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为探究混播方式对混播草地氮素利用效率和混播优势产生机制的影响,本研究从混播牧草生长效率、地下根系构型及氮素利用效率等方面开展研究,将种群空间距离(行距)、种群空间作用方式(同行/异行/异行阻隔)作为竞争环境变化的因素,利用盆栽试验分析和比较了不同混播方式下牧草的相对生长效率、叶绿素荧光参数、牧草相对产量及相对产量总和,根系的几何形态、拓扑结构和分形特征,以及豆科牧草固氮量、转氮量及其氮素利用效率,获得以下主要结果:(1)2种牧草株高和密度相对生长速率混播大于单播,行距30 cm异行混播表现出较高的相对生长速率。异行混播下无芒雀麦相对密度(RD_g)和红豆草相对密度(RD_l)均高于同行混播,行距30 cm异行混播下红豆草RD_l和相对产量(RY)均较高;同行混播和行距30 cm异行混播具有较高的相对产量总和(RYT)。无芒雀麦叶片的初始荧光效率(Fo)和最大荧光(Fm)均为混播高于单播,叶片PSII潜在活性(Fv/Fo)则是单播高于混播;在不同混播方式下2种牧草叶片单位面积捕获的光能(TRo/CSo)值相差较小;行距30 cm异行混播、行距45 cm异行混播下2种牧草均具有较高叶绿素荧光参数。(2)异行混播和行距增大使2种牧草地上生物量增加,无芒雀麦的根系生物量和根冠比也增加,但红豆草的根系生物量和根冠比变化不明显。异行混播+行距增大使无芒雀麦≤0.16 mm的细根增加,红豆草0.16~0.50 mm的根系增加,从而增加了根长、根表面积和比根长;异行混播+阻隔使得2种牧草的根系直径增加,从而使得根系体积和比根面积增加。2种牧草在不同混播方式下拓扑指数(TI)均接近于1,修正拓扑指数(qa)大于0.5,分支结构均为鱼尾状分支;随着种群空间距离的增加,2种牧草根系的拓扑结构有向叉状分支方向发展的趋势。2种牧草的根长、根表面积与根系生物量和地上生物量均呈线性的正相关关系,其他根系形态参数与根系生物量相关性显著,而与地上生物量、根冠比相关性不显著。(3)豆禾异行+30 cm行距混播处理在牧草产量这项生产性能上优于其他混播处理,并具有较高的应用生物固氮量和较高的转氮率;豆禾异行+15 cm行距处理具有较高的N产量贡献率;豆禾同行混播条件下豆科牧草比禾草的营养竞争能力强,异行混播条件下豆科牧草比禾草的营养竞争能力弱。因此,行距30 cm+异行混播具有较高群体光合效率、豆科牧草种间竞争力与生物固氮量和转氮率,形成了组分结构稳定、生产性能及氮素利用效率较高的群体。种群的空间距离、种群的空间作用方式改变了混播群体地下根系的竞争环境,其通过形态、拓扑结构和分形的可塑性来响应种间竞争关系变化,采取了拓展空间和高效利用水分养分的生态适应策略。