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黄土高原生态治理与植被恢复工作已经进行了近60年，尤其是近十多年来退耕还林还草工程的实施，取得了举世瞩目的成就:植被盖度显著增加、入黄泥沙减少、生态服务水平大幅提升。当前，黄土高原综合治理出现了新的措施，即山上退耕还林，山下治沟造地，将黄土高原生态治理推向一个新的发展阶段。因此，目前迫切需要深入研究退耕还林还草工程的生态效益，科学认识其环境变化，特别是土壤环境的变化，以期更为科学地评估这一世界最大生态工程的环境效应。 本论文先基于文献资料的综合分析，阐叙了黄土高原的地理和地质背景、生态治理的意义和发展历史、退耕还林还草工程的环境效应;再基于科学实验研究，从土壤碳氮变化的角度探讨了黄土高原退耕还林还草土壤环境的变化，揭示了其内在机制。经过文献资料分析和科学实验研究，取得如下结论: (1)退耕还草显著提升了土壤的质量和有机碳氮含量。以宁夏云雾山近30年退耕还草为例，随着退耕时间的延长，土壤容重、粒度组成等土壤性质得到改善，土壤有机碳氮含量不断增加，但不同剖面深度，增加规律存在差异。0-40 cm剖面深度，随着退耕时间的延长，土壤有机碳(SOC)含量逐渐提高;40-100 cm剖面深度，先升高后降低。土壤全氮(STN)含量变化规律与SOC类似，但剖面的转折点较深(50 cm)。在40-100 cm剖面深度，土壤有机碳和全氮随着退耕的延长，退耕到20年时达到最高值;与近天然草地对比，含量明显降低，这可能是土壤深部养分向地表迁移的结果。 (2)退耕还林和退耕还草相比，土壤性质和有机碳氮积累均存在差异。以南小河沟退耕还林与退耕还草对比研究为例，除pH之外，土壤水分含量、容重、有机碳含量、全氮含量和碳氮比存在差异。在0-30 cm剖面深度，退耕还林和退耕还草地SOC含量均随深度的增加显著降低，其中退耕还林地降低较快;30-100cm剖面深度，SOC随深度的变化不明显。退耕还林地与退耕还草地STN含量接近，其剖面深度的变化规律与SOC类似。退耕还林地土壤NO3--N含量显著高于退耕还草地，因此退耕还林地的氮素有效性高于退耕还草地。退耕还林地土壤 NO3--N含量较高，可能归因于两方面因素:(a)退耕还林的主要树种为刺槐。刺槐是重要的豆科植物，具有较强的生物固氮作用，可能为林地土壤提供了较为丰富的氮素;(b)退耕还林地土壤干燥，径流量小于退耕还草地，因此退耕还林地更有利于土壤NO3--N的积累与保存。 (3)综合文献分析和实验研究的结果，建议黄土高原生态治理应坚持退耕还林还草等植被恢复的政策不变，加强植被的自然修复功能，提高黄土高原自然生态系统质量;植被恢复等生物措施和治沟造地、淤地坝等工程措施相结合和相协调的综合发展是黄土高原未来生态治理的大方向。