仙人掌科植物（Cactaceae）的分布确实高度集中在美洲的干旱和半干旱地区，尤其是墨西哥、美国西南部（亚利桑那、新墨西哥、得克萨斯、加利福尼亚南部）、安第斯山脉西坡（秘鲁、智利、阿根廷西北部）等地。虽然它们也零星出现在其他大陆（通常是引种或逸生），但其起源和多样性中心无疑在美洲。
为什么它们多生长在干旱地区？
仙人掌之所以成为干旱环境的标志性植物，甚至可以说是“干旱环境的代言人”，是因为它们进化出了一系列极其精妙和高效的适应机制，使其能够在其他大多数植物无法生存的缺水环境中茁壮成长。这些适应策略主要集中在以下几个方面：
高效的水分储存能力：
- 肉质茎： 这是仙人掌最显著的特征。它们膨大、多汁的茎干就像巨大的储水罐。茎的内部充满了特殊的薄壁组织，能够储存大量的水分（有时可达自身重量的90%以上）。在降雨时，它们会贪婪地吸收水分，储存在茎中，供漫长的干旱期使用。
- 减少表面积： 许多仙人掌呈球形或柱状，这种形态具有最小的表面积与体积比，大大减少了暴露在干燥空气中的水分蒸发面积。
最大限度地减少水分流失：
- 叶子退化： 绝大多数仙人掌的叶子已经退化为刺。叶子是植物蒸腾作用（水分通过叶片气孔散失到空气中）的主要部位。叶子退化从根本上消除了这个巨大的水分流失渠道。
- 蜡质表皮： 仙人掌的茎表面覆盖着一层厚厚的、光滑的蜡质层（角质层）。这层蜡质就像一件防水外套，形成了一道物理屏障，有效阻止水分通过茎表皮蒸发。
- 特殊的光合作用方式：
- 景天酸代谢： 这是仙人掌最关键的生理适应之一。为了在白天高温干燥时关闭气孔（防止水分流失），仙人掌在夜晚凉爽潮湿时打开气孔，吸收二氧化碳，并将其暂时固定为有机酸（如苹果酸）储存在液泡中。等到白天，在气孔关闭的情况下，利用阳光将储存的有机酸分解，释放二氧化碳进行光合作用。这种“昼伏夜出”的策略完美地解决了光合作用需要二氧化碳但开放气孔又会损失水分的矛盾。
- 气孔数量少且深陷： 即使有少量气孔，它们也通常数量较少，并且凹陷在茎表面的气孔窝中，这进一步减少了空气流动，降低了水分蒸腾速率。
高效的根系吸收系统：
- 广泛而浅的根系： 许多仙人掌的根系虽然不深，但分布范围非常广泛。这使得它们能够在降雨（即使是短暂的阵雨）发生时，迅速、大面积地吸收地表浅层土壤中的水分。一场小雨后，它们就能吸收到足够维持很长时间的水分。
- 快速吸水能力： 它们的根系对水分极其敏感，能在雨后迅速恢复吸水功能。
保护机制：
- 刺： 由叶子退化而来的刺，除了减少蒸腾，更重要的是防御。在资源匮乏的干旱环境中，多汁的仙人掌茎是许多动物（如啮齿类、鸟类、昆虫）渴望的水源和食物来源。尖锐的刺构成了强大的物理屏障，有效抵御食草动物的啃食。
- 化学防御： 一些仙人掌还含有生物碱或其他化学物质，味道苦涩或有毒，进一步阻止动物取食。
利用稀缺资源：
- 在极端环境中占据生态位： 干旱地区对大多数植物来说生存条件恶劣，竞争相对较小。仙人掌凭借其独特的适应性，成功占据了这些“空闲”的生态位，成为优势物种。
总结来说：
仙人掌并非“喜欢”干旱，而是它们通过数百万年的进化，发展出了一套无与伦比的“生存工具包”，使其能够在干旱环境中高效地获取、储存、利用水分，并最大限度地减少水分流失，同时保护自己珍贵的资源不被掠食者消耗。这些精妙的适应策略（肉质储水茎、叶子退化为刺、蜡质表皮、CAM光合作用、广泛浅根系、刺的防御）共同作用，使仙人掌科植物成为地球上最成功的干旱环境适应者之一，并塑造了它们在美洲干旱地带高度集中的分布格局。它们的存在，本身就是生命在极端环境中顽强与智慧的象征。
