大规模植被恢复不仅是防止水土流失、恢复退化土壤生态系统的主要措施,也是引起土壤固碳潜力变化的重要因素。本研究在退耕还林工程背景下,通过整合分析(Synthesis)的方法,从大尺度分析退耕还林草工程实施之后不同气候区域土壤固碳量和固碳速率的差异,以及土壤C:N,C:P和N:P化学计量学比值分布差异和变化率。且以陕北黄土丘陵区典型退耕还林地为研究对象,通过野外试验与室内分析的方法相结合,从区域尺度分析不同恢复植被类型土壤碳组分和土壤C:N:P生态化学计量特征及其演变规律,揭示植被恢复后土壤碳库与其土壤碳氮磷的交互作用和制约关系;阐明土壤碳氮磷生态化学计量特征与土壤碳组分的响应关系;并以区域尺度土壤固碳响应机理诠释大尺度土壤固碳效益为基础,深入探讨植被恢复后土壤碳氮磷互作效应及其对土壤固碳的响应机制。取得以下主要结论:(1)大规模退耕植被恢复后土壤固碳量和固碳速率明显增加,且退耕植被恢复年限和植被恢复类型成为主要影响因素。退耕还林草工程实施后土壤固碳量增加了14.46 TG C/year(固碳速率为0.54 Mg C/ha/year),其中林地能够显著增加土壤固碳量。同时土壤固碳量和固碳速率都随着降雨量的增加而增加。退耕后植被恢复年限达20年后能够显著增加土壤固碳量而固碳速率则<10年增加的最为明显。因此,植被类型和恢复年限成为碳固定的主要影响因素,对该工程土壤固碳能力起着重要作用。(2)大规模退耕植被恢复后土壤C:N,C:P和N:P化学计量学特征在不同恢复植被类型有所不同,且受年均温和降雨的影响。退耕植被恢复后土壤C:N,C:P和N:P化学计量学比值频率分布分别在8–16,16–32和0–2之间。植被类型显著的影响土壤C:N,C:P和N:P化学计量学特征。且年均降雨量和年均温度在植被恢复的各个时期显著影响土壤C:N比值。退耕还林草之后土壤C,N和P含量之间的强相关性表明存在着“Redfield”效应。同时线性回归表明土壤C:N,C:P和N:P化学计量学比值变化率和植被恢复年限,年均温和年均降雨量之间表现出显著相关。因此,大规模退耕还林草之后土壤C:N,C:P和N:P化学计量学比值发生明显变化,且这种变化受气候因素影响。(3)退耕植被恢复之后浅层土壤碳,氮和磷储量增加显著,但是深层土壤增加量也不容忽视。且土壤C:N,C:P和N:P化学计量学特征受土层和植被类型的影响较大。退耕植被恢复后土壤有机碳,全氮和全磷储量分别在40–100 cm和100–200 cm土层分别增加了17.56–32.96%和21.05–43.75%,22.47–44.83%和12.02–42.42%,10.34–33.00%和27.86–59.46%。表明退耕植被恢复之后能够显著影响到深层土壤碳,氮和磷储量变化。同时除了土壤C:N比之外,C:P和N:P化学计量学特征随土层增加逐渐减小。且不同植被类型土壤C:N,C:P和N:P化学计量学特征高于坡耕地。(4)退耕植被恢复对于土壤碳组分0–200 cm土层含量变化有着明显的影响。与坡耕地比较,不同退耕植被能够显著增加深层土壤可溶性碳,颗粒有机碳,活性有机碳储量,在0–10 cm,10–40 cm,40–100 cm和100–200 cm土层分别增加了23.52–64.28%,12.50–60.00%,0.52–38.35%和1.18–24.70%;轻组有机碳储量在0–10 cm,10–40 cm和40–100 cm土层分别增加了60.92–85.60%,5.97–30.38%和7.77–10.82%;而微生物碳分配比例0–10 cm,10–20 cm和20–30 cm土层分别增加了27.59–66.88%,22.25–41.21%和6.39–32.85%。说明植被恢复之后作为有机碳固定的重要影响因素,深层土壤碳组分对于生态系统碳循环起着不可忽视的作用。(5)退耕植被恢复之后,土壤C,N和P化学计量学比值与碳组分通过相互响应,共同来调控土壤碳储量的变化。退耕植被恢复之后,在0–200 cm不同土层剖面上植被恢复对于轻组有机碳(LOFC),微生物碳(MBC)和活性有机碳(LOC)有着较大的影响。表明植被恢复之后不同的碳组分的敏感性和指示作用在不同植被类型和不同土层有所差异。C:N比值对颗粒有机碳2–53um(POC2),而C:P和N:P比值分别对活性有机碳(LOC)和微生物碳(MBC)影响最为敏感。同时不同植被恢复类型对于土壤C:N,C:P和N:P比值和对碳组分的影响具有相似性,且聚集程度较高。表明土壤C,N和P化学计量学比值与碳组分通过相互表征,共同来调控土壤碳储量的变化。