中國網/中國發展門戶網訊 沙地泛指草原地帶內出現的沙質土地。在我國的半干旱和半濕潤地區，廣泛分布著沙地，比較典型的有毛烏素、渾善達克、科爾沁和呼倫貝爾等四大沙地，面積約120000km²。沙基質是沙地區別于其他生態系統的最主要生態因素。沙基質的不穩定性導致風沙活動頻繁、沙地生態系統穩定性較差，在全球變化及人為干擾過程中受到的威脅較大，容易發生不同程度的退化。國內外科學家圍繞沙地生態系統退化和恢復開展了大量工作，取得了一定的研究成果。中國科學院鄂爾多斯沙地草地生態研究站（以下簡稱“鄂爾多斯站”）是最早在我國沙地草地建立的野外站之一，建站的目的是針對當時毛烏素沙地日益嚴重的荒漠化問題，長期定位監測鄂爾多斯沙地草地生態系統和生態環境變化，開展荒漠化防治研究和試驗示范。建站30年來，鄂爾多斯站對沙地草地生態系統的結構和功能及其沙化的過程和機理開展了系統研究，為沙地草地荒漠化治理、受損生態系統恢復和重建、生物多樣性保育等提供了重要的理論基礎和技術支撐，為以毛烏素沙地為代表的我國退化沙地生態系統的恢復重建與區域可持續發展作出了重要貢獻。

通過研究植物不同生活史階段，揭示了沙地植物對環境的多樣適應對策

針對沙地植物不同生活史階段對沙地生境的適應策略開展研究，揭示了沙地植物繁殖階段（產生種子的有性繁殖和克隆分株的無性繁殖）和營養生長階段對環境的多樣適應對策。

種子階段對環境的適應性研究。植物種子階段的適應性是植物生態學研究的重要方面。沙地重要植物通過多樣的種子生理休眠/萌發機制來適應溫帶半干旱區的沙基質環境。鄂爾多斯站長期開展植物種子對環境的適應性研究，引領我國種子生態學的發展。鄂爾多斯站圍繞種子休眠與萌發、土壤種子庫、種子異型性和種子黏液特性開展了一系列深入研究。研究發現了具有生理休眠特性的種子存在季節性休眠循環特性并受到沙埋的調節，為沙地植物種群更新的種子生態學機制提供了新的認識；證實了種子黏液可被土壤微生物降解，并通過與土壤微生物之間的相互作用，促進了幼苗建成，調控了幼苗出土；黏液還通過水合作用阻止動物對種子的采食和傳播。種子異型性是一種“兩頭下注”的適應策略，在母體效應作用下不同異型種子比例在代間有很大變異。一些沙地植物可以通過母體效應產生不同比例的異型種子適應異質性環境；植物母體所經歷的環境條件對子代表現有顯著影響，代間可塑性可為種子異型性植物物種響應環境的時空異質性提供多樣化生長和繁殖策略。

植物克隆繁殖對環境的適應性研究。鄂爾多斯站長期開展植物克隆性研究，引領我國克隆植物生態學的發展。克隆植物在沙地生態系統中居優勢地位。研究發現一些重要的沙地植物通過克隆整合、克隆儲存和克隆擴展等特性適應沙地生境異質性，克隆植物沙埋分株忍受沙埋的能力因克隆整合作用的存在而顯著加強，從而增強了植物對沙丘運動的生態適應性（圖1），克隆性狀能通過影響植物群落組成、結構和動態，進而影響沙地生態系統功能。

沙地灌木營養生長階段對環境的適應性研究。頻繁的風沙活動是半干旱區沙地的最主要環境特征之一。鄂爾多斯站開展了沙地植物應對強風和風沙活動的適應策略及沙地植被穩定性維持機制方面的研究，發現沙埋條件下灌木莖的機械穩定性相關性狀的變化在種內是一致的；油蒿灌叢在沙丘半固定階段通過有效的更新實現種群快速擴張，而在沙丘固定階段后期則通過植株萎縮來維持種群大小；一些沙地優勢植物植株大小相關性狀對風因子產生相似的響應，而莖部性狀對風因子的響應則具有種間特異性，說明植物應對風因子脅迫過程中產生不同性狀間的平衡策略。

開展不同空間尺度植物適應與響應研究，闡明了植物性狀間耦合關系與生物多樣性變化規律

在樣帶尺度、區域尺度和全球尺度上，鄂爾多斯站對地上/下植物性狀協同變異和生物多樣性開展研究，揭示了植物性狀、生物多樣性和生態系統功能的地理分布格局。

在干旱/半干旱區樣帶尺度上：葉和根經濟學性狀在不同的生態學尺度上均存在耦合關系，提高了植物對資源的利用能力，拓展了植物經濟型譜理論；跨干旱/半干旱區的兩條降水樣帶研究證實了優勢植物種沿水分梯度上的地上/下碳氮庫的解耦合，是植物對旱區環境的一種適應策略；在北方半干旱區草原地上/下生物多樣性關系的研究中，發現植物多樣性與土壤真菌多樣性存在較強的耦合關系，土壤真菌多樣性有助于退化草原生態系統的生物多樣性恢復。

在區域尺度上：北方重要的植物類群蒿屬植物不同物種化學計量學特征對區域環境梯度有不同的響應，物種效應解釋了化學元素含量及化學計量特征中最大的變異，證實了即使親緣關系近的物種在響應環境變化上也存在差異；蒿屬植物葉、莖和根之間都存在很強的異速生長關系，揭示了蒿屬植物對半干旱區氣候與土壤梯度變化的適應機制。

在全球尺度上：土壤種子庫對于維持地上植被多樣性具有重要作用。鄂爾多斯站建立了全球土壤種子庫數據庫，發現了全球尺度上土壤種子庫具有明顯的空間格局（圖2）。植物多樣性較高的低緯度地區的土壤種子庫密度較低，在受自然或人為干擾后的復原力更差。揭示了土壤種子庫的全球分布格局及其環境驅動因素，為全球生物多樣性的保護與恢復提供了新的視角。全球土壤種子庫分布格局的研究結果于2021年發表在Nature Communications。

研究沙地生態系統變化過程，探明了生物/非生物因子對沙地生態系統結構與功能的調控機制

通過研究沙埋、光因子、降水等非生物因子和微生物等生物因子在物質循環、碳儲量、生態系統生產力的相對作用，鄂爾多斯站研究人員揭示了沙地生態系統結構與功能的關鍵調控因子。

在沙地生態系統結構方面：闡明了種子萌發生物學相關的功能性狀在干旱區植物種群和群落動態中、在物種共存和物種多樣性維持中起到的重要作用；維持沙地生態系統放牧的可持續性需要優先選擇耐干旱、耐啃食的灌木飼料物種；種植灌木比種植草本更有利于沙地草地荒漠化防治，并且能夠極大地提高沙地草地的碳儲量。

在沙地生態系統功能方面：植物凋落物分解是沙地生態系統碳和營養周轉的重要環節。光分解是影響沙地生態系統葉凋落物碳氮礦化過程的重要因素（圖3）；葉表面性狀與化學性狀對沙地生態系統凋落物分解速率有著不同的影響，為全球碳循環模型的完善提供了新的思路。沙埋通過改變土壤微生物的豐度和組成極大地促進了沙地木質殘體的分解；沙埋顯著影響了沙地植被凈地上初級生產力，改變了生態系統碳儲量在土壤中的垂直分布。

開創性提出荒漠化綜合治理的“三圈”范式

自20世紀80年代以來，由于人類活動和全球變化的共同影響，毛烏素沙地荒漠化趨勢日益嚴重，成為我國北方沙塵暴的主要來源地，給我國北方特別是京津及華北地區生態安全和區域經濟的持續發展造成巨大威脅。為了應對日益嚴重的荒漠化，自20世紀90年代起，鄂爾多斯站以張新時院士為代表的科研人員對毛烏素沙地開展了長期調查研究。在充分研究鄂爾多斯高原生態環境特點，特別是水分平衡特征和景觀多樣性的基礎上，提出了4項鄂爾多斯高原生態-生產范式建造及植被恢復重建的生態原則，即以水為核心、生物氣候條件為基礎的生態規劃原則，以灌木為主、豐富生物多樣性原則，以防護林體系特定結構、配置的原則，以半固定沙地和綜合治理原則，以此創建了鄂爾多斯高原荒漠化土地可持續治理的優化生態-生產范式（即“三圈”范式）并進行了試驗示范，建立“三圈”范式概念下的荒漠化防治綜合技術示范地10000畝，取得非常好的示范效果。

鄂爾多斯高原“三圈”范式的成功經驗被廣泛應用到其他生態區域，如天山北部山地—綠洲—過渡帶—荒漠系統的生態建設與可持續農業范式、內蒙古錫林郭勒的“三帶”模式、華北山間盆地生態-生產范式，以及黃土高原丘陵溝壑區小流域優化生態-生產范式等，充實了邊際生態系統管理的理論與實踐；同時“三圈”范式在空間尺度上擴大，形成了我國大尺度的荒漠化防護圈（即“大三圈”）范式，主要由荒漠、草原和農牧交錯帶3部分組成，是從全國尺度上安排、解決土地沙化、沙塵暴和生態－生產建設的宏觀格局。

鄂爾多斯站已成為利用高新技術防治荒漠化的試驗示范基地，先后承擔了聯合國開發計劃署（UNDP）項目、科學技術部“973”項目和科技支撐計劃項目，以及國家自然科學基金委員會、中國科學院等與荒漠化防治相關的項目或課題20余項。以鄂爾多斯站為基地開展并以“三圈”范式為核心內容的《沙漠化發生規律及其綜合防治模式規律研究》，榮獲2006年國家科學技術進步獎二等獎（圖4）。

結語

30年來，鄂爾多斯站圍繞國家生態建設的重大科技需求開展長期生態學研究和示范工作，為沙地草地荒漠化治理、受損生態系統的生態恢復和重建、生物多樣性保育等提供了重要的理論基礎和技術支撐，為區域可持續發展作出了重要貢獻。自1991年建站以來，鄂爾多斯站承擔國家自然科學基金委重大項目、原國家科委攻關項目、科學技術部“973”項目、科技支撐計劃、國家重點研發計劃項目、中國科學院戰略性先導科技專項等項目及課題131項，發表論文546篇，其中SCI論文317篇，培養博碩研究生130余名，在國內外產生了重要的影響。

未來，鄂爾多斯站將在沙地生態系統及環境要素的變化規律、沙地生態系統適應性技術與管理，以及生態系統對全球氣候變化和人類干擾（如礦山開采）的響應等方面繼續積累數據，開展長期生態學觀測、研究與試驗示范，挖掘沙地生態系統長期演變規律及其對全球變化的響應機制，提升野外觀測數據的質量及其對外服務和共享，以期成為我國北方半干旱區沙地草地生態系統長期生態學觀測與研究的高水平開放平臺，進一步為我國退化沙地生態系統的恢復重建和高質量發展作出積極貢獻。

（作者：黃振英、葉學華、崔清國、杜娟、楊學軍、劉國方，中國科學院植物研究所植被與環境變化國家重點實驗室；阿拉騰寶，鄂爾多斯市林業和草原局。《中國科學院院刊》供稿）

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