刺槐人工林是黄土高原最主要的水土保持林之一,但刺槐林中出现大面积土壤干化、林地退化现象,威胁到黄土高原植被建设和恢复的效益。本研究选取黄土高原不同植被区和不同林龄的典型刺槐林为研究对象,阐明了林下土壤和土壤微生物生物量的C、N、P含量及C:N:P生态化学计量学特征,探究了环境和林龄等因子对它们的影响,并结合刺槐凋落叶-叶片-茎-根系,揭示了刺槐林地上-地下生态化学计量学联系,以期促进对黄土高原刺槐人工林的生态特征与功能的认识,为黄土高原植被建设与恢复提供数据支撑和理论依据。研究结果表明:(1)黄土高原人工刺槐林土壤有机C和N、P养分含量及微生物生物量区域分异明显。整体上刺槐林0~20 cm土壤有机C在2.02~15.27 g·kg-1之间,全N在0.24~1.59 g·kg-1之间,全P在0.46~1.14 g·kg-1之间,速效N在5.03~36.78 mg·kg-1之间,速效P在0.77~16.29mg·kg-1之间,土壤微生物生物量C在84.75~391.71 mg·kg-1之间,土壤微生物生物量N在5.88~120.66 mg·kg-1之间,并且土壤有机C和N、P养分含量的均值均低于黄土高原土壤相应养分的均值。(2)植物生长过程中的生长特性导致了土壤性质的改变,并呈现出一定的变化特征。总体上,随着刺槐生长,刺槐林土壤有机C和全N逐渐增加,土壤全P及速效N、P无规律变化,土壤微生物生物量C、N、P呈增加趋势。但土壤有机质累积和微生物生物量一定年限内无显著变化,成熟林期开始显著提高,过熟林期出现下降或增加减缓。(3)C、N、P元素在刺槐体内的分布随植物组分和生长阶段而异,并影响了各组分C:N:P比。各组分的C:N:P特征也反映了刺槐的生长状况及对环境的适应策略。植物体的元素浓度受多种因素影响,通过植物叶片N:P大小、植物各组分之间以及与土壤之间化学计量学关系来判断植物生长的养分受限状况有一定局限。(4)黄土高原人工刺槐林土壤C:N约为8.8,N:P约为1.2,C:P约为10.3,土壤微生物生物量C:N约为5.2,各比值整体偏低于全球水平。环境因子的变化对土壤C:N影响较小,对土壤N:P、C:P及微生物生物量C:N影响较大。林龄的变化对土壤和微生物生物量C:N影响较小,对两者的C:P、N:P影响较大。植物-土壤-土壤微生物的C:N:P化学计量比均存在一定相关性。但演替进程中植物-土壤-微生物生物量C:N:P没有一致的时间格局。