疏、养分匮乏。尽管如此，长城表层夯土中仍然栖息着众多微生物，它们可能会影响遗址的微生物退化/劣化过程；该过程是指微生物通过其生命活动对遗址材料造成物理和化学破坏，包括剥落、腐蚀、降解及变色等。然而，长城夯土中微生物的群落结构与功能潜力尚属未知。生物结皮是全球干旱和半干旱地区普遍存在的活性地被物，其能通过自然发育覆盖裸露地表、调控土壤性质与过程、重塑生态系统结构与功能。长城的夯土基质和干旱气候环境为生物结皮的广泛发育提供了天然条件，使其成为夯土结构表面的重要覆盖物。虽然先前研究已经证实，这些生物结皮具有抵抗侵蚀作用，有助于减少长城遗址的风水侵蚀，但它们对夯土微生物群落的影响及其机制仍不清楚。
基于此，该研究在明长城遗址沿线开展了横跨600 km的大尺度调查采样，涵盖了宁夏、陕西、山西、内蒙古4省区的6段典型明长城遗址（图1）。采样后，通过扩增子测序、宏基因组测序以及生物信息学分析，研究了夯土微生物群落的物种组成、多样性以及代谢功能。
图1. 明长城和采样点分布以及长城表面发育的生物结皮
研究结果表明：与没有生物结皮的夯土相比，生物结皮覆盖改变了夯土中细菌和真菌群落的基本结构、生境偏好及核心物种，使细菌和真菌群落的丰度、多样性以及互作网络复杂度提高了12%–62%（图2）；同时，生物结皮覆盖夯土中微生物群落的总体功能基因丰度和抗逆性代谢通路丰度提高了4%–15%，一些与微生物退化/劣化过程有关的代谢通路丰度则有所降低（图3和图4）。生物结皮对微生物群落的影响主要归因于其对夯土水、热以及养分条件的调控作用，而气候条件（干旱程度）是另外一个重要因素。总体上，该研究描绘了长城微生物群落的全貌，强调了生物结皮在主导微生物群落方面的关键角色，为中国长城及全球干旱区土遗址的保护与修复提供了重要参考。
图2. 生物结皮对夯土微生物群落结构及多样性的影响
图3. 生物结皮对夯土微生物群落总体功能潜力的影响
图4. 生物结皮对夯土微生物群落关键代谢通路的影响
该研究得到中国科学院“西部之光”西部引进人才计划（No. 2019）、国家自然科学基金（No. 42477359）、中国—中亚人类与环境“一带一路”联合实验室/文化遗产研究与保护技术教育部重点实验室青年开放课题（No. 2024KGFR10）的资助。南京林业大学冯有智教授、美国北亚利桑那大学Matthew A. Bowker教授、西班牙塞维利亚自然资源与农业生物研究所Manuel Delgado-Baquerizo研究员在论文撰写过程中提供了帮助，为论文共同作者。
肖波研究员团队围绕中国旱区生物结皮的属性、过程与功能开展了20余年研究，近年来在Science Advances（科学进展）、Global Change Biology（全球变化生物学）、Soil Biology and Biochemistry（土壤生物学与生物化学）、Water Resources Research（水资源研究）等土壤学、生态学以及水文学著名期刊上发表了一系列论文，极大提升了对生物结皮水土过程与效应机理的研究水平，为生态脆弱区以生物结皮为主导的土壤侵蚀防治、水土资源保育、退化土地与植被恢复以及环境治理与生态修复提供了科学决策依据，为保持并进一步提升我国在全球水土保持与荒漠化防治领域的国际领先优势和话语权提供了重要科技支撑。
论文信息：Cao, Y.S., Bowker, M.A., Feng, Y.Z., Delgado-Baquerizo, M., Xiao, B.* 2026. The Great Wall of China harbors a diverse and protective biocrust microbiome. Current Biology, 36, 1-12.
https://doi.org/10.1016/j.cub.2025.10.087
