沙柳的“未雨綢繆”:在干旱來臨前，植物也有“預(yù)感”？

 

在中國(guó)西北干旱、半干旱地區(qū)，水資源的緊缺一直是制約生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與可持續(xù)發(fā)展的核心難題。隨著全球氣候變暖導(dǎo)致干旱頻率增加和降水不確定性加劇，生活在這些區(qū)域的植物如何感知、應(yīng)對(duì)干旱，成為科研人員關(guān)注的焦點(diǎn)。

本研究將目光投向中國(guó)黃土高原的典型灌木——沙柳（Salix psammophila）。這種耐旱先鋒樹種不僅是半干旱區(qū)植被恢復(fù)的重要角色，更在水分利用上展現(xiàn)出了超強(qiáng)“智慧”。

 

三年觀察，揭示灌木的水分“生存術(shù)”

本研究團(tuán)隊(duì)在2019–2021年連續(xù)三年間，走進(jìn)陜西神木六道溝流域，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)沙柳林的土壤水分、液流變化、葉片生理特性以及穩(wěn)定同位素（δ²H、δ¹⁸O、δ¹³C）指標(biāo)，力求揭開沙柳如何在干旱脅迫下實(shí)現(xiàn)“智慧用水”的秘密。

圖1. (a)研究區(qū)域位置和沙楓林圖片；(b)實(shí)地觀測(cè)的氣象變量、葉片生理特性、土壤水分和穩(wěn)定同位素。

 

研究地點(diǎn)小科普

地處黃土丘陵區(qū)的六道溝，屬溫帶大陸性氣候，年均降水僅約457毫米，且集中于6-9月，植被以人工灌木為主，沙柳正是其中的“主力軍”。

 

沙柳的“感知系統(tǒng)”：未雨綢繆不是說說而已

研究發(fā)現(xiàn)，沙柳在干旱真正到來之前就已啟動(dòng)節(jié)水機(jī)制：

提前降低蒸騰速率，減少水分流失；

控制葉片面積，調(diào)節(jié)葉水勢(shì)；

并不依賴深層土壤水，而是主動(dòng)調(diào)控生理活動(dòng)應(yīng)對(duì)水分波動(dòng)。

這就像植物擁有了“氣象雷達(dá)”，提前感知土壤水分的變化，進(jìn)行自我調(diào)整。作者稱這種現(xiàn)象為“預(yù)感干旱”策略。

更有趣的是，即使干旱發(fā)生，沙柳在生長(zhǎng)期的蒸騰趨勢(shì)仍保持先升后降的節(jié)律，展現(xiàn)出強(qiáng)大的生理穩(wěn)定性和適應(yīng)能力。

圖2. 三個(gè)水文年（2019–2021年）沙柳林土壤含水量（SWC）、土壤儲(chǔ)水量（SWS）和土壤干燥化指數(shù)（SDI）的變化。誤差線表示標(biāo)準(zhǔn)誤差。

圖3. 2019-2021年生長(zhǎng)季沙柳平均日蒸騰速率(T)、固有水分利用效率(iWUE)、葉水勢(shì)(Ψ)和葉面積指數(shù)(LAI)的變化。誤差線表示標(biāo)準(zhǔn)誤差。

 

圖4. 三個(gè)水文年（2019–2021年）不同土層（0–40 cm、40–120 cm、120–200 cm）土壤水分對(duì)沙柳的貢獻(xiàn)比例。誤差線表示標(biāo)準(zhǔn)差。

 

圖 5. iWUE 與（a）林分蒸騰速率的關(guān)系，以及（b-d）不同土層（0-40 cm、40-120 cm、120-200 cm）土壤水分對(duì)沙生林的貢獻(xiàn)比例。

 

圖6. 三個(gè)水文年（2019–2021年）沙柳林葉片生理性狀、水分利用比例及不同深度土壤儲(chǔ)水量的圖形匯總。

 

深層水分 ≠ 穩(wěn)定水源？研究給出了不同答案

你可能以為深層土壤水能成為植物在干旱時(shí)期的“救命水庫”，但實(shí)際并非如此。

作者團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，增加對(duì)深層水的依賴，并未顯著緩解沙柳的干旱壓力。相反，沙柳選擇主動(dòng)減耗，用“省著用”代替“多找水”。長(zhǎng)時(shí)間的氣象干旱與深層水虧缺的疊加，才是造成沙柳部分葉片脫落甚至死亡的關(guān)鍵原因。

在實(shí)驗(yàn)過程中，土壤和木質(zhì)部樣品中的水分由北京理加聯(lián)合科技有限公司研發(fā)的LI-2100全自動(dòng)真空冷凝抽提系統(tǒng)提取，結(jié)合激光同位素分析儀與同位素質(zhì)譜儀，為研究提供了高精度的數(shù)據(jù)支撐。

 

參考文獻(xiàn)：https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2025.133204