摘要
地衣和苔藓经常生活在树冠层的树枝上。它们储存了大量的雨、雾或露水，因为它们无法接触到土壤中的水分。然而，我们不知道他们最重要的水源到底是什么。例如，湿树皮吸水重要吗?这很难回答，因为这些地衣和苔藓生活在我们上面的高处，所以很难直接测量。计算机数学模拟可以用来回答这个问题。我们使用地衣和苔藓的计算机模型来计算这些生物可能从树皮中吸收多少水分。我们发现树皮中的水分每年支持了大约20%的地衣和苔藓的生长，所以它是对它们的生存很重要。我们还发现地衣和苔藓很适合从树皮中吸收水分。
什么是地衣和苔藓?
地衣和苔藓是一种小型生物，几乎生活在世界各地。它们不仅覆盖在岩石表面或森林地面上，还经常生活在树干和树枝上。以其他植物为食的植物叫做附生植物附生地衣和苔藓生长在所有气候带的许多森林中。
苔藓是植物，但它们不像草或树那样有根。然而，地衣是不植物——它们由真菌和绿藻(或一种光合作用的细菌)组成，作为一个有机体生活在一起。没有根的地衣和苔藓必须通过收集雨水或露水或雾中的水分来吸收水分。降雨、露水和雾不是一直都有，但这对附生植物来说不是大问题——它们只是变干，变得不活跃。当水再次供应时，它们就“醒了”。这是地衣/苔藓和草或树等植物之间的主要区别，这些植物在干燥时就会死亡。
地衣和苔藓对森林重要吗?
即使没有根，地衣和苔藓也会对土壤产生很大的影响水循环在森林。像海绵一样，它们吸收表面的水分。由于它们通常是浓密的，有一个大的表面积，地衣和苔藓可以占用大量的水。水分从它们的体内蒸发回到大气中。这意味着水不会进入土壤，因此树木可利用的水分就会减少。然而，附生植物的海绵效应也可以帮助树木:它可以冷却森林，因为热空气中的能量进入水中，将液体变成蒸汽。这些能量随后以水蒸气的形式被输送到大气中。森林空气冷却可以减少树木的热应激。
地衣和苔藓对于森林中的水分可利用性和温度调节究竟有多重要，目前还不完全清楚，因为在这方面的研究相对较少。
地衣和苔藓有足够的水分吗?
如果我们想更好地了解附生地衣和苔藓是如何影响森林的，我们需要知道在给定的森林中有多少地衣和苔藓，它们能生长多少。换句话说，这块“海绵”有多大?要回答这个问题，我们首先需要知道附生植物有多少水。尽管它们可以很好地应对干旱，但它们需要活跃地生长，而活跃地生长需要水。
我们想要阐明一种水源，这种水源到目前为止可能一直被忽视，而它对维持附生地衣和苔藓的生长可能很重要:树皮。
树皮水被忽视的作用
雨、露和雾并不是生活在森林冠层的附生植物的唯一水源。下雨后，水顺着树枝和树干流下来。这种水叫做树干茎流．一些茎流储存在树皮的裂缝和毛孔中。也许附生植物可以利用这些水来生长。
我们说“可能”，是因为我们还不知道从树皮吸收水分对附生地衣和苔藓有多重要——这当然是可能的，但雨、露水和雾对这些生物可能更重要;这方面的研究还不够。此外，个别种类的地衣和苔藓从树皮中吸收水分的能力可能存在很大差异，但我们不知道这些差异对森林的水循环有多重要。
树皮水重要吗?
在我们的研究中，我们想知道树皮水对附生地衣和苔藓有多重要[1］．我们还想知道在这方面物种之间是否存在差异。不幸的是，测量树皮的水分吸收非常困难，因为我们不能简单地关闭它，看看它是如何影响生物体的。
一个计算机仿真模型是回答这类问题的好工具，因为计算机模型比真实的生态系统或生物更容易改变。我们的计算机模型被称为LiBry，是地衣和苔藓计算机模型的缩写(苔藓是苔藓)。计算机模型的工作原理就像一个复杂的袖珍计算器:当我们输入某些气候数据例如温度或降雨量或光照量，该模型计算出附生地衣和苔藓可以生长多少。计算机模型可以为许多种类的地衣和苔藓做到这一点。
根据气候条件计算地衣和苔藓的生长相对复杂，因为这些生物进行许多过程，如光合作用或呼吸，都受到气候因素的影响。LiBry计算机模型使用数十个数学方程(图1)．方程的形式通常为:
- 图1 - LiBry电脑模型的截屏
- 由于该模型是由一堆耦合在一起的方程组成的，因此它没有用户界面。它是包含方程式的文本文件的集合。左边显示了一些用Fortran95编程语言编写的方程。灰色线是计算树皮吸水量的地方。右边的插入窗口显示了运行命令和计算机模型的输出，其中列出了到目前为止已经模拟了多少年的附生植物。
碳或水的流动=某种气候条件×生物体的状态×其他因素
在计算机模型中，所有的方程都是相互关联的，类似于在真实的生物体中发生的情况。你可以想象碳或水像箭头一样在盒子之间流动，盒子代表碳或水的池。这些流和池的一小部分如下所示图2．
- 图2 -森林中的部分水循环
- 水可以以降雨、露水或雾的形式进入树冠。然后，这些水要么被树木和它们的附生植物拦截，要么作为穿透物落到森林地面。被树木截留的水可以储存在树皮中，也可以作为茎流顺着树皮流下。储存在地衣和苔藓等附生植物中的水在蒸发回大气之前可以被这些生物用来生长。
为了测试计算机模型是否有效，我们选择了一个领域的网站撒丁岛，一个靠近意大利的地中海岛屿。在撒丁岛的森林和林地中，可以发现许多种附生地衣和苔藓(图3)．
- 图3 -在撒丁岛的森林中可以发现许多类型的苔藓和地衣，在一个地区生长的类型通常取决于森林的密度。
- (A, B)有些生长在孤立的树上。(C, D)有些生长在由古树组成的阴暗森林中。(E, F)有些苔藓和地衣可以长得很薄。(G H)其他苔藓和地衣可以形成更大的身体。
开关水流开关
利用LiBry计算机模型，我们模拟了撒丁岛某地的3000种附生地衣和苔藓。这意味着我们使用了该地区过去40年的气候数据，每小时，LiBry都计算出每种物种的生长速度。
听起来很简单，但我们必须承认，这有点复杂:计算机模型中的物种并不是生活在撒丁岛野外现场的真实物种。不可能收集到足够的样本，并进行代表所有真实物种所需的所有测量。相反，这3000个模拟物种是所有物种的例子潜在的发生在学校。然后，计算机模型检查每个物种是否能够在现场的气候中生存。通常，在计算机模型中，许多物种“灭绝”，而“幸存”的物种是那些适应了野外气候的物种。这是很有帮助的，因为我们不需要测量现场所有真实物种的特性——相反，我们只需要看到哪些物种在计算机模型模拟中“存活”下来。
回到树皮水:在LiBry计算机模型中，水通量对地衣和苔藓的生长很重要。可利用的水越多，生物体就能保持活跃和生长的时间越长。图2展示了水从大气中流经树冠流到地面的路线。雨水被冠层表面捕获(这个过程叫做拦截)可以离开树冠作为茎流或滴落的叶子和其他表面到地面，作为净降水量．水可以储存在附生植物、叶子表面或树皮中。
由于我们想要找出树皮吸水对附生地衣和苔藓有多重要，我们使用LiBry计算机模型进行了实验。在一个模拟中，我们使用现场所有“正常”气候条件模拟地衣和苔藓的生长。在第二次计算机模型模拟中，我们将树皮储水的大小设置为零，这样模拟的生物就不能从树皮中吸取水分。然后我们比较了这两种计算机模型的模拟结果。
树皮的作用很大
我们发现树皮水对撒丁岛的附生地衣和苔藓有很大的影响，这都要归功于LiBry的计算机模型。在“正常”的计算机模型模拟中，生物可以比在没有树皮吸水的模拟中多生长20%左右。这种影响在春季最为明显。在冬天和秋天，水可能不会限制生长，因为降雨充足，温度较低，所以树皮水不那么重要。在夏季，降雨量和露水都很低，树皮水的储存也没有什么影响——地衣和苔藓大部分时间都不活跃。
在没有树皮吸水的情况下，不仅附生植物生长减少，而且在整个计算机模型模拟中存活的物种也更少。这些物种做了没有树皮水的存活与“正常”模拟中的存活略有不同:它们更抗水分蒸发，这有助于它们在组织中储存更多的水分。它们也适应了更高的温度，如果你还记得我们之前解释的冷却效应，这是有道理的。没有树皮水，蒸发的水分就更少，因此树冠层的温度就会更高，有利于那些能忍受温暖环境的物种。
总之，在我们的计算机模型实验中，我们发现树皮蓄水对撒丁岛附生地衣和苔藓的生长很重要，它可以影响哪种物种将在生态系统中成功生长。这些发现很重要，因为地球的气候正在变化。气候变化导致的树皮吸水变化可能会影响附生植物的生存——不仅在撒丁岛，而且在世界各地的其他地方。因此，我们的研究可以用来预测哪些附生地衣和苔藓物种受到气候变化的威胁，通过包括树皮水的作用，这些预测将变得更加准确。
术语表
附生植物：↑以其他植物为食的植物。
水循环：↑水在几个储存地点之间的运动，包括海洋、土壤、河流、湖泊和大气(如水蒸气和云)。
树干茎流：↑雨水:在雨时或雨后顺着树干流下的水
计算机仿真模型：↑一个过程或有机体的简化“副本”，以计算机程序的形式出现。它可以用于在现实世界中无法进行的测试。
气候数据：↑描述气候的数值信息，如特定时期和地点的温度或降雨量。
领域的网站：↑进行测量和实验的室外场所(如森林中)。
拦截：↑雨水被冠层表面(树叶、树皮、附生植物)捕获，并从那里蒸发，而不是落到地面。
净降水量：↑雨水没有被树冠拦截，而是击中地面，或者从树叶上滴到地面。
利益冲突
作者声明，这项研究是在没有任何商业或财务关系的情况下进行的，这些关系可能被解释为潜在的利益冲突。
原文
↑波拉达，P.和佐达尼，P. 2021。树皮蓄水对地中海附生地衣的生长起着关键作用。前面。对。水珠。改变．4:668682。doi: 10.3389 / ffgc.2021.668682
参考文献
[1]↑波拉达，P.和佐达尼，P. 2021。树皮蓄水对地中海附生地衣的生长起着关键作用。前面。对。水珠。改变．4:668682。doi: 10.3389 / ffgc.2021.668682