科尔沁沙地是中国最大的沙地，建设人工固沙植被是该地区沙化土地治理的重要手段，黄柳作为当地的优良乡土固沙灌木在固沙植被建设中被广泛使用。自然条件下，黄柳通常在水分条件较好的丘间低地定植；流动沙丘前移导致丘间地的黄柳被沙埋，凭借较强的沙埋适应性，黄柳在背风坡表现出较好的长势和较高的群落优势度；随流动沙丘继续前移，留在迎风坡上的黄柳逐渐发生衰退死亡(图1)。为了揭示流动沙丘迎风坡黄柳发生衰退死亡的环境驱动力和内在生理机制，中国科学院沈阳应用生态所科研人员依托本单位乌兰敖都荒漠化防治研究试验站开展了研究。以分别生长在丘间地、流动沙丘迎风坡和背风坡上的黄柳种群为研究对象，对比分析了不同生境中的土壤水分状况，以及不同种群中黄柳植株的木质部水分传输功能等的差异。
图1 丘间地、背风坡和迎风坡的黄柳灌丛，展示其“生于丘间地，长于背风坡，死于迎风坡”（刘慎谔语）的特殊生活史。
结果表明，尽管迎风坡的土壤水分含量不低于背风坡，但是强烈的风力侵蚀导致迎风坡黄柳的部分根系暴露于空气中，降低了其水分获取能力，从而增加了该环境下黄柳的水分胁迫程度。根系暴露所导致的水分胁迫显著降低了迎风坡黄柳植株的叶片水势、木质部水分传输效率、气穴化栓塞抵抗力和水力安全边际，使其面临较大的水力失败风险(图2)。本研究表明，根系暴露而非土壤水分含量降低导致迎风坡黄柳面临更大的干旱胁迫，是其发生衰退死亡的主要环境诱因；而灌木在死亡过程中，木质部发生显著的水分传输功能障碍，是迎风坡黄柳灌丛衰退的重要生理机制。
图2 沙丘三种不同微生境下黄柳的水力结构特征，显示迎风坡植株水力失败的风险显著增大。
本研究从植物水力结构角度揭示了固沙灌木在水分受限与风蚀环境中发生衰退死亡的机制，研究结果可为科尔沁沙地固沙灌木植被建设与管理提供基础参考。相关研究成果近期以“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”为题发表在Plant and Soil期刊。植物生理生态学科组特别研究助理龚雪伟博士为该论文的第一作者，郝广友研究员为通讯作者，该研究得到了国家自然科学基金优秀青年科学基金(31722013)等项目的支持。
