中國(guó)網(wǎng)/中國(guó)發(fā)展門戶網(wǎng)訊 沙地泛指草原地帶內(nèi)出現(xiàn)的沙質(zhì)土地。在我國(guó)的半干旱和半濕潤(rùn)地區(qū)，廣泛分布著沙地，比較典型的有毛烏素、渾善達(dá)克、科爾沁和呼倫貝爾等四大沙地，面積約120000km²。沙基質(zhì)是沙地區(qū)別于其他生態(tài)系統(tǒng)的最主要生態(tài)因素。沙基質(zhì)的不穩(wěn)定性導(dǎo)致風(fēng)沙活動(dòng)頻繁、沙地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)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(fā)生不同程度的退化。國(guó)內(nèi)外科學(xué)家圍繞沙地生態(tài)系統(tǒng)退化和恢復(fù)開展了大量工作，取得了一定的研究成果。中國(guó)科學(xué)院鄂爾多斯沙地草地生態(tài)研究站（以下簡(jiǎn)稱“鄂爾多斯站”）是最早在我國(guó)沙地草地建立的野外站之一，建站的目的是針對(duì)當(dāng)時(shí)毛烏素沙地日益嚴(yán)重的荒漠化問題，長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)鄂爾多斯沙地草地生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境變化，開展荒漠化防治研究和試驗(yàn)示范。建站30年來，鄂爾多斯站對(duì)沙地草地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能及其沙化的過程和機(jī)理開展了系統(tǒng)研究，為沙地草地荒漠化治理、受損生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)和重建、生物多樣性保育等提供了重要的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐，為以毛烏素沙地為代表的我國(guó)退化沙地生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)重建與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。

通過研究植物不同生活史階段，揭示了沙地植物對(duì)環(huán)境的多樣適應(yīng)對(duì)策

針對(duì)沙地植物不同生活史階段對(duì)沙地生境的適應(yīng)策略開展研究，揭示了沙地植物繁殖階段（產(chǎn)生種子的有性繁殖和克隆分株的無性繁殖）和營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段對(duì)環(huán)境的多樣適應(yīng)對(duì)策。

種子階段對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性研究。植物種子階段的適應(yīng)性是植物生態(tài)學(xué)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(fā)機(jī)制來適應(yīng)溫帶半干旱區(qū)的沙基質(zhì)環(huán)境。鄂爾多斯站長(zhǎng)期開展植物種子對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性研究，引領(lǐng)我國(guó)種子生態(tài)學(xué)的發(fā)展。鄂爾多斯站圍繞種子休眠與萌發(fā)、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(fā)現(xiàn)了具有生理休眠特性的種子存在季節(jié)性休眠循環(huán)特性并受到沙埋的調(diào)節(jié)，為沙地植物種群更新的種子生態(tài)學(xué)機(jī)制提供了新的認(rèn)識(shí)；證實(shí)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(jìn)了幼苗建成，調(diào)控了幼苗出土；黏液還通過水合作用阻止動(dòng)物對(duì)種子的采食和傳播。種子異型性是一種“兩頭下注”的適應(yīng)策略，在母體效應(yīng)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(yīng)產(chǎn)生不同比例的異型種子適應(yīng)異質(zhì)性環(huán)境；植物母體所經(jīng)歷的環(huán)境條件對(duì)子代表現(xiàn)有顯著影響，代間可塑性可為種子異型性植物物種響應(yīng)環(huán)境的時(shí)空異質(zhì)性提供多樣化生長(zhǎng)和繁殖策略。

植物克隆繁殖對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性研究。鄂爾多斯站長(zhǎng)期開展植物克隆性研究，引領(lǐng)我國(guó)克隆植物生態(tài)學(xué)的發(fā)展。克隆植物在沙地生態(tài)系統(tǒng)中居優(yōu)勢(shì)地位。研究發(fā)現(xiàn)一些重要的沙地植物通過克隆整合、克隆儲(chǔ)存和克隆擴(kuò)展等特性適應(yīng)沙地生境異質(zhì)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(qiáng)，從而增強(qiáng)了植物對(duì)沙丘運(yùn)動(dòng)的生態(tài)適應(yīng)性（圖1），克隆性狀能通過影響植物群落組成、結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)，進(jìn)而影響沙地生態(tài)系統(tǒng)功能。

沙地灌木營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性研究。頻繁的風(fēng)沙活動(dòng)是半干旱區(qū)沙地的最主要環(huán)境特征之一。鄂爾多斯站開展了沙地植物應(yīng)對(duì)強(qiáng)風(fēng)和風(fēng)沙活動(dòng)的適應(yīng)策略及沙地植被穩(wěn)定性維持機(jī)制方面的研究，發(fā)現(xiàn)沙埋條件下灌木莖的機(jī)械穩(wěn)定性相關(guān)性狀的變化在種內(nèi)是一致的；油蒿灌叢在沙丘半固定階段通過有效的更新實(shí)現(xiàn)種群快速擴(kuò)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(yōu)勢(shì)植物植株大小相關(guān)性狀對(duì)風(fēng)因子產(chǎn)生相似的響應(yīng)，而莖部性狀對(duì)風(fēng)因子的響應(yīng)則具有種間特異性，說明植物應(yīng)對(duì)風(fēng)因子脅迫過程中產(chǎn)生不同性狀間的平衡策略。

開展不同空間尺度植物適應(yīng)與響應(yīng)研究，闡明了植物性狀間耦合關(guān)系與生物多樣性變化規(guī)律

在樣帶尺度、區(qū)域尺度和全球尺度上，鄂爾多斯站對(duì)地上/下植物性狀協(xié)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(tài)系統(tǒng)功能的地理分布格局。

在干旱/半干旱區(qū)樣帶尺度上：葉和根經(jīng)濟(jì)學(xué)性狀在不同的生態(tài)學(xué)尺度上均存在耦合關(guān)系，提高了植物對(duì)資源的利用能力，拓展了植物經(jīng)濟(jì)型譜理論；跨干旱/半干旱區(qū)的兩條降水樣帶研究證實(shí)了優(yōu)勢(shì)植物種沿水分梯度上的地上/下碳氮庫的解耦合，是植物對(duì)旱區(qū)環(huán)境的一種適應(yīng)策略；在北方半干旱區(qū)草原地上/下生物多樣性關(guān)系的研究中，發(fā)現(xiàn)植物多樣性與土壤真菌多樣性存在較強(qiáng)的耦合關(guān)系，土壤真菌多樣性有助于退化草原生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性恢復(fù)。

在區(qū)域尺度上：北方重要的植物類群蒿屬植物不同物種化學(xué)計(jì)量學(xué)特征對(duì)區(qū)域環(huán)境梯度有不同的響應(yīng)，物種效應(yīng)解釋了化學(xué)元素含量及化學(xué)計(jì)量特征中最大的變異，證實(shí)了即使親緣關(guān)系近的物種在響應(yīng)環(huán)境變化上也存在差異；蒿屬植物葉、莖和根之間都存在很強(qiáng)的異速生長(zhǎng)關(guān)系，揭示了蒿屬植物對(duì)半干旱區(qū)氣候與土壤梯度變化的適應(yīng)機(jī)制。

在全球尺度上：土壤種子庫對(duì)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(shù)據(jù)庫，發(fā)現(xiàn)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(qū)的土壤種子庫密度較低，在受自然或人為干擾后的復(fù)原力更差。揭示了土壤種子庫的全球分布格局及其環(huán)境驅(qū)動(dòng)因素，為全球生物多樣性的保護(hù)與恢復(fù)提供了新的視角。全球土壤種子庫分布格局的研究結(jié)果于2021年發(fā)表在Nature Communications。

研究沙地生態(tài)系統(tǒng)變化過程，探明了生物/非生物因子對(duì)沙地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的調(diào)控機(jī)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(zhì)循環(huán)、碳儲(chǔ)量、生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的相對(duì)作用，鄂爾多斯站研究人員揭示了沙地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)鍵調(diào)控因子。

在沙地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面：闡明了種子萌發(fā)生物學(xué)相關(guān)的功能性狀在干旱區(qū)植物種群和群落動(dòng)態(tài)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(tài)系統(tǒng)放牧的可持續(xù)性需要優(yōu)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(chǔ)量。

在沙地生態(tài)系統(tǒng)功能方面：植物凋落物分解是沙地生態(tài)系統(tǒng)碳和營(yíng)養(yǎng)周轉(zhuǎn)的重要環(huán)節(jié)。光分解是影響沙地生態(tài)系統(tǒng)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(xué)性狀對(duì)沙地生態(tài)系統(tǒng)凋落物分解速率有著不同的影響，為全球碳循環(huán)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(jìn)了沙地木質(zhì)殘?bào)w的分解；沙埋顯著影響了沙地植被凈地上初級(jí)生產(chǎn)力，改變了生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量在土壤中的垂直分布。

開創(chuàng)性提出荒漠化綜合治理的“三圈”范式

自20世紀(jì)80年代以來，由于人類活動(dòng)和全球變化的共同影響，毛烏素沙地荒漠化趨勢(shì)日益嚴(yán)重，成為我國(guó)北方沙塵暴的主要來源地，給我國(guó)北方特別是京津及華北地區(qū)生態(tài)安全和區(qū)域經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展造成巨大威脅。為了應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)重的荒漠化，自20世紀(jì)90年代起，鄂爾多斯站以張新時(shí)院士為代表的科研人員對(duì)毛烏素沙地開展了長(zhǎng)期調(diào)查研究。在充分研究鄂爾多斯高原生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)，特別是水分平衡特征和景觀多樣性的基礎(chǔ)上，提出了4項(xiàng)鄂爾多斯高原生態(tài)-生產(chǎn)范式建造及植被恢復(fù)重建的生態(tài)原則，即以水為核心、生物氣候條件為基礎(chǔ)的生態(tài)規(guī)劃原則，以灌木為主、豐富生物多樣性原則，以防護(hù)林體系特定結(jié)構(gòu)、配置的原則，以半固定沙地和綜合治理原則，以此創(chuàng)建了鄂爾多斯高原荒漠化土地可持續(xù)治理的優(yōu)化生態(tài)-生產(chǎn)范式（即“三圈”范式）并進(jìn)行了試驗(yàn)示范，建立“三圈”范式概念下的荒漠化防治綜合技術(shù)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(jīng)驗(yàn)被廣泛應(yīng)用到其他生態(tài)區(qū)域，如天山北部山地—綠洲—過渡帶—荒漠系統(tǒng)的生態(tài)建設(shè)與可持續(xù)農(nóng)業(yè)范式、內(nèi)蒙古錫林郭勒的“三帶”模式、華北山間盆地生態(tài)-生產(chǎn)范式，以及黃土高原丘陵溝壑區(qū)小流域優(yōu)化生態(tài)-生產(chǎn)范式等，充實(shí)了邊際生態(tài)系統(tǒng)管理的理論與實(shí)踐；同時(shí)“三圈”范式在空間尺度上擴(kuò)大，形成了我國(guó)大尺度的荒漠化防護(hù)圈（即“大三圈”）范式，主要由荒漠、草原和農(nóng)牧交錯(cuò)帶3部分組成，是從全國(guó)尺度上安排、解決土地沙化、沙塵暴和生態(tài)－生產(chǎn)建設(shè)的宏觀格局。

鄂爾多斯站已成為利用高新技術(shù)防治荒漠化的試驗(yàn)示范基地，先后承擔(dān)了聯(lián)合國(guó)開發(fā)計(jì)劃署（UNDP）項(xiàng)目、科學(xué)技術(shù)部“973”項(xiàng)目和科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目，以及國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中國(guó)科學(xué)院等與荒漠化防治相關(guān)的項(xiàng)目或課題20余項(xiàng)。以鄂爾多斯站為基地開展并以“三圈”范式為核心內(nèi)容的《沙漠化發(fā)生規(guī)律及其綜合防治模式規(guī)律研究》，榮獲2006年國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)（圖4）。

結(jié)語

30年來，鄂爾多斯站圍繞國(guó)家生態(tài)建設(shè)的重大科技需求開展長(zhǎng)期生態(tài)學(xué)研究和示范工作，為沙地草地荒漠化治理、受損生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)恢復(fù)和重建、生物多樣性保育等提供了重要的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐，為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。自1991年建站以來，鄂爾多斯站承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金委重大項(xiàng)目、原國(guó)家科委攻關(guān)項(xiàng)目、科學(xué)技術(shù)部“973”項(xiàng)目、科技支撐計(jì)劃、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)等項(xiàng)目及課題131項(xiàng)，發(fā)表論文546篇，其中SCI論文317篇，培養(yǎng)博碩研究生130余名，在國(guó)內(nèi)外產(chǎn)生了重要的影響。

未來，鄂爾多斯站將在沙地生態(tài)系統(tǒng)及環(huán)境要素的變化規(guī)律、沙地生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)性技術(shù)與管理，以及生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球氣候變化和人類干擾（如礦山開采）的響應(yīng)等方面繼續(xù)積累數(shù)據(jù)，開展長(zhǎng)期生態(tài)學(xué)觀測(cè)、研究與試驗(yàn)示范，挖掘沙地生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期演變規(guī)律及其對(duì)全球變化的響應(yīng)機(jī)制，提升野外觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量及其對(duì)外服務(wù)和共享，以期成為我國(guó)北方半干旱區(qū)沙地草地生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期生態(tài)學(xué)觀測(cè)與研究的高水平開放平臺(tái)，進(jìn)一步為我國(guó)退化沙地生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)重建和高質(zhì)量發(fā)展作出積極貢獻(xiàn)。

（作者：黃振英、葉學(xué)華、崔清國(guó)、杜娟、楊學(xué)軍、劉國(guó)方，中國(guó)科學(xué)院植物研究所植被與環(huán)境變化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；阿拉騰寶，鄂爾多斯市林業(yè)和草原局。《中國(guó)科學(xué)院院刊》供稿）

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