先锋植物被誉为“极地先行者”,也是冰川退缩区植被原生演替早期主体物种类群,在生态保护和植被恢复中具有重要应用价值。位于青藏高原东缘的海螺沟冰川经过近130年的退缩演化,形成了从先锋植物到顶级群落的完整植被演替序列,为植被原生演替及先锋植物的功能研究提供了理想场所。本研究以海螺沟冰川退缩区植被原生演替过程中的先锋植物作为研究对象,从非根瘤和根瘤先锋植物的生物固氮作用入手,结合气象监测和测序技术,分析不同类型先锋植物生物固氮能力的变化特征及其影响因素,以阐释不同类型先锋植物在冰川退缩区贫营养环境中的快速定居机制;通过对不同类型先锋植物群落养分组成及化学计量分析,以及不同物种作用下土壤性质的变化,分析先锋植物对冰川退缩区植被演化和土壤发育的影响及不同类型先锋植物的作用差异。本研究的开展有利于促进对先锋植物生态功能及植被原生演替过程和规律的认识,并为退化和受损生态系统的植被恢复技术的研发提供支持和借鉴。主要研究结果如下:（1）海螺沟冰川退缩区植被原生演替初期,根瘤（黄芪和沙棘）和非根瘤先锋植物（川滇柳、银背柳和冬瓜杨）叶片、枝条和根系组织均具有固氮活性。根瘤植物的主要固氮器官是根瘤,其中豆科植物黄芪根瘤固氮速率达到0.15-6.21mg N g-1 d-1,放线菌根瘤植物沙棘根瘤固氮速率为0.13-5.36 mg N g-1 d-1。非根瘤先锋植物（川滇柳、银背柳和冬瓜杨）的固氮速率介于0.01-0.38 mg N g-1 d-1之间,与根瘤先锋植物根瘤相比相对较低。（2）随着演替的进行,生长季根瘤和非根瘤先锋植物总固氮速率呈现先增加后降低的变化趋势,峰值出现在29-39yr,达到2.8-3.5 kg N yr-1 ha-1。演替初期（4-9yr）根瘤固氮速率仅在较高,占生态系统固氮速率的94.8%;演替继续进行时（29-61yr）,根瘤固氮速率显著降低,同时非根瘤固氮速率大幅度提高。由于植物固氮大量的氮输入,使得在冰川退缩后的第29年,生态系统氮循环得到了很大程度的恢复。（3）温度和降雨量对演替早期（4-9yr）阶段植物固氮速率有一定的影响（P<0.01）,但对演替后期阶段（55-61yr）植物固氮速率影响不明显;植物固氮速率与土壤养分含量无关,但明显受到植物组织中养分含量的影响（P<0.01）。（4）对根瘤和非根瘤先锋植物组织固氮微生物进行分析表明,非根瘤先锋植物组织内部寄生了根瘤和非根瘤先锋植物组织内部均寄生有大量固氮微生物,但不同类型先锋物种及不同组织固氮微生物群落结构具有明显差异。根瘤植物黄芪和沙棘根瘤组织固氮微生物分别以根瘤菌属和弗兰克氏菌属为主,非根瘤植物柳树和冬瓜杨组织通过内生固氮作用固氮,其内固氮微生物以芽孢杆菌属、慢生根瘤菌、固氮螺菌属和弗兰克氏菌属为主,说明不同类型先锋植物其微生物固氮机制存在明显差别。（5）根瘤和非根瘤先锋植物在养分组成及利用方面存在一定差异。根瘤植物由于具有相对较高的固氮速率,其叶片的氮磷浓度显著高于非根瘤植物（P<0.01）,同时其氮养分重吸收利用率较低,磷养分重吸收利用率与非根瘤植物相比较高。相反,非根瘤植物在氮养分利用方面采用相对保守的策略,氮养分利用率高,通过这种方式保持植物体在贫营养环境中的快速生长。随着演替的进行,土壤氮养分逐渐累积,非根瘤植物对氮的重吸收利用率下降。在根瘤和非根瘤植物的共同作用下,演替初期（0-39yr）,植物无论是在物种尺度还是在生态系统尺度,其叶片的N:P介于14-16之间,不存在明显的N或P限制;演替后期（61yr）,可能存在一定程度的P限制。说明根瘤和非根瘤先锋植物可以克服演替早期的N限制,植物固氮在调节植被C、N、P养分含量及化学计量特征方面具有重要作用。（6）与裸土相比,先锋根际土养分含量明显较高,根瘤和非根瘤先锋植物对养分累积均具有显著促进作用,具体的促进效应与根瘤与否无关,但物种类型有关。土壤中酶活性和土壤微生物数量、养分含量存在显著相关关系。几种植物中,根瘤植物黄芪和非根瘤植物川滇柳根际土酶活性和有机酸含量较高,对土壤碳、氮、磷养分的促进作用显著;根瘤放线菌植物沙棘根系对土壤养分累积的影响与非根瘤植物银背柳、冬瓜杨无异。