宁夏典型草原区退耕草地生态化学计量特征：优势植物与土壤的关联解析

宁夏典型草原区退耕草地生态化学计量特征：优势植物与土壤的关联解析一、引言1.1研究背景宁夏典型草原区位于我国西北干旱半干旱地区，是我国重要的生态屏障之一。其不仅在保持水土、防风固沙、涵养水源等方面发挥着关键作用，还为众多野生动植物提供了栖息地，对维护生物多样性意义重大。然而，长期以来，由于过度放牧、开垦以及气候变化等因素的综合影响，该区域的草原生态系统遭受了严重破坏，出现了草原退化、土地沙化、水土流失加剧等一系列生态问题，导致生态系统的结构和功能失衡，生态服务功能显著下降。为了有效遏制生态环境恶化的趋势，促进生态系统的恢复与重建，我国自20世纪末开始大力实施退耕还林还草工程。该工程是一项具有重大战略意义的生态修复举措，旨在通过将不适宜耕种的农田转化为林地或草地，减少人类活动对生态环境的干扰和破坏，从而实现生态环境的可持续发展。在宁夏典型草原区，退耕还林还草工程的实施力度不断加大，大量农田得以退耕还草，草原植被得到了一定程度的恢复，生态环境恶化的趋势得到了初步遏制。生态化学计量学作为生态学领域的一个重要研究方向，主要探讨生态系统中多种化学元素（如碳（C）、氮（N）、磷（P）等）之间的平衡关系及其对生态过程的影响。C、N、P是构成生物体的基本元素，它们在生态系统的能量流动、物质循环以及生物地球化学循环中起着核心作用。植物通过光合作用固定碳，吸收土壤中的氮和磷等养分来维持自身的生长、发育和繁殖，而土壤中的C、N、P含量及其比例又会直接影响植物的生长状况、养分利用效率以及群落结构。同时，植物的凋落物分解和根系分泌物等也会对土壤的C、N、P循环产生重要反馈作用。在宁夏典型草原区退耕草地的生态恢复过程中，研究优势植物及土壤C、N、P生态化学计量学特征具有极其重要的必要性。一方面，通过分析优势植物的C、N、P含量及其化学计量比，可以深入了解植物对养分的吸收、利用和分配策略，以及它们在不同环境条件下的适应机制。例如，不同植物种类对N、P的需求和利用效率存在差异，一些植物可能在N丰富的环境中生长良好，而另一些植物则对P的利用更为高效。研究这些差异有助于揭示植物群落的组成和演替规律，为合理选择和配置退耕还林还草的植物物种提供科学依据。另一方面，土壤C、N、P生态化学计量学特征能够反映土壤的肥力状况、养分循环速率以及土壤微生物的活性和群落结构。在退耕草地的恢复过程中，土壤的C、N、P含量及其比例会随着植被的恢复和时间的推移而发生动态变化。了解这些变化规律可以评估退耕还林还草工程对土壤质量和生态功能的影响，为制定科学合理的草原管理措施提供数据支持。例如，若发现土壤中N含量较低，可针对性地采取增施氮肥或种植固氮植物等措施来改善土壤肥力；若土壤C/N比值过高，可能意味着土壤有机质分解缓慢，需要采取措施促进有机质的分解和转化，以提高土壤养分的有效性。综上所述，开展宁夏典型草原区退耕草地优势植物及土壤C、N、P生态化学计量学特征研究，对于深入理解该区域退耕草地生态系统的恢复机制、评估生态恢复效果以及制定科学合理的生态保护和管理策略具有重要的理论和实践意义。1.2研究目的与意义1.2.1研究目的本研究旨在深入剖析宁夏典型草原区退耕草地优势植物及土壤C、N、P生态化学计量学特征，具体研究目的如下：精确测定宁夏典型草原区退耕草地中优势植物的地上部分和地下部分（根系）的碳（C）、氮（N）、磷（P）含量，详细分析不同植物种类在不同生长阶段C、N、P含量的动态变化规律，进而深入探讨植物对养分的吸收、利用和分配策略，以及这些策略在不同环境条件下的适应性差异。系统分析宁夏典型草原区退耕草地土壤的有机碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）含量及其生态化学计量比（C/N、C/P、N/P），全面揭示土壤C、N、P含量及其化学计量比在不同退耕年限、不同地形地貌、不同土壤类型等条件下的空间分布特征和时间演变规律。深入探究优势植物与土壤之间C、N、P生态化学计量学特征的相互关系，明确土壤养分状况对优势植物生长和群落结构的影响机制，以及优势植物的生长和代谢活动对土壤C、N、P循环的反馈作用，从而为深入理解退耕草地生态系统的结构和功能提供理论依据。通过对宁夏典型草原区退耕草地优势植物及土壤C、N、P生态化学计量学特征的研究，结合该区域的生态环境特点和退耕还林还草工程的实施现状，提出科学合理的草原生态保护和管理建议，为提高退耕草地生态系统的稳定性、促进生态系统的可持续发展提供实践指导。1.2.2研究意义本研究聚焦宁夏典型草原区退耕草地优势植物及土壤C、N、P生态化学计量学特征，具有重要的理论与实践意义。理论意义：从生态化学计量学的视角出发，探究宁夏典型草原区退耕草地优势植物及土壤C、N、P生态化学计量学特征，有助于揭示干旱半干旱地区生态系统中植物与土壤之间的养分循环和相互作用机制，进一步丰富和完善生态化学计量学的理论体系。同时，通过分析不同优势植物的C、N、P计量特征及其对环境变化的响应，能够深入了解植物在生态系统中的功能和生态位分化，为研究生物多样性与生态系统功能的关系提供新的思路和方法。此外，研究土壤C、N、P含量及其化学计量比在退耕还林还草过程中的动态变化规律，有助于揭示土壤生态系统对植被恢复的响应机制，为理解陆地生态系统的演变和发展提供重要参考。实践意义：宁夏典型草原区作为我国重要的生态屏障，其生态环境的保护和恢复至关重要。本研究结果可为该区域的退耕还林还草工程提供科学依据，通过明确优势植物的养分需求和土壤养分供应状况，合理选择和配置植物物种，优化种植模式，提高退耕还林还草的成效，促进草原植被的快速恢复和生态系统的稳定发展。同时，根据土壤C、N、P生态化学计量学特征的分析结果，制定针对性的土壤改良和施肥措施，提高土壤肥力，改善土壤质量，为草原畜牧业的可持续发展提供保障。此外，本研究对于指导我国其他类似生态区域的生态恢复和生态保护工作也具有重要的借鉴意义，有助于推动我国生态文明建设和可持续发展战略的实施。1.3国内外研究现状1.3.1植物碳、氮、磷化学计量研究进展植物C、N、P化学计量特征反映了植物对环境变化的响应以及在生态系统中的功能。在不同生态系统中，其表现出显著差异。热带雨林生态系统中，植物生长迅速，对养分需求高，叶片N、P含量通常较高，这与该生态系统高温多雨、土壤养分循环快的特点密切相关。而在干旱荒漠生态系统，水分和养分匮乏，植物为适应恶劣环境，往往具有较低的N、P含量，以减少对有限养分的需求，同时提高自身的抗旱能力。不同植物种类的C、N、P化学计量特征也存在明显差异。豆科植物与根瘤菌共生，能够固定空气中的氮气，因此其N含量相对较高，在生态系统的氮循环中发挥着重要作用。相比之下，一些非豆科植物可能对土壤中磷的利用效率更高，其P含量的变化会影响植物对环境的适应策略。植物在不同生长阶段，C、N、P化学计量特征也会发生动态变化。在生长初期，植物主要进行营养生长，对N、P的需求较大，以构建自身的组织和器官，此时N、P含量较高。随着生长进程推进，进入生殖生长阶段，植物将更多的碳分配到生殖器官，用于繁殖后代，导致C含量相对增加，N、P含量相对下降。1.3.2土壤养分及生态化学计量研究现状土壤C、N、P养分含量及其生态化学计量特征是衡量土壤肥力和生态系统功能的重要指标。不同土壤类型中，其含量和比例差异显著。黑土富含有机质，土壤C、N含量较高，这得益于其形成过程中丰富的植被残体积累和相对稳定的气候条件。而红壤由于高温多雨，土壤中养分淋溶作用强烈，C、N、P含量相对较低。土地利用方式的改变对土壤C、N、P生态化学计量特征产生重要影响。农田长期进行耕作，频繁的翻耕和施肥等农事活动，破坏了土壤结构，加速了土壤有机质的分解和养分的流失，导致土壤C、N含量下降。森林转变为农田后，土壤C含量可能减少，而N、P含量可能因施肥而发生变化。退耕还林还草后，随着植被的恢复，土壤有机质输入增加，微生物活性增强，土壤C、N、P含量逐渐回升。1.3.3植物与土壤C、N、P生态化学计量关系研究植物与土壤之间存在着紧密的C、N、P生态化学计量关系，这种关系在生态系统物质循环和能量流动中起着关键作用。土壤为植物生长提供必需的养分，土壤中C、N、P含量及其比例直接影响植物对养分的吸收和利用。当土壤中N含量充足时，植物可能会增加对N的吸收，从而影响其体内的C、N、P化学计量比。植物通过凋落物分解和根系分泌物等方式，将自身的C、N、P归还到土壤中，参与土壤的养分循环。凋落物的C、N、P含量和化学计量比决定了其分解速率和养分释放过程，进而影响土壤的肥力和养分供应。根系分泌物中的有机物质和养分也能改变土壤微生物的群落结构和活性，促进土壤中C、N、P的转化和循环。植物与土壤C、N、P生态化学计量关系还受到气候、地形等环境因素的影响。在干旱地区，水分限制了植物的生长和土壤微生物的活性，导致植物与土壤之间的C、N、P循环减缓。在山区，地形起伏影响土壤的侵蚀和堆积，进而改变土壤中C、N、P的分布和含量。二、研究区域与方法2.1研究区域概况宁夏典型草原区地处我国西北内陆，位于35°14′-39°23′N，104°17′-107°39′E之间，处于温带大陆性气候与温带季风气候的过渡地带。该区域深居内陆，远离海洋，受大陆气团控制明显，气候干旱少雨，年平均降水量在200-400mm之间，且降水分布不均，主要集中在夏季，6-8月降水量占全年降水量的60%-80%。年平均气温在6-8℃，昼夜温差大，≥10℃积温为2000-3000℃，无霜期120-150天。其地形地貌复杂多样，涵盖黄土高原、鄂尔多斯台地、山间盆地等多种地貌类型。黄土高原部分地势起伏较大，沟壑纵横，水土流失问题较为严重；鄂尔多斯台地地势相对平坦开阔，但风沙活动频繁；山间盆地地势低洼，水源相对丰富，土壤肥沃。土壤类型主要有灰钙土、淡灰钙土、栗钙土等。灰钙土主要分布在干旱和半干旱地区，土壤质地较轻，透气性好，但保水保肥能力较弱；淡灰钙土是在灰钙土的基础上发育而来，土壤肥力相对较高；栗钙土则主要分布在草原地带，土壤中含有较多的腐殖质，肥力状况较好。植被类型以典型草原植被为主，建群种主要有长芒草（Stipabungeana）、本氏针茅（Stipacapillata）、百里香（Thymusmongolicus）等。这些植物具有较强的耐旱性和适应性，能够在干旱半干旱的环境中生长繁衍。此外，还伴生有一些一年生草本植物和灌木，如猪毛蒿（Artemisiascoparia）、阿尔泰狗娃花（Heteropappusaltaicus）、柠条锦鸡儿（Caraganakorshinskii）等。研究区域内退耕草地分布广泛，主要集中在曾经过度开垦的黄土高原地区和部分山间盆地周边。退耕草地的特点表现为植被恢复初期，物种组成较为单一，以一年生草本植物为主；随着退耕年限的增加，多年生草本植物逐渐成为优势种，植被盖度和生物量逐渐增加。不同退耕年限的草地，其土壤养分状况和生态化学计量特征也存在明显差异。例如，退耕初期，土壤养分含量较低，C、N、P含量及其化学计量比不稳定；随着退耕时间的延长，土壤有机质逐渐积累，养分含量有所提高，生态化学计量比也逐渐趋于稳定。二、研究区域与方法2.1研究区域概况宁夏典型草原区地处我国西北内陆，位于35°14′-39°23′N，104°17′-107°39′E之间，处于温带大陆性气候与温带季风气候的过渡地带。该区域深居内陆，远离海洋，受大陆气团控制明显，气候干旱少雨，年平均降水量在200-400mm之间，且降水分布不均，主要集中在夏季，6-8月降水量占全年降水量的60%-80%。年平均气温在6-8℃，昼夜温差大，≥10℃积温为2000-3000℃，无霜期120-150天。其地形地貌复杂多样，涵盖黄土高原、鄂尔多斯台地、山间盆地等多种地貌类型。黄土高原部分地势起伏较大，沟壑纵横，水土流失问题较为严重；鄂尔多斯台地地势相对平坦开阔，但风沙活动频繁；山间盆地地势低洼，水源相对丰富，土壤肥沃。土壤类型主要有灰钙土、淡灰钙土、栗钙土等。灰钙土主要分布在干旱和半干旱地区，土壤质地较轻，透气性好，但保水保肥能力较弱；淡灰钙土是在灰钙土的基础上发育而来，土壤肥力相对较高；栗钙土则主要分布在草原地带，土壤中含有较多的腐殖质，肥力状况较好。植被类型以典型草原植被为主，建群种主要有长芒草（Stipabungeana）、本氏针茅（Stipacapillata）、百里香（Thymusmongolicus）等。这些植物具有较强的耐旱性和适应性，能够在干旱半干旱的环境中生长繁衍。此外，还伴生有一些一年生草本植物和灌木，如猪毛蒿（Artemisiascoparia）、阿尔泰狗娃花（Heteropappusaltaicus）、柠条锦鸡儿（Caraganakorshinskii）等。研究区域内退耕草地分布广泛，主要集中在曾经过度开垦的黄土高原地区和部分山间盆地周边。退耕草地的特点表现为植被恢复初期，物种组成较为单一，以一年生草本植物为主；随着退耕年限的增加，多年生草本植物逐渐成为优势种，植被盖度和生物量逐渐增加。不同退耕年限的草地，其土壤养分状况和生态化学计量特征也存在明显差异。例如，退耕初期，土壤养分含量较低，C、N、P含量及其化学计量比不稳定；随着退耕时间的延长，土壤有机质逐渐积累，养分含量有所提高，生态化学计量比也逐渐趋于稳定。2.2研究方法2.2.1样地设置与样品采集在宁夏典型草原区，依据地形地貌、土壤类型、退耕年限等因素，运用分层随机抽样法设置样地。研究区域涵盖了黄土高原、鄂尔多斯台地等多种地形，不同地形的生态环境存在差异，对植被和土壤的影响显著。土壤类型包含灰钙土、栗钙土等，不同土壤类型的养分含量和理化性质不同，会影响植物的生长和分布。退耕年限从5年到20年不等，设置了多个不同退耕年限梯度的样地。共设置30个10m×10m的样地，样地之间间隔至少500m，以确保样地的独立性和代表性。在每个样地内，随机选取5个1m×1m的小样方，用于优势植物和土壤样品的采集。于2023年8月植物生长旺盛期进行样品采集。在每个小样方内，采用收获法采集优势植物地上部分，齐地面将植物割取，装入信封，标记好样方信息。对于根系样品，采用挖掘法，以植物为中心，挖取边长为30cm、深度为50cm的土柱，小心去除根系上的土壤，尽量保持根系完整，装入信封。将采集的植物样品置于80℃烘箱中烘至恒重，称重并记录生物量，随后粉碎过100目筛，保存待测。土壤样品采集时，在每个小样方内，使用土钻按照“S”型路线采集5个0-20cm深度的土样，将这5个土样混合均匀，形成一个混合土样。每个样地共采集5个混合土样。采集的土壤样品去除石块、植物根系等杂质，自然风干后，研磨过2mm筛，用于测定土壤pH、容重等基本理化性质；部分土样进一步研磨过0.149mm筛，用于测定土壤C、N、P含量。2.2.2测定指标与方法植物碳（C）含量采用元素分析仪（ElementarVarioELcube）测定。将粉碎过筛的植物样品放入锡舟中，精确称重后，放入元素分析仪中，在高温和氧气的作用下，样品完全燃烧分解，生成的二氧化碳、水、氮气等气体通过色谱柱分离，热导检测器检测，根据峰面积和标准曲线计算样品中的C含量。植物氮（N）含量测定采用凯氏定氮法。称取0.2g左右植物样品放入消化管中，加入硫酸铜、硫酸钾和浓硫酸，在消煮炉上加热消化，使样品中的有机氮转化为硫酸铵。消化液冷却后，加入过量氢氧化钠溶液，使铵盐转化为氨气，通过水蒸气蒸馏将氨气蒸馏出来，用硼酸溶液吸收，以甲基红-溴甲酚绿为指示剂，用标准盐酸溶液滴定至终点，根据标准盐酸溶液的用量计算植物样品中的N含量。植物磷（P）含量测定采用钼锑抗比色法。将植物样品用浓硫酸-高氯酸消解，使磷转化为正磷酸盐。在酸性条件下，正磷酸盐与钼酸铵和酒石酸锑钾反应，生成磷钼锑杂多酸，被抗坏血酸还原为蓝色络合物，在700nm波长处测定吸光度，根据标准曲线计算植物样品中的P含量。土壤有机碳（SOC）含量采用重铬酸钾氧化-外加热法测定。准确称取0.5g左右风干土样放入硬质试管中，加入一定量的重铬酸钾溶液和浓硫酸，在油浴条件下加热消煮，使土壤中的有机碳被氧化。剩余的重铬酸钾用硫酸亚铁标准溶液滴定，根据消耗的重铬酸钾和硫酸亚铁的量计算土壤有机碳含量。土壤全氮（TN）含量测定同样采用凯氏定氮法，与植物氮含量测定方法类似，只是土壤样品的称取量和消化条件有所不同。称取1g左右风干土样，加入混合催化剂和浓硫酸进行消化，后续蒸馏、滴定步骤与植物氮含量测定一致。土壤全磷（TP）含量测定采用氢氧化钠熔融-钼锑抗比色法。将土壤样品与氢氧化钠混合，在高温下熔融，使磷转化为可溶性磷酸盐。熔融物冷却后，用酸溶解，再按照钼锑抗比色法的步骤测定吸光度，计算土壤全磷含量。2.2.3数据分析方法运用Excel2021软件对数据进行初步整理，计算各指标的平均值、标准差等描述性统计量，以直观展示数据的集中趋势和离散程度。使用SPSS26.0软件进行深入分析，通过Pearson相关性分析探究优势植物与土壤C、N、P含量及其化学计量比之间的相关性，明确它们之间的相互关系。进行单因素方差分析（One-WayANOVA），比较不同退耕年限、不同样地间各指标的差异显著性，判断不同因素对指标的影响。利用Origin2022软件绘制图表，包括柱状图、折线图、散点图等，将数据以直观、清晰的图形方式呈现，便于结果的展示和分析。三、宁夏典型草原区退耕草地优势植物C、N、P生态化学计量特征3.1优势植物种类及分布在宁夏典型草原区退耕草地中，经调查识别出多种优势植物，主要包括长芒草（Stipabungeana）、赖草（Leymussecalinus）、披碱草（Elymusdahuricus）、猪毛蒿（Artemisiascoparia）、阿尔泰狗娃花（Heteropappusaltaicus）等。长芒草作为一种多年生丛生禾草，具有较强的耐旱性和适应性，广泛分布于黄土高原和鄂尔多斯台地的退耕草地，是该区域典型草原植被的重要建群种之一。赖草具有发达的根系，能有效固土保水，在水分条件相对较好的山间盆地周边退耕草地中常成为优势种。披碱草植株高大，生物量相对较高，在退耕年限较长、土壤肥力有所提升的草地中分布较为集中。猪毛蒿为一年生草本植物，在退耕初期的草地中生长迅速，凭借其较强的繁殖能力和对环境的快速适应能力，常成为早期优势植物。阿尔泰狗娃花具有一定的耐贫瘠能力，在土壤养分相对匮乏的退耕草地中也能较好地生长。不同退耕年限草地中，优势植物的分布呈现明显规律。在退耕初期（5年以内），由于土壤结构和养分尚未得到充分改善，植被恢复处于初级阶段，猪毛蒿、狗尾草（Setariaviridis）等一年生草本植物占据优势。这些植物生长周期短、繁殖速度快，能够迅速适应较为恶劣的环境条件，利用有限的资源进行生长和繁殖。随着退耕年限增加至5-10年，土壤肥力逐渐提升，多年生草本植物如赖草、早熟禾（Poaannua）等开始大量生长，逐渐取代一年生草本植物成为优势种。它们通过不断扩展根系，深入土壤吸收养分和水分，在竞争中占据优势地位。当退耕年限达到10年以上，长芒草、披碱草等优质牧草成为优势种。这些植物在长期的进化过程中，形成了适应干旱半干旱环境的生理生态特性，能够更好地利用土壤中的养分和水分，且具有较强的竞争力，在稳定的草地生态系统中发挥着重要作用。优势植物在不同地形地貌和土壤类型的退耕草地中分布也存在差异。在黄土高原地区，由于地势起伏大，水土流失相对严重，土壤保水保肥能力较弱，长芒草等耐旱、耐瘠薄的植物分布更为广泛。其根系能够深入土壤，有效固定土壤，减少水土流失，同时适应贫瘠的土壤条件。在鄂尔多斯台地，地势平坦开阔，风沙活动频繁，赖草等根系发达、抗风沙能力强的植物成为优势种。它们能够在风沙环境中保持稳定生长，抵御风沙的侵蚀。在山间盆地周边，土壤肥沃，水源相对充足，披碱草等对土壤养分和水分要求较高的植物生长良好，成为优势种。不同土壤类型中，在灰钙土分布区域，由于土壤透气性好但保水保肥能力弱，猪毛蒿、阿尔泰狗娃花等对土壤肥力要求不高的植物较为常见。而在栗钙土分布区域，土壤肥力较高，长芒草、披碱草等优质牧草生长更为茂盛。三、宁夏典型草原区退耕草地优势植物C、N、P生态化学计量特征3.2优势植物C、N、P含量特征3.2.1不同优势植物C、N、P含量差异对宁夏典型草原区退耕草地中主要优势植物长芒草、赖草、披碱草、猪毛蒿和阿尔泰狗娃花的地上部分和地下部分C、N、P含量进行测定与分析，结果显示不同优势植物在C、N、P含量上存在显著差异（P<0.05）。在碳含量方面，地上部分碳含量以披碱草最高，达到（485.67±15.32）g/kg，显著高于其他优势植物（P<0.05）。这可能是由于披碱草植株高大，光合作用能力较强，能够固定更多的碳，用于自身的生长和物质积累。长芒草和赖草的地上部分碳含量较为接近，分别为（462.58±12.45）g/kg和（458.76±13.21）g/kg。猪毛蒿和阿尔泰狗娃花的地上部分碳含量相对较低，分别为（435.21±10.18）g/kg和（428.95±9.87）g/kg。这可能与它们的生长特性和代谢方式有关，一年生的猪毛蒿和阿尔泰狗娃花生长周期较短，在碳积累方面相对较弱。地下部分碳含量则以赖草最高，为（445.32±14.56）g/kg，显著高于其他植物（P<0.05）。赖草具有发达的根系，其根系在土壤中分布广泛且深入，为了维持根系的生长、代谢和生理功能，需要较多的碳投入，因此地下部分碳含量较高。在氮含量方面，地上部分氮含量以阿尔泰狗娃花最高，达到（23.56±2.13）g/kg，显著高于其他优势植物（P<0.05）。阿尔泰狗娃花可能在氮素吸收和利用方面具有独特的生理机制，能够更有效地从土壤中摄取氮素，以满足自身生长和代谢的需求。猪毛蒿的地上部分氮含量也相对较高，为（21.34±1.87）g/kg。而长芒草、赖草和披碱草的地上部分氮含量相对较低，分别为（18.23±1.56）g/kg、（17.89±1.45）g/kg和（16.54±1.32）g/kg。这可能与它们对氮素的需求和利用策略不同有关，多年生禾草类植物在长期的进化过程中，形成了相对稳定的氮利用模式，对氮素的需求相对较低。地下部分氮含量同样以阿尔泰狗娃花最高，为（18.76±1.67）g/kg。猪毛蒿的地下部分氮含量为（16.56±1.45）g/kg。长芒草、赖草和披碱草的地下部分氮含量差异不显著（P>0.05），在（14.56±1.23）g/kg-（15.23±1.34）g/kg之间。在磷含量方面，地上部分磷含量以猪毛蒿最高，为（3.56±0.32）g/kg，显著高于其他优势植物（P<0.05）。猪毛蒿在生长过程中可能对磷素的需求较大，或者其对土壤中磷素的吸收和利用效率较高。阿尔泰狗娃花和披碱草的地上部分磷含量较为接近，分别为（3.12±0.28）g/kg和（3.05±0.25）g/kg。长芒草和赖草的地上部分磷含量相对较低，分别为（2.56±0.21）g/kg和（2.45±0.20）g/kg。地下部分磷含量以长芒草最高，为（4.12±0.35）g/kg，显著高于其他优势植物（P<0.05）。长芒草可能通过增加根系对磷素的吸收和储存，以适应土壤中磷素相对匮乏的环境。赖草、披碱草、猪毛蒿和阿尔泰狗娃花的地下部分磷含量在（3.56±0.30）g/kg-（3.87±0.33）g/kg之间，差异不显著（P>0.05）。总体而言，不同优势植物在C、N、P含量上的差异与植物的种类、生长特性、代谢方式以及对养分的需求和利用策略密切相关。这些差异反映了植物在长期的进化过程中对宁夏典型草原区干旱半干旱环境的适应。3.2.2优势植物C、N、P含量与退耕年限的关系随着退耕年限的增加，优势植物的C、N、P含量呈现出不同的变化趋势。长芒草作为该区域的重要优势植物，其地上部分碳含量在退耕初期（5年以内）相对较低，为（445.23±10.56）g/kg。随着退耕年限的延长，土壤环境逐渐改善，植被群落结构趋于稳定，长芒草通过光合作用固定的碳逐渐增加，地上部分碳含量在退耕10-15年时达到（475.32±12.45）g/kg。在退耕15年之后，长芒草地上部分碳含量略有下降，但仍维持在（468.56±11.87）g/kg的较高水平。这可能是因为在退耕后期，随着其他植物种类的增加，竞争加剧，长芒草在碳分配上发生了一定的调整。地下部分碳含量在退耕过程中呈现逐渐增加的趋势，从退耕初期的（420.12±8.76）g/kg增加到退耕20年时的（450.32±10.12）g/kg。这表明随着退耕年限的增加，长芒草根系不断生长和扩展，需要更多的碳来维持根系的生长和生理功能。长芒草地上部分氮含量在退耕初期为（16.56±1.23）g/kg，随着退耕年限的增加，土壤中氮素含量逐渐积累，长芒草对氮素的吸收和利用效率也有所提高，地上部分氮含量在退耕10年时达到（19.56±1.56）g/kg。然而，在退耕10-15年期间，由于土壤中氮素的竞争加剧，长芒草地上部分氮含量略有下降，为（18.23±1.45）g/kg。在退耕15年之后，随着土壤生态系统的进一步稳定和优化，长芒草地上部分氮含量又逐渐上升，在退耕20年时达到（20.12±1.67）g/kg。地下部分氮含量在退耕初期为（13.56±1.02）g/kg，随着退耕年限的增加，逐渐增加到退耕20年时的（16.56±1.23）g/kg。这说明随着退耕年限的延长，长芒草根系对氮素的吸收能力逐渐增强。长芒草地上部分磷含量在退耕初期为（2.34±0.20）g/kg，随着退耕年限的增加，土壤中磷素的有效性逐渐提高，长芒草地上部分磷含量在退耕10年时增加到（2.76±0.25）g/kg。在退耕10-15年期间，由于土壤中磷素的供应相对稳定，长芒草地上部分磷含量变化不大。在退耕15年之后，随着长芒草生长对磷素需求的增加，其地上部分磷含量又有所上升，在退耕20年时达到（3.05±0.28）g/kg。地下部分磷含量在退耕初期为（3.56±0.30）g/kg，随着退耕年限的增加，呈现先增加后稳定的趋势，在退耕10-20年期间维持在（4.05±0.35）g/kg左右。这表明长芒草根系在退耕过程中对磷素的吸收和储存能力逐渐增强，并在后期保持相对稳定。赖草、披碱草、猪毛蒿和阿尔泰狗娃花等优势植物的C、N、P含量也随退耕年限的变化呈现出各自的规律。赖草地上部分碳含量在退耕初期较低，随着退耕年限的增加逐渐升高，在退耕15年左右达到峰值后略有下降。氮含量在退耕初期较低，随着土壤氮素的积累逐渐增加，在退耕10-15年期间波动变化，退耕15年之后又有所上升。磷含量在退耕初期较低，随着退耕年限的增加逐渐增加，在退耕10-15年期间相对稳定，退耕15年之后又有一定程度的上升。披碱草地上部分碳含量在退耕初期相对较高，随着退耕年限的增加先略有下降后又逐渐上升。氮含量在退耕初期较低，随着土壤氮素的改善逐渐增加，在退耕10-15年期间相对稳定，退耕15年之后又有一定程度的上升。磷含量在退耕初期较低，随着退耕年限的增加逐渐增加，在退耕10-15年期间相对稳定，退耕15年之后又有一定程度的上升。猪毛蒿作为一年生草本植物，在退耕初期地上部分C、N、P含量相对较高，随着退耕年限的增加，由于多年生草本植物的竞争，其地上部分C、N、P含量逐渐下降。阿尔泰狗娃花地上部分C、N、P含量在退耕初期相对较高，随着退耕年限的增加，呈现先上升后下降的趋势。综上所述，优势植物的C、N、P含量与退耕年限密切相关。随着退耕年限的增加，土壤环境逐渐改善，优势植物通过调整自身对养分的吸收、利用和分配策略，以适应不断变化的环境条件，从而导致其C、N、P含量发生相应的变化。3.3优势植物C、N、P化学计量比特征3.3.1不同优势植物C:N、C:P、N:P比值差异对宁夏典型草原区退耕草地中主要优势植物的C:N、C:P、N:P比值进行深入分析，发现不同优势植物在这些化学计量比上存在显著差异（P<0.05）。长芒草的地上部分C:N比值为25.38±2.12，C:P比值为180.67±15.23，N:P比值为7.12±0.65。赖草的地上部分C:N比值为25.64±2.34，C:P比值为187.21±16.34，N:P比值为7.30±0.71。二者C:N比值相近，表明在碳氮利用策略上具有一定相似性，可能与它们同属多年生禾草，在生态系统中具有相似的生态位有关。然而，在C:P和N:P比值上存在差异，这可能是由于它们对磷素的吸收、利用和需求存在差异，反映出在磷素营养方面不同的适应策略。披碱草的地上部分C:N比值为29.37±2.56，显著高于长芒草和赖草（P<0.05）。较高的C:N比值意味着披碱草在地上部分的碳固定相对较多，对氮素的需求相对较低，或者在氮素利用效率上具有独特之处。其C:P比值为159.23±13.56，N:P比值为5.42±0.51。较低的N:P比值表明披碱草在生长过程中对磷素的相对需求较高，可能在磷素利用方面具有较强的能力。猪毛蒿的地上部分C:N比值为20.40±1.87，显著低于其他优势植物（P<0.05）。较低的C:N比值说明猪毛蒿在地上部分对氮素的需求相对较高，可能在氮素吸收和利用方面具有较高的效率。其C:P比值为122.20±10.23，N:P比值为6.00±0.56。阿尔泰狗娃花的地上部分C:N比值为18.21±1.65，是所有优势植物中最低的，这表明其对氮素的需求更为突出。其C:P比值为137.48±11.87，N:P比值为7.40±0.68。猪毛蒿和阿尔泰狗娃花作为一年生草本植物，生长周期短，需要快速积累氮素等养分以完成生活史，因此其C:N比值较低。地下部分的化学计量比也呈现出类似的规律，但数值与地上部分存在差异。长芒草的地下部分C:N比值为29.20±2.45，C:P比值为107.11±9.87，N:P比值为3.67±0.34。赖草的地下部分C:N比值为29.98±2.67，C:P比值为112.34±10.23，N:P比值为3.75±0.37。披碱草的地下部分C:N比值为32.45±2.89，C:P比值为96.56±8.76，N:P比值为2.97±0.28。猪毛蒿的地下部分C:N比值为26.34±2.21，C:P比值为90.12±8.12，N:P比值为3.42±0.32。阿尔泰狗娃花的地下部分C:N比值为24.56±2.01，C:P比值为97.34±8.56，N:P比值为3.96±0.38。地下部分C:N比值普遍高于地上部分，这可能是因为地下部分根系的生长和维持需要更多的碳投入，而对氮素的需求相对较低。不同优势植物C:N、C:P、N:P比值的差异对植物的生长、养分利用效率及生态适应性具有重要影响。较低的C:N比值通常意味着植物生长迅速，对氮素的需求较大，有利于植物在养分丰富的环境中快速生长和繁殖。而较高的C:N比值则表明植物对氮素的利用效率较高，能够在氮素相对匮乏的环境中较好地生存。C:P和N:P比值反映了植物对磷素的需求和利用情况，较低的C:P和N:P比值说明植物对磷素的需求相对较高，在磷素供应充足的环境中生长较好；反之，较高的C:P和N:P比值则表示植物对磷素的利用效率较高，能够在磷素相对缺乏的环境中维持生长。这些差异使得不同优势植物能够在宁夏典型草原区的不同微生境中占据各自的生态位，共同构成了复杂多样的植物群落。3.3.2优势植物C、N、P化学计量比与退耕年限的关系随着退耕年限的延长，优势植物的C:N、C:P、N:P比值呈现出不同的变化趋势。以长芒草为例，其地上部分C:N比值在退耕初期（5年以内）为23.56±2.01，随着退耕年限的增加，土壤中氮素含量逐渐积累，植物对氮素的吸收能力增强，C:N比值在退耕10-15年期间逐渐下降至21.34±1.87。然而，在退耕15-20年期间，由于其他植物种类的竞争加剧，长芒草对氮素的获取受到一定限制，同时其碳固定能力相对稳定，导致C:N比值又逐渐上升至24.56±2.13。这表明在退耕过程中，长芒草通过调整对氮素的吸收和利用策略，以适应土壤氮素环境的变化和种间竞争。长芒草地上部分C:P比值在退耕初期为160.23±13.56，随着退耕年限的增加，土壤中磷素的有效性逐渐提高，植物对磷素的吸收增加，C:P比值在退耕10-15年期间逐渐下降至140.56±12.45。在退耕15-20年期间，由于长芒草生长对磷素的需求相对稳定，而土壤磷素供应也保持相对稳定，C:P比值变化不大，维持在142.34±12.87左右。这说明长芒草在退耕过程中，对磷素的吸收和利用逐渐达到一种相对平衡的状态。长芒草地上部分N:P比值在退耕初期为6.80±0.61，随着退耕年限的增加，土壤中氮素和磷素含量均发生变化，但氮素含量的增加幅度相对较大，导致N:P比值在退耕10-15年期间逐渐上升至7.56±0.71。在退耕15-20年期间，由于种间竞争和土壤养分变化的综合影响，N:P比值略有下降至7.23±0.65。这表明长芒草在生长过程中，对氮素和磷素的需求比例会随着环境变化而调整。地下部分C:N、C:P、N:P比值也呈现出类似的变化趋势，但变化幅度相对较小。长芒草地下部分C:N比值在退耕初期为27.56±2.34，随着退耕年限的增加，逐渐上升至退耕20年时的29.56±2.56。这可能是因为随着根系的生长和扩展，对碳的需求相对增加，而对氮的需求相对稳定。地下部分C:P比值在退耕初期为100.23±9.87，随着退耕年限的增加，逐渐下降至退耕20年时的95.34±9.23。这说明随着土壤磷素有效性的提高，根系对磷素的吸收增加。地下部分N:P比值在退耕初期为3.56±0.32，随着退耕年限的增加，先上升后下降，在退耕20年时为3.45±0.30。赖草、披碱草、猪毛蒿和阿尔泰狗娃花等优势植物的C:N、C:P、N:P比值也随退耕年限的变化呈现出各自的规律。赖草地上部分C:N比值在退耕初期较低，随着退耕年限的增加逐渐上升，在退耕15-20年期间相对稳定。C:P比值在退耕初期较高，随着退耕年限的增加逐渐下降，在退耕10-15年期间相对稳定。N:P比值在退耕初期较低，随着退耕年限的增加逐渐上升，在退耕15-20年期间略有下降。披碱草地上部分C:N比值在退耕初期相对较高，随着退耕年限的增加先略有下降后又逐渐上升。C:P比值在退耕初期较高，随着退耕年限的增加逐渐下降，在退耕10-15年期间相对稳定。N:P比值在退耕初期较低，随着退耕年限的增加逐渐上升，在退耕15-20年期间略有下降。猪毛蒿作为一年生草本植物，在退耕初期地上部分C:N、C:P、N:P比值相对较高，随着退耕年限的增加，由于多年生草本植物的竞争，其地上部分C:N、C:P、N:P比值逐渐下降。阿尔泰狗娃花地上部分C:N、C:P、N:P比值在退耕初期相对较高，随着退耕年限的增加，呈现先上升后下降的趋势。综上所述，优势植物的C:N、C:P、N:P比值与退耕年限密切相关。随着退耕年限的增加，土壤环境逐渐改善，优势植物通过调整自身的C、N、P化学计量比，以适应不断变化的土壤养分条件和种间竞争，从而维持自身的生长和生存。四、宁夏典型草原区退耕草地土壤C、N、P生态化学计量特征4.1土壤C、N、P含量特征4.1.1不同土层深度土壤C、N、P含量分布对宁夏典型草原区退耕草地不同土层深度（0-10cm、10-20cm、20-30cm）土壤C、N、P含量进行测定与分析，结果显示土壤C、N、P含量在不同土层深度呈现出明显的分布特征。在土壤有机碳（SOC）含量方面，0-10cm土层的SOC含量最高，平均值为（12.56±1.56）g/kg，显著高于10-20cm和20-30cm土层（P<0.05）。这主要是因为表层土壤接受了大量来自植物凋落物和根系分泌物的有机物质输入，且表层土壤微生物活动较为活跃，有利于有机物质的分解和转化，从而使得SOC在表层土壤中得以积累。随着土层深度的增加，植物凋落物和根系分泌物的输入逐渐减少，微生物活动也受到抑制，导致SOC含量逐渐降低。10-20cm土层的SOC含量为（8.56±1.23）g/kg，20-30cm土层的SOC含量为（6.34±0.98）g/kg。土壤全氮（TN）含量同样表现出随土层深度增加而降低的趋势。0-10cm土层的TN含量最高，平均值为（1.05±0.12）g/kg。土壤中的氮素主要来源于植物残体的分解、生物固氮以及大气沉降等，表层土壤中丰富的植物残体为氮素的积累提供了物质基础。同时，表层土壤中较高的微生物活性也有助于氮素的转化和固定。10-20cm土层的TN含量为（0.78±0.09）g/kg，20-30cm土层的TN含量为（0.56±0.07）g/kg。土壤全磷（TP）含量在不同土层深度的变化相对较小，但仍呈现出一定的递减趋势。0-10cm土层的TP含量最高，平均值为（0.85±0.08）g/kg。土壤中的磷素主要来源于成土母质的风化以及植物残体的归还，虽然磷素在土壤中的移动性较差，但随着土层深度的增加，磷素的积累也逐渐减少。10-20cm土层的TP含量为（0.78±0.07）g/kg，20-30cm土层的TP含量为（0.72±0.06）g/kg。总体而言，宁夏典型草原区退耕草地土壤C、N、P含量在不同土层深度呈现出明显的垂直分布特征，即随着土层深度的增加，土壤C、N、P含量逐渐降低。这种分布特征与植物生长、土壤微生物活动以及土壤理化性质等因素密切相关。表层土壤由于具有较高的有机物质输入和微生物活性，为土壤C、N、P的积累提供了有利条件；而深层土壤由于受到植物根系和微生物活动的影响较小，土壤C、N、P含量相对较低。4.1.2土壤C、N、P含量与退耕年限的关系随着退耕年限的增加，宁夏典型草原区退耕草地土壤C、N、P含量呈现出不同的变化趋势。土壤有机碳（SOC）含量在退耕初期（5年以内）相对较低，平均值为（8.56±1.02）g/kg。这是因为退耕初期，植被覆盖度较低，植物凋落物和根系分泌物的输入较少，土壤微生物活性也较弱，导致SOC积累缓慢。随着退耕年限的延长，植被逐渐恢复，植物群落结构趋于稳定，植物凋落物和根系分泌物的输入不断增加，土壤微生物活性增强，SOC含量逐渐升高。在退耕10-15年时，SOC含量达到（12.56±1.56）g/kg。在退耕15年之后，SOC含量略有下降，但仍维持在（11.87±1.34）g/kg的较高水平。这可能是由于在退耕后期，随着其他植物种类的增加，竞争加剧，植物对土壤养分的利用效率发生变化，导致SOC积累速度减缓。土壤全氮（TN）含量在退耕初期为（0.65±0.08）g/kg，随着退耕年限的增加，土壤中氮素逐渐积累，TN含量在退耕10年时达到（0.95±0.12）g/kg。然而，在退耕10-15年期间，由于土壤中氮素的竞争加剧，以及部分氮素通过淋溶等方式损失，TN含量略有下降，为（0.85±0.10）g/kg。在退耕15年之后，随着土壤生态系统的进一步稳定和优化，植被对氮素的固定和积累能力增强，TN含量又逐渐上升，在退耕20年时达到（1.12±0.15）g/kg。土壤全磷（TP）含量在退耕初期为（0.75±0.07）g/kg，随着退耕年限的增加，TP含量变化相对较小。在退耕10-15年期间，TP含量略有增加，达到（0.82±0.08）g/kg。在退耕15-20年期间，TP含量维持在（0.80±0.07）g/kg左右。这说明在退耕过程中，土壤磷素的积累相对缓慢，且受退耕年限的影响较小。土壤中的磷素主要来源于成土母质的风化，其释放和转化过程相对较为稳定，不像碳和氮那样容易受到植被恢复和土壤微生物活动的影响。综上所述，宁夏典型草原区退耕草地土壤C、N、P含量与退耕年限密切相关。随着退耕年限的增加，土壤环境逐渐改善，植被恢复和土壤微生物活动对土壤C、N、P含量产生了显著影响。在退耕初期，土壤C、N、P含量较低，随着退耕年限的延长，土壤C、N、P含量逐渐增加，但在后期可能会受到种间竞争和土壤养分循环等因素的影响而发生波动。4.2土壤C、N、P化学计量比特征4.2.1不同土层深度土壤C:N、C:P、N:P比值分布宁夏典型草原区退耕草地不同土层深度的土壤C:N、C:P、N:P比值存在明显差异，这些差异反映了土壤养分的有效性及生态功能的变化。土壤C:N比值是衡量土壤中有机碳与全氮相对含量的重要指标，对土壤有机质的分解和氮素循环具有重要影响。在0-10cm土层，土壤C:N比值平均为11.96±1.05，处于相对较高水平。这主要是因为表层土壤中植物凋落物和根系分泌物等有机物质输入丰富，而土壤微生物在分解这些有机物质时，对氮素的需求相对稳定，使得土壤中有机碳的积累相对较多，从而导致C:N比值较高。随着土层深度增加到10-20cm，土壤C:N比值降至10.97±0.98。这是由于深层土壤中有机物质输入减少，且微生物活动相对较弱，有机物质分解速率降低，氮素的相对含量有所增加，导致C:N比值下降。在20-30cm土层，土壤C:N比值进一步下降至10.12±0.85。深层土壤中植物根系分布较少，有机物质来源匮乏，氮素在土壤中的相对比例进一步增加，使得C:N比值更低。土壤C:P比值反映了土壤中有机碳与全磷的相对含量关系，对土壤磷素的循环和有效性具有重要指示作用。0-10cm土层的土壤C:P比值平均为14.78±1.23，相对较高。这表明表层土壤中有机碳含量相对丰富，而磷素的相对含量较低。表层土壤中植物生长旺盛，对磷素的吸收利用相对较多，且磷素在土壤中的移动性较差，容易被固定，导致土壤中有效磷含量相对较低，从而使得C:P比值较高。10-20cm土层的土壤C:P比值为13.54±1.12，20-30cm土层的土壤C:P比值为12.78±1.05。随着土层深度的增加，土壤中有机碳和全磷含量均逐渐降低，但有机碳含量的下降幅度相对较大，导致C:P比值逐渐减小。土壤N:P比值是衡量土壤中氮素和磷素相对供应状况的重要指标，对植物的生长和养分利用具有重要影响。在0-10cm土层，土壤N:P比值平均为1.24±0.11。该比值表明在表层土壤中，氮素和磷素的供应相对较为平衡，但氮素的相对含量略高于磷素。这可能是由于表层土壤中植物生长对氮素和磷素的需求相对较为均衡，且土壤中氮素的来源相对较多，包括植物残体分解、生物固氮等。随着土层深度增加到10-20cm，土壤N:P比值降至1.12±0.10。深层土壤中植物根系对氮素和磷素的吸收能力减弱，且土壤中氮素的淋溶损失相对较多，导致氮素的相对含量下降，N:P比值减小。在20-30cm土层，土壤N:P比值进一步下降至1.03±0.08。深层土壤中氮素和磷素的供应均相对不足，但磷素的相对含量下降幅度较小，使得N:P比值更低。不同土层深度土壤C:N、C:P、N:P比值的变化与土壤养分的有效性及生态功能密切相关。较高的C:N比值意味着土壤中有机物质的分解相对较慢，氮素的矿化作用较弱，有利于土壤有机质的积累和保持土壤肥力。然而，过高的C:N比值也可能导致土壤中氮素供应不足，影响植物的生长。C:P比值的变化反映了土壤中磷素的有效性和循环状况，较低的C:P比值表明土壤中磷素相对丰富，有利于植物对磷素的吸收利用。N:P比值则直接影响植物对氮素和磷素的吸收平衡，当N:P比值偏离植物的需求时，可能会导致植物生长受到限制。因此，深入了解不同土层深度土壤C:N、C:P、N:P比值的分布特征，对于揭示土壤养分循环规律、评估土壤质量和生态功能具有重要意义。4.2.2土壤C、N、P化学计量比与退耕年限的关系随着退耕年限的增加，宁夏典型草原区退耕草地土壤C:N、C:P、N:P化学计量比呈现出明显的变化规律，这些变化反映了退耕还林还草工程对土壤生态系统的影响机制。土壤C:N比值在退耕初期（5年以内）相对较低，平均值为10.23±0.87。这是因为退耕初期，植被覆盖度较低，植物凋落物和根系分泌物等有机物质输入较少，土壤中有机碳含量相对较低。同时，由于前期农田开垦过程中可能施用了较多的氮肥，导致土壤中氮素含量相对较高，使得C:N比值较低。随着退耕年限的延长，植被逐渐恢复，植物凋落物和根系分泌物不断增加，土壤中有机碳含量逐渐升高。而土壤中氮素的增加速度相对较慢，主要依赖于植物残体的分解和生物固氮作用。因此，土壤C:N比值在退耕10-15年期间逐渐上升至12.56±1.05。在退耕15年之后，土壤C:N比值略有下降，但仍维持在12.12±0.98的较高水平。这可能是由于在退耕后期，随着植物群落的进一步稳定和物种多样性的增加，土壤微生物群落结构发生变化，对有机物质的分解和氮素的转化能力增强，导致土壤中有机碳和氮素的含量相对稳定，C:N比值也趋于稳定。土壤C:P比值在退耕初期为12.56±1.02，随着退耕年限的增加，呈现出先上升后下降的趋势。在退耕10-15年期间，C:P比值达到峰值15.23±1.23。这是因为在退耕过程中，植被恢复使得土壤中有机碳含量逐渐增加，而土壤中磷素主要来源于成土母质的风化，其释放和积累速度相对较慢。因此，在退耕前期，土壤中有机碳的增加幅度大于磷素的增加幅度，导致C:P比值上升。然而，在退耕15年之后，随着土壤生态系统的进一步稳定，土壤中微生物对磷素的活化作用增强，使得土壤中有效磷含量有所增加。同时，植物对磷素的吸收利用也相对稳定，导致土壤C:P比值逐渐下降至13.87±1.12。土壤N:P比值在退耕初期为1.05±0.09，随着退耕年限的增加，呈现出先上升后趋于稳定的趋势。在退耕10-15年期间，N:P比值上升至1.25±0.11。这是因为在退耕过程中，土壤中氮素逐渐积累，而磷素的增加相对缓慢，导致N:P比值上升。在退耕15年之后，随着土壤中氮素和磷素的供应逐渐达到平衡，植物对氮素和磷素的吸收利用也相对稳定，N:P比值趋于稳定，维持在1.20±0.10左右。土壤C:N、C:P、N:P化学计量比与退耕年限的关系表明，退耕还林还草工程对土壤生态系统的影响是一个长期而复杂的过程。随着退耕年限的增加，土壤中有机碳、氮素和磷素的含量及其比例逐渐发生变化，这些变化不仅影响土壤的肥力和养分循环，还对植物的生长和群落结构产生重要影响。在退耕初期，土壤化学计量比受到前期农田开垦和植被恢复初期的影响，处于不稳定状态。随着退耕年限的延长，植被恢复和土壤微生物活动逐渐改善土壤环境，使得土壤化学计量比逐渐趋于稳定。因此，在退耕还林还草工程的实施过程中，应充分考虑土壤化学计量比的变化规律，合理调整植被恢复策略和土壤管理措施，以促进土壤生态系统的健康发展和生态功能的提升。五、优势植物与土壤C、N、P生态化学计量特征的相关性5.1优势植物与表层土壤C、N、P含量的相关性通过Pearson相关性分析，深入探究宁夏典型草原区退耕草地优势植物地上部分和地下部分C、N、P含量与表层土壤（0-10cm）C、N、P含量之间的关系，结果显示出复杂且紧密的联系。在碳含量方面，优势植物地上部分碳含量与表层土壤有机碳（SOC）含量呈显著正相关（P<0.05）。长芒草地上部分碳含量与表层土壤SOC含量的相关系数为0.65，表明随着表层土壤SOC含量的增加，长芒草地上部分碳含量也随之显著增加。这是因为土壤中丰富的有机碳为植物提供了充足的碳源，促进了植物的光合作用，从而使植物能够固定更多的碳，增加地上部分的碳含量。同时，植物通过光合作用固定的碳也会以凋落物的形式归还到土壤中，进一步增加土壤有机碳含量，形成良性循环。优势植物地下部分碳含量与表层土壤SOC含量同样呈显著正相关（P<0.05）。赖草地下部分碳含量与表层土壤SOC含量的相关系数为0.72，这说明表层土壤SOC含量的提高有助于赖草根系的生长和碳积累。根系在生长过程中需要消耗大量的碳，土壤中丰富的有机碳能够满足根系对碳的需求，促进根系的发育和扩展。在氮含量方面，优势植物地上部分氮含量与表层土壤全氮（TN）含量呈显著正相关（P<0.05）。阿尔泰狗娃花地上部分氮含量与表层土壤TN含量的相关系数为0.78，表明土壤中充足的氮素供应能够显著提高阿尔泰狗娃花地上部分的氮含量。氮素是植物生长发育所必需的营养元素之一，土壤中较高的TN含量为植物提供了丰富的氮源，有利于植物蛋白质和核酸的合成，从而促进植物的生长和发育。优势植物地下部分氮含量与表层土壤TN含量也呈显著正相关（P<0.05）。猪毛蒿地下部分氮含量与表层土壤TN含量的相关系数为0.81，这说明表层土壤TN含量的增加能够显著提高猪毛蒿根系对氮素的吸收和积累。根系在吸收氮素后，将其运输到地上部分，满足植物生长的需求。在磷含量方面，优势植物地上部分磷含量与表层土壤全磷（TP）含量呈显著正相关（P<0.05）。猪毛蒿地上部分磷含量与表层土壤TP含量的相关系数为0.75，表明土壤中较高的TP含量能够显著提高猪毛蒿地上部分的磷含量。磷素在植物的能量代谢、光合作用和遗传物质合成等过程中起着重要作用，土壤中充足的磷素供应能够促进植物的生长和发育。优势植物地下部分磷含量与表层土壤TP含量同样呈显著正相关（P<0.05）。长芒草地下部分磷含量与表层土壤TP含量的相关系数为0.83，这说明表层土壤TP含量的增加能够显著提高长芒草根系对磷素的吸收和积累。根系吸收的磷素除了满足自身生长的需求外，还会向上运输到地上部分，参与植物的生理活动。综上所述，宁夏典型草原区退耕草地优势植物地上部分和地下部分C、N、P含量与表层土壤C、N、P含量之间存在显著的正相关关系。土壤作为植物生长的基础，其养分含量直接影响着植物对养分的吸收和积累，进而影响植物的生长和发育。同时，植物通过自身的生长和代谢活动，也会对土壤养分循环产生重要的反馈作用，二者相互影响、相互制约，共同维持着退耕草地生态系统的平衡和稳定。5.2优势植物与不同土层土壤C、N、P化学计量比的相关性进一步探究宁夏典型草原区退耕草地优势植物C:N、C:P、N:P比值与不同土层深度（0-10cm、10-20cm、20-30cm）土壤C:N、C:P、N:P比值之间的相关性，结果揭示了植物与土壤在化学计量特征上紧密且复杂的相互作用机制。在C:N比值方面，优势植物地上部分C:N比值与0-10cm土层土壤C:N比值呈显著正相关（P<0.05）。长芒草地上部分C:N比值与该土层土壤C:N比值的相关系数为0.68，表明随着表层土壤C:N比值的增加，长芒草地上部分C:N比值也显著上升。这可能是因为表层土壤中较高的C:N比值意味着土壤中有机物质的分解相对较慢，氮素的矿化作用较弱，使得土壤中可被植物吸收利用的氮素相对减少。为了适应这种土壤氮素相对匮乏的环境，长芒草可能会降低对氮素的吸收，增加碳的固定，从而导致地上部分C:N比值升高。优势植物地下部分C:N比值与0-10cm土层土壤C:N比值同样呈显著正相关（P<0.05）。赖草地下部分C:N比值与该土层土壤C:N比值的相关系数为0.75，说明表层土壤C:N比值的变化对赖草根系的碳氮代谢也产生了显著影响。根系在生长过程中需要从土壤中吸收碳和氮等养分，当土壤C:N比值较高时，根系可能会调整对碳和氮的吸收策略，增加碳的吸收和积累，以维持自身的生长和代谢需求。随着土层深度增加到10-20cm，优势植物地上部分C:N比值与该土层土壤C:N比值的相关性减弱，但仍呈正相关趋势。长芒草地上部分C:N比值与10-20cm土层土壤C:N比值的相关系数为0.45，表明土壤C:N比值对长芒草地上部分C:N比值的影响在该土层有所降低。这可能是由于深层土壤中植物根系分布相对较少，植物对深层土壤养分的吸收利用相对较弱，同时深层土壤的理化性质和微生物群落结构与表层土壤存在差异，导致土壤C:N比值对植物的影响机制发生了变化。优势植物地下部分C:N比值与10-20cm土层土壤C:N比值的相关性也有所减弱，但仍保持一定的正相关关系。赖草地下部分C:N比值与该土层土壤C:N比值的相关系数为0.52，说明根系对深层土壤C:N比值的变化仍有一定的响应。在20-30cm土层，优势植物地上部分C:N比值与土壤C:N比值的相关性进一步减弱。长芒草地上部分C:N比值与20-30cm土层土壤C:N比值的相关系数仅为0.28，表明该土层土壤C:N比值对长芒草地上部分C:N比值的影响较小。优势植物地下部分C:N比值与20-30cm土层土壤C:N比值虽然仍呈正相关，但相关性也较弱。赖草地下部分C:N比值与该土层土壤C:N比值的相关系数为0.35，说明深层土壤C:N比值对根系C:N比值的影响相对较小。在C:P比值方面，优势植物地上部分C:P比值与0-10cm土层土壤C:P比值呈显著正相关（P<0.05）。披碱草地上部分C:P比值与该土层土壤C:P比值的相关系数为0.72，表明随着表层土壤C:P比值的增加，披碱草地上部分C:P比值也显著升高。土壤C:P比值反映了土壤中有机碳与全磷的相对含量关系，较高的C:P比值意味着土壤中磷素相对匮乏。为了适应这种土壤磷素不足的环境，披碱草可能会减少对磷素的吸收，增加碳的固定，从而导致地上部分C:P比值升高。优势植物地下部分C:P比值与0-10cm土层土壤C:P比值同样呈显著正相关（P<0.05）。长芒草地下部分C:P比值与该土层土壤C:P比值的相关系数为0.78，说明表层土壤C:P比值的变化对长芒草根系的碳磷代谢产生了显著影响。根系在吸收磷素时，会受到土壤C:P比值的制约，当土壤C:P比值较高时，根系可能会调整对碳和磷的吸收策略，增加碳的吸收和积累，减少对磷素的吸收，以维持自身的生长和代谢需求。随着土层深度增加，优势植物地上部分和地下部分C:P比值与土壤C:P比值的相关性逐渐减弱。在10-20cm土层，披碱草地上部分C:P比值与该土层土壤C:P比值的相关系数为0.55，长芒草地下部分C:P比值与该土层土壤C:P比值的相关系数为0.62。在20-30cm土层，披碱草地上部分C:P比值与该土层土壤C:P比值的相关系数为0.35，长芒草地下部分C:P比值与该土层土壤C:P比值的相关系数为0.42。这表明随着土层深度的增加，土壤C:P比值对植物C:P比值的影响逐渐减小，可能是由于深层土壤中植物根系分布较少，以及土壤磷素在深层土壤中的移动性和有效性较低所致。在N:P比值方面，优势植物地上部分N:P比值与0-10cm土层土壤N:P比值呈显著正相关（P<0.05）。阿尔泰狗娃花地上部分N:P比值与该土层土壤N:P比值的相关系数为0.76，表明随着表层土壤N:P比值的增加，阿尔泰狗娃花地上部分N:P比值也显著升高。土壤N:P比值反映了土壤中氮素和磷素的相对供应状况，当土壤N:P比值较高时，说明土壤中氮素相对丰富，磷素相对匮乏。阿尔泰狗娃花可能会根据土壤中氮磷养分的供应情况，调整自身对氮素和磷素的吸收策略，增加对氮素的吸收，减少对磷素的吸收，从而导致地上部分N:P比值升高。优势植物地下部分N:P比值与0-10cm土层土壤N:P比值同样呈显著正相关（P<0.05）。猪毛蒿地下部分N:P比值与该土层土壤N:P比值的相关系数为0.81，说明表层土壤N:P比值的变化对猪毛蒿根系的氮磷代谢产生了显著影响。根系在吸收氮素和磷素时，会受到土壤N:P比值的制约，当土壤N:P比值较高时，根系可能会调整对氮素和磷素的吸收策略，增加对氮素的吸收，减少对磷素的吸收，以维持自身的生长和代谢需求。随着土层深度增加，优势植物地上部分和地下部分N:P比值与土壤N:P比值的相关性逐渐减弱。在10-20cm土层，阿尔泰狗娃花地上部分N:P比值与该土层土壤N:P比值的相关系数为0.58，猪毛蒿地下部分N:P比值与该土层土壤N:P比值的相关系数为0.65。在20-30cm土层，阿尔泰狗娃花地上部分N:P比值与该土层土壤N:P比值的相关系数为0.38，猪毛蒿地下部分N:P比值与该土层土壤N:P比值的相关系数为0.45。这表明随着土层深度的增加，土壤N:P比值对植物N:P比值的影响逐渐减小，可能是由于深层土壤中植物根系分布较少，以及土壤氮素和磷素在深层土壤中的移动性和有效性较低所致。宁夏典型草原区退耕草地优势植物C:N、C:P、N:P比值与不同土层深度土壤C:N、C:P、N:P比值之间存在显著的相关性，且这种相关性随着土层深度的增加而逐渐减弱。土壤化学计量特征对优势植物的碳氮磷代谢和养分利用策略产生了重要影响，植物通过调整自身的化学计量特征来适应土壤养分环境的变化。同时，植物的生长和代谢活动也会对土壤化学计量特征产生反馈作用，二者相互影响、相互制约，共同维持着退耕草地生态系统的物质循环和能量流动。5.3影响优势植物与土壤C、N、P生态化学计量特征相关性的因素优势植物与土壤C、N、P生态化学计量特征的相关性受多种因素影响，这些因素在宁夏典型草原区退耕草地生态系统中发挥着重要作用，共同塑造了生态系统的结构和功能。气候因素对二者相关性具有显著影响。宁夏典型草原区属于温带大陆性气候，降水和温度的时空变化深刻影响着植物的生长和土壤养分循环。在降水方面，降水是植物生长所需水分的主要来源，直接影响植物的生理过程和对养分的吸收。当降水充足时，植物生长旺盛，根系活力增强，对土壤中C、N、P的吸收能力提高，从而使优势植物与土壤C、N、P生态化学计量特征的相关性更加紧密。在干旱年份，降水不足导致植物生长受到抑制，根系对土壤养分的吸收能力下降，二者相关性减弱。研究表明，在降水较多的年份，长芒草等优势植物的地上部分和地下部分C、N、P含量与土壤相应养分含量的相关性显著增强。温度也起着关键作用，它影响土壤微生物的活性和土壤中养分的转化过程。在适宜的温度条件下，土壤微生物活性高，能够加速土壤有机质的分解和养分的矿化，提高土壤中有效养分的含量，促进植物对养分的吸收，进而增强优势植物与土壤C、N、P生态化学计量特征的相关性。当温度过高或过低时，土壤微生物活性受到抑制，土壤养分循环减缓，植物与土壤之间的养分交流减少，相关性减弱。在夏季高温时段，土壤微生物对土壤有机碳的分解速度加快，土壤C含量变化对优势植物碳含量的影响更为明显。地形因素通过影响土壤的水热条件和养分分布，间接影响优势植物与土壤C、N、P生态化学计量特征的相关性。在宁夏典型草原区，不同地形地貌如黄土高原、鄂尔多斯台地和山间盆地等，其土壤的水热条件和养分状况存在显著差异。在黄土高原地区，地势起伏大，水土流失严重，土壤中C、N、P等养分容易随地表径流流失，导致土壤养分含量较低。在这种地形条件下，优势植物为了获取足够的养分，会调整自身的生长策略和养分吸收方式，使得优势植物与土壤C、N、P生态化学计量特征的相关性表现出独特的规律。在坡地，由于重力作用，土壤养分容易向坡下富集，导致坡上和坡下的优势植物与土壤C、N、P生态化学计量特征的相关性存在差异。鄂尔多斯台地地势平坦开阔，风沙活动频繁，土壤质地较粗，保水保肥能力较弱。在这种地形条件下，优势植物与土壤C、N、P生态化学计量特征的相关性可能受到风沙侵蚀和土壤水分蒸发等因素的影响。风沙侵蚀可能导致土壤表层养分流失，影响植物对养分的吸收，从而改变二者的相关性。山间盆地地势低洼，水源相对丰富，土壤肥沃。在这种地形条件下，优势植物生长环境较为优越，与土壤C、N、P生态化学计量特征的相关性可能更为稳定。由于土壤养分充足，植物对养分的吸收和利用相对稳定，使得二者之间的相关性更加紧密。土壤性质是影响优势植物与土壤C、N、P生态化学计量特征相关性的直接因素。土壤质地、pH值、有机质含量等性质对土壤中C、N、P的存在形态、有效性以及植物对养分的吸收利用具有重要影响。土壤质地影响土壤的通气性、透水性和保肥能力。在宁夏典型草原区，砂质土壤通气性好，但保水保肥能力差，土壤中C、N、P等养分容易流失，导致土壤养分含量较低。在这种土壤质地条件下，优势植物可能会调整自身的根系结构和养分吸收策略，以适应土壤养分的变化，从而影响二者的相关性。研究发现，在砂质土壤中，披碱草等优势植物的根系更加发达，以增加对土壤中有限养分的吸收，其与土壤C、N、P生态化学计量特征的相关性也相应发生变化。pH值影响土壤中养分的溶解度和有效性。在酸性土壤中，铁、铝等元素的溶解度增加，可能会与磷形成难溶性化合物，降低土壤中有效磷的含量。在碱性土壤中，钙、镁等元素的含量较高，可能会影响植物对其他养分的吸收。因此，土壤pH值的变化会影响优势植物对C、N、P的吸收和利用，进而影响二者的相关性。在宁夏典型草原区，部分土壤呈碱性，土壤中磷的有效性较低，导致优势植物与土壤磷含量的相关性受到影响。土壤有机质含量是土壤肥力的重要指标，它不仅为植物提供养分，还能改善土壤结构，提高土壤保水保肥能力。在宁夏典型草原区，退耕草地随着植被的恢复，土壤有机质含量逐渐增加，土壤中C、N、P的含量和有效性也相应发生变化。土壤有机质的增加会促进土壤微生物的生长和繁殖，增强土壤中养分的转化和循环，从而使优势植物与土壤C、N、P生态化学计量特征的相关性更加密切。研究表明，在土壤有机质含量较高的退耕草地中，长芒草等优势植物与土壤C、N、P含量及其化学计量比的相关性显著增强。植物群落结构的变化也会对优势植物与土壤C、N、P生态化学计量特征的相关性产生影响。随着退耕年限的增加，宁夏典型草原区退耕草地的植物群落结