树冠土壤是一个空中生态系统

　　Cloud

　　土壤，不仅存在于我们脚下，还会长在我们头顶的上空。

　　生长在树顶上的土壤， 叫作树冠土壤（canopy soil）。它们由腐烂的落叶和树枝、空气中的颗粒物和水分等物质组合而成，最常见于热带雨林中凉爽、多雾的地区，那里有高大且古老的树木。

　　树冠土壤是一个空中生态系统。它们是几十年或几个世纪的积累，为真菌、昆虫、鸟类和附生植物等生物提供了家园。其中，附生植物是在其他植物上面生长的植物，从环境中获取水分和养分，这些生物可能一辈子都没接触过地面。

　　过去，科学家对树冠层的研究很少。今年7月一篇研究树冠土壤分布模式的论文发表于《国际土壤学报》（Geoderma）。研究发现，在树越大、雾越多的地方，树冠土壤的丰度就越大。

　　徒步、爬树

　　杰西卡·默里（Jessica Murray）是研究树冠土壤的生态学家。研究项目位于哥斯达黎加蒙特维多（Monteverde）的云雾森林，光是徒步到研究地点就花了8 个小时。徒步的过程也不轻松。研究团队要背着装有90 多米绳子的沉重背包，除了要携带攀岩装备、绳索、安全带和头盔，杰西卡和同伴还准备了8 天的食物、睡袋、采样设备等。踩着柔软的泥泞地面，被雨伞大小的树叶舔舐着，要爬过倒下的树枝，同时忍受着雨林里温暖潮湿的气候……等到达目的地时，大家都湿透了。

　　杰西卡先用双筒望远镜，从地面评估树冠土壤的丰度。这棵树高耸入云，树枝上长满了蕨类植物、兰花和藤蔓。较低的树枝看着大约15 米高，而最高的树枝则完全消失在薄雾中。接下来就是利用各种装备爬到树上。杰西卡使用特制弹弓，让负重袋拖着一根细细的黑色绳子飞上45 米高的树枝，研究人员用它来拉动攀爬绳，向上攀爬。确切地说，大家爬的不是树，而是绳子。高海拔的雨林雾气腾腾，向上攀登的感觉仿佛是在潜入海洋。一个随身的防雨袋里，装着杰西卡的实验室。她带着实验室前往她的办公室——一根距离森林地面近30 米高、杂草丛生的树枝。

　　空中“小森林”

　　这里的树冠特别茂密，有厚厚的苔藓、土壤和丰富的附生植物。和地上的土壤一样，树冠土壤为生活在森林冠层的生物提供了养分、水和栖息地。构成树冠土壤的腐烂动植物物质，为整个冠层提供了重要的营养物质。由于苔藓可以转化空气中的氮，树冠土壤营养丰富，这意味着生活在那里的附生植物比其他地方的更健康。附生植物的根和芽可以捕获雾水和其他营养物质。它们有助于保持树冠土壤湿润，并将土壤固定在适当的位置。浓密的树冠土壤含有的磷和氮比地面土壤多。甚至树冠土壤所在的树木也会利用树冠土壤——在树冠土壤中长出根部，以获取一些养分。

　　除了土壤化学成分，杰西卡还测了土壤的生物多样性。她发现树冠土壤有惊人的多样性，甚至沿着同一根树枝，以及彼此靠近的树木之间，树冠土壤的成分也很多样。这使得每一个树冠土壤团都是一个独特的“小森林”。这些微型森林都拥有着丰富的动植物生命，是一个被忽视的森林栖息地。还有研究发现，水熊虫也大量生活在树冠土壤中，目前尚不清楚它们为何以及如何这样大量地到达树冠土壤。水熊虫即缓步动物，通常生活在潮湿的土壤和苔藓中，它们无法爬上一棵大树，因此很可能是乘风而来，或者无意间搭上了树冠上的动物的顺风车。

　　杰西卡的研究团队发现，在地势较高、凉爽、雾气充足、树木较大、树木较多的地区，树冠土壤最为丰富。这也意味着，当气候和树木大小发生变化时，树冠土壤的有机物成分也会随之改变。

　　储存碳

　　土壤储存了巨量的碳。树冠土壤丰富的栖息地也意味着它们含有大量的碳。和地上的土壤一样，树冠土壤也通过腐烂的动植物物质储存碳。

　　“我估算树冠土壤储存的碳占其所在森林土壤总碳的0.4% 至4%，而这并没有被计入生态系统碳预算。”杰西卡说道。

　　研究结果揭示了树冠土壤对气候变化的脆弱性，及其他的减少可能会导致碳储存资源显著减少。为了确定树冠土壤的碳储存，研究的下一步将是找到一种方法来确定有多少树冠土壤，例如使用遥感技术。

　　树冠土壤也可以帮助我们了解土壤里的碳是如何储存在世界各地其他的土壤中。树冠土壤没有像地面土壤那样的黏土，因此它提供了一个独特的机会，帮助人们研究可能影响土壤中的碳与温室气体之间的关系。

　　虽然还很难确切地知道树冠土壤需要多长时间才能形成，但研究小组估计，一些土壤团可能需要一百多年才能完全成熟。

　　而树冠土壤的重要性，我们直到现在才开始认识到。杰西卡的博士生导师邦妮·沃林（Bonnie Waring）表示，这样的现实令人很无奈，也让人担心，因为“我们破坏它们的速度可能比我们研究它们的速度还要快”。

　　（本文经授权转载自“把科学带回家”公众号，有删节）