科爾沁沙地是中國最大的沙地，建設(shè)人工固沙植被是該地區(qū)沙化土地治理的重要手段，黃柳作為當(dāng)?shù)氐膬?yōu)良鄉(xiāng)土固沙灌木在固沙植被建設(shè)中被廣泛使用。自然條件下，黃柳通常在水分條件較好的丘間低地定植；流動(dòng)沙丘前移導(dǎo)致丘間地的黃柳被沙埋，憑借較強(qiáng)的沙埋適應(yīng)性，黃柳在背風(fēng)坡表現(xiàn)出較好的長勢(shì)和較高的群落優(yōu)勢(shì)度；隨流動(dòng)沙丘繼續(xù)前移，留在迎風(fēng)坡上的黃柳逐漸發(fā)生衰退死亡(圖1)。為了揭示流動(dòng)沙丘迎風(fēng)坡黃柳發(fā)生衰退死亡的環(huán)境驅(qū)動(dòng)力和內(nèi)在生理機(jī)制，中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)所科研人員依托本單位烏蘭敖都荒漠化防治研究試驗(yàn)站開展了研究。以分別生長在丘間地、流動(dòng)沙丘迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡上的黃柳種群為研究對(duì)象，對(duì)比分析了不同生境中的土壤水分狀況，以及不同種群中黃柳植株的木質(zhì)部水分傳輸功能等的差異。
圖1 丘間地、背風(fēng)坡和迎風(fēng)坡的黃柳灌叢，展示其“生于丘間地，長于背風(fēng)坡，死于迎風(fēng)坡”（劉慎諤語）的特殊生活史。
結(jié)果表明，盡管迎風(fēng)坡的土壤水分含量不低于背風(fēng)坡，但是強(qiáng)烈的風(fēng)力侵蝕導(dǎo)致迎風(fēng)坡黃柳的部分根系暴露于空氣中，降低了其水分獲取能力，從而增加了該環(huán)境下黃柳的水分脅迫程度。根系暴露所導(dǎo)致的水分脅迫顯著降低了迎風(fēng)坡黃柳植株的葉片水勢(shì)、木質(zhì)部水分傳輸效率、氣穴化栓塞抵抗力和水力安全邊際，使其面臨較大的水力失敗風(fēng)險(xiǎn)(圖2)。本研究表明，根系暴露而非土壤水分含量降低導(dǎo)致迎風(fēng)坡黃柳面臨更大的干旱脅迫，是其發(fā)生衰退死亡的主要環(huán)境誘因；而灌木在死亡過程中，木質(zhì)部發(fā)生顯著的水分傳輸功能障礙，是迎風(fēng)坡黃柳灌叢衰退的重要生理機(jī)制。
圖2 沙丘三種不同微生境下黃柳的水力結(jié)構(gòu)特征，顯示迎風(fēng)坡植株水力失敗的風(fēng)險(xiǎn)顯著增大。
本研究從植物水力結(jié)構(gòu)角度揭示了固沙灌木在水分受限與風(fēng)蝕環(huán)境中發(fā)生衰退死亡的機(jī)制，研究結(jié)果可為科爾沁沙地固沙灌木植被建設(shè)與管理提供基礎(chǔ)參考。相關(guān)研究成果近期以“Hydraulic dysfunction due to root-exposure-initiated water stress is responsible for the mortality of Salix gordejevii shrubs on the windward slopes of active sand dunes”為題發(fā)表在Plant and Soil期刊。植物生理生態(tài)學(xué)科組特別研究助理龔雪偉博士為該論文的第一作者，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)秀青年科學(xué)基金(31722013)等項(xiàng)目的支持。
