氮添加对温带草原土壤酸化的长期和短期影响

《Plant and Soil》：Long-term and short-term effects of nitrogen addition on soil acidification in a temperate steppe

土壤酸化速率及驱动机制研究：在温带草原中，通过对比自然状态与不同时长氮添加（2年、15年）的试验，发现氮循环是主导酸化因素，导致土壤pH显著下降，自然条件下需42年达酸化临界值4.5，氮添加使周期缩短至16-19年，刈割叠加更仅8-11年。

　　

摘要

背景与目的

土壤酸化是草原退化的一个关键指标，在温带草原地区日益受到关注。然而，酸化速率及其生物地球化学驱动因素仍缺乏准确的量化研究。本研究旨在评估酸化速率，并明确在短期和长期施用氮（N）条件下主要的酸化机制。

方法

在温带草原进行了一项野外实验，设置了三种处理方式：自然条件（禁止放牧和大气氮沉降）、短期（2年）和长期（15年）氮添加（12克氮/平方米/年）。通过质量平衡方法计算土壤酸化速率，该方法考虑了氮循环产生的氢离子（H?）、植物吸收以及碳酸氢盐的淋溶作用。

结果

在自然条件下，表土（0–10厘米）的酸化速率为0.59千摩尔碳/公顷/年，15年内pH值下降了0.66个单位。长期和短期氮添加分别使酸化速率增加到1.52千摩尔碳/公顷/年和1.27千摩尔碳/公顷/年，导致表土pH值分别下降了1.1个单位和0.3个单位。氮循环是主要的酸化驱动因素。酸化过程与钙离子（Ca2?）的流失和锰离子（Mn2?）的富集密切相关。根据观察到的酸化速率和土壤的酸缓冲特性进行预测，当前条件下土壤pH值将在42年内降至临界阈值4.5；而在施用氮的情况下，这一时间将缩短至16–19年；如果同时进行刈草，这一时间可能进一步缩短至8–11年。

结论

这些发现突显了温带草原土壤酸化的严重性，以及采取缓解措施以维持土壤健康和生态系统功能的紧迫性。