砒砂巖區不同施氮水平下5種潛在適生植物氮素利用比較研究

秦晶晶，杜 峰,2*，楊 路，程 帥，李宏斌

(1 西北農林科技大學水土保持研究所,陜西楊陵 712100; 2 中國科學院水利部水土保持研究所,陜西楊陵 712100)

鄂爾多斯高原地處干旱、半干旱過渡區的農牧交錯帶，是沙漠化的典型區域之一[1]。區域土壤母質主要為石英質砒砂巖，無水時堅硬無比，遇水即碎，加之凍融風化作用，因而基巖抗侵蝕能力弱[2-3]，也造成了該區域砒砂巖基土壤入滲慢，持、保水能力差，超滲產流多；加之植被稀少，導致該區域水土流失嚴重。據測算，該區域每年向黃河輸送泥沙高達1億t[1]，特別是在夏季暴雨季節，給當地生態環境造成了災難性的影響[4]。該區域前期的試驗研究與植被恢復實踐證明，植被恢復對減緩砒砂巖區的水蝕、風蝕有很大的作用[5-6]，有研究表明，從2002年到2008年，在皇甫川、孤山川、窟野河三支流，沙棘人工林(1 175 km2)平均每年總減洪量480.84萬m3，總減沙量302.65萬t[7]。植被恢復同時還可以改善土壤結構，增加土壤養分含量[8]：實施沙棘造林工程8年后，表層土壤總孔隙度比荒地提高7.4%，土壤粘性含量比荒地增加了75%，全氮、全磷、全鉀含量分別是荒地的1.72倍、1.13倍、1.36倍[9]。綜上，植被恢復重建是該區域減少水土流失，進行生態恢復與治理，增加農民收入的有效舉措。然而，在以往植被恢復重建過程中存在適生植物選擇不當，栽植后因土壤干旱、養分貧瘠等，栽、種林草植物成活、保存率低，生長慢，以及經濟林果產量、質量低，經濟效益差等問題[10-11]。鄂爾多斯砒砂巖地區同眾多其他陸地生態系統一樣，氮素養分也是該區域植被恢復重建的主要限制因子之一[12-14]。盡管總體上中國土壤氮素含量不高，全氮量僅為1.0～2.0 g/kg，而鄂爾多斯砒砂巖地區土壤氮素含量更低，僅約為0.81 g/kg[15]，在全國范圍內處于較低水平[16]。加之長期的水土流失也加劇了該地區土壤氮素等養分的不足。因而，現階段植被恢復重建需解決問題之一是，如何在養分貧瘠生境中選擇適生植物與進行適當的人為施肥干預，促進植被恢復重建。本研究擬從養分利用角度為區域植被恢復重建中的物種選擇與人為施肥干預提供理論依據。其中，物種選擇主要目標為耐貧瘠、養分利用率高、生長表現好并具有經濟效益的植物[17-18]；人為施肥目的為在砒砂巖區域養分背景下，為植被恢復確定最適的施氮水平和方式。

植物對土壤氮的利用特征主要體現為對氮水平的偏好，即植物在不同氮水平下具有不同的生長表現和不同的氮素吸收、利用與周轉水平，特別是植物在長期演化過程中形成了與自身生長型、生活型相匹配的氮素利用策略[19]。植物的氮素利用效率(nutrient use efficiency，NUE)指植物吸收單位氮素養分形成的生物量[20]。由于研究對象和目的的不同，不同學者關于NUE概念的理解持不同觀點[21]，如農學家通常使用作物的經濟產量測算NUE，生理學家偏重于生理效率與氮的體內合成、運移、儲存和體內外循環。生態學更多的是采用Berendse和Aerts提出的對植物生長有限制作用的單位養分物質在植物體內的平均滯留時間(mean residence time，MRT)和氮素生產力(N productivity，NP)來表示NUE[22]。NP反映的是植物的迅速生長策略，采用NP來提高和維持NUE的植物，養分吸收和利用快，通過枯枝落葉等形式與周邊環境的養分周轉迅速，這種氮素利用策略的適應性演化發端于富養生境，典型植物有溫帶和熱帶的速生草本植物，個體通常較為小型化，生長周期短；MRT反映的是植物的養分保持策略，采用MRT來提高和維持NUE的植物，養分吸收慢但在體內貯留時間長，與環境間的養分周轉慢，這種氮素利用策略的適應性演化發端于貧養生境，典型植物有葉片極端退化的仙人掌等沙漠適生類植物，在溫帶、寒溫帶地區采用MRT策略的植物其個體通常為大型常綠或落葉喬、灌木。因此不同植物維持和提高自身的氮素利用效率時，在NP和MRT二乘項因素間存在協調與權衡關系。通過將NUE分解為NP和MRT，對生態學上理解植物的氮素利用策略更具有研究意義[23]。對于植物NP、MRT、NUE的相關研究，國外主要是采用控制實驗，偏向于研究影響植物NP和MRT的因素以及不同物種之間、同一物種不同器官之間、同一物種不同個體大小之間NP和MRT的關系[19,24]。Vzquez De Aldana和Berendse比較了6種禾本科牧草(多年生黑麥草、燕麥草、紅羊茅、黃花茅、羊茅、毛茛)、兩種養分生境(貧養、富養)下的植物NUE，發現NP和MRT之間存在權衡關系[25]。通過對4種生活型(禾草、非禾草、落葉樹木、常綠樹木)14種植物的地上部NUE的比較分析，Eckstein 和 Karlsson也認為植物種間在NP與MRT存在明顯的權衡關系[26]。國內相關研究較少，袁志友對農牧交錯區幾種植物的氮素利用效率進行了研究，并將其與植物生活型聯系起來，從理論上探討了植物氮素利用的策略權衡[23]。本研究以鄂爾多斯砒砂巖區5種潛在適生植物長柄扁桃(Amygdaluspedunculata)、沙棘(Hippophaerhamnoides)、掌葉大黃(Rheumpalmatum)、芨芨草(Achnatherumsplendens)和雜交狼尾草(Pennisetumamericanum×P.purpureum)為研究對象，利用Berendse和Aerts提出的NUE概念對5種植物的氮素利用特征進行了比較分析，從氮素利用角度為區域植被恢復的物種選擇提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 研究區概況

試驗地點選擇在鄂爾多斯準格爾旗圪秋溝(110°36′12.4″E，39°46′10.3″N)水土保持示范園區，屬中溫帶大陸性季風氣候，土壤類型有栗鈣土和黃土。全年光照充足，四季分明，無霜期短，降水少且時空分布極為不均，蒸發量大。年最高氣溫為38.3 ℃，最低氣溫為-30.9 ℃，年均氣溫6.2～8.7 ℃，無霜期148 d。年日照時數2 900～3 100 h，年平均降水量約400 mm，集中于7-9月，年均蒸發量2 093 mm。試驗地土壤全N、全P、全K、速效P、速效K含量分別是0.22 g/kg、0.81 g/kg、17.31 g/kg、0.37 mg/kg、106.77 mg/kg，有機質4.61 g/kg，pH值9.16。

1.2 試驗設計與處理

本研究選取了具有較高經濟價值的2種潛在適生外來引種植物掌葉大黃和雜交狼尾草，以及3種具有潛在恢復價值的本地種植物芨芨草、長柄扁桃、沙棘。其中掌葉大黃、雜交狼尾草和芨芨草為草本植物，長柄扁桃和沙棘為灌木。

試驗所選肥料為緩釋氮肥(多肽尿素)，由河南晉開化工投資控股集團有限公司生產，多肽尿素中添加了聚天冬氨酸，其里面含有肽鍵和羧基等活性基團，可以吸附土壤中的陽離子從而提高肥效20%以上，能提高土壤元素有效性，減少對環境的污染。

本研究采用田間試驗，根據當地土壤養分水平，結合農民施肥經驗設定4個施氮水平，分別為高(0.3 g N/kg風干土，NH)、中(0.2 g N/kg風干土，NM)、低(0.1 g N/kg風干土，NL)和對照(不施氮，N0)。試驗采用隨機區組設計，區組因素為5種植物，組內因素為不同氮素水平，每處理4個重復，共計80個植物個體。試驗測定因變量為植物個體生長表現與體內含氮量。

除雜交狼尾草是種子萌發種植外，其余4種植物采取移栽的方法。4月中旬種植雜交狼尾草，5月中旬本地種返青后，其余4種植物從野外試驗研究區選取形態一致的植株移栽于試驗地，移栽后保苗1個月。播種和移栽后，在試驗對象周圍使用尼龍紗籠(目數60)圍擋，以便及時收集枯落葉。施氮處理為6月18日定苗后和6月25日雨后分2次施加。

試驗初期于6月18日，選擇試驗地內未施氮組(N0)植物個體，根據其生長形態對每種植物的12株個體齊地面剪下帶回實驗室記錄相關特征，如株高、叢幅或基徑、分枝數或分孽數、葉片數和枝下高等，然后根據非試驗對象的相關指標擬合試驗對象的初始地上生物量和初始含氮量，擬合方法參見公式1～8。

試驗結束期，于10月1日，將每種植物的每個個體地上部分齊地面剪下，并采集枯落葉，貼好標簽，帶回實驗室稱量植物鮮重生物量和枯落葉重量。將采集好的各個植株個體的枯落葉和植株個體置烘箱內105 ℃殺青30 min，再在65 ℃下烘干至恒重，稱量干重和枯落葉干重。地上部分個體試驗結束期含氮量和枯落葉含氮量測定方法為：烘干粉碎過篩后，經H2SO4-H2O2消煮，凱氏定氮法測定。

1.3 數據處理

1.3.1 植物初始生物量與初始含氮量的估計不同植物種有不同的形態特征，根據植株高度、葉片數量、叢幅乘積、基徑、分枝數相關指標進行擬合計算初始生物量，再根據初始生物量擬合計算初始含氮量。

1)芨芨草 初始生物量擬合公式為：

Y1=-6.82874+0.02401X1+0.21866X2+0.04159X3，R2=0.63894、F=6.30887、P=0.02761

(1)

初始含氮量擬合公式為：

Y2=0.00639+0.00627Y1，R2=0.92936、F=119.41445、P=4.36067

(2)

2)掌葉大黃 初始生物量擬合公式為：

Y1=-7.49922+0.92162X1+1.90014X2-0.44544X3，R2=0.80887、F=13.69642、P=0.0043

(3)

初始含氮量擬合公式為：

Y2=0.01317+0.00141Y1，R2=0.45243、F=8.43629、P=0.01986

(4)

(1)、(2)、(3)、(4)式中，X1為植株高度、X2為葉片數量、X3為叢幅乘積；Y1是初始地上生物量，Y2是地上部初始含氮量。

3)長柄扁桃 初始生物量的擬合公式為：

Y1=-4.15004+0.04217X1+0.34546X2+0.07493X3，R2=0.33314、F=2.49867、P=0.15662

(5)

初始含氮量擬合公式為：

Y2=0.00482+0.0059Y1，R2=0.75476、F=28.69939、P=6.79967

(6)

4)沙棘 初始生物量的擬合公式為：

Y1=0.2198+0.04826X1+0.24039X2+0.20617X3，R2=0.31871、F=2.55937、P=0.13802

(7)

初始含氮量擬合公式為：

Y2=-0.00365+0.00875Y1，R2=0.93583、F=146.83307、P=7.08643

(8)

(5)、(6)、(7)、(8)式中，X1為植株高度、X2為基徑、X3為分枝數；Y1是初始地上生物量，Y2是地上部初始含氮量。

5)狼尾草 因為狼尾草采用的是種子萌發，初始生物量和含氮量與其他植物個體相比，趨近于零。

1.3.2 氮素利用相關指標的計算本研究目的是比較5種不同種類的植物在不同施氮水平下的氮素利用效率，因此可假定系統處于穩定狀態。根據氮素生產力的定義[22]，可知：

(9)

根據Berendse(1987)提出的NUE概念[22]，可知：

(10)

(11)

忽略因淋洗造成的氮損失，枯落葉含氮量表示為LN，單位為mg。

因氮素利用效率(NUE)為氮素生產力(NP)和平均滯留時間(MRT)的乘積，所以每株植物的NUE計算公式如下：

(12)

1.3.3 數據分析及處理本試驗使用Origin2018進行繪圖和擬合，使用DPS軟件進行方差齊性檢驗和方差分析。試驗中觀測變量，即因變量為個體生長水平、NUE、NP和MRT；自變量因素為施氮水平與植物種類。因變量數列使用Bartlett法進行方差齊性檢驗后，如方差不齊先進行對數變換，之后采用雙因素方差分析進行顯著性檢驗，對因變量影響顯著的自變量進行多重比較，多重比較采用Tukey檢驗法。

2 結果與分析

2.1 不同施氮水平下5種植物地上生物量的響應

5種植物生物量增加量對土壤氮水平具有不同的響應程度。由圖1可以看出，試驗期間5種植物在各施氮水平下形成的地上生物量有顯著差別，其中雜交狼尾草地上生物量增加量最大，均值為549.1013 g，沙棘次之均值為118.5346 g，掌葉大黃、芨芨草和長柄扁桃均值分別為32.2843、51.3418和39.6232 g。施氮處理中，5種植物在4種施氮水平下都表現出了不同的生物量增加量，中等施氮和高氮水平下，5種植物總體上在試驗期間形成的地上生物量顯著高于未施氮對照和低氮。處理因素中植物和土壤根際施氮水平對地上生物量的增加影響顯著，且二者對地上生物量形成具有顯著交互效應(表1)。

5種植物對土壤氮水平具有不同的響應程度。由圖2可以看出，試驗期間5種植物在各施氮水平下的株高增長量具有顯著差別，雜交狼尾草在試驗期間的株高增長量顯著高于其他5種植物，均值為95.2231 cm。在4種施氮處理中，5種植物的株高增長具有不同的表現，中等施氮和未施氮水平下，5種植物在試驗期間的株高增長量顯著高于低氮和高氮水平。處理因素中植物種類和土壤根際施氮水平對植物株高增長影響顯著，且二者對植物株高增長具有交互效應(表1)。

2.2 5種植物氮素利用對施氮處理的響應

5種植物對土壤的4種施氮水平具有不用的響應程度。由圖3可知，5種植物在各施氮水平下的氮素生產力存在差別。其中，雜交狼尾草的氮素生產力最大，均值為15.0732 g·g-1·d-1；掌葉大黃次之，均值為3.4265 g·g-1·d-1；芨芨草和沙棘的氮素生產力較小，均值分別為1.3827和1.8321 g·g-1·d-1；長柄扁桃的氮素生產力最小，均值為1.1126 g·g-1·d-1。在4種施氮處理中，多重比較結果顯示中等施氮處理對各植物的氮素生產力影響最大，然后依次為未施氮、高氮、低氮。處理因素中植物種類和土壤根際施氮水平對氮素生產力的影響顯著，且二者對氮素生產力的影響具有顯著的交互作用(表2)。

圖中上標小寫英文字母表示物種間或者施氮水平間 多重比較結果。下同圖1 不同施氮條件下5種植物的鮮重生物量增加量The superscript English letters are multi-comparison results. The same as belowFig.1 Fresh biomass increment of five plants under different nitrogen treatments

圖2 不同施氮條件下5種植物株高增長Fig.2 Height increment of five plants under different nitrogen treatments

表1 植物株高增長和生物量增長量對不同施氮處理的響應

圖3 不同施氮條件下5種植物氮素生產力Fig.3 Nitrogen productivity of five plants under different nitrogen application treatments

圖4 不同施氮條件下植物氮素平均滯留時間Fig.4 Nitrogen mean residence time of five plants under different nitrogen application treatments

由圖4可以看出，5種植物各施氮水平下的平均滯留時間具有顯著差別。長柄扁桃和沙棘的平均滯留時間最長，均值分別為667.6473 d和575.0195 d；其次為芨芨草，滯留時間均值為372.4092 d；掌葉大黃滯留時間均值為198.8143 d，雜交狼尾草的滯留時間最短均值為30.4224 d。施氮處理中，5種植物在4種氮水平下也表現出明顯的差異，5種植物的平均滯留時間在中等施氮水平下最大，其次為未施氮水平，低氮和高氮最小。植物種類和土壤根際施氮水平兩處理因素對平均滯留時間的影響顯著，且二者對平均滯留時間的影響同樣具有顯著的交互作用(表2)，說明5種植物對土壤施氮水平具有不同的響應程度。

圖5 不同施氮條件下5種植物氮素利用效率Fig.5 Nitrogen use efficiency of five plants under different nitrogen application treatments

由圖5可知，試驗期間5種植物在各施氮水平下的氮素利用效率有顯著差別。其中，沙棘、掌葉大黃和長柄扁桃的氮素利用效率較大，均值分別為1 546.1573、1 429.4521和1 389.7584 g·g-1，芨芨草和雜交狼尾草的氮素利用效率較小，均值分別為675.6539和731.0934 g·g-1。在4種施氮處理中，試驗植物的氮素利用效率也有顯著差異，中等施氮水平下氮素利用效率最高，其次分別為高氮水平和未施氮水平，低氮水平的氮素利用效率最低。植物種類和土壤根際施氮水平兩處理因素對氮素利用效率的影響顯著，且二者對氮素利用效率的影響具有顯著的交互作用(表2)，說明5種植物對土壤施氮水平具有不同的響應程度。

2.3 植物氮素利用中氮素生產力和平均滯留時間的權衡與種間差別

圖6顯示了5種植物在4個施氮水平下的氮素利用效率在其乘項構成因素NP和MRT之間呈雙曲線分布，植物在氮素利用上存在NP和MRT間的權衡。在影響氮素利用效率的兩個因素NP和MRT中，速生植物雜交狼尾草氮素利用效率受NP的影響較大，傾向于通過NP提高氮素利用效率。相反，本地種芨芨草和灌木植物長柄扁桃和沙棘等的氮素利用效率受MRT的影響較大，在氮素利用上較為保守。另外，同一種植物在NP-MRT和NUE的氣泡圖中相對集中，說明盡管施氮水平對5種植物的氮素利用效率有顯著影響，但同一種植物的氮素利用效率相對穩定，植物間氮素利用特征差別遠大于土壤氮環境等的影響。

表2 植物氮素生產力、氮素利用效率和平均滯留時間對不同施氮處理的響應

圖6 5種植物氮素利用在氮素生產力和平均 滯留時間間的權衡Fig.6 Trade-off bubble plot of nitrogen use efficiency between nitrogen productivity and mean residence time of plants

3 討 論

3.1 5種植物氮素利用效率的差異與評價

氮素是陸地生態系統中植物生長的主要影響因子，作為植物蛋白質的重要組成成分，氮素的吸收直接影響植物生物量的積累[27]。因此在陸地生態系統中，氮往往是植物生長的限制因子，植物為了提高對養分貧瘠生境的適應性，必須提高對所吸收氮素的利用效率[28]。在植物進化過程中，為了適應不同的生長環境，不同的植物種，不同的植物生活型，乃至同株植物的不同器官形成了各自不同的氮素利用效率[29]。本試驗通過設置4種施氮水平來探討5種不同植物種的氮素利用效率差異。結果表明5種植物在各施氮水平下氮素利用效率有明顯不同，數值由大到小排序為：沙棘>掌葉大黃>長柄扁桃>雜交狼尾草>芨芨草。5種植物種的氮素利用效率在4種施氮水平處理中也存在顯著差異，對4種施氮水平下植物的氮素利用效率進行多重比較后發現，砒砂巖區5個植物種的氮素利用效率均在中等施氮水平下最大。5種植物在4種氮水平下的NUE變化結果顯示，植物的氮素利用效率并不是隨著土壤根際氮素水平的提高而一直增加，而是在達到一定值后有所下降，該結果符合克勞斯曼營養指數，即在養分供應恒定的情況下，物種的氮利用效率會隨著養分供應的增加而增加，直至達到一定的養分供應量，然后下降[25]。從5種植物的生活型角度分析氮素利用效率差異，可以發現對于不同生活型植物，草本植物的NP高于灌木，而灌木具有較高的MRT，灌木相對于草本也具有較高的NUE，這與多名學者的研究結果保持一致[15]。

根據NUE的計算公式可以發現，N庫的大小對NUE至關重要，植物可以通過以下方式，維持和提高NUE：1)提高氮素回收轉移效率，可以同時提高氮素生產力和滯留時間；2)通過自身調節降低組織中的氮素濃度，適當增加C/N比，以提高氮素生產力；3)延長組織壽命，降低植物組織的更新速度，減少凋落物的量，增加氮素滯留時間；4)通過物質、能量投入在組件間的再分配，如減少徒長等，降低凋落物占比，增加生長季內氮素生產力和滯留時間。

3.2 五種植物氮素利用的策略

為了更好地了解植物的不同氮素利用策略，Berendse和Aerts將NUE進一步分解為氮素生產力(nitrogen productivity，NP)和氮素滯留時間(mean residence time，MRT)兩部分的乘積[22]。NP反映的是植物的迅速生長策略，它的大小取決于植物個體本身的光合利用效率和氮素在植物體不同組織內部的分配情況[25]。MRT反映了植物的養分保持策略，它的值與氮素回收效率和植物組織的壽命有關[30-31]。大量的研究結果表明[19,32-34]，不同植物種的NP和MRT之間存在權衡關系，這種權衡關系反映了植物對不同養分生境的適應策略。

基于此對砒砂巖區鄉土種和外來種共5種植物NUE的組成參數NP、MRT進行研究分析，結果表明：5種植物在不同的氮水平下有不同的氮素利用策略。速生植物雜交狼尾草氮素利用效率在NP與MRT的權衡中受NP的影響較大，該植物種為了適應貧瘠的養分生境，可通過提高NP來提高氮素利用效率。本地種芨芨草、灌木類植物長柄扁桃和沙棘的氮素利用效率在NP與MRT的權衡中受MRT的影響較大，在適應貧瘠的養分生境時傾向于提高MRT來提高NUE的氮素利用策略。掌葉大黃在NP和MRT的權衡中，沒有表現出明顯的傾向性，Hiremath[35]對3種木本植物(Cedrelaodorata,Cordiaalliodora和HyeronimaalchorneoidesAllemao)氮素利用效率差異的研究中也沒有發現這種規律，造成這種現象的可能原因是：1)研究對象不同，每種植物有著不用的生理特性，需要細化討論與實驗；試驗條件不同，例如有的是室內試驗，有的是在野外。2)參數計算方法不同，不同的學者基于不同的實驗目的采用的計算參數也不同。計算公式本身就存在一定的相關性，本研究是根據植物地上部分來計算NUE的，可能與整株計算存在差異。3)NP和MRT的關系并非直接相關，可能是受其他相關關系調控的間接關系。例如，MRT與葉片壽命呈正相關，NP與MRT的值還與植株個體的大小有關。4)氮素對植物生長表現的影響不是單一獨立的，還與磷、碳、鉀等其他養分之間的相互作用存在一定的關系。植物的氮素利用效率研究是一個比較復雜的問題，如果想進一步的探討可通過更為細化的實驗進行比較分析。

3.3 因地制宜地選擇植被恢復的植物種類

山侖等認為在治理水土流失時最有效措施必須以草先行，因為草本植物具有繁殖快、成活率高和適應性強的特點，所以先種草控制水土流失，提高土壤肥力，為之后灌木的生長提供良好的土壤環境[36]。對于砒砂巖的治理，植被恢復是迅速恢復生態系統功能，治理水土流失，改善土壤養分環境的主要措施。砒砂巖區植被恢復重建中選擇適宜的植物種是砒砂巖區治理成功的第一步。在進行植被恢復引種工作時，可根據當地土地利用類型、土壤養分條件和現存植被狀況等因素，因地制宜地進行引種，或人工施肥干預等方式方法促進植被恢復。建議：1)在土壤養分相對貧瘠且不適于人工干預施肥處理的情況下，可優先考慮長柄扁桃和沙棘，這2種植物的養分滯留時間較長，養分在植物體內周轉效率高，能適應較貧瘠的環境。2)進行人工干預施氮處理時，可依據當地的氮素貧瘠程度，適度施氮以提高氮素利用，有助于提高土壤質量和土壤肥力。3)新近撂荒地土壤肥力尚可，但現存植被狀況較差，可優先選擇速生植物種雜交狼尾草。該植物是草本植物，有較高的氮素生產力，易生長可作為先鋒物種引種，成功引種后可以起到改善群落環境，改良土壤理化性質和提高土壤養分水分等作用。選擇合適的植物種類只是植被恢復的開始，還應考慮不同植物種之間的合理配置才能起到更好的生態水土保持效益。根據土壤養分條件，除應進行適當人為施氮干預促進恢復外，還應綜合考慮除氮素外的其他養分限制，如碳、磷和其他微量元素等。

4 結 論

本試驗基于砒砂巖區植被恢復物種選擇中存在物種選擇不當和土壤養分貧瘠限制植物生長的問題，通過比較分析砒砂巖區具有潛在水土保持生態經濟效益的5種植物的氮素利用效率等特征的差異，探討了植物氮素利用方面在氮素生產力和體內平均滯留時間的權衡。結果認為：總體上，灌木類植物種沙棘和長柄扁桃具有較高的氮素利用效率，即便在低氮和未施氮對照中也具有較高的氮素利用效率，較為耐貧瘠，在氮素利用策略上主要通過滯留時間來維持和提高氮素利用效率，因此，在砒砂巖區植被恢復物種選擇上，建議在低氮生境中栽植長柄扁桃和沙棘；作為速生植物種的雜交狼尾草，具有較高的氮素利用生產力，可以作為先鋒物種引種，在溝谷、河階地，或人為施氮地等高氮生境中種植。在人工施氮干預方面，中等施氮水平下各植物種的氮素利用效率最大，5種植物的個體生長表現也最好，在施氮水平上，對土壤養分較為貧瘠的土地，將施氮量控制在中等施氮水平。