生态系统是生物与其外部环境彼此作用和影响的功能单元,生态系统养分循环过程将受到环境中碳氮磷等养分元素改变的强烈影响。农田生态系统是作物内部及其与土壤之间不断进行各种能量、物质、信息交换和传递,而形成一个相对稳定的整体,它是绿洲农田生态系统的重要组成部分。碳(C)、氮(N)和磷(P)是植物生长和发育过程中所需的重要元素,同时也是衡量和判断土壤肥力、土壤质量等的关键指标。而生态化学计量学是探索作物在生长过程中C、N、P化学元素变化特征的科学思路与理论依据。研究作物和土壤C、N、P及其化学计量比的变化特征,可以深入了解作物生长过程中对资源的利用及土壤养分循环的状况,揭示作物与环境之间相互平衡制约的关系。本研究以塔里木盆地绿洲农田小麦、玉米、棉花为研究对象,对三种作物各器官和土壤的C、N、P生态化学计量特征及其相关性进行分析。研究主要得到以下结论:(1)塔里木盆地北缘绿洲农田小麦、玉米、棉花三种作物各器官C、N、P生态化学计量特征均存在一定的差异性,且随生育期也表现出一定的差异性。小麦各器官中C、N含量在叶片中最高,P含量在麦穗中最高;玉米C、N和P含量分别在苞叶、叶片和穗中最高;棉花各器官中C含量在叶片中最高,N和P含量均在蕾中最高。三种作物受N和P元素共同限制。苗期是生长初期,三种作物所吸收的元素多用以满足营养器官的生长;小麦抽穗期、玉米抽雄期、棉花花铃期是各作物的生长比较旺盛的时段,也是作物营养生长和生殖发育同时发生的阶段;玉米成熟期和棉花吐絮期分别是他们的生长末期。不同时期作物会通过调节不同器官的养分变化及其化学计量比值来适应环境变化。(2)土壤化学计量特征是表征土壤养分元素特征和状况的重要指标。与全国(11.12、1.06、0.65 mg.g-1)水平相比,三种作物各元素含量均较低;三种作物土壤的C/N、C/P、N/P也均低于全国水平(12.01、25.77、2.15)。三种作物土壤的C、N、P化学计量特征也随着生育期表现出一定的差异性。小麦土壤中的C、N、P含量从苗期到成熟期逐渐降低,玉米土壤中C、N、P含量从苗期到成熟期表现出先降低然后增加的规律,棉花土壤中C、N、P含量从出苗期到吐絮期除C含量外,N和P含量均为先降低后增加的趋势。这种差异性主要与农民施用肥料的方式和配比量不同,土壤养分特征也因此发生改变。(3)不同作物、器官和元素之间内稳性存在较大的差异。本研究中小麦、玉米、棉花各器官C、N、P元素含量及其比值的内稳性指数随季节呈现出一定的变化趋势。从苗期到成熟期,小麦C和N元素的内稳性指数均是在叶中最大,而P元素在根中最大;从苗期到成熟期,玉米C元素的内稳性指数在叶中最大,而N和P元素是在茎中最大;从出苗期到吐絮期,棉花C和N元素的内稳性指数均是根最大,而P元素则是在叶中最大。(4)小麦、玉米、棉花在生长过程中C、N、P生态化学计量特征受生育期和器官单因素以及两因素交互影响的程度各不相同。生育期对各作物生态化学计量特征的影响与作物自身不同物候期的生理特性有关,器官对各作物生态化学计量特征的影响与他们自身的结构特点和遗传特性相关,因此生育期和季节对不同作物的影响程度不同。(5)不同作物与土壤C、N、P生态化学计量特征之间存在一定的相关性。小麦C和N含量与土壤P含量表现为显著正相关,P含量仅与土壤C:P表现出显著负相关;玉米仅P含量与土壤P含量存在极显著正相关;棉花N含量与土壤C、N和P含量,P含量与土壤C含量表现出极显著正相关。这说明各作物养分元素含量受作物种类以及土壤养分特点的影响,这也在某种程度上解释了作物的某些养分元素与土壤之间的相关性不显著。