草(cǎo)地(dì)生态系統碳彙對放牧強度的(de)響應理(lǐ)論方面取得新進展
2023-05-19 14:02
5月4日，水土保持研究所上官周平研究員團隊，在草(cǎo)地(dì)生态系統碳彙對放牧強度的(de)響應理(lǐ)論方面取得新進展,并以“Carbon in Chinese grasslands: meta-analysis and theory of grazing effects”為(wèi)題發表在國(guó)際生态環境領域綜合性期刊Carbon Research上。鄧蕾研究員為(wèi)論文第一(yī)作者，上官周平研究員為(wèi)通訊作者。
草(cǎo)地(dì)約占全球陸地(dì)生态系統總面積的(de)40%，其土壤碳儲量占全球總量的(de)10%-30%，植物碳儲量占全球的(de)10%。全球變化背景下，其對調控全球生态系統碳循環具有(yǒu)重要的(de)作用。由于不合理(lǐ)的(de)放牧或者過度放牧，導緻全球約一(yī)半的(de)草(cǎo)地(dì)面臨着不同程度的(de)退化。放牧是影響草(cǎo)地(dì)生态系統土壤退化、土壤健康和(hé)碳彙能力的(de)重要管理(lǐ)因素。草(cǎo)地(dì)類型、放牧強度和(hé)放牧持續時間均會影響草(cǎo)地(dì)生态系統的(de)碳彙能力，然而，這些因素如(rú)何綜合影響草(cǎo)地(dì)生态系統的(de)碳彙能力尚缺少系統的(de)理(lǐ)論研究。尤其在我國(guó)，由于區域氣候、土壤等異質性較大，使得我國(guó)草(cǎo)地(dì)類型多樣（主要包括荒漠、溫帶典型、草(cǎo)甸和(hé)高(gāo)寒四個大類）。根據國(guó)土“三調”數據，我國(guó)草(cǎo)地(dì)面積約40億畝，約占全國(guó)國(guó)土面積的(de)28%，由于不合理(lǐ)放牧等人為(wèi)活動的(de)影響，全國(guó)70%的(de)草(cǎo)地(dì)處于不同程度的(de)退化狀況。因此，在全球變化和(hé)我國(guó)“雙碳”戰略的(de)背景下，非常有(yǒu)必要進一(yī)步研究不同類型草(cǎo)地(dì)生态系統碳彙能力對放牧的(de)響應過程和(hé)機(jī)理(lǐ)，為(wèi)草(cǎo)地(dì)碳彙管理(lǐ)提供理(lǐ)論依據和(hé)數據支持。該研究取得如(rú)下進展：
（1）闡明了不同類型草(cǎo)地(dì)生态系統碳儲量對放牧強度的(de)響應規律。
受草(cǎo)地(dì)類型和(hé)放牧強度的(de)制約，放牧後草(cǎo)地(dì)碳儲量呈現“先增加後降低(dī)、基本穩定、逐漸降低(dī)”3種變化規律。荒漠草(cǎo)原在輕度（1-2隻羊/公頃）和(hé)中度放牧（2-4隻羊/公頃）強度下，生态系統碳儲量分别在放牧的(de)前3年(nián)和(hé)前2年(nián)呈現增加趨勢，之後逐漸降低(dī)，典型草(cǎo)原在輕度放牧（2-4隻羊/公頃）下，生态系統碳儲量在放牧的(de)前4年(nián)呈現增加趨勢；草(cǎo)甸草(cǎo)原和(hé)高(gāo)寒草(cǎo)原植物碳儲量整體随着放牧逐漸降低(dī)，草(cǎo)甸草(cǎo)原的(de)土壤碳儲量在中度放牧條件下（2-4隻羊/公頃）也是呈“先增加後降低(dī)”趨勢（圖2）。總體上，輕度放牧可(kě)以維持甚至增加草(cǎo)地(dì)生态系統的(de)碳儲量，過度放牧會降低(dī)所有(yǒu)草(cǎo)地(dì)生态系統的(de)碳儲量（包括植物、凋落物和(hé)土壤），年(nián)均減少約1.4噸/公頃，且這些碳損失需要較長(cháng)時間才能恢複。
（2）基于碳彙管理(lǐ)角度，提出了适合不同草(cǎo)地(dì)類型的(de)最佳放牧強度。對未退化的(de)草(cǎo)地(dì)來說，從碳彙功能維持或者提高(gāo)的(de)角度，輕度放牧是荒漠草(cǎo)原（<2羊/公頃）和(hé)典型草(cǎo)原（3-4羊/公頃）最好的(de)放牧強度，而中等放牧強度是草(cǎo)甸草(cǎo)原（5-6羊/公頃）和(hé)高(gāo)寒草(cǎo)原（7-8羊/公頃）最優的(de)放牧強度。由于現實中無論在何種放牧強度下，隻要放牧持續的(de)時間足夠長(cháng)，草(cǎo)地(dì)生态系統就會出現退化。據此，研究發現短(duǎn)時期（≤3年(nián)）的(de)放牧下，所有(yǒu)生态系統碳組分均不會出現退化現象，且不受放牧強度的(de)影響，進而提出3年(nián)是較為(wèi)合理(lǐ)的(de)輪牧周期，有(yǒu)利于草(cǎo)地(dì)碳彙功能的(de)可(kě)持續。同時發現在高(gāo)寒草(cǎo)原進行(xíng)非生長(cháng)季放牧比生長(cháng)季放牧更加有(yǒu)利于草(cǎo)地(dì)碳固持。
（3）揭示了草(cǎo)地(dì)生态系統碳儲量對放牧強度的(de)響應理(lǐ)論。發現植物對放牧的(de)補償效應是維持草(cǎo)地(dì)碳彙一(yī)個的(de)重要機(jī)制，尤其是放牧的(de)前3年(nián)，植物碳儲量累積較多，之後持續放牧補償效應消失。發現植物生産力降低(dī)、土壤酸化、土壤N匮乏、微生物異養呼吸加劇是過度放牧導緻土壤碳彙能力降低(dī)的(de)原因。據此，發現“适度幹擾假說”适合于未退化草(cǎo)地(dì)，若草(cǎo)地(dì)已經處于退化階段，即使輕度放牧也會加劇草(cǎo)地(dì)進一(yī)步退化，即符合“動态不平衡假說”（圖3）。植物生物量（荒漠草(cǎo)原）和(hé)土壤碳儲量（草(cǎo)甸草(cǎo)原）在輕度或中度放牧下增加，證實了“适度幹擾假說”。草(cǎo)地(dì)的(de)再生與更新對放牧強度的(de)響應(即放牧優化)取決于草(cǎo)地(dì)類型和(hé)放牧時間。值得注意的(de)是，幹草(cǎo)原（如(rú)荒漠草(cǎo)原）的(de)最優放牧強度低(dī)于濕草(cǎo)原（如(rú)草(cǎo)甸草(cǎo)原），且幹草(cǎo)原的(de)碳儲量下降速度快于濕草(cǎo)原。
總之，草(cǎo)原放牧是一(yī)把雙刃劍。一(yī)方面，适當的(de)管理(lǐ)（輕度或中度放牧）可(kě)以維持甚至增加碳儲量。另一(yī)方面，人類引起的(de)過度放牧會導緻植被和(hé)土壤的(de)迅速退化，導緻大量的(de)碳損失。制定草(cǎo)地(dì)放牧制度（即強度和(hé)持續時間）時必須考慮具體的(de)草(cǎo)地(dì)特征，以确保穩定的(de)生産率和(hé)最佳的(de)生态系統固碳效益。
研究成果得到國(guó)家自(zì)然科(kē)學(xué)基金項目（42277471）和(hé)第二次青藏高(gāo)原綜合科(kē)學(xué)考察研究項目（2019QZKK0603）等資助。
https://link.springer.com/article/10.1007/s44246-023-00051-7
