来源：中国科学报  作者：袁国富  发布时间：2014-9-19 

　　嘉宾：袁国富 

　　●中国科学院地理科学与资源研究所副研究员 

　　●中国生态系统研究网络水分分中心副主任 

　　水是孕育生命的源泉，有水才能有生命。在我国西北干旱区，年降水量通常都小于100mm，塔里木盆地内的年降雨量甚至小于50mm。然而尽管这些区域雨水稀少，极度缺水，仍然生长着许多天然的荒漠植物。那么这些荒漠植物在如此严酷的干旱气候下，是如何吸收水分以维持生长的呢？ 

　　正如许多生命都有对各自环境的独特适应能力一样，荒漠植物也通过改变它的形态和习性来适应干旱区这种独特的环境，其中，荒漠植物为适应它们生存的环境形成的独特用水策略是保证荒漠植物得以在严酷干旱环境下生存下来的根本。 

　　在我国西北干旱区，有三种分布广泛的荒漠植物：胡杨、梭梭和柽柳。科学家们通过研究发现，这三种植物具有不同的用水策略，它们典型地反映了我国西北干旱区荒漠植物的三种不同水分利用方式。 

　　胡杨：傍水而生 

　　胡杨是生长在极端干旱区的一种乔木树种，在降雨量非常小的情况下要保证乔木的高耗水量，很显然必须要有稳定充足的供水保障，所以与我们在照片中欣赏到的其他荒漠植物不同，我们在许多的胡杨林照片中都能看到水，那是因为胡杨是一种典型的荒漠河岸林植物，它只能生长在干旱区内陆河河道的两岸。 

　　尽管是生长河岸边，胡杨根系的水分吸收主要还是来自土壤水，而不是直接去吸河水或地下水。在降水稀少而且河道可能经常断流的极端干旱区，要维持充足的土壤水分供给，就只能生长在河道两岸，这里通常受河道水的补给形成了两岸的地下水浅埋区，这些浅埋的地下水能够维持上方土壤水的充分供给。 

　　根据测算，单位面积胡杨林的年耗水量能够达到500~600mm，为了维持如此高的耗水，胡杨的侧向根系非常发达，以保障对尽可能多的土壤水分的利用能力。在野外能够观测到单株胡杨发育有直径高达50m的侧向根系网络，与胡杨地上部分平均仅约10m的株高联系起来看，组成了胡杨奇特的单株形态。发达的侧向根系是胡杨应对极端干旱区因经常性干旱威胁可能导致土壤水分供给不足而形成的重要适应机制。 

　　梭梭：偏好雨水 

　　梭梭的用水策略则表现得相对灵活。科学家们通过人工降雨实验发现，梭梭的生理活性对降雨的响应非常敏感，而没有降雨时，梭梭发育的深根又能保证它能够获得深层的土壤水甚至地下水的补给。对梭梭根系的发掘也发现梭梭吸收根在浅层和深层分布相对均衡，便于它灵活地利用降水和地下水。 

　　最近利用同位素信息对梭梭在自然条件下用水路径的追踪发现，梭梭在每年生育期早期更倾向于利用春季融雪产生的充足表层土壤水，而进入夏季，因为降雨稀少且不稳定，梭梭更倾向于用深层土壤水和地下水，对降水响应反而不敏感。从这些研究结果可以发现，梭梭是一种偏好利用雨水的荒漠植物。 

　　梭梭的这种用水策略决定了它更多地分布在雨水相对多的区域。在我国西北干旱区，梭梭主要分布在降水量大于100mm以上的区域，包括天山北麓和河西走廊沿线，这里的降水量可以达到200mm，通常冬季降雨相对稳定，能对土壤提供较充足的春季融雪补给。 

　　尽管梭梭发育有深根，具备利用深层土壤水的能力，但是由于梭梭对降水的偏好，特别是生长季早期对浅层土壤水的偏好，梭梭很难在雨水更少的区域自然生长。比如在南疆或者降雨量稀少的内陆河下游区域，很少发现天然生长的梭梭。 

　　柽柳：根系给力 

　　与胡杨仅仅分布在河道两岸，梭梭主要分布在北疆和河西走廊不同，柽柳广泛地分布在我国西北干旱区的不同位置，仅这一点就能反映出柽柳对不同水分条件的适应能力。 

　　在西北干旱区，在野外地下水埋深达10m以上的位置我们能观测到柽柳的成片生长，在经常被水淹的河漫滩上也能发育成片的柽柳林。柽柳的这种适应能力实际上使它在我国其他半干旱、半湿润甚至湿润气候区都有分布。它还大量入侵北美，成为扰动美国西南部干旱区生态系统本地物种稳定发育的破坏者。 

　　柽柳超强的水分适应能力体现在很多方面，但是其专注于利用能够稳定供给的深层土壤水和地下水的用水策略是一个重要原因。与梭梭不同，柽柳的叶片生理活动对降雨过程几乎不作出响应，说明他并不喜好雨水，我们的观测也发现柽柳水分利用几乎全部来自地下水。 

　　对这一现象的解释主要是基于对柽柳根系发育和分布的认识，科学家们挖掘柽柳根系发现，柽柳的吸收根通常在含水量最高的区域大量发育，有强烈的趋水性，与胡杨大量发育侧向根系不同，柽柳根更多地是向下生长。柽柳地上部分冠层高度通常不高于2m，但其根则可以深入10m以下，地下生物量比地上生物量要高出许多，这种根系发育保证了对深层水分的吸收。 

　　在我国西北干旱区，大部分荒漠植物的水分利用策略都可以划归为上述三种类型。不论是依赖河水，还是偏好雨水，抑或吸收地下水，干旱区的荒漠植物通过长期的演化而具备对其所处环境的特殊适应能力，形成了针对不同水环境的不同类型的荒漠植物，使得严酷干旱环境下的植被景观并不单调，大自然因此显得丰富多彩。 

　　此外，科学家们通过研究，了解荒漠植物的水分利用方式，可以为我们治理荒漠生态系统、维持荒漠生态系统的稳定可持续提供重要的科学依据。 

　　《中国科学报》 (2014-09-19 第15版 纵览)