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氮素是植物光合生产的决定性因素,尤其是在水土流失严重的黄土高原地区,氮素贫乏往往限制植物的生长发育。因此,研究黄土高原子午岭林区典型植物生长的氮素调控机制,有助于理解不同植物养分资源利用效率的差异。针对黄土高原地区植被建设与土壤氮素亏缺的矛盾,在黄土高原子午岭次生林区研究典型植物氮素养分组成特征,分析不同生活型和演替阶段植物叶片氮含量与光合速率的关系,探讨氮素及根域调控对植物生长和光合的调控机理,同时结合15N同位素示踪技术对植物养分吸收利用进行研究,以明确黄土高原地区植物生长的氮素营养调控策略,为该区的植被恢复和重建提供理论依据,取得了如下主要研究结论:(1)不同生活型植物(落叶乔木、常绿乔木、灌木和草本植物)之间叶片C、N、P含量和C:N、C:P差异均达到显著水平,而叶片N:P差异不显著。植物叶片C含量分布较为集中,而叶片N和P含量的变异较大。植物叶片C:N和C:P变异较大,叶片C:P最大值约为最小值的4倍。植物叶片C:N、C:P和N:P比值变化范围分别为21.9～69.1、177～781和7.55～16.9。(2)不同生活型植物(落叶乔木、常绿乔木、灌木和草本植物)之间单位重量叶氮含量(Nm)、单位面积叶氮含量(Na)、比叶面积(SLA)、光合速率(Pn)和光合氮素利用效率(PNUE)差异均达到显著水平。Nm与Pn、SLA和PSII电子传递量子效率(ФPSII)之间均存在着显著的正相关关系,SLA与Pn和PNUE之间也存在着显著的正相关关系,而与ФPSII的负相关性不显著。随着植被的正向演替,优势种叶片氮含量呈先升高后降低,灌木群落优势种>顶级群落优势种>早期森林群落优势种>草本群落优势种。草本群落和灌木群落优势种的Pn和气孔导度(Gs)高于早期森林群落优势种和顶级群落优势种;植物PNUE为草本群落优势种>顶级群落优势种>早期森林群落优势种>灌木群落优势种。(3)油松林细根生物量随着土壤深度增加呈单峰曲线,而白桦林细根生物量随着土壤深度增加呈减小趋势。油松和白桦林表层土壤(0～20cm)具有较高的比根长、根长密度和细根表面积,表层土壤白桦林细根表面积是油松人工林的3.91倍,而20～40cm土层白桦林细根表面积比油松人工林降低了33%。细根生物量、细根表面积、比根长和根长密度与土壤氮素和有机质具有不同程度的相关性,总体上土壤全氮和有机质对细根的影响大于NH4+-N和NO3--N。(4)高光强(I400)白三叶幼苗地上部生物量、根系生物量和根冠比较低光强(I200)高;地上部生物量随氮素浓度增加呈单峰曲线,而根系生物量和根冠比随氮素浓度增高而降低。白三叶Nm随氮素浓度增加呈显著增加趋势,低光强下白三叶Nm显著高于高光强下的白三叶。白三叶Pn、PNUE、PSII最大光能转换效率(Fv/Fm)、PSII光能捕获效率(Fv’/Fm’)和ФPSII随氮素浓度从5mmol·L-1增至15mmol·L-1逐渐增加,而在15mmol·L-1至25mmol·L-1时反而下降。高光强白三叶Pn、PNUE和ФPSII显著高于低光强下的白三叶,而高光照Fv/Fm和Fv’/Fm’低于低光照的。(5)连翘幼苗Pn随根域体积和氮素浓度的变化差异显著,氮素和根域限制对Pn的影响存在显著交互作用。低氮处理(LN)幼苗Fv/Fm和ФPSII较高氮处理(HN)的高,不同供氮条件下,低根域处理(LR)幼苗Fv/Fm均较高根域处理(HR)的高,而LR处理幼苗ФPSII均较HR处理的低。LR处理幼苗光化学淬灭系数(qP)均较HR处理的低,而非光化学淬灭系数(qNP)变化规律相反;LN处理幼苗qNP较HN处理的高。根域限制和氮素浓度影响了连翘幼苗对15N同位素的吸收和分配。叶片和枝吸收氮百分率分别为7%～10%和7%～12%,65%以上的通过根系吸收的15N分配于幼苗的地上部分。