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鄂尔多斯高原砒砂岩区土壤贫瘠、侵蚀严重、生态环境脆弱,土壤养分是植物生长发育的重要限制因子。因此研究不同养分控制下植物的氮素利用效率和根系形态响应对砒砂岩区水土保持和植被恢复重建过程中物种选择具有重要的理论和实践意义。本研究根据鄂尔多斯高原砒砂岩区环境气候条件,从植物养分利用特性角度,以3种乡土种芨芨草(Achnatherum splendens)、长柄扁桃(Amygdalus pcdunculata)和沙棘(Hippophae rhamnoides)与3种外来种掌叶大黄(Rheum palmatum)、杂交狼尾草(Pennisetum americanum×P.purpureum)和胡颓子(Elaeagnus pungens)为研究对象,采用内生长法(尼龙网袋法)设异质氮肥斑块处理,含高(0.3g N/kg风干土)、中(0.2g N/kg风干土)、低(0.1g N/kg风干土)和对照四个施氮水平。通过计算6种植物在不同氮肥斑块的氮素利用效率以及植物根系对异质性养分斑块的觅养反应,测定地上部生物量、内生长袋内根系生物量和形态参数,比较植物养分利用效率及根系对异质斑块的觅养能力,筛选出根系觅养能力强和养分利用功能性状较好的物种,为砒砂岩区抗逆适生植物材料引种与选择提供依据。结果表明:(1)氮素利用效率(Nitrogen use efficiency,NUE)使用氮素生产力(Nitrogen productivity,NP)和平均滞留时间(Mean residency time,MRT)的乘积来表示。本试验6种植物的氮素生产力、平均滞留时间(胡颓子除外)和氮素利用效率存在显著种间差异,NP由高到低排列顺序为杂交狼尾草>掌叶大黄>沙棘>芨芨草>长柄扁桃>胡颓子,MRT由长到短排列顺序为长柄扁桃>沙棘>芨芨草>掌叶大黄>杂交狼尾草,NUE排列顺序为沙棘>长柄扁桃>掌叶大黄>杂交狼尾草>芨芨草>胡颓子。6种植物的氮素利用策略不同,掌叶大黄和杂交狼尾草具有较高的NP和较短的MRT,长柄扁桃、沙棘和芨芨草具有较低的NP和较长的MRT。与未施氮对照植株相比,6种植物的地上生物量和NUE在斑块状施氮生境中都有所增加,其中狼尾草在施氮后生物量增加最大,为喜肥速生植物。(2)与未施氮对照植株根系相比,6种植物根系在异质性氮肥斑块都有所增加,表现为根生物量增加、根长伸长和根表面积扩大;长柄扁桃根系增加显著;植物细根增殖对斑块生境存在一定的敏感性。在异质性氮肥斑块中,杂交狼尾草根生物量密度在高氮增生最多,掌叶大黄、芨芨草、长柄扁桃和胡颓子根生物量密度、根长和表面积在中氮处理增生最多;6种植物对异质性斑块的响应存在种间差异性,与对照内生长袋相比,掌叶大黄根生物量密度增幅最大为489.29%,长柄扁桃根长增幅最大为95.35%,芨芨草根表面积增幅最大为170.02%。掌叶大黄、芨芨草、杂交狼尾草、长柄扁桃和胡颓子5种植物根系的觅养精确性和广布性存在权衡且表现为负相关关系。(3)通过分析试验期末内生长袋中土壤肥料氮的去向,表明6种植物吸氮量存在显著种间差异,杂交狼尾草和沙棘吸氮量较多,掌叶大黄吸氮量较少;异质施氮斑块相比未施氮对照植株处理而言,植物吸氮量和损失氮量均显著增加,土壤残留氮量没有显著差异。异质施肥(高肥、中肥、低肥和对照)内生长袋内土壤残留氮肥存在明显差异。未施氮对照植株土壤残留铵态氮存在种间差异性。