在中國西北干旱、半干旱地區(qū)，水資源的緊缺一直是制約生態(tài)系統(tǒng)恢復與可持續(xù)發(fā)展的核心難題。隨著全球氣候變暖導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、應對干旱，成為科研人員關注的焦點。

本研究將目光投向中國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)植被恢復的重要角色，更在水分利用上展現(xiàn)出了超強“智慧”。

三年觀察，揭示灌木的水分“生存術”

本研究團隊在2019–2021年連續(xù)三年間，走進陜西神木六道溝流域，系統(tǒng)監(jiān)測沙柳林的土壤水分、液流變化、葉片生理特性以及穩(wěn)定同位素（δ²H、δ¹⁸O、δ¹³C）指標，力求揭開沙柳如何在干旱脅迫下實現(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)實地觀測的氣象變量、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節(jié)水機制：

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；

并不依賴深層土壤水，而是主動調(diào)控生理活動應對水分波動。

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

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

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

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

圖4. 三個水文年（2019–2021年）不同土層（0–40 cm、40–120 cm、120–200 cm）土壤水分對沙柳的貢獻比例。誤差線表示標準差。

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

圖6. 三個水文年（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期的“救命水庫”，但實際并非如此。

作者團隊發(fā)現(xiàn)，增加對深層水的依賴，并未顯著緩解沙柳的干旱壓力。相反，沙柳選擇主動減耗，用“省著用”代替“多找水”。長時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鍵原因。

在實驗過程中，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全自動真空冷凝抽提系統(tǒng)提取，結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：https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2025.133204