像沙拐枣的小灌木 “死海”里面的活植物 看梭梭和沙拐枣的“极限挑战”

2019-09-11 - 沙拐枣

故事的开端要从上世纪50年代说起,我国科学家在位于塔克拉玛干沙漠北缘的库尔勒附近发现了石油,80年代末、90年代又相继在沙漠腹地发现了更大的油矿。为了解决石油勘探开发的道路交通问题,将已开采的油田“串”起来,我国于1995年修筑了第一条在流动性沙漠中的等级公路——塔里木沙漠公路,这条全长522公里的沙漠公路贯穿塔克拉玛干大沙漠,其中沙漠段长446公里。

像沙拐枣的小灌木 “死海”里面的活植物 看梭梭和沙拐枣的“极限挑战”
像沙拐枣的小灌木 “死海”里面的活植物 看梭梭和沙拐枣的“极限挑战”

然而,由于该区恶劣的自然条件,沙漠公路建设初期长期被风沙所埋,因此防护沙漠公路迫在眉睫。

沙漠公路建设初期严重的沙埋和沙尘暴现象

建成沙漠公路难,但是维护它的长久安全运行更是难上加难。为了防止沙漠公路被风沙侵袭、掩埋,中科院新疆生态与地理研究所沙漠团队的科学家们经过几十年努力拼搏与科学创新,殚精竭虑地为沙漠公路修建一条长436公里,宽70至80米,总面积达3128公顷的“绿色长龙”。这条“绿色长龙”就是闻名遐迩的塔里木沙漠公路防护林,成为纵贯“死亡之海”的绿色屏障。

像沙拐枣的小灌木 “死海”里面的活植物 看梭梭和沙拐枣的“极限挑战”
像沙拐枣的小灌木 “死海”里面的活植物 看梭梭和沙拐枣的“极限挑战”

“绿色长龙”防护下的沙漠公路

沙漠公路沿线部分区域梭梭和沙拐枣的生长和存活状况

由于这里年平均降水量不足30mm,而蒸发量却高达3600mm,常年风沙肆虐,黄沙漫天,几乎没有植物能够在这里存活,即使是耐盐、耐旱、耐高温的沙漠植物也望而却步。于是科学家们就利用沙漠中高矿化度的水进行灌溉引种,最先报名参加“敢死队”的是梭梭和沙拐枣。

像沙拐枣的小灌木 “死海”里面的活植物 看梭梭和沙拐枣的“极限挑战”
像沙拐枣的小灌木 “死海”里面的活植物 看梭梭和沙拐枣的“极限挑战”

他们“不畏艰险、艰苦奋斗”,高矿化度的水又苦又咸,有的能坚持到8或者12周喝一次,有的4周就忍不住喝一次。梭梭和沙拐枣挑战生命极限的勇气固然可嘉,但却无法摆脱长期咸水灌溉导致的副作用。

咸水灌溉的周期对这些沙漠引种植物的生理机制到底有什么影响?“敢死队先锋”梭梭和沙拐枣又是如何适应沙漠极端环境的?怎样的灌溉周期更加有助于梭梭和沙拐枣从艰难的生存环境中顺利突围?

像沙拐枣的小灌木 “死海”里面的活植物 看梭梭和沙拐枣的“极限挑战”

回答这些问题,可以帮助我们了解更多沙漠引种植物的生长秘密,为确保沙漠公路人工防护林的可持续发展提供重要参考。为了探寻这一科学奇迹的奥秘,中国科学院新疆生态与地理研究所李从娟博士在国家自然科学基金、中科院青促会及“万人计划”后备人选青年科技创新领军人才等项目的共同支持下,在老一辈科学家的带领和指导下,深入研究了不同咸水灌溉周期下塔里木沙漠公路防护林植物的生理生态响应及其生存机制。

李从娟博士以塔中沙漠植物园为实验场地,以“敢死队先锋”梭梭和沙拐枣为研究对象,分别考察1周、2周、4周、8周、12周等5个咸水灌溉周期下两种植物的生理生态响应及其生存机制。

用灌水法采挖获得沙拐枣庞大的根系

黎明前植物同化枝水势的测定

研究结果表明:伴随着灌溉周期的增大,干旱程度加深,梭梭和沙拐枣的光合及水分生理会遭受不同程度的抑制。当灌溉周期设定为8周和12周的时候,这种现象尤其明显。此外,愈演愈烈的干旱胁迫会加剧植物老叶的脱落,老叶脱落使得植株形容萎靡,光合作用的能力也每况愈下。

然而,“敢死队先锋”绝非浪得虚名,它们会因势而变,通过改变叶片结构、增加根的同化分配比例、降低生长速率和器官周转速率等方式,来适应干旱极端生存环境。当然,悲剧是无法避免的,这种情况会导致植物地上、地下部分分配严重失衡,也就是地上部分光合作用产生的养分远远不能满足地下巨大根系的需求,导致许多根系只能“望梅止渴”,植株也在“焦急无望”中“饥渴而死”。

通过对5个灌溉周期下植物生理响应机制及其存活情况的比较,研究结果发现4周的灌水周期最为合理,一方面可以保证“敢死先锋队”的正常生长,另一方面又是相对节水的灌溉周期,这对于干旱缺水的沙漠环境而言,无疑将有利于沙漠公路防护林的可持续发展。

大家有没有突然好奇,在如此严酷的环境下生长的植物梭梭树和沙拐枣,到底是一种怎样的植物?接下来跟着小编一起来科普一下吧。

梭梭树

梭梭,是长在沙地上的固沙植物,抗旱、抗热、抗寒、耐盐碱性都很强,茎枝内盐分含量高达15%左右,喜光,适应性强,生长迅速,根系发达,是我国西北荒漠地区固沙造林的优良树种。生长地区多为气候极端大陆性地区,在气温高达43℃而地表温度高达60~70℃甚至80℃的情况下,仍能正常生长。

梭梭生长较快,寿命较长,树龄可达50年。梭梭具有两次休眠特性,4月底至5月初,型小而数量繁多的花5~8d迅速开放后,子房暂不发育,而处于休眠状态(夏眠),直到秋季气候凉爽后才开始发育成果实,10月底或11月初成熟,随即便进入冬眠。

沙拐枣

沙拐枣为蓼科灌木。是分布于我国北方荒漠、半荒漠的一种主要固沙植物。

 沙拐枣属的植物均为固沙造林先锋树种。高50~150厘米。分枝短,开展,老枝灰白色; 一年生枝草质,绿色。叶细鳞片状,长2~4毫米。花2~3朵簇生于叶腋,刺毛稀疏,刺毛叉状分枝2~3次, 细弱而脆, 易折断 。

中国西北各省荒漠地带都有分布,种类较多,约有20余种,其中多数为小灌木。

沙拐枣具有生长快、易繁殖 、耐旱 、抗风蚀、耐沙埋的特点 ,是优良的防风固沙先锋种 ,在沙地生境中它主要以有性和无性两种繁殖方式定居并扩张。近年来已有关于沙拐枣属植物的研究报道 ,如毛祖美等对我国沙拐枣属的分类与分布的研究指出我国沙拐枣属共 24种, 主要分布于新疆和甘肃等区。