土地荒漠化，是当今世界最严重的生态环境危机之一。我国是世界上现存荒漠化土地面积最大、危害程度最突出的国家之一。全国受土地荒漠化威胁的面积约为262.2万km2，占国土面积的27.3%，在北方干旱、半干旱区分布有“八大沙漠”和“四大沙地”。
科尔沁沙地是我国荒漠化防治的重点区域。它位于西辽河平原向蒙古高原的过渡地带，温带季风气候的边缘区域，多年平均降水量为280 mm，年均潜在蒸发量超过2300 mm。在历史上，这里曾是水草丰美、湖泊众多的优良牧场，但自近代以来，经过一个多世纪的荒地开垦和过度放牧，加之气候暖干化的影响，目前科尔沁地区荒漠化土地面积达到6.36万km2，是我国面积最大的沙地，其中流动沙丘面积占总面积的30%以上，也是京津冀地区主要的风沙源之一。
通过栽种人工固沙灌木或恢复天然植被，可以使部分流动沙丘恢复为固定沙丘，有效控制荒漠化土地扩张。
中国科学院林业土壤研究所(现永利娱高ylg060net)自1950年代起，就从事土地荒漠化治理研究与试验示范工作，1975年在科尔沁沙地西部建立了乌兰敖都荒漠化研究试验站，协助赤峰市翁牛特旗开展固沙灌木植被营建和退化草场恢复工程的实施，为当地荒漠化治理和生态环境改善做出了贡献。
科尔沁沙地翁牛特旗的人工固沙灌木林建设工程
灌木与土壤相互反馈，推动着沙丘植被恢复
水分，是沙地环境中植物生存的最主要限制因素。人工固沙灌木植被恢复成功与否，主要取决于两个方面：一是沙丘本身土壤水分状况，二是准确地选择能够适应相应水分条件的固沙灌木。
在沙丘植被恢复演替过程中，植被和土壤之间存在强烈交互作用。比如，在科尔沁沙地流动沙丘植被恢复工程中，山竹岩黄耆(Hedysarum fruticosum Pall.)和小叶锦鸡儿(Caragana microphylla Lam.)就是一对固沙“老搭档”。
在早期阶段，山竹岩黄耆生长快速，可作为固沙先锋灌木起到迅速限制沙丘流动的作用。但随着沙丘逐渐固定和土壤水分的下降，该灌木的生长和存活逐渐受到限制，其优势地位被更为耐旱的小叶锦鸡儿所取代。
这种灌木与土壤之间的互馈作用，构成了沙丘植被恢复过程中群落演替的重要基础。
沙丘植被恢复不同阶段两种常用人工固沙灌木的生长表现
严重干旱胁迫下，组织脱水将会诱导固沙灌木木质部发生气穴化栓塞，水分传输功能下降甚至丧失。灌木能否在干旱条件下存活，与其避免栓塞导致水力传输失败的能力密切相关。这种能力一方面与木质部气穴化抵抗力有关，同时还取决于其调控叶片蒸腾和避免干燥脱水的能力。
沙丘的水分条件在时间和空间上具有很强的异质性，明确固沙灌木的水分生理差异，对于固沙工程中灌木的筛选具有重要意义。
干旱胁迫下巨大的水柱张力诱导气穴化栓塞发生的过程
固沙灌木：早期“索取”，后期“保守”
近期，沈阳生态所植物生理生态组、荒漠化防治组和阿根廷国家科学与技术研究理事会的科研人员开展了合作研究，依托沈阳生态所乌兰敖都荒漠化试验站，研究了科尔沁沙地常用乡土固沙灌木的水力结构特征和水分利用策略，以明确不同灌木环境适应性差异及其生理机制。
固沙灌木水分生理合作研究团队
科研人员发现，在土壤水分条件相对较好的植被恢复早期阶段，固沙先锋灌木采取“索取型”的水分利用策略，具有较高的水分传导效率和光合碳同化能力，从而能够实现较快速生长，迅速占领生境并起到限制沙丘流动的作用，而较快的生长速率也是其应对沙埋风险的重要机制。
而在土壤水分条件较差的恢复后期阶段，固定沙丘上占据优势的灌木种采取“保守型”的水分利用策略，具有较低的水分传输效率但更高的木质部气穴化抵抗力，因此得以在固定沙丘上长期稳定存活。
沙丘植被恢复不同阶段几种典型固沙灌木水分传导(左)和水分利用(右)特征差异
研究成果近期分别发表在Land Degradation and Development和Forest Ecology and Management上。相关结果可为沙地植被恢复过程中更好地遵循“适地适种”原则，以及为防风固沙灌木林的可持续经营管理提供基础科学依据。
作者：龚雪伟、郭晶晶、郝广友 （首发于中科院之声微信公众号 2020年1月16日）
