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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。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。
“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。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？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。
来源：中国科学院新疆生态与地理研究所
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