东北旱作区土壤碳氮磷生态化学计量特征及其影响因素

卓志清 李 勇 兴 安 曹 梦 黄元仿,2 赵云泽

(1.中国农业大学资源与环境学院， 北京 100193； 2.自然资源部农用地质量与监控重点实验室， 北京 100193)

0 引言

生态化学计量学(Ecological stoichiometry)已经成为研究生态系统各组分主要构成元素平衡及耦合关系的重要方法，在生物地球化学循环和生态系统稳定性等研究领域发挥了极其重要的作用[1-2]。土壤作为陆生生态系统的基质，是诸多生态过程的载体，对植物的生长起到关键作用，并直接影响植物群落的组成、稳定和演替[3-5]；而土壤碳、氮、磷等元素不仅是土壤养分的重要组成部分，同时也是植物生长所必需的元素，直接影响土壤微生物动态、凋落物分解以及土壤养分的积累与循环[6-8]。由于土壤中的养分元素在生态过程中既相互独立又互相耦合，仅分析养分元素本身的变化难以阐明生态系统中土壤养分的整体变异特征，必须深入分析各养分元素之间的比例关系[9-10]。因此，研究土壤养分的生态化学计量特征对了解土壤质量、揭示土壤养分之间的耦合关系和平衡机制具有重要意义。

目前，关于生态化学计量学的报道主要集中于陆地和水生生态系统。土壤C/N能用于预测森林土壤硝态氮淋溶程度，土壤N/P还能反映植被受干扰程度[11]。在退化草地生态系统和喀斯特石漠化生态系统的研究中表明，SOC含量和N含量对区域土壤C、N、P化学计量特征变化过程具有决定作用[12-13]。此外，在不同类型湿地生态系统中，湿地土壤C/N、C/P和N/P均表现为随土层深度的增加而减少[14-15]；在闽江河口湿地生态系统的研究中还发现，湿地土壤C/P和N/P对厌氧碳分解具有较好指示作用[16]。针对森林、草地、湿地等陆生生态系统，土壤与植物的生态交互作用以及土壤碳氮磷生态化学计量学特征已经进行了广泛研究[17-19]，而农田生态系统土壤碳氮磷生态化学计量特征对农作物生长及农田生态系统结构、过程和功能同样具有重要影响[20-21]。研究农田土壤碳氮磷生态化学计量学特征，可揭示土壤养分的可获得性，有助于阐明农田土壤养分循环和土壤质量演变趋势[22-23]。由于农田生态系统土壤碳、氮、磷受成土母质、土壤类型、土地利用类型以及耕作施肥等因素的综合影响，与其他陆地生态系统相比，其空间异质性更为明显[24-26]。已有研究在田块、绿洲和小流域等不同尺度，采用相关分析、方差分析和地理加权回归等方法，分析了耕作措施、环境因子以及土壤理化性状对农田土壤生态化学计量特征的影响[23,27]。而在较大地理空间尺度上，针对旱作农田土壤碳氮磷生态化学计量特征、影响因素及其在区域物质循环中的作用还需进一步探讨。本文以东北旱作区土壤碳、氮、磷元素为研究对象，分析区域尺度下土壤碳氮磷生态化学计量特征的空间格局，并运用冗余分析(Redundancy analysis, RDA)研究其与环境及土壤理化因子的关系，以期为旱作农田土壤养分的科学管理和分区耕作培肥提供技术依据和数据支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

基于2015年黑龙江省、吉林省和辽宁省的1 km2网格土地利用现状图，根据有关坡度分级标准，将地形坡度小于5°、1 km2网格内旱地占耕地面积40%以上的区域作为旱作区[28]。区域涵盖黑龙江省、吉林省和辽宁省各自的46、19、20个县(市)，涉及县级行政单元总面积约2.956×105km2。区域多年平均日照时数2 400～2 700 h，大于等于10℃积温2 000～3 400℃。黑龙江东、北部和吉林东部等半湿润易旱区年降水量500～600 mm，土壤类型以黑土、白浆土和草甸土为主；黑龙江省、吉林省和辽宁省西部等半干旱区和半干旱偏湿润区年降水量350～500 mm，土壤类型主要为黑钙土、棕壤和盐渍土。研究区地貌属于山麓冲积平原及台地，耕地破碎度较小且耕作条件良好，主要种植玉米、小麦等粮食作物和大豆、甜菜等经济作物，是我国北方重要旱作作物种植区及商品粮基地(图1)。

图1 东北旱作农业区分布图Fig.1 Distribution map of dry farming region of Northeast China

1.2 数据来源及处理

利用ArcGIS 10.3软件提取2015年土地利用类型现状图中的旱地斑块(含水浇地)，将所提取数据和研究区行政区划矢量数据叠置，获得空间属性数据。在研究区以15 km×15 km网格布点并抽取旱地斑块(含水浇地)，结合土壤亚类进行分层抽样，抽样时考虑种植体系、分布面积和集中程度等因素，主要在黑土、黑钙土、棕壤、潮土、暗潮土等土类布设，保证每个土壤亚类均有样点分布。根据上述样点布设和抽样规则共确定132个采样点，其中黑土采样点35个；黑钙土采样点33个；棕壤、暗棕壤采样点18个；潮土、暗潮土采样点36个，其余土类采样点共计10个。土样采于2017年5—6月，兼顾样点空间分布的均匀性和代表性，采集表层土壤(0～20 cm)样品，每个点设3个重复并充分混匀，按四分法取1 kg土样入袋；采用环刀法取原状土测定土壤容重及含水率，并用GPS记录样点经纬度。土壤样品经自然风干后，研磨过筛，用于分析土壤理化性质，包括土壤有机碳(Soil organic carbon, SOC)、全氮(Total nitrogen, TN)、全磷(Total phosphorus, TP)含量及电导率(Electrical conductivity, EC)。土壤有机碳含量采用重铬酸钾外加热法[29]，全氮、全磷含量应用流动分析仪测定，土壤电导率采用电极法，pH值采用电位法，土壤颗粒组成采用激光粒度仪测定，土壤碳氮比(C/N)、碳磷比(C/P)和氮磷比(N/P)均采用质量比。研究区粮食作物产量、化肥施用量等数据源于2015年东北各省统计年鉴，为消除因行政区划调整对数据分析造成的影响，本文以研究区2015年行政区划为准。

1.3 研究方法

1.3.1半变异函数

利用半变异函数能够分析东北旱作区土壤碳、氮、磷及生态化学计量比在空间上的变异特征，并可以区分结构因素与随机因素对其空间变异特征的影响。通过半变异函数得到块金值、基台值和变程3个重要参数，分别用C0、C0+C和a表示[30]。块金值和基台值的比值C0/(C0+C)为块金系数，可反映参数的空间自相关程度及随机因素对总变异贡献的大小。当块金系数小于25%时，表明有强的空间相关性，变异性主要受结构性因素(气温、降水等)影响；当块金系数在25%～75%之间时，表明有中等程度空间相关性，变异性受结构性和随机性因素(土壤性质、施肥和种植制度等)共同作用；当块金系数大于75%时，表明空间相关性较弱，变异性主要受随机因素影响[31]。

1.3.2全局空间自相关

全局莫兰指数(Moran’sI)能够识别空间要素或其属性值整体的空间自相关性。本研究基于ArcGIS 10.3软件平台，运用全局Moran’sI计算研究区土壤SOC、TN、TP含量的空间自相关程度。全局Moran’sI的取值介于[-1,1]，在给定显著性水平下，若Moran’sI大于0，表明存在正的空间自相关，土壤SOC、TN、TP含量呈现空间聚合特征；若Moran’sI小于0，表明存在负的空间自相关，土壤SOC、TN、TP含量呈现空间离散特征。当Moran’sI的标准化值|Z|>1.96(P<0.05)时，表明研究区土壤SOC、TN、TP含量存在显著的空间自相关性[18]。

1.3.3冗余分析

采用CANOCO 5.0软件对研究区土壤生态化学计量特征与环境因子及土壤属性的关系进行冗余分析。在冗余分析所需的两个数据矩阵中，将土壤SOC、TN、TP含量和C/N、C/P、N/P作为一个数据矩阵；将环境因子与土壤属性作为一个数据矩阵，主要包括平均气温(Mean temperature, MET)、湿度(Humidity, Hum)、年降水量(Annual precipitation, APR)、纬度(Latitude, Lat)、经度(Longitude, Lon)、土壤容重(Bulk density, BD)、含水率(Soil water content, SWC)、电导率、pH值、粉粒(Silt)含量和粘粒(Clay)含量共11个指标。分析结果采用Cano Draw作图，并通过前向选择对土壤因子重要性进行排序。

2 结果与分析

2.1 土壤碳、氮、磷含量及生态化学计量统计特征

参照全国第二次土壤普查养分分级标准，研究区土壤SOC、TN、TP含量的平均值均处于3级水平。土壤SOC、TN含量的平均值由大到小均为黑龙江省、吉林省、辽宁省，且黑龙江省显著高于吉林省和辽宁省旱作区(P<0.05)；而土壤TP含量的平均值由大到小为黑龙江省、辽宁省、吉林省(表1)。除黑龙江省旱作区外，吉林省、辽宁省旱作区土壤SOC、TN、TP的含量均低于我国农田土壤(0～10 cm)SOC、TN、TP含量的平均值[32]。黑龙江省、吉林省和辽宁省旱作区土壤C/N的平均值由大到小为黑龙江省、吉林省、辽宁省，且黑龙江省显著高于吉林省和辽宁省(P<0.05)；而土壤N/P的平均值由大到小为吉林省、黑龙江省、辽宁省，但彼此间差异不显著(P>0.05)。除黑龙江省旱作区土壤C/N略高于全国农田土壤平均值外，吉林省和辽宁省旱作区土壤C/N、C/P和N/P均低于全国农田土壤的平均值。

表1 东北旱作区土壤碳、氮、磷含量及生态化学计量特征描述性统计Tab.1 Descriptive statistics of soil C, N and P and eco-stoichiometric ratio in dry farming region of Northeast China

注:同列不同小写字母表示土壤生态化学计量特征指标在不同地区之间的差异显著(P<0.05)，下同。

土壤有机氮占全氮含量的95%以上，而有机氮主要在土壤有机物结构中结合，因此二者关系变化密切[1,3]。对研究区土壤SOC、TN、TP含量进行相关性分析(图2)，结果显示SOC、TN、TP三者之间均存在显著相关关系(P<0.05)。 SOC和TN含量之间拟合程度较好，决定系数R2为0.86，TN和TP之间、SOC和TP之间的线性拟合程度相对较低，决定系数R2分别为0.44和0.48。

图2 东北旱作区土壤碳、氮、磷含量的关系Fig.2 Correlation of soil C, N, and P in dry farming region of Northeast China

2.2 土壤碳、氮、磷含量及生态化学计量比空间变异

东北旱作区土壤碳、氮、磷含量及生态化学计量比的半变异函数模型及全局Moran’sI统计量见表2。经K-S检验发现，C/P符合正态分布，SOC、TN、TP含量和C/N、N/P均符合对数正态分布。研究区土壤SOC、TN、TP含量及C/N、C/P、N/P的Moran’sI均为正值，表明其呈现空间聚合特征，但彼此间的聚合程度存在一定差异。土壤SOC、TN、TP含量及C/N、C/P的Moran’sI标准化Z值均大于显著性检验的临界值2.56(P<0.01)，表明C/N和C/P在研究区存在较明显的空间自相关性，即高值点周围样点相应值高，低值点周围样点相应值低；而N/P虽然呈现集聚特征，但空间自相关性并不显著。

表2 东北旱作区土壤碳、氮、磷含量及生态化学计量比半变异函数模型及全局Moran’s ITab.2 Oretical models for anisotropic semivariograms of soil C, N and P and eco-stoichiometric ratio and their global Moran’s I

图3 东北旱作区土壤碳、氮、磷含量及生态化学计量特征空间分布图Fig.3 Spatial distribution maps of soil C, N and P and eco-stoichiometric ratio in dry farming region of Northeast China

基于最优半变异函数模型及全局空间自相关分析，对东北旱作区土壤碳、氮、磷含量及生态化学计量比进行克里金插值。独立验证结果表明(表3)，SOC、TN、TP含量和C/N、C/P、N/P的实测值与预测值呈显著相关(P<0.05)，且平均误差(ME) 趋近于0，均方根误差(RMSE)较小。可见利用克里格插值法的空间插值结果相对可靠。从图3可知，东北旱作区土壤SOC、TN、TP含量均呈现由西南向东北递增的趋势，空间变化具有一致性。高值区主要分布在小兴安岭南麓、东北平原北部及三江平原地区，低值区则主要集中在吉林省和辽宁省旱作区的西部平原区。研究区土壤C/N、C/P呈现相同的空间分布特征，高值区呈斑块状散布于东北平原北部及三江平原南部，低值区在吉林省和辽宁省旱作区连片分布；而土壤N/P的高值区在东北旱作区西北部大面积分布，低值区则呈斑块状零散分布于黑龙江省旱作区东部和吉林省、辽宁省旱作区的南部。

表3 插值结果的精度统计检验Tab.3 Precision statistics verification of interpolation

注：** 、*分别表示0.01、0.05水平(双侧)相关；样本数为131, 下同。

2.3 土壤碳、氮、磷含量及生态化学计量比的影响因素

2.3.1化肥施用量及粮食产量的影响

为探讨施肥强度与土地利用强度对土壤碳氮磷生态化学计量特征的影响，依照全国生态县、市、省建设指标和全国耕地类型区等级划分标准，将东北旱作区各县域单位划分为化肥施用高强度区(350～450 kg/hm2)、中强度区(250～350 kg/hm2)、低强度区(0～250 kg/hm2)以及粮食高产区(>6 000 kg/hm2)、中产区(4 500～6 000 kg/hm2)、低产区(0～4 500 kg/hm2)，并应用ArcGIS栅格计算将县域粮食产量和化肥施用强度划分为7个类型区(图4)。由图4可知，低-低类型区(低施肥强度和低产量)和低-中类型区(低施肥强度和中产量)均分布在黑龙江省旱作区北部，高-高类型区(高施肥强度和高产量)和高-中类型区(高施肥强度和中产量)均集中在吉林省和辽宁省旱作区东部，粮食单产与化肥施用强度的空间变化具有一致性。

图4 东北旱作区化肥施用强度和粮食单产空间分布特征Fig.4 Spatial distribution maps of fertilizer application intensity and grain yield in dry farming region of Northeast China

由表4可知，不同化肥施用强度下土壤SOC、TN含量及C/P、N/P由大到小均表现为低强度区、中强度区、高强度区，土壤TP含量和C/N则表现为低强度区、高强度区、中强度区。不同粮食产量区土壤SOC、TN、TP含量及C/N、C/P均表现为低产区、中产区、高产区，土壤N/P则表现为低产区、高产区、中产区，但无显著差异(表4)。已有研究表明，长期“高氮高产”的种植模式虽然提高了产量，但高产区土地利用强度大，养分流失严重且地表作物大多被人为收取，归还量较小；而化肥施用多以速效养分作为补充，因忽视培肥而导致基础地力下降，造成高化肥施用强度区和高产区土壤SOC、TN、TP含量及C/N、C/P、N/P相对较低[33]。化肥施用的低强度区和粮食低产区土壤SOC、TN、TP含量及C/N、C/P、N/P相对较高，主要原因一方面是其位于东北旱作区北部，气温较低，有机质分解缓慢，微生物分解有机质所需的氮素减少，导致多余部分释放到土壤中[34]。另外，在N素累积的情况下，即便低强度的化肥及有机肥施用，也在一定程度上提高了农田土壤的氮储量；而磷的主要来源是成土母质的风化，其在土壤中移动性小，加之磷肥本身施用量有限，导致N/P相对较高[35]。

2.3.2环境及土壤属性的影响

如表5所示，土壤C/N、C/P和N/P除受到各元素本身含量的影响外，还受到土壤理化性状、气候及环境因子的显著影响。土壤含水率、粉粒含量和粘粒含量与SOC、TN、TP含量、C/N和C/P呈显著正相关(P<0.05)，土壤容重与SOC、TN、TP含量、C/N和C/P呈极显著负相关(P<0.01)。土壤电导率与SOC、TN、TP含量呈显著正相关(P<0.05)，土壤pH值与SOC含量呈显著负相关(P<0.05)，平均气温与SOC、TN、TP含量、C/N和C/P呈显著负相关(P<0.05)。

表4 不同化肥施用强度区和粮食产量区土壤碳、氮、磷生态化学计量特征Tab.4 Soil C, N and P and eco-stoichiometric ratio in areas with different fertilizer application intensity and grain yield

表5 土壤碳、氮、磷生态化学计量特征与环境因子之间的相关系数Tab.5 Correlation analysis of SOC, TN and TP contents with environmental factors

对环境及土壤性状指标与土壤碳氮磷生态化学计量特征进行冗余分析(RDA)，得到其对土壤碳氮磷生态化学计量特征影响的二维排序图(图5)。土壤碳氮磷化学计量特征在第1轴、第2轴的解释量分别为46.72%和7.28%，累计解释量为54.00%，由此可知前两轴能够很好地反映土壤碳氮磷化学计量特征与各因素的关系，且主要由第1轴决定。土壤碳氮磷化学计量特征指标用虚线表示，各影响因素用实线表示，两个箭头连线的夹角可以看作是土壤碳氮磷化学计量特征指标和影响因子相关系数的大小。当夹角在0°～90°时，两个变量之间呈正相关；当夹角在90°～180°时，二者之间呈负相关；当夹角为90°时，表示二者没有相关关系[36]。

图5 影响因子与土壤碳、氮、磷含量及生态化学计量特征RDA二维排序图Fig.5 Two-dimensional sequence diagram of RDA analysis of influencing factors, soil C, N and P and eco-stoichiometric ratio

由表6可知，环境和土壤理化指标对土壤碳氮磷化学计量特征的影响存在差异，各影响因素对土壤碳氮磷生态化学计量特征贡献率由大到小依次为土壤容重、含水率、纬度、电导率、粉粒含量、经度、平均气温、年降水量、湿度、pH值、粘粒含量，其中土壤容重、含水率、纬度、电导率、粉粒含量对土壤碳氮磷生态化学计量特征影响极显著(P<0.01)，经度对土壤碳氮磷生态化学计量特征影响显著(P<0.05)，而年平均气温、年降水量、湿度、pH值和粘粒含量对其的影响未达到显著水平。土壤容重和含水率的解释量占所有影响因子解释量的比例分别为31.70%和10.10%，说明土壤容重和含水率是影响土壤碳氮磷生态化学计量特征的主要土壤属性因子。

表6 影响因子解释量及显著性检验Tab.6 Explanation rate of influencing factors and Duncan test

3 讨论

3.1 土壤碳、氮、磷化学计量特征

研究表明，农田土壤有机碳主要来源于动植物残体的矿化分解与转化累积，生物固氮、降雨、灌溉及其肥料的施用是土壤氮素的主要来源，其存在形态受矿化与固定、硝化与反硝化等过程的影响[37]；而土壤磷元素主要来自成土母质、施肥和地表作物的归还，磷的累积与转化同样受到微生物分解的影响。东北旱作区SOC、TN、TP含量整体平均值分别为16.79、1.43、0.77 g/kg，均高于我国农田0～10 cm土壤SOC、TN、TP含量均值[23]，但各省旱作区之间存在差异，这与张兴义等[37]在东北薄层农田黑土的研究结果一致。研究区土壤SOC、TN和TP含量在空间上呈现由东北向西南递减的趋势。低温减缓了有机质的分解，有助于有机碳的积累，同时由于微生物分解有机质所需的氮素减少，氮素积累增加。有机质含量的提高促进了微生物的活性，从而使土壤有效磷含量提高。可见土壤SOC、TN和TP之间的关系，是其呈现空间分布一致性的主要原因[24]。但由于不同采样点的耕作和施肥存在差异，导致土壤SOC、TN含量在局部地区呈现较强的变异性。

C/N影响微生物分解有机质的速率，从而影响土壤中有机碳和氮的循环。在一定范围内，C/N越高，有机残体分解越慢；土壤C/N 较低时，超过微生物生长所需的氮素就会释放到土壤中，土壤氮素逐渐增加。研究区土壤C/N的均值为11.45，略低于全国农田土壤的平均值，主要原因一方面是化肥施用提高了微生物量及其活性，加速作物残茬和有机碳的矿化速率，降低了土壤有机碳的含量；另一方面，秸秆还田量相对较少，农田土壤有机质积累不足[38]。C/P是磷有效性的表征参数，低C/P有利于微生物分解有机质释放养分。已有研究表明当C/P小于200时，将会出现土壤有机磷的净矿化，有效P含量增加[39]。研究区土壤C/P平均值远低于全国农田的平均值60.00，可见研究区土壤P有效性可能较高。N/P可视为N饱和的诊断指标，由于生物固氮随N/P的减小而增大，而东北旱作区土壤N/P低于全国农田的平均值5.10，且远低于南方耕地土壤N/P，反映出研究区土壤生物固氮量相对较高[40]。

3.2 土壤碳、氮、磷化学计量特征的影响因素

农田土壤生态化学计量特征受区域水热条件、土壤母质的风化作用等自然环境以及耕作、施肥等人为因素的综合调控，不同土地利用强度对农田土壤C、N、P储量及循环过程有着显著的影响。东北旱作区土壤SOC、TN、TP含量及C/P均随施肥强度和粮食单产的增加而下降，这与张晗等[41]对不同土地利用方式下农田土壤SOC、TN、TP含量变化特征的研究结果一致。一方面是目前在高氮高产的施肥策略下氮肥施用量大，有机质积累缓慢，另一方面高产区农业机械化程度高，高强度的耕作导致表层土壤结构遭受破坏，使土壤有机碳、氮、磷容易随地表径流流失、渗漏，从而导致高产区土壤C/N较低[42]。区域土壤TP含量和N/P均在低施肥强度区和低产区较高，这主要与气候条件及土壤母质风化程度有关。此外，本次采样调查表明，黑龙江省旱作区北部主要实行玉米-大豆轮作，而吉林省和辽宁省旱作区主要为玉米连作。相关研究发现东北黑土区长期玉米-大豆轮作能够提高SOC、TN含量，同时土壤pH值出现下降趋势；长期玉米连作虽可增加高活性、易氧化的SOC含量，但若没有配合采用合理的耕作措施，会增加SOC矿化分解的风险[43]。因此，区域种植模式的差异可能对土壤碳氮磷生态化学计量空间分布特征也有一定影响，还需深入分析。

不同气候条件及土壤性质下，表层土壤养分变化很大，导致土壤碳氮磷生态化学计量特征存在较大空间异质性。研究区土壤容重和含水率等因素对土壤碳氮磷生态化学计量特征的贡献率较高，其中土壤容重与SOC、TN、TP含量及C/N、C/P呈现极显著负相关关系(P<0.01)，这与王维奇等[16]对闽江河口芦苇湿地土壤SOC、TN、TP化学计量比与影响因子关系的研究结果相似。土壤容重影响着植物根系生长和凋落物分解，进而影响元素在土壤中的运移和积累，土壤容重小则土壤疏松，有利于水分渗透以及元素在土壤中累积。研究区土壤含水率则与土壤SOC、TN、TP含量及C/N、C/P、N/P呈正相关关系。这与李红林等[36]和肖烨等[44]在沙漠绿洲和山地沼泽土壤中的研究结果相似，均表明土壤水分对土壤系统元素运移及循环具有重要作用。研究区土壤电导率与SOC、TN、TP含量呈显著正相关(P<0.05)，与C/N、C/P和N/P呈负相关，但相关性不显著，这与王燕等[45]得出荒漠绿洲土壤电导率与SOC、TN含量呈极显著负相关的结果存在差异(P<0.01)。主要因为研究区采样点布设针对的是旱地，均位于耕作田块，且受长期耕作和施肥等活动的影响，并没有中、重度盐碱地。虽然在吉林省旱作区西部个别采样点土壤电导率相对较高，达到600 μS/cm，但整体变化范围较小，无明显盐渍化，因此对土壤碳氮磷生态化学计量特征的负面影响较小。另外，由于本研究只获取了土壤电导率参数，没有具体分析土壤中各种可溶性盐阳离子和阴离子含量及其与SOC、TN、TP含量的关系，因此还有待进一步探讨。本研究中发现，土壤pH值虽然与SOC、TN、TP含量及C/N、C/P呈负相关关系，但除与SOC含量外，均不显著，这与张晗等[41]得出南方旱地土壤pH值与SOC、TN、TP含量及C/N、N/P呈极显著负相关(P<0.01)的研究结果存在差异。原因一方面是研究区土壤pH值整体偏碱性，且变异性较小，其次是研究区域土壤碳氮磷生态化学计量特征的空间变异性较大，不同采样点的成土母质、区域环境不同，导致同一土壤指标在研究区的变化趋势存在差异。

4 结论

(1)东北旱作区土壤SOC、TN、TP含量的平均值均处于中等水平，且彼此间存在显著正相关关系；土壤C/N、C/P、N/P的平均值均低于全国农田土壤平均值。从空间分布来看，研究区土壤SOC、TN、TP含量均呈现由西南向东北递增的趋势，SOC、TN含量的空间变化具有高度一致性。土壤C/N、C/P的高值区主要分布在黑龙江省旱作区，而低值区位于吉林省和辽宁省旱作区，N/P虽然较高，但整体分布均低于全国农田土壤平均值。

(2)东北旱作区土壤碳氮磷生态化学计量特征受到土地利用强度、施肥等人为活动和气温、土壤容重、含水率、质地等因素综合作用的影响。化肥的高强度施用是研究区土壤C/N较低的主要原因，尤其在吉林省和辽宁省旱作区，应降低氮素的投入，促进秸秆还田和农户合理施肥；土壤TP含量的整体平均值较高，在局部土壤pH值较低的地区，需关注磷的有效性。除人为因素影响外，土壤容重和含水率是影响研究区土壤碳氮磷生态化学计量特征分布规律的主要环境因子。