背景
草原生态系统是全球碳循环的重要组成部分，在土壤固碳、水源涵养和生物多样性维持中发挥着关键作用。然而，干旱半干旱草原对降雨波动和放牧干扰高度敏感。短时强降雨可迅速改变土壤水分，进而影响植物生长、微生物活动和生态系统碳交换；而放牧强度则通过调节植被结构和土壤保水能力，进一步改变这一响应过程。尽管已有研究关注了放牧或降雨对草地碳循环的影响，但二者如何协同调控土壤水分、植物群落及碳交换的短期动态机制，仍有待深入解析。
针对这一研究空白，山东农业大学董智教授团队以内蒙古希拉穆仁典型荒漠草原为研究对象，结合不同放牧强度处理和2024年生长季5次典型降雨事件，系统观测土壤水分、植物群落与生态系统碳交换的短期响应。相关成果发表于 《Agriculture, Ecosystems and Environment》，为草地适度放牧管理提供了数据支撑。
核心发现
（1）放牧强度显著改变了土壤水分对降雨的响应，其中中度放牧增强表层土壤水分敏感性并维持水分稳定，而重度放牧削弱深层土壤水分响应和保水能力；
图1.土壤含水量和土壤温度对降雨刺激的响应。（a）、（b）和（c）分别代表 0–10 cm、10–20 cm 和 20–40 cm 土层中土壤含水量对降雨脉冲的响应。（d）代表 0–10 cm 土层温度对土壤含水量的响应。（e）代表降雨后不同放牧强度下土壤含水量的变化。（f）代表放牧强度对土壤含水量变异系数的影响。
（2）降雨脉冲显著增强荒漠草原碳交换过程，而中度放牧有助于维持更稳定的碳吸收能力和碳汇功能；
图2.NEE、ER和GEP受放牧强度和降雨过程的影响。（a）（b）（c）显示了不同放牧强度下NEE、ER和GEP对降雨脉冲的响应。（d）（e）（f）描述了不同放牧强度下NEE、ER和GEP对短期降雨事件及其后效应的响应。（g）展示了不同放牧强度下降雨事件期间NEE、ER和GEP的平均变化。
（3）重度放牧削弱了植物碳吸收与土壤碳释放之间的耦合关系，导致碳循环过程稳定性下降；
图3.降雨影响下的生态系统碳交换、N₂O和CH₄ 含量以及土壤 CO₂ 排放量之间的相关性。
（4）重度放牧虽可短期提高物种丰富度，但主要依赖短生命周期植物增加，最终会推动群落结构简化并削弱长期生态稳定性；
表1.多样性指数分析。
图4.功能群重要性值对降雨时间和放牧强度的响应（（a）CK，（b）LG，（c）MG，（d）HG。）
图5.物种丰富度对降雨时间和放牧强度的响应。
（5）放牧和降雨通过调节土壤温度、水分状况及土壤CO₂释放，共同影响草原生态系统碳交换和整体功能稳定性；
图6.降水和放牧强度影响下，土壤温度、生物多样性、土壤含水量、土壤 CO₂ 排放与生态系统碳通量、CH₄ 和N₂O之间相互作用的结构方程模型分析。
实验方法
研究以内蒙古希拉穆仁典型荒漠草原为研究区，设置4种处理：
1) 禁牧对照（CK）；
2) 轻度放牧（LG）：1.5 只羊 /hm²・月；
3) 中度放牧（MG）：3.0 只羊 /hm²・月
4) 重度放牧（HG）：4.5 只羊 /hm²・月；
研究在2024年7—8月生长季选取5次有效降雨事件，并按照“雨前—降雨脉冲期—雨后效应期”开展连续观测；
主要指标：土壤水分、土壤水分储量、土壤温度、土壤CO₂、CH₄和N₂O通量、物种组成、密度、高度、盖度等；
数据分析：采用重复测量方差分析、线性回归和结构方程模型，综合评估放牧强度、降雨事件及其交互作用对土壤水分、植物群落和生态系统碳交换的影响机制；
实验过程中，选用北京理加联合科技有限公司生产研发的PS-9000便携式土壤碳通量测量系统测定土壤CO₂通量。测量前，科研人员使用已知浓度的标准CO₂气体对仪器进行校准，并预先将PVC环形底座插入土壤约8 cm以固定测量区域。采样时，剪除环内地上植被后，将SC-12土壤呼吸室放置于PVC环上并连接PS-9000进行测定；仪器同步记录土壤温度，测量时段为上午8:00–12:00和下午14:00–17:00；
结语
研究表明，荒漠草原对降雨的响应不仅取决于降雨量，还受到放牧强度的显著调节。中度放牧有助于维持土壤水分、植物群落及碳汇功能的稳定，而重度放牧可能降低生态系统恢复力和碳循环稳定性。未来可结合长期观测与多尺度碳通量监测，进一步揭示不同降雨和放牧条件下的碳水耦合机制，为草原生态恢复、放牧管理及碳汇提升提供科学依据。
发表期刊：Agriculture, Ecosystems and Environment【影响因子：7.7】
研究单位：山东农业大学、山东省高校黄河流域水土与森林-草地生态保护协同创新中心等
研究地点：内蒙古希拉穆仁草原
使用设备：PS-9000便携式土壤碳通量自动测量系统
DOI：https://doi.org/10.1016/j.agee.2026.110625