土壤具有緩沖性能,有助于緩和土壤酸堿變化,為植物生長和微生物活動創(chuàng)造比較穩(wěn)定的生活環(huán)境。土壤緩沖性能(Soil buffering cpapacity)主要通過土壤膠體的離子交換作用、強堿弱酸鹽的解離等過程來實現(xiàn),因此土壤緩沖性能的高低取決于土壤膠體的類型與總量、土壤中碳酸鹽、重碳酸鹽、硅酸鹽、磷酸鹽和磷酸氫鹽的含量等。量化土壤酸緩沖性能的一個重要指標(biāo)是土壤酸中和能力(Acid neutralizing capacity, ANC),ANC是土壤體系在某一參比pH下所能中和的強酸的量?;钚缘斎雽?dǎo)致的土壤酸化已成為草原生態(tài)系統(tǒng)的一個主要環(huán)境問題,酸化降低土壤的酸性中和能力,可能改變土壤團聚體組成和分布、離子組成,影響土壤-植物系統(tǒng)養(yǎng)分和水分循環(huán)。草地管理實踐,如割草和放牧,可以輸出大量的氮及其他營養(yǎng)元素,如鹽性離子的輸出會加劇土壤酸化。然而,關(guān)于不同形態(tài)氮化合物添加和割草對土壤ANC變化的影響及驅(qū)動機制的尚缺乏系統(tǒng)研究。
因此,中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所沙地和退化草地近自然恢復(fù)與多功能提升創(chuàng)新組群依托內(nèi)蒙古草原進行為期6年的氮化合物(尿素、硝酸銨、硫酸銨)與刈割處理控制實驗平臺,系統(tǒng)研究了氮富集和刈割背景下草甸草原土壤ANC變化及其驅(qū)動機制。研究發(fā)現(xiàn),硫酸銨添加導(dǎo)致土壤ANC平均下降78.9%,尿素和硝酸銨添加分別導(dǎo)致ANC平均下降25.0%和52.1%。氮化合物添加下土壤硝化作用釋放的質(zhì)子(H+)、可交換Ca2+和Mg2+的降低是ANC下降的主導(dǎo)原因。割草使尿素和硝酸銨添加下土壤ANC進一步下降,主要原因是植物生物量收獲向系統(tǒng)處輸出Ca2+、K+、Mg2+等鹽基(圖1)。上述結(jié)果表明不同氮化合物添加均會降低土壤的酸中和能力,有可能對草地生態(tài)系統(tǒng)健康造成潛在威脅。
研究結(jié)果以“Mowing aggravates the adverse effects of nitrogen addition on soil acid neutralizing capacity in a meadow steppe”為題于2024年6月發(fā)表在Journal of Environmental Management期刊。中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所王志瑞助理研究員為第一作者,河北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院姜勇教授為通訊作者,中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所李慧研究員、蔡江平副研究員、馮雪助理研究員等為共同作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金項目(32271655、32271677)資助。
論文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301479724012799?

圖1 不同氮化合物添加和刈割對土壤鹽基離子影響的概念圖




