科爾沁沙地是中國最大的沙地，建設人工固沙植被是該地區沙化土地治理的重要手段，黃柳作為當地的優良鄉土固沙灌木在固沙植被建設中被廣泛使用。自然條件下，黃柳通常在水分條件較好的丘間低地定植；流動沙丘前移導致丘間地的黃柳被沙埋，憑借較強的沙埋適應性，黃柳在背風坡表現出較好的長勢和較高的群落優勢度；隨流動沙丘繼續前移，留在迎風坡上的黃柳逐漸發生衰退死亡(圖1)。為了揭示流動沙丘迎風坡黃柳發生衰退死亡的環境驅動力和內在生理機制，中國科學院沈陽應用生態所科研人員依托本單位烏蘭敖都荒漠化防治研究試驗站開展了研究。以分別生長在丘間地、流動沙丘迎風坡和背風坡上的黃柳種群為研究對象，對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部水分傳輸功能等的差異。
圖1 丘間地、背風坡和迎風坡的黃柳灌叢，展示其“生于丘間地，長于背風坡，死于迎風坡”（劉慎諤語）的特殊生活史。
結果表明，盡管迎風坡的土壤水分含量不低于背風坡，但是強烈的風力侵蝕導致迎風坡黃柳的部分根系暴露于空氣中，降低了其水分獲取能力，從而增加了該環境下黃柳的水分脅迫程度。根系暴露所導致的水分脅迫顯著降低了迎風坡黃柳植株的葉片水勢、木質部水分傳輸效率、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險(圖2)。本研究表明，根系暴露而非土壤水分含量降低導致迎風坡黃柳面臨更大的干旱脅迫，是其發生衰退死亡的主要環境誘因；而灌木在死亡過程中，木質部發生顯著的水分傳輸功能障礙，是迎風坡黃柳灌叢衰退的重要生理機制。
圖2 沙丘三種不同微生境下黃柳的水力結構特征，顯示迎風坡植株水力失敗的風險顯著增大。
本研究從植物水力結構角度揭示了固沙灌木在水分受限與風蝕環境中發生衰退死亡的機制，研究結果可為科爾沁沙地固沙灌木植被建設與管理提供基礎參考。相關研究成果近期以“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”為題發表在Plant and Soil期刊。植物生理生態學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基金優秀青年科學基金(31722013)等項目的支持。
