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人工造林是黄土高原植被建设的重要举措。然而，该地区由于水土流失导致的土壤贫瘠、人工林生长过程中的水分供需矛盾加剧，使其生态系统稳定性降低。沙棘具有抗旱耐瘠薄等特征，以及较强保持水土及固氮肥土作用，在造林实践中多作为先锋树种，并与其它树种建立混交林。开展沙棘及与其混交树种水分养分利用研究，对于回答区域人工林稳定性机制具有重要意义。论文以4种沙棘混交林(沙棘+油松、沙棘+侧柏、沙棘+刺槐和沙棘+杨树)为对象，并选择5个树种纯林为对照，基于稳定同位素技术等方法，研究了不同树种水分利用来源，不同生长时期植物水分生理特征及变化规律，植物化学计量及氮磷利用特征。主要取得如下结果：
(1)量化了不同土层土壤水对各树种季节水分利用量的贡献率。7月，主要水分来源集中于40~200cm土层(利用比例＞75％)，其中，(沙棘)+油松和(沙棘)+侧柏主要利用100~200cm土层，沙棘+(油松)和沙棘+(侧柏)倾向于40~100cm土层；(沙棘)+刺槐和(沙棘)+杨树主要利用40~100cm土层土壤水，沙棘+(刺槐)和沙棘+(杨树)倾向于利用100~200cm土层，表明沙棘与四个混交树种主要通过水分利用空间上的差异应对干旱环境。9月，不同树种水分来源主要集中于0~100cm土层(利用比例＞73％)。
(2)揭示了各树种光合-光响应过程及水分调节对策。相比纯林，混交林中沙棘光合生理参数值整体呈上升趋势，表明混交造林有助于提高其光合能力；油松和杨树整体呈下降趋势，表明混交造林会降低其光合能力；侧柏叶片Φ和Rd增加，Pnmax和生态幅下降，表明混交造林会增强其对弱光的利用能力，但会降低其光合潜力；刺槐叶片Φ和Pnmax值下降，Rd增加，光照生态幅最宽，表明混交造林会增强其对强光的适应性，但会降低其对弱光的利用能力及光合潜力。基于黎明前(Ψpd,04:00~06:00)和中午叶片水势(Ψm,11:00~13:00)关系，得出沙棘、刺槐和杨树为非等水调节对策，油松和侧柏为等水调节对策。
(3)明确了各树种养分利用特征。与油松纯林和侧柏纯林相比(N:P＜14)，混交造林有助于缓解其N限制状况(14＜N:P＜16)，而沙棘+刺槐、沙棘+杨树及各自纯林主要受P限制(N:P＞16)；相比纯林，混交林中凋落物C:N值平均降低(32.01％)，N:P值增加(49.37％)；土壤C、N、P含量分别平均增加(17.02％、15.95％和4.33％)，表明混交造林有助于增强凋落物分解能力和养分条件。此外，相比纯林，混交林中沙棘氮(NUEN)和磷(NUEP)利用效率、氮(REN)和磷(REP)再吸收效率均有所增加，而沙棘+(油松)、沙棘+(侧柏)和沙棘+(刺槐)的NUEN、NUEP、REN和REP整体呈减小趋势，主要和不同林分土壤养分条件有关；不同树种NUE和RE之间均存在显著正相关关系(p＜0.05)。
(4)阐明了水分和氮利用效率之间的相互关系及其利用策略。不论是瞬时还是长期时间尺度上，不同树种叶片水分和氮利用效率之间均呈显著负相关关系(p＜0.05)，说明植物对两种资源利用存在制约关系。此外，与沙棘+油松和沙棘+侧柏相比，沙棘+刺槐具有较低水源和氮源利用不相似性，而沙棘+杨树具有较低水源和较高氮源利用不相似性，表明相同环境条件下，就资源利用生态位角度来说，各混交林资源利用稳定性的排序为沙棘+油松＞沙棘+侧柏＞沙棘+刺槐＞沙棘+杨树。
(1)量化了不同土层土壤水对各树种季节水分利用量的贡献率。7月，主要水分来源集中于40~200cm土层(利用比例＞75％)，其中，(沙棘)+油松和(沙棘)+侧柏主要利用100~200cm土层，沙棘+(油松)和沙棘+(侧柏)倾向于40~100cm土层；(沙棘)+刺槐和(沙棘)+杨树主要利用40~100cm土层土壤水，沙棘+(刺槐)和沙棘+(杨树)倾向于利用100~200cm土层，表明沙棘与四个混交树种主要通过水分利用空间上的差异应对干旱环境。9月，不同树种水分来源主要集中于0~100cm土层(利用比例＞73％)。
(2)揭示了各树种光合-光响应过程及水分调节对策。相比纯林，混交林中沙棘光合生理参数值整体呈上升趋势，表明混交造林有助于提高其光合能力；油松和杨树整体呈下降趋势，表明混交造林会降低其光合能力；侧柏叶片Φ和Rd增加，Pnmax和生态幅下降，表明混交造林会增强其对弱光的利用能力，但会降低其光合潜力；刺槐叶片Φ和Pnmax值下降，Rd增加，光照生态幅最宽，表明混交造林会增强其对强光的适应性，但会降低其对弱光的利用能力及光合潜力。基于黎明前(Ψpd,04:00~06:00)和中午叶片水势(Ψm,11:00~13:00)关系，得出沙棘、刺槐和杨树为非等水调节对策，油松和侧柏为等水调节对策。
(3)明确了各树种养分利用特征。与油松纯林和侧柏纯林相比(N:P＜14)，混交造林有助于缓解其N限制状况(14＜N:P＜16)，而沙棘+刺槐、沙棘+杨树及各自纯林主要受P限制(N:P＞16)；相比纯林，混交林中凋落物C:N值平均降低(32.01％)，N:P值增加(49.37％)；土壤C、N、P含量分别平均增加(17.02％、15.95％和4.33％)，表明混交造林有助于增强凋落物分解能力和养分条件。此外，相比纯林，混交林中沙棘氮(NUEN)和磷(NUEP)利用效率、氮(REN)和磷(REP)再吸收效率均有所增加，而沙棘+(油松)、沙棘+(侧柏)和沙棘+(刺槐)的NUEN、NUEP、REN和REP整体呈减小趋势，主要和不同林分土壤养分条件有关；不同树种NUE和RE之间均存在显著正相关关系(p＜0.05)。
(4)阐明了水分和氮利用效率之间的相互关系及其利用策略。不论是瞬时还是长期时间尺度上，不同树种叶片水分和氮利用效率之间均呈显著负相关关系(p＜0.05)，说明植物对两种资源利用存在制约关系。此外，与沙棘+油松和沙棘+侧柏相比，沙棘+刺槐具有较低水源和氮源利用不相似性，而沙棘+杨树具有较低水源和较高氮源利用不相似性，表明相同环境条件下，就资源利用生态位角度来说，各混交林资源利用稳定性的排序为沙棘+油松＞沙棘+侧柏＞沙棘+刺槐＞沙棘+杨树。