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氮化合物添加对草地土壤盐基离子和酸缓冲性能的影响

田圣贤  
【摘要】:氮素是陆地生态系统生产力的重要限制因子,对生态系统生物多样性及稳定性具有重要影响。氮输入增加导致土壤酸化、土壤交换性盐基离子耗竭和土壤酸缓冲容量下降,但不同的氮素化合物对草地土壤酸化的影响机理尚不明确。本研究依托中国科学院沈阳应用生态研究所额尔古纳森林草原过渡带生态系统研究站的氮化合物添加模拟实验平台,系统地研究了不同氮化合物添加对我国北方草甸草地表层土壤(0-20cm)交换性盐基离子组成及土壤酸缓冲性能的影响。试验包括5种氮化合物,分别为碳酸氢氨(NH_4HCO_3)、硝酸铵(NH_4NO_3)、硫酸铵((NH_4)_2SO_4)、尿素(CO(NH_2)_2)、缓释尿素;6个氮添加梯度,分别为0、2、5、10、20、50 g N m~(-2) a~(-1);刈割与不刈割处理2种管理方式,共60个处理,8次重复,共480个小区。得到以下主要研究结果:(1)随氮添加量的增加,土壤pH和土壤酸缓冲容量显著降低,表明氮化合物添加加剧了草甸草地土壤的酸化;土壤电导率显著增高,表明氮添加导致土壤可溶性盐分的积累。不同类型的氮化合物对土壤pH、酸缓冲容量及电导率的影响存在显著差异,5种氮化合物中对土壤酸化效应的强度依次为硫酸铵、硝酸铵、尿素、缓释尿素和碳酸氢铵。刈割处理对土壤pH、酸缓冲容量及电导率无显著影响。(2)氮添加量对交换性Ca~(2+)、Mg~(2+)、K~+、Na~+及交换性盐基离子总量(SEB)具有显著影响。随氮添加时的增加,土壤交换性Ca~(2+)、Mg~(2+)显著降低,交换性K~+显著增加。氮化合物类型对土壤交换性Ca~(2+)、Mg~(2+)、K~+及交换性盐基离子总量(SEB)具有显著影响,但对交换性Na~+无显著影响。刈割处理对交换性Ca~(2+)和SEB有显著影响,对交换性Mg~(2+)、K~+、Na~+无显著影响。(3)氮添加量对土壤交换性Ca~(2+)/Mg~(2+)、Ca~(2+)/SEB、Mg~(2+)/SEB、Na~+/SEB无显著影响。随氮添加量的增加,交换性Ca~(2+)/K~+、(Ca~(2+)+Mg~(2+))/(K~++Na~+)降低,K~+/SEB、K~+/Na~+增加,表明氮添加降低了土壤钙和镁的有效性,增加了钾的有效性。氮化合物类型仅对K~+/Na~+具有显著影响;刈割处理对交换性仅对交换性Ca~(2+)/Mg~(2+)以及Mg~(2+)/SEB具有显著影响。(4)无论是刈割处理还是不刈割处理,土壤pH与土壤交换性Ca~(2+)、Mg~(2+)、Na~+、SEB呈显著正相关关系,与土壤交换性K~+呈显著负相关关系。刈割处理和不刈割处理下,土壤EC与交换性Ca~(2+)、Mg~(2+)、SEB呈显著负相关关系,与交换性K~+无显著相关关系;不刈割处理下土壤EC与交换性Na~+无相关关系,而在刈割处理下与交换性Na~+呈显著负相关关系。刈割处理和不刈割处理下,土壤酸中和容量(ANC)与交换性Ca~(2+)、Mg~(2+)、SEB呈极显著正相关,与交换性K~+、Na~+无显著相关关系,说明草甸草地土壤的酸中和容量主要受交换性Ca~(2+)、Mg~(2+)及交换性盐基总量的影响。


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