土壤pH 值变化对3 种草原类型土壤碳氮磷生态化学计量特征的影响

张静静，刘尊驰，鄢创，王云霞，刘凯，时新荣，，袁志友，*

（1.西北农林科技大学，黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室，陕西 杨凌712100；2.中国科学院水利部水土保持研究所，黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室，陕西 杨凌712100）

土壤pH 值是土壤固相处于平衡状态时土壤溶液中H+浓度的负对数，它是衡量土壤酸碱性的指标，过高或过低的土壤pH 值都会通过对物理、化学及生物特性的影响来改变土壤养分的分布及转化情况，从而导致植物生长发育所需养分元素的有效性发生改变［1−2］。早期对土壤pH 值的研究是源于酸雨对植被以及土壤的损害，如Bree⁃men 等［3］对酸沉降的影响以及土壤酸化机理进行了剖析，Reuss 等［4］介绍了土壤酸化过程中化学过程的主导作用，但对于土壤pH 值改变后土壤养分的短期响应及其长期适应的过程研究尚不清楚。

土壤pH 值的改变过程受自然和人为两种因素影响，在干旱区和半干旱区，岩石和原生矿物的风化可提高土壤pH 值，而在温暖湿润地区，会因植物吸收以及降水的淋溶作用导致盐基离子被植物消耗或者向土壤更深层淋溶而引起土壤pH 值降低。除此之外，受全球气候变化和人类活动的影响，大气中快速增加的活性氮氧化物和硫氧化物与水反应生成硝酸和硫酸，或者大部分氮磷硫肥料导致土壤系统的净质子输入［5−6］，也都会引起土壤pH 值的改变。这些过程均说明全球变化会深刻影响土壤酸碱性，进而影响群落组成及生态系统的功能，然而目前全球变化背景下的相关研究还明显不足，阻碍了人们对土壤酸碱性变化影响生态系统的理解与认识。

生态化学计量学是将生态学、物理学以及化学计量学的基本原理相结合，研究生态系统多种化学元素平衡关系的一门学科［7］，它在研究植被组成、生态系统功能和养分限制等方面起着重要作用，可极大提高人们对陆地生态动态和过程的认识［8］。其中，碳、氮和磷3 种元素的化学计量关系是研究各种生态过程的核心内容［9］。已有的一些研究利用区域或全球尺度的植物化学计量学模式来预测植被组成、动态以及养分限制［10］，如Bui 等［11］关注了土壤碳、氮和磷浓度之间的平衡如何调节植被模式，Ren 等［12］研究表明，土壤碳、氮和磷浓度的变化也会不可避免地导致养分化学计量关系的变化，土壤碳氮磷比直接反映土壤肥力，间接反映植物营养状况［13］，但在全球变化影响土壤酸碱性的情况下，土壤碳氮磷生态化学计量特征的相关研究尚不明确。

草原是陆地生态系统的重要组成部分，面积大约为44.5×108hm2，占世界陆地面积的24%［14］。草原生态系统作为脆弱的开放系统，极易受到土壤pH 值变化带来的伤害［15］。研究不同草原类型土壤pH 值变化下的土壤碳氮磷生态化学计量特征，可以认识草原生态系统养分元素的循环及平衡机制，揭示土壤pH 值改变后植物对养分的可获得性。目前，相关土壤碳氮磷化学计量特征的研究已有较多报道［16］，我国已有的研究主要集中在内蒙古单一草原不同淹水状态、水肥添加等方面的土壤碳氮磷生态化学计量特征［17−19］，而针对土壤pH 值变化后不同草原类型的土壤碳氮磷生态化学计量特征研究尚还缺乏。为此，本研究以3 种不同草原类型（即荒漠草原、典型草原和草甸草原）为对象，系统研究土壤pH 值改变后3 种草原类型土壤碳氮磷生态化学计量特征的相应变化，为草原生态系统碳汇研究及土壤退化后恢复重建的草地管理工作提供科学的理论依据。主要拟回答以下问题：1）荒漠草原、典型草原和草甸草原的土壤碳氮磷生态化学计量特征有何差异？2）酸碱添加试验对土壤碳氮磷生态化学计量特征有何影响？3）不同草原类型的土壤碳氮磷生态化学计量特征与土壤pH 值的相关关系如何？

1 材料与方法

1.1 研究区概况

本试验研究区位于内蒙古自治区，基于该地区自西南至东北方向水热梯度变化特征依次布设3 个研究站点，分别代表不同草原类型，草原类型的具体情况如下：

荒漠草原以杭锦旗（108°39′53″E、39°46′33″N）为研究站点，杭锦旗位于内蒙古自治区鄂尔多斯市西北部，属中温带半干旱大陆性气候，海拔1416 m，年平均气温为7.31 ℃，年平均降水量为275 mm，全年降水主要集中于6−8 月，干旱指数为0.28，土壤类型为棕钙土。该研究区的建群种为短花针茅（Stipa breviflora），伴生种有针茅（Stipa klemenzii），糙隐子草（Cleistogenes squarrosa）和冷蒿（Artemisia frigida）等。

典型草原以锡林浩特（115°51′37″E、43°56′28″N）为研究站点，锡林浩特位于内蒙古自治区锡林郭勒草原中部，属温带半干旱大陆性气候，海拔1091 m，年平均气温为2.47 ℃，年平均降水量为268 mm，干旱指数为0.33，土壤类型为栗钙土。该研究区的建群种为克氏针茅（Stipa krylovii）和羊草（Leymus chinensis），伴生种有冷蒿、阿尔泰狗娃花（Heteropappus altaicus）、麻花头（Serratula centauroides）等。

草甸草原以额尔古纳（119°23′43″E、50°10′23″N）为研究站点，额尔古纳位于内蒙古自治区呼伦贝尔市大兴安岭西北麓，海拔520 m，年平均气温为−1.54 ℃，年平均降水量为341 mm，干旱指数为0.50，土壤类型为黑钙土，该试验区常见优势种以多年丛生禾草以及根茎禾草为主，伴生种有细叶鸢尾（Iris tenuifolia）、裂叶蒿（Arte⁃misia tanacetifolia）和白头翁（Pulsatilla chinensis）等。

1.2 研究方法

2017 年5 月在杭锦旗、锡林浩特和额尔古纳，分别选取地势平坦、植被均匀、具有代表性的地段作为试验样地，并对样地进行围封，大小为50 m×50 m。同时，根据已有的试验研究［20］在围栏内设置酸碱添加处理，分别如下：1）对照。2）酸添加，设置3 个不同浓度梯度，即低、中和高浓度（H+浓度分别为2.76、8.28 和13.80 mol·m−2），施加溶液为硫酸溶液，施加时将硫酸溶液溶于80 L 水中，均匀喷洒。3）碱添加，设置3 个不同浓度梯度，即低、中和高浓度（OH−浓度分别为2.76、8.28 和13.80 mol·m−2），施加溶液为氢氧化钠溶液。施加时将氢氧化钠溶液溶于80 L 水中，均匀喷洒。为降低水的影响，对照添加同等量（80 L）的水。对照和酸碱添加处理的3 个水平梯度各设置3 个重复，共设21 个样方，样方大小2 m×2 m，随机排列，样方之间以2 m 的缓冲带彼此隔开。

2018 年8 月，在各样方内随机选2 个取样点，用内径7 cm 的土钻按0～10 cm 和10～30 cm 进行分层取样（取样时去除土壤表层植物枯落物等），各样方采集相同土层的2 份土壤进行混合，作为该样方测定的土样。采集的土样带回实验室后用4 分法取适量，分别过0.15 和1.00 mm 的筛用于测定土壤养分和土壤pH 值。土壤pH 值采用水浸提电位法（水∶土=2.5∶1.0）测定；土壤有机碳采用重铬酸钾−外加热法测定；土壤全氮采用凯氏定氮法测定；土壤全磷采用硫酸−高氯酸消煮−钼锑抗比色法测定［21］。

1.3 气象数据获取

每个样地均布设了一个气象站，年降水量与年均温数据通过全自动气象仪获取，记录数据频度为15 min 每次，并通过GPS 仪将数据传送至终端。干旱指数是年降水量与潜在蒸发能力的比值，在CGIAR−CSI 网站下载后再利用ArcGIS 软件提取。

1.4 数据统计与分析

土壤有机碳、全氮和全磷均采用质量含量，土壤碳氮比、碳磷比和氮磷比均采用质量比。对不同草原类型和土层之间的土壤碳氮磷生态化学计量特征的比较、酸碱添加试验后各草原类型的土壤碳氮磷生态化学计量特征进行方差分析，对不同草原类型的土壤碳氮磷及其化学计量比与土壤pH 值进行相关分析。对土壤碳氮磷生态化学计量特征与年均温、年降水量、干旱指数、草原类型和酸碱添加等因子之间的相关性进行冗余分析（redundancy analysis，RDA）。在进行数据分析之前，先对各数据进行正态分布及方差齐性检验。统计分析使用RGui 3.6.2，作图使用Origin 9.0 和Canoco 5.0。

2 结果与分析

2.1 不同草原类型土壤碳氮磷生态化学计量的差异

通过对不同草原类型和土层的土壤碳氮磷生态化学计量的双因素方差分析结果可知，除土壤全磷以外，不同草原类型即荒漠草原、典型草原和草甸草原的土壤pH 值、土壤有机碳、全氮、碳氮比、碳磷比和氮磷比均存在显著差异（P<0.01），而不同土层即0～10 cm 和10～30 cm 间除土壤全氮以外，均不存在显著差异。除此之外，不同草原类型和土层对土壤碳氮磷及其化学计量比也不存在明显的交互作用（表1）。

表1 不同草原类型和土层及其交互作用对土壤碳氮磷生态化学计量的双因素方差分析Table 1 Results of two-way ANOVA for the effects of grassland types and soil layers on ecological stoichiometry of soil C，N，and P

草甸草原0～10 cm 土层的土壤pH 值显著低于荒漠草原和典型草原，3 种草原类型10～30 cm 土层的土壤pH值之间差异不显著（表2）。典型草原和草甸草原的土壤有机碳和全氮含量约为荒漠草原的2～5 倍，与荒漠草原之间存在显著差异（P<0.05）。典型草原和草甸草原0～10 cm 土层的土壤有机碳、全氮以及10～30 cm 土层的有机碳均不存在显著差异，而典型草原10～30 cm 土层的土壤全氮含量显著高于草甸草原（P<0.05）。3 种草原之间的土壤全磷含量在0～10 cm 和10～30 cm 土层均不存在显著差异。

3 种草原类型0～10 cm 和10～30 cm 土层的土壤碳氮比、碳磷比以及氮磷比均表现出同样的差异显著性，即草甸草原的土壤碳氮比显著高于荒漠草原和典型草原，典型草原和草甸草原的土壤碳磷比和氮磷比均显著高于荒漠草原。其中，典型草原和草甸草原的土壤碳磷比是荒漠草原的3～5 倍，氮磷比是荒漠草原的2～3 倍，而典型草原和草甸草原之间除土壤碳氮比存在显著差异外，碳磷比和氮磷比之间差异并不显著（P<0.05）。

表2 不同草原类型的土壤碳氮磷生态化学计量特征Table 2 Soil ecological stoichiometry of C，N and P in three types of steppes

2.2 酸碱处理对不同草原类型土壤碳氮磷生态化学计量的影响

对酸碱添加处理后各草原的土壤pH 值进行单因素方差分析和多重比较，3 种草原类型0～10 cm 土层的土壤pH 值均随酸碱浓度的添加有不同程度的下降及上升的趋势（表3）。其中，低、中和高浓度酸均显著降低了典型草原0～10 cm 土层的土壤pH 值，中高浓度酸显著降低了荒漠草原和草甸草原0～10 cm 土层的土壤pH 值（P<0.05）。碱添加处理中，高浓度碱均显著增加了3 种草原类型0～10 cm 土层的土壤pH 值，中浓度碱显著增加了草甸草原0～10 cm 土层的土壤pH 值，而低浓度碱对3 种草原类型0～10 cm 土层的土壤pH 值均不存在显著影响（P<0.05）。相比0～10 cm 土层，高浓度酸显著降低了荒漠草原10～30 cm 土层的土壤pH 值，中高浓度酸显著降低了典型草原10～30 cm 土层的土壤pH 值，中高浓度碱显著增加了荒漠草原10～30 cm 土层的土壤pH 值（P<0.05）（表4）。

除中低浓度酸显著增加了荒漠草原0～10 cm 土层的土壤有机碳含量外，不同水平的酸添加对荒漠草原的土壤全氮、全磷，典型草原和草甸草原的土壤有机碳、全氮和全磷均无显著影响（P<0.05）（表3）。与酸添加处理不同，高浓度碱降低了荒漠草原0～10 cm 土层的土壤有机碳；低、中和高浓度碱添加均降低了典型草原0～10 cm 土层的土壤全氮和全磷，且中高浓度已经达到显著水平；草甸草原0～10 cm 土层土壤有机碳、全氮和全磷均不受碱添加影响（P<0.05）。相比土壤的0～10 cm 土层，土壤10～30 cm 土层受到酸碱添加处理的影响较小。高浓度碱显著降低了典型草原10～30 cm 土层的土壤全氮以外，3 种草原类型10～30 cm 土层的其他养分含量均不受酸碱添加处理的影响（P<0.05）（表4）。

不同水平的酸碱添加对典型草原和草甸草原0～10 cm 土层的土壤碳氮磷比均无显著影响（P<0.05）。荒漠草原0～10 cm 土层的土壤碳氮比随酸碱添加浓度的上升而下降，且低浓度的酸碱对荒漠草原0～10 cm 土层的土壤碳氮比存在显著影响。同时，低浓度酸和中浓度酸碱显著升高了荒漠草原0～10 cm 土层的土壤碳磷比（P<0.05）。不同水平的酸添加对荒漠草原0～10 cm 土层的土壤氮磷比不存在显著影响，但高浓度碱显著降低了其土壤氮磷比（P<0.05）。

表3 酸碱处理对各草原类型0～10 cm 土层土壤碳氮磷化学计量的影响Table 3 Effects of acid and alkali treatments on ecological stoichiometry of C，N，and P in 0-10 cm soil layer of three types of steppe

相比0～10 cm 土层的土壤碳氮磷生态化学计量比的变化，土壤10～30 cm 土层受到的影响更小。酸添加对3种草原类型10～30 cm 土层的土壤碳氮磷比均不存在显著影响，碱添加对典型草原和草甸草原10～30 cm 土层的土壤碳氮比不存在显著影响，但荒漠草原10～30 cm 土层的土壤碳氮比随碱添加水平的升高而下降，且低浓度碱显著升高了土壤碳氮比（P<0.05）。碱添加对荒漠草原和典型草原10～30 cm 土层的土壤碳磷比不存在显著影响，同时也对荒漠草原和草甸草原10～30 cm 土层的土壤氮磷比不存在显著影响（P<0.05）。典型草原10～30 cm 土层的土壤氮磷比随碱添加水平的上升而下降，且高浓度碱添加显著降低了土壤氮磷比（P<0.05）。草甸草原10～30 cm 土层的土壤碳磷比随碱添加水平的上升而升高，且低浓度碱显著降低了土壤碳磷比（P<0.05）。

2.3 不同草原类型土壤碳氮磷生态化学计量和土壤pH 值的相关性

通过对荒漠草原、典型草原以及草甸草原的土壤养分和土壤pH 值进行相关性分析（图1），仅荒漠草原0～10 cm 土层的土壤有机碳和全氮与土壤pH 值具有极显著负相关关系，相关系数为分别为0.451 和0.678（P<0.01）。典型草原和草甸草原0～10 cm 土层的土壤有机碳和全氮含量均高于荒漠草原，但与土壤pH 值不具有相关关系。荒漠草原、典型草原和草甸草原0～10 cm 土层的土壤全磷含量均在0.30～0.45 g·kg−1，同样与土壤pH 值无显著相关关系。

表4 酸碱处理对草原10～30 cm 土层土壤碳氮磷化学计量的影响Table 4 Effects of acid and alkali treatments on ecological stoichiometry of C，N，and P in 10-30 cm soil layer of three types of steppe

相比土壤上层，土壤下层的土壤养分含量无太大波动。3 种草原类型10～30 cm 土层的土壤有机碳、全氮和全磷的含量差异与0～10 cm 土层的相同，但3 种草原类型10～30 cm 土层的土壤有机碳、全氮和全磷均与土壤pH值不存在显著的相关关系（图2）。通过不同草原类型土壤pH 值与土壤碳氮磷生态化学计量比的相关性分析可知，仅荒漠草原0～10 cm 土层的土壤碳磷比和氮磷比与土壤pH 值呈显著负相关关系（P<0.05，表5）。荒漠草原的土壤碳氮比以及典型草原和草甸草原的碳氮比、碳磷比和氮磷比均与土壤pH 值不存在相关关系。同时，对土壤碳氮磷化学计量特征及环境因子之间做冗余分析（图3），实心箭头代表土壤碳氮磷生态化学计量特征，空心箭头则代表环境因子，通过酸碱添加水平、土壤pH 值和土壤养分的夹角可知酸碱添加和土壤pH 值对土壤碳氮磷计量特征的影响不同，说明土壤碳氮磷化学计量特征对于土壤pH 值的改变可能存在短期响应和长期适应的不同。

3 讨论

3.1 不同草原类型的土壤碳氮磷生态化学计量特征

相比典型草原和草甸草原，荒漠草原植被覆盖率和生产力的下降必然会导致土壤养分的流失，且随恶劣环境条件的不断侵袭，草地土壤退化越发严重［22］。刘伟等［23］通过对黄土高原水平方向的草地生态系统土壤有机碳分布的研究表明，不同草原类型土壤有机碳含量不同，高山草甸草原、典型草原和荒漠草原之间差异显著，同时这种差异会随土层的加深逐渐变小。高安社等［24］研究不同草原类型土壤有机碳和全氮的差异时发现，荒漠草原的养分状况不及典型草原。本研究中草甸草原和典型草原的土壤碳氮含量显著高于荒漠草原的结果与其基本一致，但本研究中草甸草原和典型草原之间0～10 cm 土层的土壤有机碳和全氮差异均不显著，这一结果的出现可能是因为本研究选择的草甸草原海拔较低，气温较高，有机质分解速度相比较快，碳氮养分积累较少［25］。

图1 不同草原类型0～10 cm 土层的土壤碳、氮和磷随土壤pH 值的变化趋势Fig.1 Variations of soil C，N，and P in 0-10 cm soil layers in three types of steppe in relation to soil pH

图2 不同草原类型10～30 cm 土层的土壤碳氮磷随土壤pH 值的变化趋势Fig.2 Variations of soil C，N，and P in 10-30 cm soil layers in three types of steppe in relation to soil pH

典型草原10～30 cm 土层的全氮显著高于草甸草原和荒漠草原，这一现象的原因可能是草甸草原与典型草原的土壤养分均随土层的加深而减少［26］，而这两者表层土壤中的全氮含量并无差异，反而典型草原海拔较高，使得其在枯落物分解以及植物的吸收利用后10～30 cm 土层的土壤全氮含量积累较多，从而高于草甸草原。不同草原类型的土壤全磷不存在显著差异，这主要是因为土壤磷素受土壤母质的影响较大，所以变异性较小［27］。草地沙化会改变土壤养分，并且导致土壤碳氮磷生态化学计量关系发生改变［21］。Tian 等［28］研究表明，中国土壤的碳氮比、碳磷比和氮磷比的平均值分别为11.9、61.0 和5.2。本研究中，荒漠草原的土壤碳氮比、碳磷比和氮磷比相较最低，典型草原次之，均低于中国土壤碳氮比、碳磷比和氮磷比的平均值，而草甸草原则与中国土壤的平均值水平相近，这是因为生物地球化学过程对氮和磷供应的控制程度不同，因此土壤氮和磷的有效性会受到不同环境的影响。

表5 不同草原类型土壤pH 值与土壤碳氮磷化学计量比之间的相关性分析Table 5 Pearson correlation analysis of soil pH and stoichio⁃metric characteristics of soil C，N，and P in different grass⁃land types

图3 土壤碳氮磷化学计量特征与环境因子的RDA 排序Fig.3 Redundancy analysis of soil C，N，and P stoichiometry and environmental factors

3.2 酸碱添加对不同草原类型土壤碳氮磷生态化学计量特征的影响

土壤养分在调控草原生态系统组成以及生态稳定性方面扮演着重要角色，而不同草原类型在酸碱添加试验后土壤碳氮磷生态化学计量特征的快速响应是不同的。在本研究中，低、中浓度酸和高浓度碱均显著影响荒漠草原0～10 cm 土层的土壤有机碳，且均表现为土壤pH 值降低时土壤有机碳含量升高。这与薛冬等［29］的土壤有机碳与土壤pH 值呈相反的变化趋势的结果一致。土壤有机碳是土壤微生物对进入到土壤中的植物残体分解所得，荒漠草原的地表裸露，植被覆盖率较低，适当调整土壤pH 值会促进微生物加快对有机质的分解进而产生更多的有机碳［30］。

草原生态系统土壤氮的积累和消耗主要取决于氮素的硝化和反硝化、矿化、固定以及植物吸收等过程。王启基等［31］在研究柴达木盆地时发现，土地盐碱化会导致土壤全氮和全磷含量降低。在本研究中，典型草原0～10 cm土层的土壤全氮和全磷含量随碱添加浓度的升高而降低，这意味着土壤pH 值的改变限制典型草原的土壤全氮和全磷含量，因此要减轻典型草原土壤盐碱化程度以保证典型草原土壤养分平衡。草甸草原0～10 cm 土层的土壤养分均不受酸碱添加的影响，这可能是因为草甸草原的雨水充沛，植物生长旺盛且生产力高，土壤可通过改变自身的化学元素含量来适应土壤pH 值的改变，这说明土壤pH 值的短期改变不会影响草甸草原土壤养分含量。对于草原的10～30 cm 土层而言，荒漠草原和草甸草原的土壤养分均不受酸碱添加的影响。典型草原10～30 cm 土层高浓度碱添加显著降低土壤全氮，说明典型草原的土壤养分对短期碱添加反应较为敏感，表层和下层的土壤均会受到土壤pH 值的影响。

土壤碳氮比可以判断土壤质量状况，反映土壤有机质状态、碳沉降以及微生物活性。土壤碳氮比表征土壤有机碳矿化速率情况，碳氮比偏高时，微生物活性会相对较低，土壤矿化速率较慢，土壤有机碳相对增加，土壤碳氮比偏低时则相反［32］。土壤碳磷比是判断有机碳在矿化过程中衡量磷素释放与吸收的一个重要指标，土壤碳磷比较高时表示微生物将磷固持在土壤中的能力较强，土壤碳磷比较低时则表示微生物释放磷素的能力较强［33］。土壤氮磷比可以反映磷活性，氮磷比较高时则磷活性较低，其较低时表示磷活性较高。在本研究中，典型草原和草甸草原0～10 cm 土层的土壤碳氮磷生态化学计量比均不受酸碱添加的影响，而荒漠草原的土壤碳氮比和碳磷比随酸添加先升高后降低，氮磷比在高浓度碱添加下显著降低，说明荒漠草原0～10 cm 土层的微生物活性会受到酸添加的影响，但这种影响会因浓度的差别表现不同的趋势，高浓度碱使得荒漠草原0～10 cm 土层的土壤磷活性降低。典型草原和草甸草原0～10 cm 土层的碳氮磷比保持在相对稳定的情况可能是因为其物种丰富度较高，生态系统结构复杂且稳定，能够有效保持自身的结构和功能状态［34］。

相比0～10 cm 土层，土壤碳氮磷比在10～30 cm 土层受到酸碱添加的影响更小。酸添加对3 种草原类型10～30 cm 土层的土壤碳氮比、碳磷比和氮磷比均不存在显著影响，碱添加则对3 种草原类型碳氮磷比影响不同，荒漠草原下层土壤碳氮比受到碱添加的影响，可能是微生物种类以及活动范围不同等造成的差异。典型草原表层的土壤全氮和全磷均受碱添加影响，所以氮磷比不存在差异，但是10～30 cm 土层的土壤全氮受到碱添加影响，而土壤全磷并没有，所以下层的土壤氮磷比会在碱添加后产生差异。草甸草原的低浓度碱降低了土壤碳磷比，说明低浓度碱调动了下层土壤微生物的活性，造成磷释放量增多，从而碳磷比降低。

3.3 不同草原类型的土壤碳氮磷生态化学计量和土壤pH 值的相关关系

在本研究中，仅荒漠草原0～10 cm 土层的土壤有机碳和全氮与土壤pH 值呈显著负相关关系。在土壤pH 值为9.6 左右时，土壤有机碳和全氮含量呈现最低的状态，说明在荒漠草原土壤pH 值的升高会降低土壤有机碳和全氮。这与王燕等［35］研究随盐渍程度的加剧，土壤有机碳和全氮含量降低的结果一致。而典型草原和草甸草原不受影响可能是因为植被较多，水热条件较好，植被凋落物数量作为土壤有机质的重要来源之一，不足以让土壤pH 值的改变影响到土壤中的养分含量。土壤碳磷比和氮磷比经常被用来判断限制性养分元素［36］，不同草原中仅荒漠草原0～10 cm 土层的土壤碳磷比和氮磷比与土壤pH 值相关，这是因为土壤pH 变化后仅荒漠草原0～10 cm土层的土壤有机碳和全氮发生显著变化，全磷没有发生变化，所以碳磷比和氮磷比与土壤pH 值呈显著相关关系。

不同草原类型的土壤养分特征对酸碱添加处理的响应以及其和土壤pH 值相关性的趋势情况表现出不同的研究结果，可能是因为酸碱添加试验反映了土壤碳氮磷化学计量特征对于土壤pH 值变化的真实快速的反应，而土壤碳氮磷化学计量特征随土壤pH 值的变化趋势则是草原生态系统土壤养分长期适应的一种结果。在RDA 分析中也可以看出，酸碱添加水平和土壤pH 值对土壤碳氮磷化学计量的解释结果也是不同的。事实上，这些差异导致了关于自然群落控制试验结果相关性的争论，如Yuan 等［37］研究认为，土壤养分含量与气候变化的关系在不同试验方法下可能得到相悖的结论。所以了解这些明显冲突的背后的机制是朝着发展群落过程中土壤养分理论研究迈出的重要一步［38］。

4 结论

本研究通过酸碱控制试验，分析了土壤pH 值变化对3 种草原类型土壤碳氮磷生态化学计量特征的影响。可以看出，荒漠草原的土壤pH 值显著高于草甸草原，土壤有机碳、全氮和土壤碳氮磷比均显著低于典型草原和草甸草原。3 种草原类型的土壤碳氮磷生态化学计量特征会受到土壤pH 值改变的影响，并且表层土壤相比下层土壤受到的影响更加明显。因此，在全球气候变化和人为活动引起的土壤pH 值发生变化的背景下，草原生态系统在土壤退化后的恢复重建中应综合土壤pH 值变化程度，合理施肥、围封和放牧等，保证土壤养分元素的平衡及循环过程，为草地综合管理提供科学理论依据。