随着植物-土壤反馈(Plant-soil feedback)概念的提出,生态学家们逐渐认识到,地上和地下生态系统存在相互影响和依赖的关系,因其对维持生态系统结构和功能稳定性的重要意义,植物-土壤反馈现已成为生态学研究的热点问题之一。草地(Grassland)是陆地生态系统的重要组成部分,植物种类繁多,若仅依靠物种之间的植物-土壤反馈进行研究,存在一定局限性。将植物功能群(Plant functional groups)与植物-土壤反馈相结合,可以简化草地生态系统的复杂性,更容易认识和了解草地植物与土壤之间的相互作用关系。目前,关于不同植物功能群之间的植物-土壤反馈关系及其内在响应机制的研究较少。同时,大部分研究主要集中于个体水平,而对群落水平的研究较少,限制了我们对植物种间及群落间反馈作用的理解。由此,本研究以松嫩草地4种主要的植物功能群作为研究材料,通过盆栽控制实验,采用完全随机设计,设置单种与混种,灭菌与未灭菌四种种处理,比较功能群植物生长对土壤和微生物特性变化的影响,明确植物-土壤反馈作用的方向,分析环境变量与植物-土壤反馈作用的关联性,阐明草地四种功能群植物间的植物-土壤反馈效应,揭示草地生态系统群落结构变化规律。获得主要研究结论如下:(1)松嫩草地主要功能群植物之间的植物-土壤反馈效应存在差异。单种模式下,禾本科C3植物羊草(Leymus chinensis)与杂类草黄蒿(Artemisia scoparia)受到其他植物的负反馈作用,并正反馈作用于禾本科C4植物虎尾草(Chloris virigata)和豆科植物草木樨(Melilotus suaveolens),而虎尾草和草木樨之间互为负反馈;灭菌处理后,虎尾草受到的反馈作用由正变负,同时对草木樨的负反馈转为正反馈;与单种模式相比,混种模式下,功能群植物之间的正反馈效应增多,仅有羊草受到虎尾草显著地负反馈作用。(2)根据植物功能群的生长特性与土壤理化性质之间相关性和冗余分析的结果发现,硝态氮和速效氮是影响植物生长的主要因素,说明土壤氮素可能是影响不同植物功能群之间植物-土壤反馈效应的潜在因子。不同功能群植物生长引起了土壤微生物量的显著改变,其中微生物量碳在杂类草黄蒿影响后最高,微生物量氮在禾本科C4植物虎尾草影响后最高,微生物量磷在禾本科C3植物羊草影响后最高,说明植物功能群对土壤微生物的调节存在差异。灭菌处理后,植物-土壤反馈效应的方向发生了改变,说明土壤微生物可能是植物-土壤反馈的重要影响因子。(3)植物-土壤反馈作用显著改变了不同功能群植物的土壤理化性质。与禾本科C3植物羊草相比,豆科植物草木樨显著增加了土壤全碳和全氮的含量。与未种植物的空白对照相比,土壤速效养分比矿质养分的差异更为明显,除铵态氮外,硝态氮和土壤速效氮均显著降低,速效磷仅在豆科植物草木樨和杂类草黄蒿生长后显著减少。(4)在植物-土壤反馈过程中,土壤对植物的反馈作用会导致不同植物功能群生物量的显著差异。与同源土相比,禾本科C3植物羊草的生物量在虎尾草和草木樨影响的土壤中显著降低;禾本科C4植物虎尾草的生物量在羊草和黄蒿影响的土壤中显著增加;豆科植物草木樨的生物量在羊草和黄蒿影响的土壤中显著增加,在虎尾草影响的土壤中显著降低;杂类草黄蒿的生物量在其他植物影响的土壤中均显著降低。综上所述,本文初步明确了松嫩草地主要功能群植物的的植物-土壤反馈作用,通过分析植物生长作用对土壤和微生物特性的影响,研究了植物-土壤反馈作用的潜在影响因子,揭示了微生物和速效养分对其的重要影响作用。另外,根据不同植物功能群对于土壤反馈作用的响应特征,再次证明了“下行控制(bottom-down)”理论,即土壤理化特性及土壤生物可以调控地上植物的生长。进一步利用植物-土壤反馈效应值以及净配对反馈值来解释植物功能群间的竞争关系,丰富了植物功能群演替过程中的植物-土壤反馈作用的理论知识。同时,还为探讨植物功能群演替过程中矿质养分在植物-微生物-土壤系统中循环过程及影响作用提供了理论参考。