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土壤呼吸 | 放牧强度如何影响草原碳汇?希拉穆仁草原研究揭示深层土壤碳的流失风险

日期: 2026-03-03
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土壤呼吸 | 放牧强度如何影响草原碳汇?希拉穆仁草原研究揭示深层土壤碳的流失风险

在全球碳循环的宏大网络中,草原是沉默却关键的“碳仓”。它覆盖了地球陆地面积的三分之一,储存着约34%的陆地有机碳,对维持气候稳定、生态平衡和生物多样性具有不可替代的作用。

然而,随着放牧压力的不断增加,这一“碳仓”正面临被重新塑造的风险。在我国北方地区,放牧是草原利用的主要方式。适度放牧可以促进牧草更新、提高土壤养分循环效率,被视为维持草原生态系统活力的重要手段。

但另一方面,过度放牧会导致植被退化、土壤板结、碳储量下降,甚至触发荒漠化过程。

最近,一项发表在《Journal of Environmental Management》上的研究,以内蒙古的希拉穆仁草原为对象,通过长期的野外实验,深入揭示了不同放牧强度如何像一只“无形的手”,影响着地上的植被和地下的碳循环。

土壤呼吸 | 放牧强度如何影响草原碳汇?希拉穆仁草原研究揭示深层土壤碳的流失风险

 

图1.研究框架

研究方法:一场持续六年的放牧强度实验

实验设计:从2018年起至采样年份,每年5月1日至10月31日进行连续放牧。

CK(对照组):完全不放牧,让草地自然恢复;

LG(轻度放牧):每公顷每月1.5只羊;

MG(中度放牧):每公顷每月3.0只羊;

HG(重度放牧):每公顷每月4.5只羊;

采样区设置:每个放牧强度样地选择九个采样点,设置0.5 m × 0.5 m的样方测定植被盖度;

监测方法:

采集不同深度(0-10 cm、10-20 cm、20-40 cm)的土壤样本,分析土壤容重、孔隙度、含水量、土壤酶活性及氮、磷、钾的含量等数据;

土壤碳通量的测量使用了PS-9000便携式土壤碳通量自动测量系统(北京理加联合科技有限公司),该系统结合温度传感器进行长期监测。该测量系统能够精准测量不同放牧强度下的碳通量变化,支持连续、无人值守的土壤碳流动监测,帮助研究人员捕捉土壤碳的日变化与季节动态。

土壤呼吸 | 放牧强度如何影响草原碳汇?希拉穆仁草原研究揭示深层土壤碳的流失风险

 

图2. 植被覆盖度(%)和植物有机碳含量(%)

 

土壤呼吸 | 放牧强度如何影响草原碳汇?希拉穆仁草原研究揭示深层土壤碳的流失风险

 

图3. 土壤碳通量和温度。

土壤呼吸 | 放牧强度如何影响草原碳汇?希拉穆仁草原研究揭示深层土壤碳的流失风险

 

图4 (i). 土壤碳组分含量和土壤碳储量。

土壤呼吸 | 放牧强度如何影响草原碳汇?希拉穆仁草原研究揭示深层土壤碳的流失风险

 

图5 (ii). 土壤有机碳(SOC)含量和碳氮比。

土壤呼吸 | 放牧强度如何影响草原碳汇?希拉穆仁草原研究揭示深层土壤碳的流失风险

 

图6. 相关性图,分段结构方程模型(SEM)展示了植被、土壤养分、酶活性、土壤环境指标和土壤碳通量对土壤碳组分的影响。红色和蓝色实线分别表示显著正相关和负相关关系,黑色虚线表示非显著关系。线宽表示效应显著性的程度,*表示P < 0.05,**表示P < 0.01,***表示P < 0.001。

主要发现

植被:放牧强度决定“草”的命运

轻度放牧刺激草地更新,中度放牧平衡生物量与碳积累;

重度放牧显著降低植被覆盖度(下降37.7%),但植株碳含量反升——说明植物在“压力”下重新分配了碳资源。

土壤:结构与养分的再平衡

总氮含量(TN)在重度放牧下降低30%,但速效钾(AK)显著上升;

适度放牧区的β-纤维素酶活性提升超过15%,表明碳分解–再生循环被激活。

碳储量:中度放牧最“划算”

土壤有机碳储量(SOC)随放牧强度增加而上升;

中度放牧(MG)使SOC储量提高13.8%,C:N比提高77.5%,说明此强度下碳积累最稳定、碳循环效率最高。

研究结论与管理建议

1、连续6年放牧实验表明:草原碳储量随放牧强度先增后稳,中度放牧是最佳平衡点。

2、适度放牧可增强土壤酶活与碳固定能力,促进植被碳氮循环。

3、过度放牧会破坏地表结构,减少活性碳组分,削弱草原碳汇功能。

4、推荐管理策略:

· 实施中度放牧(约3只羊/公顷·月);

· 结合季节性轮牧与适时休牧;

· 动态监测土壤碳通量与SOC储量,以碳汇提升为目标优化放牧制度。

 

科学放牧,不仅关乎牧民的生计,更关乎地球的呼吸

发表期刊:Journal of Environmental Management【影响因子:8.4】

研究单位:山东农业大学、黄河流域土壤-水-森林-草地生态保护协同创新中心等

研究地点:内蒙古自治区北部达茂旗东南部的希拉穆仁典型荒漠草原

使用设备:PS-9000便携式土壤碳通量自动测量系统


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