土地退化是當(dāng)今世界主要的生態(tài)危機之一，我國北方干旱、半干旱地區(qū)面臨著嚴(yán)重的土地荒漠化風(fēng)險?？茽柷呱车刈鳛槲覈畲蟮纳车?，其土地荒漠化風(fēng)險嚴(yán)重威脅“京津冀城市群”和“遼中南城市群”的環(huán)境安全和生態(tài)文明建設(shè)。人工防風(fēng)固沙灌木林的建立是科爾沁沙地植被恢復(fù)的主要措施之一，而選擇適當(dāng)固沙灌木樹種是植被恢復(fù)成功與否的關(guān)鍵。在沙丘植被恢復(fù)過程中的各個階段，不同的固沙灌木種具有顯著不同的生長表現(xiàn)(圖1)，但其生理機制尚不明確。中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)所植物生理生態(tài)學(xué)科組、美國邁阿密大學(xué)、阿根廷國家科學(xué)與技術(shù)研究理事會的科研人員開展了合作研究，依托沈陽生態(tài)所烏蘭敖都荒漠化試驗站，以幾種分別在流動和固定沙丘占據(jù)優(yōu)勢的重要固沙灌木為對象，研究了其木質(zhì)部水分傳導(dǎo)和水分利用等相關(guān)生理特征和過程，以揭示其水分生理適應(yīng)機制。
結(jié)果表明，在沙丘植被恢復(fù)過程中土壤水分含量呈下降趨勢，固定沙丘不同土層的含水量總體上顯著低于流動沙丘。在植被恢復(fù)初期(流動沙丘)階段，先鋒灌木種具有“索取型”的水分利用策略、較高的水分傳導(dǎo)效率和光合碳同化能力(圖2)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)相對快速的生長速率，迅速占領(lǐng)生境并起到限制沙丘流動的作用，而相對快速的生長速率也是先鋒固沙灌木應(yīng)對流動沙丘環(huán)境沙埋風(fēng)險的重要適應(yīng)機制。而在植被恢復(fù)后期(固定沙丘)階段占據(jù)優(yōu)勢的灌木種采取“保守型”的水分利用策略，具有較低的水分傳輸效率但更高的木質(zhì)部氣穴化栓塞抵抗力(圖2)，因此在干旱脅迫更嚴(yán)重的固定沙丘上具有相對更強的存活能力。在沙丘恢復(fù)進程中，固沙灌木的水分消耗對土壤的水分狀況產(chǎn)生顯著的反饋作用，而土壤水分條件的變化又對灌木的生存產(chǎn)生影響，植物－土壤在水分關(guān)系方面的互饋作用是沙丘植被演替的重要生理生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)。
本研究從木質(zhì)部水力結(jié)構(gòu)特征和葉片水分利用策略角度，揭示了水分條件具有較大時空異質(zhì)性的沙丘環(huán)境中不同固沙灌木環(huán)境適應(yīng)性差異的生理生態(tài)機制。相關(guān)結(jié)果可為水分受限地區(qū)人工固沙植被建立過程中更好地遵循“適地適種”原則，以及為防風(fēng)固沙灌木林的可持續(xù)經(jīng)營管理提供基礎(chǔ)科學(xué)依據(jù)。相關(guān)研究成果以“Contrasts in xylem hydraulics and water use underlie the sorting of different sand-fixing shrub species to early and late stages of dune stabilization”和“Switching of dominant positions between two sand-fixing shrub species during the dune revegetation process is underlain by their contrasting xylem hydraulics and water use strategies”為題分別發(fā)表在Forest Ecology and Management和Land Degradation and Development期刊。植物生理生態(tài)學(xué)科組博士研究生龔雪偉和郭晶晶分別為兩篇論文的第一作者，郝廣友研究員為通訊作者，該研究得到了國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金、中國科學(xué)院國際人才計劃、遼寧省“興遼英才計劃”青年拔尖人才項目等的支持。
圖1. 沙丘植被恢復(fù)不同階段典型固沙灌木的環(huán)境適應(yīng)性差異。
在人工植被固沙工程中，固沙灌木山竹巖黃芪和小葉錦雞兒通常被搭配種植，
在沙丘植被恢復(fù)早期階段(左)山竹巖黃芪占優(yōu)勢地位，而小葉錦雞兒在后期階段(右)占據(jù)優(yōu)勢
圖2. 沙丘植被恢復(fù)不同階段的優(yōu)勢固沙灌木水分傳導(dǎo)(左)和水分利用(右)特征。
流動沙丘灌木烏丹蒿和小黃柳具有較高的水分傳導(dǎo)效率，采取“索取型”的水分利用策略；
而固定沙丘灌木小葉錦雞兒和檸條錦雞兒具有較高的水分傳導(dǎo)安全性，采取“保守型”的水分利用策略。
