草地管理對(duì)草原碳匯功能的影響

草地管理對(duì)草原碳匯功能的影響

人類活動(dòng)，尤其是工業(yè)信息革命，導(dǎo)致溫室內(nèi)氣體排放增加，導(dǎo)致氣體濃度增加1.3，嚴(yán)重影響氣候穩(wěn)定性。如何降低CO2排放,降低空氣中CO2濃度水平成為全人類共同的奮斗目標(biāo)。分析全球CO2的排放和吸收,眾多工業(yè)活動(dòng)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)被視為CO2凈排放源,而森林和草原作為吸收固定平衡CO2等溫室氣體的主體陸地生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)備受關(guān)注。為了維護(hù)地球生態(tài)系統(tǒng)的平衡,防止全球氣候惡化,不僅要減少工農(nóng)業(yè)溫室氣體排放,而且需要加強(qiáng)森林、草原等溫室氣體吸收主體功能,力求獲得全球氣體交換的平衡。森林被作為碳固定的主體已經(jīng)被重視,發(fā)展碳匯林業(yè)已經(jīng)寫入我國(guó)十二五規(guī)劃。草原作為我國(guó)最大的陸地生態(tài)系統(tǒng),約占全國(guó)土地面積的40%,但草原碳匯重視不足,草原從業(yè)人員很少?gòu)牟菰紖R的角度進(jìn)行生產(chǎn)管理。隨著碳貿(mào)易市場(chǎng)的逐步形成,草原作為重要的碳匯將具有很高的價(jià)值,可能將遠(yuǎn)高于草原生產(chǎn)所創(chuàng)造的價(jià)值。正如目前發(fā)達(dá)國(guó)家某些草原在水土保持、休閑娛樂等方面創(chuàng)造的價(jià)值已高于飼草生產(chǎn)。這種轉(zhuǎn)變勢(shì)必帶來(lái)草原管理措施的轉(zhuǎn)變。因此,了解和掌握草原管理措施對(duì)草原碳匯的影響至關(guān)重要。綜述草原碳研究文獻(xiàn),剖析草原管理措施對(duì)草原碳固定和排放的影響,期望對(duì)我國(guó)草原管理實(shí)踐提供參考。1草原碳匯和源轉(zhuǎn)換的現(xiàn)狀及問題世界草原約占全球陸地面積1/3,全球草原生態(tài)系統(tǒng)中碳的總貯量約為308Pg,其中約92%(282Pg)貯存在土壤中,地上生物量中的碳所占的比例不到10%(26Pg),草原土壤有機(jī)碳估計(jì)占全世界有機(jī)碳的10%~30%。我國(guó)草原植被碳儲(chǔ)存約3.06Pg,草原土壤碳儲(chǔ)存約41.03Pg,草原總碳儲(chǔ)量約44.09Pg,與農(nóng)業(yè)部《2010年全國(guó)草原監(jiān)測(cè)報(bào)告》中草原總碳儲(chǔ)量約42.73Pg值相似,大約占世界草原總碳儲(chǔ)量的9%~16%。草原生態(tài)系統(tǒng)在植物固定CO2的同時(shí),通過(guò)草原土壤呼吸、動(dòng)植物呼吸等排放CO2,固定CO2量大于排放量,草原生態(tài)系統(tǒng)被稱為“碳匯”,反之則為“碳源”。Piao等研究指出我國(guó)草原碳吸收大于碳排放,1980s~1990s每年固定(0.0076±0.002)PgC。青藏高原草原碳儲(chǔ)量占全國(guó)草原總碳儲(chǔ)量的50%左右,每年固定約55.9gC/m2。Liebig等根據(jù)44年草原土壤有機(jī)碳數(shù)據(jù)確定北美大平原草原為重要的碳匯,總的碳固持率為每年每公頃0.39~0.46MgC。采取合理的草原管理措施,可以增加土壤有機(jī)質(zhì)含量,極大的提高草原的固碳能力,Wang等估計(jì),到2020年,隨著約1.5億hm2草原圍欄封育和0.3億hm2人工草地建植計(jì)劃的實(shí)施,我國(guó)草原每年可以固定0.24PgC,將遠(yuǎn)高于Piao等估計(jì)的每年固定(0.0076±0.002)PgC。草原碳會(huì)發(fā)生匯和源的轉(zhuǎn)換,主要受溫度、降雨等氣候因子和草原管理措施影響。氣候條件的改變或不良的草地管理將導(dǎo)致草原由碳匯轉(zhuǎn)換為碳源。2草原降雨、高溫和高溫對(duì)草原生產(chǎn)力的影響草原碳匯功能發(fā)揮與植被生產(chǎn)力有關(guān),植被生產(chǎn)力受全球氣候變化的影響,任繼周等研究指出我國(guó)草地的碳匯主體為植被生產(chǎn)力較高的高山草地、溫帶濕潤(rùn)草地、斯泰普草地和半荒漠草地,而植被生產(chǎn)力較低的冷荒漠盡管面積較大,但是草地固碳潛力較小。許多研究已經(jīng)表明,隨著空氣CO2濃度增加,草原生產(chǎn)力水平和水分利用效率均有所提高,草原固碳能力增強(qiáng)。在水缺乏的荒漠草原和典型草原,生物量與降雨顯著相關(guān),降雨增多會(huì)提高草原生產(chǎn)力,增加草原碳固持能力;干旱脅迫降低了生長(zhǎng)季內(nèi)蒙古錫林河流域羊草草原生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力和碳累積量,使生態(tài)系統(tǒng)由碳匯變?yōu)樘荚?。在青藏高原高寒草?也發(fā)現(xiàn)草地的固碳能力隨著降水的增加而增加,而與溫度關(guān)系不大。溫度對(duì)不同草原類型生產(chǎn)力的影響不同。在溫帶濕潤(rùn)草原,升溫延長(zhǎng)了植物生長(zhǎng)期,提高了草地生產(chǎn)力和碳儲(chǔ)量。但在干旱和半干旱草原,因蒸發(fā)和干旱程度隨溫度升高而加劇,特別在降雨沒有增加情況下,草原生產(chǎn)力和碳固持隨著溫度升高而下降。Li等也發(fā)現(xiàn)典型草原人工增溫分別降低了地上和地下生物量10.3%和7.0%,不利于土壤有機(jī)質(zhì)的積累。青藏高寒草甸和高寒草原冬季溫度升高,導(dǎo)致春季花期推遲,使高寒草甸植物生長(zhǎng)期縮短了3周、高寒草原植物生長(zhǎng)期縮短了1個(gè)月,降低了草原凈生產(chǎn)力和碳固持。此外,草原土壤有機(jī)碳的礦化速度受溫度影響較大,相對(duì)于荒漠草原和干草原,溫度對(duì)高寒草甸土壤有機(jī)碳的礦化速度影響更大,說(shuō)明在全球氣候不斷升溫的情況下,高寒草甸可能比荒漠草原和干草原釋放更多的CO2。在全球氣候變化情況下,草地碳匯功能的變化及其作用機(jī)制還需要進(jìn)一步研究。以草原碳匯為目標(biāo)的管理措施,必須綜合考慮氣候變化對(duì)碳固持的影響。3干旱地區(qū)土壤沙化的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)自然因素(降水)和人為因素(過(guò)度放牧)共同驅(qū)動(dòng)了草地的退化。隨著退化程度的加深,土壤有機(jī)碳的含量明顯減少。有研究表明由于重度退化而造成的土壤(0~20cm)碳丟失量為3.80kg/m2,相當(dāng)于50.87%的有機(jī)碳流失。Wang等估計(jì)中國(guó)北方草地從20世紀(jì)60年代到90年代在中度退化和重度退化草地共造成了接近1.24Pg的凈碳損失。在干旱地區(qū)由于嚴(yán)酷的自然條件以及人類活動(dòng)的干擾使土壤很容易發(fā)生沙化。土壤沙化往往會(huì)引發(fā)如侵蝕、鹽漬化和板結(jié)等退化過(guò)程。干旱區(qū)土地退化和荒漠化的直接作用是促進(jìn)了土壤有機(jī)碳和無(wú)機(jī)碳的礦化,增加了碳的排放;間接作用是通過(guò)減少地上生物量生產(chǎn),導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)的惡化和土壤容重的增加。無(wú)機(jī)碳在干旱區(qū)土壤中的儲(chǔ)存量超過(guò)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的2~5倍,因此干旱地區(qū)控制土壤無(wú)機(jī)碳的截留對(duì)碳匯功能的發(fā)揮具有重要意義。植被的退化與土壤鹽漬化伴隨發(fā)生。目前鹽漬化土壤廣泛分布在全世界100多個(gè)國(guó)家和地區(qū),面積達(dá)10億余hm2,占陸地總面積的30%左右。在吉林西部草地從羊草(Leymuschinensis)群落退化為鹽堿地,40cm土壤有機(jī)碳密度47.72t/hm2減少至27.44t/hm2,減少了約42%。4采用該方法對(duì)牧場(chǎng)碳交換的影響4.1不同類型草地的土壤有機(jī)碳損失草原開墾對(duì)草原碳儲(chǔ)存的影響很大,導(dǎo)致土壤中大量有機(jī)碳釋放,使草原成為碳源。隨著世界人口增長(zhǎng),糧食需求不斷增加,世界范圍內(nèi)草地的開墾面積已達(dá)2.80×106hm2,草原生態(tài)系統(tǒng)碳凈損失量約為10Pg。Wang等總結(jié)19篇文獻(xiàn)后發(fā)現(xiàn),草地開墾導(dǎo)致土壤有機(jī)碳含量年均下降2.3%~2.8%,造成我國(guó)草原碳儲(chǔ)存損失30%~35%。草原開墾后,土壤有機(jī)碳的下降速率隨開墾年限的增加而減少,在前20年,土壤有機(jī)碳迅速下降,之后下降速度逐漸降低。不同草原和土壤類型的土壤有機(jī)碳損失速度不同,我國(guó)灰褐土草原在開墾后42年里0~20cm耕作層土壤有機(jī)碳損失70%,褐灰鈣草原則損失11%,開墾80年后損失為44%。草原開墾降低了草原生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力,以圍封26年草原為對(duì)照,開墾導(dǎo)致典型草原土壤及根系碳固持能力分別降低了37.9%和70.8%。草地開墾后土壤有機(jī)碳含量的快速下降,主要有五方面的原因。一是稀釋作用,下層土壤有機(jī)碳含量比上層土壤低,草地開墾時(shí)的耕翻作用使上下層土壤相混合,降低土壤有機(jī)碳含量;二是土壤水蝕影響,在黃土高原地區(qū),水蝕降低土壤有機(jī)碳的作用特別明顯;三是風(fēng)蝕作用,開墾增加了土壤的風(fēng)蝕,顯著降低表層土的土壤有機(jī)碳含量;四是耕翻使土壤有機(jī)質(zhì)暴露在空氣中,促進(jìn)土壤呼吸,增加了土壤有機(jī)質(zhì)的氧化分解;五是草地的多年生植被轉(zhuǎn)變成農(nóng)作物,向地下轉(zhuǎn)運(yùn)的光合產(chǎn)物相對(duì)減少,作物的地上部分全部收獲,嚴(yán)重影響碳通過(guò)枯落物向地下的輸送,而收獲的籽實(shí)或秸稈,通過(guò)食物網(wǎng)或燃燒轉(zhuǎn)化成CO2又排放到大氣中。侵蝕作用和土壤有機(jī)質(zhì)的氧化分解是土壤有機(jī)碳快速降低的主要途徑,黃土高原黃綿土草地開墾5年后,0~20cm的土壤流失了90%,土壤有機(jī)質(zhì)下降了77%。改善農(nóng)田管理措施,可以降低土壤有機(jī)質(zhì)的損失速率。在北美大草原,輪作體系和保護(hù)性耕作有效地阻止了土壤風(fēng)蝕并降低了土壤有機(jī)碳的損失速率,1920年開墾的褐灰鈣土在40年里下降了37%,1960年后的開墾地由于采取了輪作體系和保護(hù)性耕作,土壤有機(jī)碳只損失了11%。農(nóng)田翻耕對(duì)土壤擾動(dòng)大,采用免耕技術(shù)能降低土壤有機(jī)質(zhì)的損失速率。4.2過(guò)度放牧能降低土壤理化性質(zhì)的變化放牧對(duì)草原碳匯影響比較復(fù)雜。合理放牧管理估計(jì)每年增加土壤碳固持達(dá)每公頃0.1~0.3MgC,Pineiro等比較67組在不同國(guó)家和地區(qū)草原放牧試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),放牧草原土壤有機(jī)碳含量均大于未放牧草原,放牧以C4植物為主的矮草草原碳儲(chǔ)量比未放牧草原高24%。在連續(xù)放牧草場(chǎng),增加放牧強(qiáng)度將降低草原土壤有機(jī)碳含量。草甸草原土壤表層0~20cm土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量在輕度放牧和中度放牧的情況下沒有顯著差異,但均顯著高于重度放牧。高寒草甸重度放牧利用導(dǎo)致土壤碳流失。近40年來(lái),過(guò)度放牧致使錫林河流域羊草草原土壤有機(jī)碳下降約12.4%,重度放牧導(dǎo)致該羊草草原每年碳凈釋放速率達(dá)每公頃0.106MgC。放牧對(duì)土壤有機(jī)碳的作用有3條途徑:群落凈生產(chǎn)力途徑、土壤氮儲(chǔ)存途徑和枯落物的分解途徑。在較高的放牧率下,動(dòng)物的選擇性采食改變地上植被的組成,降低地下凈初級(jí)生產(chǎn)力和植物群落生產(chǎn)力,減少地下碳的輸入和草地生態(tài)系統(tǒng)的固碳量。相對(duì)于不放牧利用的草地,合理放牧能加快草原植物地上部分的碳轉(zhuǎn)換,促進(jìn)土壤和植物間碳分配,一般根碳與土壤碳的比例增加。此外,放牧降低土壤中顆粒狀有機(jī)物向土壤有機(jī)碳的轉(zhuǎn)化,降低土壤碳的固持。對(duì)于過(guò)度放牧草地,只有20%~50%的地上凈初級(jí)生物量以凋落物和家畜糞便的形式進(jìn)入到土壤庫(kù)中。過(guò)度放牧也導(dǎo)致土壤氮庫(kù)存減少、C∶N增加,限制了碳的固持。過(guò)度放牧導(dǎo)致大量的地上植被被動(dòng)物采食,降低了群落的蓋度,增加了土壤表面的光照強(qiáng)度,可能加快土壤表層枯落物分解釋放CO2的速率。4.3割草地土壤有機(jī)碳的積累與利用刈割對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量影響很大,高強(qiáng)度的刈割利用顯著降低土壤有機(jī)質(zhì)含量。高強(qiáng)度刈割利用2年后(刈割高度為2cm),草地0~10cm土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著降低。Franzluebbers和Stuedemann監(jiān)測(cè)12年美國(guó)佐治亞州人工草地利用方式對(duì)土壤有機(jī)碳的影響,發(fā)現(xiàn)割草地土壤有機(jī)碳顯著低于放牧草地和未利用草地,僅有重牧草地的82%,每年每公頃碳損失達(dá)0.22Mg,但內(nèi)蒙古自由放牧的情況下,割草地土壤有機(jī)碳比放牧地高59%,比圍封不利用的草地低。其可能原因是我國(guó)內(nèi)蒙古草地的刈割頻度是一年一次,每年8月中旬刈割,利用強(qiáng)度比自由放牧地低,因此有機(jī)碳的積累比放牧地高;而美國(guó)佐治亞州人工草地生產(chǎn)力高,每月割草一次,刈割強(qiáng)度大,12年的刈割利用帶走大量的土壤營(yíng)養(yǎng)元素,利用強(qiáng)度比放牧草地大,故而割草地土壤有機(jī)碳低于放牧地。寧發(fā)等也發(fā)現(xiàn),多年連續(xù)割草利用的草地土壤有機(jī)質(zhì)、全N、全P、全K、速效P和速效K含量顯著低于季節(jié)性封育草地,連續(xù)割草利用不利于土壤肥力的蓄積及草地的可持續(xù)利用。另外,單貴蓮等研究指出,退化草地在圍封恢復(fù)過(guò)程中若連續(xù)多年刈割利用,容易再次發(fā)生退化演替,導(dǎo)致草群矮化和土壤有機(jī)質(zhì)等含量下降。割草利用導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)減少的原因是:多年連續(xù)高強(qiáng)度刈割利用降低光合產(chǎn)物向地下轉(zhuǎn)運(yùn),降低草地初級(jí)生產(chǎn)力,減少營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)儲(chǔ)存,不利于第二年草地返青;枯落物減少和大量N、C、P等物質(zhì)以草產(chǎn)品的方式被帶走,特別是氮的損失導(dǎo)致土壤氮虧缺,對(duì)割草地的初級(jí)生產(chǎn)力產(chǎn)生負(fù)反饋,不利于割草地碳固持。與輕度放牧地或不放牧利用相比,合理的刈割利用有利于植被更新,能增加土壤碳的庫(kù)存。對(duì)割草地的管理,通過(guò)施肥等管理,及時(shí)返還草地?fù)p失的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),增加草地凈初級(jí)生產(chǎn)力,可有效提高其固碳能力。5重度退化草地的管理草原改良是草地持續(xù)管理的重要內(nèi)容,改良措施主要包括重度退化草地的圍封禁牧、補(bǔ)播改良,輕度和中度退化草地的淺耕翻、施肥、灌溉,以及開墾農(nóng)田的撂荒管理和草地重建等。各種改良措施的正確運(yùn)用是草原碳匯恢復(fù)的關(guān)鍵。5.1環(huán)境改善,減少草地碳匯圍封禁牧是我國(guó)退化草地植被恢復(fù)的主要措施,全國(guó)重度退化草地如果全面實(shí)施圍欄封育措施,固碳潛力每年達(dá)12.01TgC。Wang等根據(jù)我國(guó)205個(gè)退化草原樣點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)估測(cè),圍欄封育后草原土壤有機(jī)碳平均每年增加6.3%。隨著圍封禁牧年限的增加,土壤有機(jī)質(zhì)含量逐漸升高,羊草草地圍封禁牧20年以后,土壤有機(jī)質(zhì)含量可以達(dá)到穩(wěn)定。圍封禁牧草地增加碳匯的主要原因是封育促進(jìn)了草原植被恢復(fù),提高凈初級(jí)生產(chǎn)力和光合產(chǎn)物向地下的轉(zhuǎn)運(yùn)量,同時(shí)改善恢復(fù)了地下生物和非生物環(huán)境。圍封禁牧有效地改善退化草地地上植被的群落結(jié)構(gòu),顯著提高地上生物量、地下生物量、立枯物和凋落物的量,碳匯功能增強(qiáng)。在風(fēng)蝕較嚴(yán)重的阿拉善荒漠草原,采取封育措施后,草原植被逐漸恢復(fù),輸入土壤的凋落物增加,土壤風(fēng)蝕減少,促進(jìn)了土壤有機(jī)碳含量增加。圍欄封育后,草原土壤微生物生物量C、N、P和土壤脲酶、磷酸單酯酶、脫氫酶、蛋白酶活性均大幅度提高,土壤微生物活性增強(qiáng),同時(shí)草地土壤含鹽量、pH值顯著下降,土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、速效氮和速效磷等養(yǎng)分含量也顯著增加,改善了土壤生物環(huán)境,土壤養(yǎng)分含量的增加可促進(jìn)碳的固持。5.2補(bǔ)播對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響圍封禁牧可以提高草地碳匯,但對(duì)重度退化草地采用圍封禁牧的自然恢復(fù)需要時(shí)間較長(zhǎng),固碳效率較低。退化草地的封育恢復(fù)主要依靠土壤種子庫(kù)的自然萌發(fā),研究發(fā)現(xiàn)重度退化草地上優(yōu)勢(shì)種大多在土壤種子庫(kù)中缺失或種子密度較低,通過(guò)補(bǔ)播關(guān)鍵種和缺失種,能夠有效的促進(jìn)退化草地的植被恢復(fù)和碳匯增強(qiáng)。Conant等總結(jié)前人研究結(jié)果估測(cè),補(bǔ)播后草地每年每公頃可增加固碳0.75~3.04Mg,石鋒等比較補(bǔ)播改良與圍封禁牧對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響,發(fā)現(xiàn)補(bǔ)播草地土壤有機(jī)碳的年增加量最大,達(dá)每公頃0.9Mg,圍封禁牧草地土壤有機(jī)碳的年增加量只有每公頃0.48Mg。另外有研究表明,補(bǔ)播物種對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響不同,如Wang等指出單播多年生禾草對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)影響不大,而同時(shí)補(bǔ)播豆科和禾本科牧草可顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)含量。因此,補(bǔ)播改良是重度退化草地碳匯恢復(fù)的有效措施,補(bǔ)播牧草種類對(duì)固碳效率影響較大。5.3耕翻改善土壤理化性狀對(duì)退化草原進(jìn)行淺耕翻改良,在草地淺耕翻改良初期,土壤透氣性增加導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)分解加快,土壤N2O和CO2釋放增加,不利于草地碳的固持。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,淺耕翻可有效地改善草地土壤物理性狀,增加土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定系數(shù),降低土壤容重,提高土壤保水能力,同時(shí)促進(jìn)土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、速效氮、速效磷等養(yǎng)分的快速積累,土壤物理性狀的改良和養(yǎng)分含量的提高,將提高生物量并增加群落多樣性,促進(jìn)植被恢復(fù),提高草地碳匯功能。川西北草地耕翻改良3年后,翻耕草地的有機(jī)質(zhì)比天然放牧草地高58%。淺耕翻與補(bǔ)播等措施相結(jié)合效果更好,在改良的當(dāng)年即顯著提高草地生物量和牧草品質(zhì),0~10cm土壤有機(jī)質(zhì)含量增加100%。5.4草地高效措施水分是干旱或半干旱地區(qū)草地生物量的第一限制因子。草地灌溉后凈初級(jí)生產(chǎn)力增長(zhǎng)迅速,增加草地碳的固持,Conant等指出草地灌溉每年每公頃可增加碳固定0.11Mg。O’Brien等研究發(fā)現(xiàn)土壤水分含量和植被是草地恢復(fù)過(guò)程中土壤有機(jī)質(zhì)增加的主要驅(qū)動(dòng)因子。退化草地灌溉后,植物種類數(shù)和豐富度增加,草地凈初級(jí)生產(chǎn)力提高,促進(jìn)植被恢復(fù)重建,灌溉也增加土壤水分,改善土壤物理結(jié)構(gòu),提高土壤養(yǎng)分的有效性,有利于草地碳固持。5.5施肥對(duì)草地碳匯的作用施肥對(duì)草原碳匯有著積極作用。Wang等綜述我國(guó)草原施肥研究文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn),施肥平均每年增加5%土壤有機(jī)碳,Conant等總結(jié)美國(guó)和歐洲草地施肥的研究結(jié)果,發(fā)現(xiàn)施肥平均每年增加2.2%土壤有機(jī)碳。大多數(shù)退化草地處于養(yǎng)分虧缺狀態(tài),有效養(yǎng)分含量較低,對(duì)退化草地合理施肥,可迅速增加植被植物多樣性,促進(jìn)草原生產(chǎn)力恢復(fù),提高草原土壤有機(jī)碳水平。對(duì)于管理良好的草地,施肥可有效補(bǔ)充放牧或刈割利用帶走的營(yíng)養(yǎng)元素,平衡草地營(yíng)養(yǎng)物循環(huán),有利于土壤有機(jī)碳的增加。施肥對(duì)草地碳匯的作用與肥料種類有關(guān)。vanKessel等和鄭海霞等發(fā)現(xiàn)施氮肥對(duì)土壤碳含量影響不大,原因可能是氮肥加快有機(jī)物質(zhì)的礦質(zhì)化過(guò)程,降低土壤有機(jī)質(zhì)累積;但施用羊糞的草地土壤有機(jī)質(zhì)比對(duì)照增加了28.4%。施用化肥只能補(bǔ)充某種或某幾種土壤養(yǎng)分,長(zhǎng)期的施用過(guò)量化肥還會(huì)造成土壤酸化,而施用有機(jī)肥可以增加多種土壤養(yǎng)分的含量及可利用性。對(duì)于退化草地,施用有機(jī)肥能夠增加植物群落多樣性,促進(jìn)植被恢復(fù),提高土壤有機(jī)碳增加了碳的固定,草地土壤碳增加一部分也來(lái)自于有機(jī)肥中的碳。5.6化學(xué)計(jì)量養(yǎng)分土壤有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分的變化農(nóng)田撂荒以后,能夠增加土壤碳的固持。Wang等估計(jì)我國(guó)棄耕地每年每公頃固定碳1.28Mg,相當(dāng)于土壤有機(jī)碳含量每年增加6.3%。黃土丘陵區(qū)農(nóng)田棄耕后,群落地上生物量和全氮、全磷、全鉀、NO3-N、NH4-N、速效鉀、土壤有機(jī)質(zhì)等土壤養(yǎng)分,都呈先減少趨勢(shì),10~15年后土壤有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分增加。也有研究發(fā)現(xiàn)松嫩羊草草原土壤有機(jī)質(zhì)含量隨撂荒年限的增加而增加。其原因可能是:在干旱地區(qū),撂荒演替初期,植被恢復(fù)較慢,凈初級(jí)生產(chǎn)力低,植被蓋度低,風(fēng)蝕作用嚴(yán)重,不利于土壤碳的積累,當(dāng)撂荒地逐漸恢復(fù)成原生植被時(shí),土壤養(yǎng)分積累增加,土壤有機(jī)質(zhì)含量逐漸增加;而在較濕潤(rùn)的羊草草原,農(nóng)田撂荒后蘆葦(Phragmitescommunis)等禾本科草類迅速生長(zhǎng),凈初級(jí)生產(chǎn)力較高,有利于土壤碳的積累。5.7不同植被對(duì)土壤碳等碳的影響張平良等研究指出,在高寒地區(qū),農(nóng)田棄耕后種植老芒麥草(Elymussibiricus)和撂荒分別使0~30cm土壤有機(jī)碳含量分別增加了19.7%~22.4%和7.3%~10.6%,種植人工草地的固碳效率是撂荒地的1~2倍。農(nóng)田棄耕以后,撂荒草地土壤有機(jī)質(zhì)在10~15年內(nèi)降低或緩慢上升,固碳效率低,建立人工草地能極大的提高固碳效率。人工草地固碳主要與草地建植年限和草地植被類型有關(guān)。在0~20cm的土層上,紫花苜蓿(Medicagosativa)人工草地建植年限越長(zhǎng),越有利于土壤碳的固定,種植年限與土壤有機(jī)碳含量呈顯著正相關(guān)。Conant等估計(jì)農(nóng)田轉(zhuǎn)變成多年生禾草地后,平均每年的固碳量為1.01Mg/hm2。多年生牧草比一年生牧草對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn)大,豆科牧草比禾本科牧草有更強(qiáng)的固碳能力,豆科和禾本科牧草混播固碳效率最高。其可能原因是豆科牧草主要是主根系植物,而禾本科牧草是具有較深的根系,豆科牧草將更多的光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到地下。另外,在養(yǎng)分含量較低的棄耕地,豆科牧草能固定氮提高磷的有效性,能獲得更大的生物量,地上生物量與有機(jī)質(zhì)呈極顯著正相關(guān),地上生物量越高,形成的有機(jī)質(zhì)越多。農(nóng)田種植灌木也能增加土壤有機(jī)碳,建植2年的柳枝稷(Panicumvirgatum)草地土壤碳沒有明顯變化,但建植10年的柳枝稷草地土壤有機(jī)碳比鄰近的棄耕地高28%~45%。人工草地的建植也可能降低土壤有機(jī)碳含量,或?qū)ν寥烙袡C(jī)碳沒有影響。如加拿大開墾天然草原種植冰草(Agropyroncristatum)13年后,土壤碳儲(chǔ)量和對(duì)照相比無(wú)顯著變化。在高寒地區(qū),開墾自然植被分別種植20多年一年生燕麥草(Avenasativa)和種植7年多年生禾草,0~30cm土壤有機(jī)碳含量分別比圍欄草地降低了27.7%和8.5%,張法偉等也發(fā)現(xiàn)人工草地與圍封樣地相比較,顯著地降低了土壤表層有機(jī)質(zhì)含量。開墾加速了有機(jī)質(zhì)的分解,不利于草地固碳;而且植物群落的多樣性越高,草地固碳能力越強(qiáng)。開墾天然草地建植人工草地可能因草地群落結(jié)構(gòu)單一而降低固碳效率,導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)降低。6對(duì)草原的影響草原管理是調(diào)控草原各生產(chǎn)要素以獲得最優(yōu)的產(chǎn)品和為社會(huì)提供最優(yōu)質(zhì)服務(wù),其基本內(nèi)容為保護(hù)和改善土壤、植被狀況,維持或增加草地畜產(chǎn)品產(chǎn)量,保障草原可持續(xù)發(fā)展。對(duì)于退化草地生態(tài)系統(tǒng)固碳主要應(yīng)從增加地上植被光合固碳和穩(wěn)定土壤結(jié)