短期氮添加對(duì)荒漠草原土壤無(wú)機(jī)碳及土壤酸緩沖能力的影響

摘要：為揭示荒漠草原土壤無(wú)機(jī)碳及土壤緩沖能力對(duì)氮添加的響應(yīng)，本文采用室內(nèi)模擬試驗(yàn)探究不同氮添加量（30 kg·ha-1·a-1；50 kg·ha-1·a-1）以及NH+4-N/NO-3-N比例（比例為1.63，2.5）對(duì)荒漠草原土壤無(wú)機(jī)碳和土壤酸緩沖能力的影響。研究結(jié)果表明隨氮添加量以及NH+4-N/NO-3-N的增加，pH值、土壤碳酸鹽及CaCO3含量呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，與未添加氮處理（CK）相比，外源氮添加下土壤CO2-3和HCO-3分別下降了9.53%～51.92%和6.74%～52.21%，土壤pH值下降了0.24～0.56，土壤CaCO3含量下降了6.22%～12.53%；土壤陽(yáng)離子含量隨外源氮添加量以及NH+4-N/NO-3-N的增加而升高，與CK相比，土壤Ca2+和Mg2+含量分別升高了6.30%～30.13%和20.33%～31.10%。外源氮添加降低了土壤酸中和容量且隨著外源氮添加量以及NH+4-N/NO-3-N的增加而降低，不同外源氮添加處理下土壤pH值下降至8.0，7.5，7.0時(shí)土壤酸中和容量與CK相比下降了45.00%～65.21%。由此可知，外源氮添加導(dǎo)致土壤無(wú)機(jī)碳的溶解，降低了土壤的酸緩沖性能。

關(guān)鍵詞：荒漠草原；氮添加；土壤酸化；土壤緩沖性能；石灰性土壤

中圖分類(lèi)號(hào)：S143.1""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A""""" 文章編號(hào)：1007-0435（2024）07-2081-08

doi：10.11733/j.issn.1007-0435.2024.07.009

引用格式：

張普河， 姚" 佳， 王雪韌，等.短期氮添加對(duì)荒漠草原土壤無(wú)機(jī)碳及土壤酸緩沖能力的影響［J］.草地學(xué)報(bào)，2024，32（7）：2081-2088

ZHANG Pu-he， YAO Jia， WANG Xue-ren，et al.Effects of Short-Term Nitrogen Addition On Soil Inorganic Carbon and Soil Acid Buffering Capacity in Desert Grasslands［J］.Acta Agrestia Sinica，2024，32（7）：2081-2088

收稿日期：2024-04-14；修回日期：2024-05-31

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，2022YFD1500901-03；國(guó)家草業(yè)技術(shù)創(chuàng)新中心（籌）重大創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)，CCPTZX2023B0302資助

作者簡(jiǎn)介：

張普河（1997-），女，漢族，內(nèi)蒙古包頭人，碩士研究生，主要從事土壤無(wú)機(jī)碳研究，E-mail：zhangpuhe3399@163.com；* 通信作者Author for correspondence，E-mail：zhaoshixiang1989@126.com

Effects of Short-Term Nitrogen Addition On Soil Inorganic Carbon and

Soil Acid Buffering Capacity in Desert Grasslands

ZHANG Pu-he1，2， YAO Jia1，2， WANG Xue-ren1，2， LI Yi-han1，2，

DU Shi-rong1，2， XING An1，2， ZHAO Shi-xiang1，2*

（1. Inner Mongolia Key Laboratory of Soil Quality and Nutrient Resource， College of Grassland，Resources and Environment，

Inner Mongolia Agricultural University， Huhhot，Inner Mongolia 010018， China； 2. Key Laboratory of Agricultural Ecological

Security and Green Development at Universities of Inner Mongolia Autonomous Region， Huhhot， Inner Mongolia 010018， China）

Abstract：The objective of this study was to elucidate the response of desert grassland soil inorganic carbon and soil buffering capacity to nitrogen addition. This paper reported an indoor simulation experiment that investigated the effects of short-term nitrogen additions on the inorganic carbon and soil acid buffering capacity of grassland soils. Two nitrogen concentration additions were set up （30 kg·ha-1·a-1；50 kg·ha-1 a-1） along with two NH+4-N/NO-3-N ratios （ratios of 1.63 and 2.5）.（1） The addition of nitrogen and the increase of NH+4-N/NO-3-N resulted in a decrease in soil carbonate content and an increase in soil cation content. Compared to no nitrogen addition treatment，the addition of exogenous nitrogen led to a decrease in soil CO2-3 and HCO-3 by 9.53%～51.92% and 6.74%～52.21%，respectively，while soil Ca2+ and Mg2+contents increased by 6.30%～30.13% and 20.33%～31.10%;（2） The soil pH decreased overall with the increase of exogenous nitrogen addition and NH+4-N/NO-3-N. However，the difference was not significant at the beginning of the incubation period. At the end of the incubation period，the soil pH decreased by 0.24 ～ 0.56 units compared to CK;The addition of exogenous N and increasing NH+4-N/NO-3-N resulted in a decrease in soil CaCO3 content by 6.22%～12.53% compared to CK;（3）Exogenous nitrogen additions decreased soil acid neutralisation capacity and this effect increased with higher levels of nitrogen addition and a higher ratio of NH+4-N to NO-3-N. Soil acid neutralisation capacity decreased by 45.00%～65.21% as soil pH decreased to 8.0，7.5，and 7.0，respectively，under different exogenous nitrogen additions compared to the control.It can be seen that exogenous N additions led to the dissolution of inorganic carbon in the grassland soil，and reduced the acid buffering performance of the grassland soil.

Key words：Desert steppe;Nitrogen addition;Soil acidification;Soil buffering capacity;Calcareous soil

土壤碳庫(kù)包括有機(jī)碳（Soil organic carbon，SOC）庫(kù)與無(wú)機(jī)碳（Soil inorganic carbon，SIC）庫(kù)［1-2］。我國(guó)0～1 m土壤SIC含量估算大約為50～77.9 Pg C［3-4］，位于干旱和半干旱地區(qū)的SIC含量超過(guò)了50%，且在該區(qū)域SIC庫(kù)為SOC庫(kù)的2～10倍［5］。與有機(jī)碳相比，無(wú)機(jī)碳相對(duì)穩(wěn)定，其循環(huán)周期可達(dá)千年甚至更長(zhǎng)時(shí)間，因此人們普遍認(rèn)為SIC庫(kù)是一個(gè)死庫(kù)。但近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，SIC對(duì)大氣碳循環(huán)及土壤碳周轉(zhuǎn)均有積極影響，尤其是人為活動(dòng)導(dǎo)致的土壤外源氮輸入導(dǎo)致SIC的溶解，從而加快了無(wú)機(jī)碳的周轉(zhuǎn)［6-7］。一般來(lái)說(shuō)，在長(zhǎng)時(shí)間尺度上，SIC在風(fēng)化損失與沉淀形成之間動(dòng)態(tài)循環(huán)，不產(chǎn)生凈碳匯［8］，近年來(lái)，有研究者發(fā)現(xiàn)在干旱荒漠區(qū)存在非生物途徑的CO2吸收現(xiàn)象，因而推斷SIC在碳循環(huán)過(guò)程中具有“碳匯”的潛力［9］。與此同時(shí)，在美國(guó)和中國(guó)等許多國(guó)家的干旱地區(qū)都能檢測(cè)到了土壤CO2負(fù)通量，其大小約為100 g·m-2·a-1［10］。這也就說(shuō)明了SIC同樣具有很大的碳周轉(zhuǎn)潛力，且對(duì)調(diào)節(jié)全球碳循環(huán)及減緩溫室效應(yīng)等環(huán)境問(wèn)題具有重要作用［11］。

近年來(lái)，隨著氣候變化、土壤酸化等問(wèn)題的加劇，SIC的遷移轉(zhuǎn)化受到了越來(lái)越多的關(guān)注。在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，長(zhǎng)時(shí)間大量施用氮肥是導(dǎo)致農(nóng)田土壤酸化的主要因素［12］。在自然生態(tài)系統(tǒng)中，大氣氮沉降導(dǎo)致的土壤酸化可能是引起SIC損失的驅(qū)動(dòng)因素之一［13］。我國(guó)北方草地最大氮沉降量為18.7 kg-1·ha-1·a-1［16］，相當(dāng)于年產(chǎn)H+ 0.13 mol·m-2，這可能是導(dǎo)致國(guó)1980s—2000s間我國(guó)北方草地土壤pH值下降0.63的主要原因［17］。土壤酸化導(dǎo)致草地表層土壤無(wú)機(jī)碳的損失，如Yang等［17］發(fā)現(xiàn)1980s—2000s間內(nèi)蒙古草甸草原、典型草原和荒漠草原表層土壤無(wú)機(jī)碳密度分別從原來(lái)的0.89 kg·m-2，1.09 kg·m-2和1.20 kg·m-2下降到0.15 kg·m-2，0.31 kg·m-2和0.42 kg·m-2。最近Song等［14］比較了我國(guó)1980s—2010s期間農(nóng)田、森林與草地生態(tài)系統(tǒng)SIC的變化，也證實(shí)了草原生態(tài)系統(tǒng)表層土壤無(wú)機(jī)碳的損失。由此可知，在全球氮沉降日益增加的背景下，氮沉降對(duì)草原土壤酸化及無(wú)機(jī)碳損失的影響不容忽視。特別是荒漠草原，是歐亞大陸溫性草原的重要組成部分，對(duì)外界干擾最敏感，也是我國(guó)北方重要的生態(tài)屏障［15］。荒漠草原的土壤類(lèi)型在西部以棕鈣土為主，向東部過(guò)渡為以栗鈣土為主。因此荒漠草原土壤中富含大量碳酸鹽，所以有必要研究氮添加對(duì)草原生態(tài)系統(tǒng)土壤酸化的影響。氮添加對(duì)土壤pH值、緩沖能力以及土壤無(wú)機(jī)碳的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制的影響尚不清晰，這制約了干旱和半干旱區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能的評(píng)估。

為此，本文通過(guò)室內(nèi)模擬試驗(yàn)探究外源氮添加對(duì)荒漠草原土壤pH值、無(wú)機(jī)碳的遷移轉(zhuǎn)化及緩沖性能的影響，從而為揭示全球氣候變化下草地土壤無(wú)機(jī)碳庫(kù)的演變過(guò)程及規(guī)律提供重要理論支撐。

1" 材料與方法

1.1" 土壤樣品采集

試驗(yàn)土壤于2022年8月采集，土壤按深度0～20 cm土層自上而下進(jìn)行取樣。土壤采集地位于中國(guó)北部?jī)?nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市的內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院四子王旗綜合試驗(yàn)示范中心基地（41°27′17″ N，111°53′46″ E，海拔1 456 m）。該地屬于典型的溫帶大陸性季風(fēng)氣候，全年降水稀少、蒸發(fā)強(qiáng)烈、年均降雨量在130 mm以下，年均溫為8～19℃。草原類(lèi)型為荒漠草原，土壤類(lèi)型為淡栗鈣土、土壤質(zhì)地為砂壤土。建群種為短花針茅（Stipa breviflora）。

1.2" 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用室內(nèi)模擬試驗(yàn)，選用直徑為20.00 cm，高度25.00 cm的塑料花盆，每盆添加1.50 kg土。試驗(yàn)在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)人工氣候室內(nèi)進(jìn)行，盆栽試驗(yàn)種植短花針茅。以?xún)?nèi)蒙古四子王旗長(zhǎng)期定位試驗(yàn)地為參照［18］，設(shè)置2個(gè)氮濃度的添加量（30 kg·ha-1·a-1；50 kg·ha-1·a-1），參照全國(guó)和內(nèi)蒙地區(qū)實(shí)際氮沉降，設(shè)置了2個(gè)NH+4-N/NO-3-N比例（比例為1.63，2.50），每個(gè)處理3次重復(fù)，同時(shí)設(shè)置不添加外源氮處理為對(duì)照（表1）。本試驗(yàn)以氯化銨（NH4Cl）、硝酸鉀（KNO3）為N源，將其溶于水后按照添加量和添加比例在短花針茅播種前一次性施于土壤中。試驗(yàn)為期60 d，第15 d，30 d，60 d采樣，每盆土樣（僅土壤）取100 g左右，將土樣風(fēng)干、研磨，過(guò)2.00 mm和0.25 mm土壤篩后裝入密封袋，以備分析。

1.3" 土壤理化分析

土壤中無(wú)機(jī)碳含量用氣量法測(cè)定；碳酸氫根離子、碳酸根離子含量采用中和滴定法測(cè)定；土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量采用流動(dòng)分析儀測(cè)定；鈣鎂離子含量采用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定；土壤pH值采用pH計(jì)測(cè)定（水土比2.50∶1）。

土壤酸緩沖測(cè)定：土壤酸緩沖性能采用硝酸梯度培養(yǎng)法對(duì)各梯度培養(yǎng)液進(jìn)行pH值測(cè)定。加硝酸梯度為0，20，40，60，80，120，160 mmol·kg-1。具體測(cè)定方法步驟為首先配置0.016 mol·L-1的稀硝酸溶液；接著每個(gè)試驗(yàn)處理稱(chēng)取5份2 g的土樣分別于5個(gè)離心管中，向含有土壤樣品的離心管中分別加入已配置好的稀硝酸溶液0，2.5，5，7.5，10，15，20 mL;最后將配置好的固液混合物放入恒溫振蕩箱振蕩24 h，振蕩后放入設(shè)定溫度為25℃的恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)一周（期間每天振蕩 30 min）。一周后使用pH計(jì)對(duì)培養(yǎng)液的pH值進(jìn)行測(cè)量。氮沉降影響下土壤酸緩沖能力測(cè)定：參照Aitken等［19］的研究方法，根據(jù)滴定試驗(yàn)繪制土壤酸緩沖曲線(xiàn)。根據(jù)土壤酸緩沖曲線(xiàn)的擬合方程y=ax2+bx+c，求出土壤pH分別降低到8.0，7.5，7.0時(shí)所需的酸量即為土壤酸中和容量（Acid neutralizing capacity，ANC），由于以pH 8.0，7.5，7.0為參比，故求得的土壤ANC分別記為ANC pH8.0，ANC pH7.5，ANC pH7.0。

1.4" 數(shù)據(jù)處理與分析

運(yùn)用Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用SPSS 21.0進(jìn)行方差分析及多重比較（Duncan法，顯著性水平為Plt;0.05），圖形繪制采用Origin 2018。

2" 結(jié)果與分析

2.1" 外源氮添加對(duì)土壤pH值和CaCO3含量的影響

外源氮添加處理下土壤pH值均呈現(xiàn)不同程度的下降趨勢(shì)（圖1）。與CK相比，當(dāng)NH+4-N/NO-3-N為1.63時(shí)，外源氮添加處理下土壤pH差異并不顯著；當(dāng)NH+4-N/NO-3-N為2.5時(shí)，在30 d和60 d時(shí)，外源氮添加處理下土壤pH值顯著降低（Plt;0.05）。

外源氮添加處理下土壤CaCO3含量呈現(xiàn)不同程度的下降。與CK相比，隨著外源氮濃度的增加，土壤CaCO3含量呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢(shì)，且差異達(dá)到顯著水平（Plt;0.05）。隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤CaCO3含量逐漸降低，外源氮濃度越高，土壤CaCO3含量下降趨勢(shì)越明顯（Plt;0.05）。整體而言土壤CaCO3含量均出現(xiàn)一定程度的降低，當(dāng)NH+4-N/NO-3-N相同時(shí)，氮濃度越高，土壤CaCO3含量下降越明顯，外源氮添加量相同時(shí)，NH+4-N/NO-3-N越高，土壤CaCO3含量下降越明顯。

2.2" 外源氮添加對(duì)土壤CO2-3和HCO-3含量的影響

外源氮添加處理下土壤CO2-3含量變化如圖2所示。當(dāng)NH+4-N/NO-3-N為1.63時(shí)，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)以及N濃度增加各處理土壤CO2-3含量較CK均有下降。在60 d時(shí)隨著氮濃度增加，土壤CO2-3含量顯著減少（Plt;0.05）；當(dāng)NH+4-N/NO-3-N為2.5時(shí)，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤CO2-3含量較CK顯著降低（Plt;0.05）。

土壤HCO-3含量隨著時(shí)間的變化先升高再逐漸降低，在15 d，30 d，60 d時(shí)隨N濃度增加均有顯著變化（Plt; 0.05）；在30 d，NH+4-N/NO-3-N為1.63和2.5時(shí)，各處里土壤HCO-3含量明顯高于15 d和60 d，與CK相比，在30 d時(shí)土壤HCO-3含量分別升高了12.60%～23.20%和15.20%～35.30%。

2.3" 外源氮添加對(duì)土壤Ca2+，Mg2+的影響

由圖3可知，外源氮添加處理下土壤Ca2+含量呈現(xiàn)出不同程度的升高。當(dāng)NH+4-N/NO-3-N為1.63時(shí)，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤Ca2+含量逐漸升高，且隨著外源氮添加量的增加而顯著增加（Plt;0.05）。當(dāng)NH+4-N/NO-3-N為2.5時(shí)，在60 d時(shí)N濃度為50 kg·ha-1·a-1時(shí)與CK相比土壤Ca2+升高了30.13%。當(dāng)NH+4-N/NO-3-N相同時(shí)，N濃度越高，土壤Ca2+含量越高，外源氮添加量相同時(shí)，NH+4-N/NO-3-N越高，土壤Ca2+含量越高。

隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤Mg2+含量逐漸升高，且隨著外源氮添加量的增加而顯著增加（Plt;0.05），當(dāng)NH+4-N/NO-3-N為1.63時(shí)，與對(duì)照相比，培養(yǎng)60 d時(shí)外源氮添加濃度為30 kg·ha-1·a-1和50 kg·ha-1·a-1時(shí)，土壤Mg2+含量分別升高了20.33%和31.10%。當(dāng)NH+4-N/NO-3-N相同，在60 d時(shí)，土壤Mg2+含量隨外源氮添加而顯著增加（Plt;0.05）。

2.4" 外源氮添加對(duì)土壤NH+4-N，NO-3-N的影響

由圖4可知，土壤NH+4-N在15 d，30 d，60 d時(shí)隨N濃度增加均有顯著變化（Plt;0.05）。隨著N濃度的增加，土壤NH+4-N均出現(xiàn)一定程度的增加，不同N濃度間均有顯著變化（Plt;0.05）。

當(dāng)NH+4-N/NO-3-N為1.63時(shí)，土壤NO-3-N在15 d，30 d，60 d時(shí)隨N濃度增加均有顯著變化（P＜0.05）。在60 d時(shí)，N濃度為50 kg·ha-1·a-1時(shí)，顯著高于其他處理（Plt;0.05）；當(dāng)NH+4-N/NO-3-N為2.5時(shí)，隨著N濃度的增加，土壤NO-3-N均出現(xiàn)一定程度的增加，不同N濃度間均有顯著變化（Plt;0.05）。

2.5" 外源氮添加對(duì)土壤酸緩沖容量的影響

土壤酸堿緩沖曲線(xiàn)是土壤對(duì)酸堿緩沖能力變化的最直觀(guān)表現(xiàn)，曲線(xiàn)斜率越小則表明土壤在該pH值范圍內(nèi)對(duì)酸堿的緩沖能力越強(qiáng)；反之，斜率越大則表明土壤的緩沖能力越弱。由圖9可知外源氮添加下均不同程度的降低了土壤的酸緩沖能力。不同氮添加處理下土壤的酸緩沖曲線(xiàn)的變化趨勢(shì)相近，土壤pH值隨著外源H+添加量的增加呈先平滑后遞減的趨勢(shì)。當(dāng)土壤中的H+含量相同時(shí)，外源氮添加量越高，土壤pH值越低。也就是說(shuō)，在這個(gè)階段土壤的緩沖能力隨外源氮添加量的增加而減少，表現(xiàn)出土壤無(wú)機(jī)碳含量高的土壤具有較強(qiáng)的緩沖能力。

pH值變化與外源酸加入量呈顯著線(xiàn)性相關(guān)，用二元一次擬合的5個(gè)處理下土壤酸緩沖曲線(xiàn)的決定系數(shù)（R2）在0.97～0.99之間（圖5）。根據(jù)酸緩沖曲線(xiàn)，計(jì)算參比pH值下降至8.0，7.5，7.0時(shí)土壤酸中和容量，由圖6可以看出，隨著氮濃度增加土壤酸中和容量ANC pH8.0，ANC pH7.5，ANC pH7.0呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，高濃度氮添加處理的ANC pH8.0，ANC pH7.5，ANC pH7.0與CK相比分別平均下降了72%，70.24%和68.18%;外源氮添加量相同時(shí)，NH+4-N/NO-3-N越高，土壤酸中和容量越低，與CK相比，NH+4-N/NO-3-N為1.63和2.5時(shí)，土壤ANC pH8.0，ANC pH7.5，ANC pH7.0分別平均下降48.35%，45.95%，45.00% 和60.48%，58.53%，65.21%。

2.6" 土壤酸中和容量對(duì)土壤CaCO3，CO2-3和HCO-3，陽(yáng)離子含量之間的相關(guān)性

土壤酸中和容量與土壤陽(yáng)離子含量有顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（Plt;0.05），說(shuō)明隨著外源氮添加量的升高，土壤中的CaCO3含量顯著降低；土壤CaCO3含量與土壤陽(yáng)離子含量有極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（Plt;0.01），說(shuō)明隨著CaCO3及碳酸鹽的減少，土壤中陽(yáng)離子量也顯著增加；土壤酸中和容量與土壤碳酸鈣、碳酸鹽含量有顯著正相關(guān)關(guān)系（Plt;0.05，圖7），說(shuō)明隨著CaCO3及碳酸鹽的增大，土壤酸中和容量也顯著增加。

3" 討論

3.1" 外源氮添加對(duì)土壤無(wú)機(jī)碳遷移轉(zhuǎn)化的影響

土壤pH值是土壤酸化的重要指標(biāo)，也是影響土壤無(wú)機(jī)碳含量的主要因素之一［20-21］。本研究發(fā)現(xiàn)，外源氮添加降低了土壤無(wú)機(jī)碳含量，且隨外源氮添加量的增加而降低（圖2）。研究發(fā)現(xiàn)在黃土高原旱地5～20 cm土層SIC含量隨氮素投入增加而顯著降低［22］。這主要是由于外源氮輸入引起的土壤酸化從而導(dǎo)致碳酸鹽溶解，而這一效應(yīng)與外源氮的輸入量具有顯著正相關(guān)關(guān)系［23-24］。同時(shí)本研究發(fā)現(xiàn)外源氮添加顯著增加了各土壤中Ca2+，Mg2+的含量，且土壤CO2-3增加時(shí)HCO-3減少。這均表明外源氮輸入土壤后通過(guò)硝化作用等氮素轉(zhuǎn)化過(guò)程產(chǎn)生的H+導(dǎo)致碳酸鹽溶解的同時(shí)也增加了土壤鹽基離子Ca2+，Mg2+含量，并對(duì)土壤溶液中CO2-3及HCO-3的動(dòng)態(tài)平衡產(chǎn)生影響。李小涵等［22］研究也表明，淋溶液中Ca2+，Mg2+含量隨N沉降的增加而增加。而且Dong等［25］也研究發(fā)現(xiàn)，氮肥長(zhǎng)期大量施用降低了土壤無(wú)機(jī)碳的含量，增加了土壤剖面Ca2+，Mg2+離子含量，這與本研究結(jié)果一致。理論上，每1 mol NH+4在硝化過(guò)程中被轉(zhuǎn)化成NO-3時(shí)產(chǎn)生2 mol H+［26］。本研究中隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加NH+4逐漸減少，而NO-3逐漸增加，這與趙芳草等［27］研究一致。本研究中高銨硝比和高濃度氮處理的土壤中Ca2+，Mg2+含量顯著高于其他處理，而無(wú)機(jī)碳含量低于其他處理。這也說(shuō)明NH+4的硝化作用可能是氮沉降條件下影響土壤無(wú)機(jī)碳溶解遷移的主要原因。一般認(rèn)為，土壤pH值是表征土壤酸堿性的主要指標(biāo)，但本研究發(fā)現(xiàn)外源氮添加后土壤pH值在培養(yǎng)初期未發(fā)生明顯變化，在培養(yǎng)60 d后出現(xiàn)小幅度下降。苗娜［28］的研究結(jié)果也表明在外源氮添加后，土壤pH值降幅不明顯，這與本研究結(jié)果相一致。這進(jìn)一步表明了外源氮輸入土壤后通過(guò)硝化作用等氮素周轉(zhuǎn)過(guò)程增加了H+的產(chǎn)生，伴隨著堿性陽(yáng)離子的損失，以及NH+4的生物吸收，導(dǎo)致土壤酸化。而北方的石灰性土壤含有大量的碳酸鹽，構(gòu)成了土壤的主要緩沖體系，由于氮輸入誘導(dǎo)產(chǎn)生的H+參與到無(wú)機(jī)碳的溶解、遷移轉(zhuǎn)化中，增加了土壤堿性陽(yáng)離子的含量的同時(shí)降低了土壤無(wú)機(jī)碳的含量［29］，但土壤pH值變化幅度也相對(duì)較小。

3.2" 外源氮添加對(duì)土壤緩沖能力的影響

土壤具有酸堿緩沖性主要原因是土壤溶液中弱酸及其鹽類(lèi)的存在以及土壤膠體的陽(yáng)離子交換作用［30］。土壤初始pH值決定了土壤所處的酸緩沖體系，pH 9.6～7.5區(qū)間ANC由碳酸鈣和碳酸鹽體系主導(dǎo)，而pH 4.5～7.5區(qū)間的ANC以鹽基離子和表面電荷交換體系為主［31］。本研究中各處理的土壤初始pH值為8.74～8.21，因此其緩沖體系主要是由碳酸鈣和碳酸鹽體系構(gòu)成。而土壤ANC的大小取決于土壤中緩沖物質(zhì)的組成及含量［32］。韓春爽等［33］研究發(fā)現(xiàn)，土壤中碳酸鹽、碳酸氫鹽的含量越高，土壤的酸緩沖容量就越大。本研究也發(fā)現(xiàn)外源N添加降低了土壤碳酸鈣以及土壤溶液中CO2-3及HCO-3的含量，尤其是高N添加量下土壤CaCO3含量顯著降低，且初始pH值有明顯降低的趨勢(shì)（圖1），因此隨著氮濃度增加土壤酸中和容量ANC pH8.0，ANC pH7.5，ANC pH7.0明顯下降，且高濃度氮添加處理的ANC pH8.0，ANC pH7.5，ANC pH7.0顯著低于CK與低濃度氮添加處理（圖6）。同時(shí)，本研究發(fā)現(xiàn)同一外源氮濃度處理下高銨硝比處理的土壤酸中和容量更低，與低銨硝比處理相比，土壤ANC pH8.0，ANC pH7.5，ANC pH7.0分別平均降低了8.38 mmol·kg-1，10.48 mmol·kg-1和12.22 mmol·kg-1（圖6）。這可能是由于NH+4通過(guò)硝化作用轉(zhuǎn)化成NO-3的過(guò)程中產(chǎn)生了質(zhì)子，H+可以參與到土壤中的無(wú)機(jī)碳反應(yīng)。相關(guān)性分析結(jié)果顯示，土壤ANC與土壤pH值、土壤碳酸鈣及土壤碳酸鹽含量均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（圖7）。所以當(dāng)土壤中碳酸鹽含量越高，土壤對(duì)外源酸的抵抗能力越強(qiáng)。本研究高銨硝比處理下Ca2+，Mg2+含量顯著高于低銨硝比處理，而CaCO3，CO2-3及HCO-3的含量低于低銨硝比處理，也表明通過(guò)硝化作用生成的H+與土壤中碳酸鹽反應(yīng)，促進(jìn)了土壤碳酸鈣溶解，從而導(dǎo)致土壤酸緩沖容量的下降。因此，采用同一參比pH時(shí)ANC作為酸容量指標(biāo)，更能真實(shí)反映同一土壤受外源氮投入影響的情況。

4" 結(jié)論

氮添加對(duì)土壤緩沖能力、土壤碳酸鈣、土壤碳酸鹽和土壤陽(yáng)離子含量均有一定的影響。隨著氮添加量的增加，土壤陽(yáng)離子含量顯著增加，土壤碳酸鈣、土壤碳酸鹽含量顯著降低，而氮添加對(duì)土壤pH值無(wú)顯著影響。隨著氮添加量的增加，土壤CaCO3含量逐漸下降，下降了6.22%～12.53%；土壤碳酸鈣、土壤碳酸鹽對(duì)土壤酸中容量有不同程度的正相關(guān)關(guān)系，在不同外源氮添加處理下土壤pH值下降至8.0，7.5，7.0時(shí)土壤酸中和容量下降了8.38 mmol·kg-1～12.22 mmol·kg-1。表明土壤氮添加后土壤無(wú)機(jī)碳對(duì)土壤酸化有調(diào)節(jié)作用。總體而言，短期氮添加對(duì)土壤無(wú)機(jī)碳含量具有顯著的影響，而對(duì)土壤pH值無(wú)顯著影響，主要原因是由于石灰性土壤具有較強(qiáng)的緩沖作用。

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（責(zé)任編輯" 閔芝智）