放牧对土壤有机碳的影响及相关过程研究进展

草地生态系统在全球碳循环中起着重要作用,但过度放牧造成大面积的草地退化,土壤有机碳是反映土壤质量状况的综合指标,但迄今仍无较好的理论解释放牧对土壤有机碳影响的机理。放牧可通过影响土壤有机碳的输入与分配、转化利用和输出以及土壤微环境影响土壤有机碳,本文从上述各方面分析放牧对土壤有机碳及组分的影响,以探讨放牧对土壤有机碳的影响机理。由于动物的选择性采食、踩踏和植被自身恢复能力的差异以及家畜排泄物的影响,不同放牧强度改变了能影响土壤有机碳的生物因素和非生物因素,土壤有机碳在多因子的共同作用下保持动态平衡或发生着变化。由于植物群落特征和土壤理化性质的差异、放牧历史、实验方法多样等原因导致众多研究结果不尽一致。而目前多数研究只关注放牧作用下某个或少数因子对土壤有机碳的影响。在未来的研究中需针对不同的草地条件,对土壤总有机碳和组分进行观测,同时进行多因子交互作用整合分析,并加强定量分析和与其他元素循环耦合研究,有助于深入理解放牧对土壤有机碳影响的机理,进而为草原生态系统的可持续利用提供科学依据。     

高寒草地土壤有机碳含量同植物功能群数量特征关联度或然性初探

采用逐次回归分析法及主成分分析法,对青藏高原高寒草地不同土地利用方式(草甸、草原、人工草地、农田)的67块样地植物功能群数量特征同土壤有机碳含量的耦合性进行分析,以明晰土地利用格局或植被演替对土壤有机碳同植物群落数量特征的影响.结果表明:青藏高原植物-土壤系统有机碳含量在草地利用模式变化或演替过程中具有较强的解释能力.土壤有机碳含量同植物功能群数量特征关联度的或然性受到草地的利用模式、利用强度和利用历史等因素的影响.人工生态系统土壤有机碳含量同地上植物功能群数量特征之间无明显的耦合关系;健康草地生态系统土壤有机碳含量容易同放牧顶级群落优势种数量特征建立一定的耦合关系.退化草地生态系统土壤有机碳含量容易同提高限制性土壤养分的植物功能群建立耦合关系.     

草地对碳汇的作用

草地利用和管理方式是维系草地农业生态系统土壤碳平衡的重要机制之一,土壤植被的改变是土壤有机碳变化的驱动力,不同利用方式的土壤有机碳含量有明显差异,0~100cm土壤有机碳密度的变化顺序为:人工灌木林地次生天然草地人工草地弃耕地农田。放牧作为主要草地利用方式,不同强度对草地有机碳含量有显著影响,0~10cm和10~20cm土层中土壤有机碳含量随放牧强度的增加而下降,中度放牧区和重放牧区分别显著低于未放牧区。乱开乱垦对草地植被初级生产力产生严重影响,使植被盖度和草地初级生产力严重下降,导致0~20cm和20~40cm土壤有机碳含量降低。     

围栏禁牧与放牧对草地生态系统固碳能力的影响

草地生态系统固碳能力对全球碳贮量的大小有重要影响。放牧作为草地最广泛的利用方式之一影响着草地的碳贮量,过度和不合理的放牧方式造成草地退化,引起草地碳的损失。围栏禁牧与放牧对草地生态系统固碳能力的影响主要包括对植被生产力和土壤碳贮量的影响,本文对有关的报道进行了综述。结果显示,由于受植被凋落物、群落结构和气候等多因素的影响,围栏禁牧对草地植被生产力有正面或负面的效应;放牧对植被生产力的影响也没有一致的结果,此外,放牧对植被生产力的影响还与放牧的强度有关。围栏禁牧与放牧可以通过多种途径对草地土壤碳贮量产生正面或负面的影响。总之,围栏禁牧与放牧对草地生态系统固碳能力的影响是复杂多样的,需要对草地碳贮量进行估算,并对相关的机制进行研究,这样才能在草地管理方面做出合理的决策。     

放牧对草地生态系统CO2净气体交换影响研究概述

陆地生态系统与大气之间的CO2净气体交换(net ecosystem exchange of carbon dioxide,NEE)被称为生物圈的呼吸,它是陆地生态系统碳循环的重要组分,是全球气候变化研究的重点.草地生态系统是陆地生态系统的主体,约占陆地表面的40％,是气候变化的敏感区域.放牧是草地生态系统的主要利用方式,伴随着气候变化,放牧利用强度不同,对草地生态系统NEE的影响也不同.本文以放牧草地生态系统NEE组成为基础,从放牧干扰途径出发,综述了放牧对草地生态系统CO2净气体交换特征的影响.放牧主要干扰草地土壤-植被界面,通过影响植物群落组成、地上净初级生产力、地下净初级生产力来影响植被群落的光合作用和呼吸作用,使草地生态系统的NEE发生变化;放牧也可通过影响土壤包括土壤呼吸、土壤养分以及土壤温度和水分来影响NEE.放牧干扰途径的研究亦可应用于草地开垦和刈割等利用方式中,这对了解和研究草地不同利用方式下生态系统的CO2交换特征、草地碳源或碳汇的转换状态,以及草地碳贮存功能的强弱具有重要意义.     

放牧强度对三江源典型高寒草甸生物量和土壤理化特征的影响

为了揭示高寒草甸生态系统在放牧扰动下的植被和土壤特征变化,通过野外样地调查和室内分析法研究和探讨围栏封育(EN)、轻度放牧(LG)、中度放牧(MG)、重度放牧(HG)、对照区(CK)几种不同放牧强度对草地生物量和土壤碳特征的影响,为高寒草甸的退化研究提供依据。结果表明,封育区地上生物量和地下生物量最高,随着放牧强度的增加,草地地上生物量和地下生物量均呈减少趋势;放牧干扰对高寒草甸土壤湿度也产生影响,其中封育区和轻牧区土壤湿度显著高于其他处理(P0.05);在土壤剖面上,随着土层深度的增加土壤湿度呈明显降低趋势;放牧的践踏作用不仅影响土壤湿度,而且随着放牧强度的增加土壤容重增加;土壤全氮和土壤有机碳也对放牧有一定的响应,土壤全氮表现为LGENMGCKHG,土壤有机碳从高到底为LGENMGHGCK。草地受到放牧干扰时,适度的践踏干扰将提高草地生产力和碳固存,但是高强度的放牧对草地植被和土壤结构的干扰作用不利于草地生态系统的可持续发展。     

草地生态系统碳储量及其影响因素

对世界和中国草地生态系统在陆地生态系统碳储存、碳循环及在全球气候变化中的地位和作用进行了分析,阐明了中国草地生态系统碳储量及其分布格局。同时,对影响草地生态系统碳储存的初级生产力、土壤有机碳、枯落物、放牧利用、草地开垦、火烧等因素进行了研究,提出了中国草地生态系统碳储量研究需解决的主要问题。     

围封对天山北坡荒漠草地土壤有机碳的影响

以天山北坡中段退化荒漠草地为研究对象,通过分析封育与放牧对草地土壤有机碳、易氧化碳、微生物量碳含量及活性有机碳的分配比例的影响,以揭示土壤质量的变化。结果表明：禁牧封育5年后草地土壤有机碳及其活性组分含量低于放牧草地。与封育草地相比,在5～10 cm放牧草地土壤有机碳、微生物量碳及MBC/SOC显著升高（P<0.05）,分别增加了0.81 g·kg^-1,34.12 mg·kg^-1,0.59%;土壤易氧化碳含量及ROC/SOC在10～15 cm土层差异均达显著水平（P<0.05）。可见,荒漠草地在封育5年后土壤质量降低,因此,应该实行合理的围封-放牧体系,更有利于退化荒漠草地生态系统的恢复。     

草地生态系统碳储量及其影响因素

对世界和中国草地生态系统在陆地生态系统碳储存、碳循环及在全球气候变化中的地位和作用进行了分析，阐明了中国草地生态系统碳储量及其分布格局。同时，对影响草地生态系统碳储存的初级生产力、土壤有机碳、枯落物、放牧利用、草地开垦、火烧等因素进行了研究，提出了中国草地生态系统碳储量研究需解决的主要问题。     

草地生态系统碳蓄积的研究进展

介绍了全球碳循环与全球气候变化下草地生态系统碳蓄积研究的进展,并对世界和中国草地生态系统在陆地生态系统碳储量、碳循环及在全球气候变化中的地位和作用进行了分析.同时,对草地初级生产力、土壤有机碳、枯落物、放牧利用、草地开垦等因素影响草地生态系统碳蓄积的研究进行了评价,提出了中国草地生态系统碳蓄积研究需解决的主要问题和研究前景.     

长期封育对内蒙古羊草草地土壤有机碳组分的影响

封育是当前恢复和改良内蒙古草地的重要措施,也是实现草地固碳效应最有效的途径之一。本文利用内蒙古封育32年和自由放牧的羊草草地,分析了其土壤有机碳组分、土壤团聚体和土壤腐殖质组分碳含量的变化,并运用¹³C核磁共振波普法对土壤腐殖质的有机碳组分进行波普分析,探讨了长期封育对羊草草地土壤有机碳组分和土壤有机质结构的影响,期望能为科学地评估长期封育状况下草地固碳效应及其稳定性提供理论依据。实验结果表明:长期封育显著提高了草地土壤有机碳含量;在土壤有机碳组分中,除土壤微生物碳(MBC)含量降低外,其碳组分含量都相应增加。其中,易氧化有机碳(EOC)含量增加最为明显,长期封育草地是自由放牧草地土壤的4.53倍;长期封育显著提高了草地土壤0.25~2 mm团聚体所占比例及其有机碳含量;长期封育提高了草地土壤腐殖质中的胡敏酸碳(HAC)、胡敏素碳(HUC)含量和胡敏酸/腐殖质碳,降低了富里酸碳(FAC)的含量,封育草地土壤的HAC/FAC是自由放牧草地土壤的5.66倍。此外,长期封育草地土壤的脂族碳含量显著增加,芳香度相应增加,疏水碳/亲水碳增大。总之,长期封育不仅提高了草地土壤有机碳贮量,还能改善草地土壤结构、增强土壤有机碳的稳定性。     

放牧季节及退化程度对高寒草甸土壤有机碳的影响

高寒草甸是青藏高原的主要植被类型,本研究以青海省高寒草甸为研究对象,探讨不同放牧季节及退化程度下高寒草甸土壤有机碳含量及密度的分异特征。结果表明,在0-30 cm土层内,土壤有机碳含量随土层深度逐渐减小。土壤有机碳含量暖季放牧与冷季放牧之间无显著差异(P0.05),且在不同土壤深度中一致。不同放牧季节下土壤理化性质及生物量各不相同。0-30 cm土层内,除0-5 cm未退化阶段土壤有机碳含量最高,其余各层土壤有机碳含量均在轻度退化阶段达到最大。土壤理化性质在不同退化阶段也变化各异,地下生物量随草地退化呈先增加后减小的趋势,而地上生物量随草地退化呈逐渐减小的趋势。冷季放牧高寒草甸土壤有机碳含量随草地退化呈逐渐减小的趋势,而暖季放牧土壤有机碳含量随草地退化呈先增加后减小的趋势。0-30 cm土层冷季放牧不同阶段土壤有机碳储量均低于暖季放牧,但未达到显著水平。可见,放牧强度的不同会对土壤有机碳的影响比放牧季节更大。     

基于DNDC模型的高寒草甸土壤有机碳含量动态研究

研究发现以气温升高为主导的气候变化严重影响高寒草甸土壤有机碳含量的动态变化,然而,关于气候变化和放牧对土壤有机碳的耦合效应知之甚少。本研究采用增温-放牧试验结合DNDC(denitrification-decomposition)模型,检测气候变化和放牧对青藏高原高寒草甸土壤有机碳含量的影响,并评估气候变化和放牧对土壤有机碳含量变化的贡献率。结果表明:气候变化对土壤有机碳产生负面影响;放牧强度通过增加践踏、落叶和粪便返还影响土壤有机碳含量。温度、降水结合放牧强度,解释了高寒草甸土壤有机碳含量变化的63.4%。气候变化是导致土壤有机碳波动的主要因素,该因素解释了土壤有机碳变化的61.9%。相比之下,放牧强度解释了其变化的1.6%。持续的气候变化和放牧会影响土壤有机碳的动态变化,进而影响草地生态系统的服务功能。草地生态系统管理应考虑到潜在的气候变化,以实现该系统的可持续发展。     

不同草地利用方式对暖性(灌)草丛类草地固碳能力的影响

利用方式差异对草地生态系统碳循环影响不同,评价不同利用方式下各类型草地生态系统固碳能力有助于制定相应生态管理策略,对减缓草地温室气体排放具有现实意义。采用野外调查和室内试验相结合的方法,对河南不同利用方式下(围封未利用、零散放牧+割草、季节性放牧和全年放牧)两种典型草地(暖性草丛和暖性灌草丛)固碳能力进行研究。结果表明,暖性草丛植被生物量在不同利用方式上表现为围封未利用零散放牧+割草季节性放牧全年放牧,但差异不显著(P0.05);而暖性灌草丛植被生物量在零散放牧+割草条件下显著大于围封未利用和全年放牧方式(P0.05)。在围封未利用条件下,暖性草丛植被生物量显著大于暖性灌草丛(P0.05)。两种草地地上碳密度和根系碳密度在不同利用方式下差异均不显著(P0.05)。从植被碳密度来看,暖性草丛在不同利用方式下表现为围封未利用零散放牧+割草全年放牧季节性放牧,暖性灌草丛为零散放牧+割草围封未利用季节性放牧全年放牧。季节性放牧条件下暖性草丛土壤碳密度(13369.07g C·m~(-2))显著大于围封未利用方式(2544.25g C·m~(-2))(P0.05);暖性灌草丛土壤碳密度在不同利用方式下表现为零散放牧+割草围封未利用季节性放牧全年放牧,但差异不显著(P0.05)。不论在何种利用方式下,两种类型草地的植被碳密度均主要由根系所贡献,分别达到87.42%与81.52%;而生态系统碳密度均主要由土壤所贡献,分别达到91.72%与84.98%。双因素方差分析表明,土壤碳密度是决定河南两种类型草地固碳能力的根本因素,而与利用方式无关。本研究可为河南草地资源合理利用提供科学依据,为精确评估河南草地固碳能力提供数据支撑。     

内蒙古不同草原类型土壤呼吸对放牧强度及水热因子的响应

土壤呼吸的测定对于预测不同生态系统碳收支起着关键性作用。本研究利用Li-8100开路式碳通量测定系统,对内蒙古荒漠草原、典型草原和草甸草原生态系统在不同放牧强度(零放牧的对照、轻度放牧、中度放牧和重度放牧)下土壤呼吸速率进行测定,并分析了土壤呼吸与土壤温度(10 cm处)和空气相对湿度的相关性。结果表明,草地类型、放牧强度及它们的交互作用都对土壤呼吸有显著影响(P<0.05),放牧强度对土壤呼吸的影响主要表现在荒漠草原和典型草原生态系统,对草甸草原没有显著影响。在不同草地生态系统中,随着放牧强度的增加,土壤呼吸速率呈先升高后降低的变化规律。方差结果显示,不同草原类型的土壤10 cm温度和空气相对湿度有极显著性的差异(P<0.001),不同放牧强度对土壤10 cm温度和空气相对湿度无显著性影响。     

草地土壤有机碳储量模拟技术研究

探知全球草地生态系统的土壤有机碳储量是调控全球陆地碳循环过程的必要环节和最大难题之一。本文回顾了草地生态系统土壤有机碳储量的研究进展, 分析了现有的草地土壤有机碳模拟技术——草地土壤有机碳模型的主要技术特征,就模型的基础数据、模型的结构和模型内的函数参数等三方面,讨论了现存草地土壤有机碳模拟技术的缺陷,提出样地清查、遥感分析和模型模拟方法的综合运用将是解决这一问题的根本途径。最后,提出了一种基于草地综合顺序分类系统(comprehensive sequential classification system of grassland, CSCS)的草地土壤有机碳储量分类指数模型的构架。将样地清查、基于CSCS的草地土壤有机碳分类指数模型与遥感的高时空分辨率特征三者耦合起来,分析不同草地类型、气候区划等生态条件下的草地土壤有机碳特征,以求提高草地土壤有机碳估算结果的准确性。此外,草地生态系统土壤的碳汇效应等生态功能与放牧利用不存在绝对对立关系,实现放牧的现代化转型是以对草地土壤有机碳储量精准估算为前提的。     

土壤有机碳稳定性研究进展

土壤有机碳是土壤质量的核心,在碳循环中起关键作用。目前构建的土壤有机碳稳定性模型主要有：土壤稳定性机制模型,土壤稳定模型,土壤有机质动态模型,Century模型,土壤碳饱和模型和土壤碳稳定性概念模型,这些模型都是针对土壤有机碳在土壤中的稳定性划分的。影响土壤有机碳稳定性的因素主要有土壤的物理性状,土壤生物,以及人为因素等。不同的土地利用方式,如农田耕作、草-林-田相互转换、建植人工草地、围栏放牧、荒漠利用等对土壤有机碳的稳定性有着不同的影响。通过对现有的土壤稳定性研究资料进行综述,以期为合理利用土壤有机碳,维持和提高土壤有机碳储量,以及保持土壤有机碳的稳定性提供参考。     

放牧对青藏高原高寒草地土壤有机碳含量的影响

【目的】受气候变化和人类活动影响,青藏高原生态安全屏障仍然面临退化草地面积大、固碳能力降低等生态风险。揭示放牧对青藏高原高寒草地土壤有机碳含量影响及调控因素,对于提升高寒草地生态屏障功能具有重要作用。【方法】采用 Meta 分析,明晰不同放牧强度对青藏高原土壤有机碳含量、理化性质影响的平均效应值,结合混合效应模型,揭示放牧对土壤有机碳影响效应的主要调控因素。【结果】放牧干扰极显著降低高寒草地土壤有机碳含量,降幅约 13. 93%,平均效应值-0. 15±0. 04 （P＜0. 001）。轻度、中度和重度放牧草地土壤有机碳降幅分别为 12. 19%、13. 06% 和 15. 63%,轻度放牧处理未达到显著性检验水平。放牧干扰显著降低高寒草地土壤速效钾、全磷、全氮和全钾含量,降幅分别为 14. 55%、10. 74%、9. 14%（P＜0. 01）和 3. 17%（P＜0. 05）。放牧显著增加速效氮含量和土壤容重,增幅分别为 11. 90% 和 12. 66%。放牧草地土壤有机碳效应值,主要受土壤速效钾、全氮含量、土壤容重和海拔影响,均达到显著性检验水平,效应值变异的解释强度为 69. 73%。【结论】轻度放牧提高土壤速效钾含量,有利于降低放牧引起的青藏高原高寒草地碳排放量。     

不同草地利用方式对暖性(灌)草丛类草地固碳能力的影响

利用方式差异对草地生态系统碳循环影响不同,评价不同利用方式下各类型草地生态系统固碳能力有助于制定相应生态管理策略,对减缓草地温室气体排放具有现实意义。采用野外调查和室内试验相结合的方法,对河南不同利用方式下(围封未利用、零散放牧+割草、季节性放牧和全年放牧)两种典型草地(暖性草丛和暖性灌草丛)固碳能力进行研究。结果表明,暖性草丛植被生物量在不同利用方式上表现为围封未利用>零散放牧+割草>季节性放牧>全年放牧,但差异不显著(P>0.05);而暖性灌草丛植被生物量在零散放牧+割草条件下显著大于围封未利用和全年放牧方式(P<0.05)。在围封未利用条件下,暖性草丛植被生物量显著大于暖性灌草丛(P<0.05)。两种草地地上碳密度和根系碳密度在不同利用方式下差异均不显著(P>0.05)。从植被碳密度来看,暖性草丛在不同利用方式下表现为围封未利用>零散放牧+割草>全年放牧>季节性放牧,暖性灌草丛为零散放牧+割草>围封未利用>季节性放牧>全年放牧。季节性放牧条件下暖性草丛土壤碳密度(13369.07 g C·m^-2)显著大于围封未利用方式(2544.25 g C·m^-2)(P<0.05);暖性灌草丛土壤碳密度在不同利用方式下表现为零散放牧+割草>围封未利用>季节性放牧>全年放牧,但差异不显著(P>0.05)。不论在何种利用方式下,两种类型草地的植被碳密度均主要由根系所贡献,分别达到87.42%与81.52%;而生态系统碳密度均主要由土壤所贡献,分别达到91.72%与84.98%。双因素方差分析表明,土壤碳密度是决定河南两种类型草地固碳能力的根本因素,而与利用方式无关。本研究可为河南草地资源合理利用提供科学依据,为精确评估河南草地固碳能力提供数据支撑。     

基于CENTURY模型的张掖草地土壤有机碳模拟及影响因素研究

研究草地土壤有机碳的时空分布及影响因素有利于推动区域生态系统碳汇管理，对实现“双碳”目标有重要意义。以张掖草地为研究对象，运用CENTURY模型模拟张掖草地土壤有机碳密度，采用结构方程模型分析各环境因子对草地土壤有机碳的作用路径及强度。结果表明：1970—2022年土壤总有机碳密度呈增长趋势，与缓性及惰性土壤有机碳的变化趋势较为一致；有机碳密度呈现东南高，西北低的空间分布格局；总有机碳密度的高值区主要是肃南县的东南部与民乐县，高台、临泽、甘州区相对较低；海拔、年降水量对土壤总有机碳密度存在正效应，而年均温度、土壤含水量、pH值是负效应。年均温度的直接效应最大，海拔通过影响降水、温度和pH值等间接影响土壤有机碳密度，降水量对土壤有机碳密度不仅有直接影响，还会通过影响土壤含水量、pH值等间接影响土壤有机碳密度。