全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿源卷 第 远期摇 摇 圆园员源年 猿月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
全球气候变暖对凋落物分解的影响 宋摇 飘袁张乃莉袁马克平袁等 渊员猿圆苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
从系统到景观院区域物质流分析的景观取向 张晓刚袁曾摇 辉 渊员猿源园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
论湿地生态系统服务的多维度价值评估方法 宋豫秦袁张晓蕾 渊员猿缘圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
保幼激素在昆虫中的分子作用机理 金敏娜袁林欣大 渊员猿远员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
岩画和壁画类文物微生物病害研究进展 李摇 强袁葛琴雅袁潘晓轩袁等 渊员猿苑员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 猿杂技术的图们江流域湿地生态安全评价与预警研究 朱卫红袁苗承玉袁郑小军袁等 渊员猿苑怨冤噎噎噎噎噎噎
跨界保护区网络构建研究进展 王摇 伟袁田摇 瑜袁常摇 明袁等 渊员猿怨员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
个体与基础生态
速生树种尾巨桉和竹柳幼苗耗水特性和水分利用效率 邱摇 权袁潘摇 昕袁李吉跃袁等 渊员源园员冤噎噎噎噎噎噎噎噎
三种增温情景对入侵植物空心莲子草形态可塑性的影响 褚延梅袁杨摇 健袁李景吉袁等 渊员源员员冤噎噎噎噎噎噎噎
气象要素及土壤理化性质对不同土地利用方式下冬夏岩溶作用的影响 刘摇 文袁张摇 强袁贾亚男 渊员源员愿冤噎噎
施用纳米碳对烤烟氮素吸收和利用的影响 梁太波袁尹启生袁张艳玲袁等 渊员源圆怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 灾燥则燥灶燥蚤图的林分空间模型及分布格局研究 刘摇 帅袁吴舒辞袁王摇 红袁等 渊员源猿远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
近自然毛竹林空间结构动态变化 仇建习袁汤孟平袁沈利芬袁等 渊员源源源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于种实性状的无患子天然群体表型多样性研究 刁松锋袁邵文豪袁姜景民袁等 渊员源缘员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
不同林分起源的相容性生物量模型构建 符利勇袁雷渊才袁孙摇 伟袁等 渊员源远员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
种群尧群落和生态系统
毛竹材用林林下植被群落结构对多花黄精生长的影响 樊艳荣袁陈双林袁杨清平袁等 渊员源苑员冤噎噎噎噎噎噎噎噎
温度和 悦韵圆浓度升高下转 月贼水稻种植对土壤活性碳氮和线虫群落的短期影响
陈摇 婧袁陈法军袁刘满强袁等 渊员源愿员冤
噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
中国东北地区近 缘园年净生态系统生产力的时空动态 李摇 洁袁张远东袁顾峰雪袁等 渊员源怨园冤噎噎噎噎噎噎噎噎
遥感与 郧陨杂支持下的盘锦湿地水禽栖息地适宜性评价 董张玉袁刘殿伟袁王宗明袁等 渊员缘园猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎
秦岭火地塘林区土壤大孔隙分布特征及对导水性能的影响 陆摇 斌袁张胜利袁李摇 侃袁等 渊员缘员圆冤噎噎噎噎噎噎
磷浓度对铜绿微囊藻尧大型溞和金鱼藻三者相互作用的影响 马剑敏靳摇 萍袁郭摇 萌袁等 渊员缘圆园冤噎噎噎噎噎噎
普生轮藻浸提液对两种淡水藻类的化感抑制作用及其数学模型 何宗祥袁刘摇 璐袁李摇 诚袁等 渊员缘圆苑冤噎噎噎噎
北京永定河鄄海河干流河岸带植物的区系分析 修摇 晨袁欧阳志云袁郑摇 华 渊员缘猿缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于河流生境调查的东河河流生境评价 王摇 强袁袁兴中袁刘摇 红袁等 渊员缘源愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
景观尧区域和全球生态
应用 杂宰粤栽模型研究潮河流域土地利用和气候变化对径流的影响 郭军庭袁张志强袁王盛萍袁等 渊员缘缘怨冤噎噎
长白山不同海拔树木生长对气候变化的响应差异 陈摇 力袁尹云鹤袁赵东升袁等 渊员缘远愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
石家庄市空气花粉散布规律及与气候因子的关系 李摇 英袁李月丛袁吕素青袁等 渊员缘苑缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
不同放牧梯度下呼伦贝尔草甸草原土壤碳氮变化及固碳效应 闫瑞瑞袁辛晓平袁王摇 旭袁等 渊员缘愿苑冤噎噎噎噎噎
南四湖区农田土壤有机质和微量元素空间分布特征及影响因素 武摇 婕袁李玉环袁李增兵袁等 渊员缘怨远冤噎噎噎噎
资源与产业生态
跨国土地利用及其生态影响 陆小璇 渊员远园远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢圆愿愿鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿园鄢圆园员源鄄园猿
室室室室室室室室室室室室室室
封面图说院 图们江河流中段要要要图们江位于吉林省东南边境袁发源于长白山东南部的石乙水袁河流的绝大部分是中国与朝鲜的
界河袁下游很小一段为俄罗斯与朝鲜的界河袁并由这里流入日本海袁我国珲春距离日本海最近的地方仅有 员缘噪皂遥 图
们江是我国重要的国际性河流之一袁随着我国经济的迅速崛起袁图们江地区进入到多国合作联合开发阶段袁湿地生
态系统处于中度预警状态袁并有向重度预警发展的趋势袁生态安全面临的威胁越来越严重遥 对该区域进行湿地生态
安全评价与预警研究袁可为图们江流域生态环境的可持续发展提供依据遥 图中河道的远方为朝鲜尧河道近方为
中国遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援糟燥皂
第 34 卷第 6 期
2014年 3月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.6
Mar.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金资助项目 ( 41201199);国家高技术研究发展计划 ( 863 计划) ( 2012AA102003鄄 4);国际科技合作项目
(2012DFA31290);内蒙古科自治区科技计划项目 (呼伦贝尔草原高效固碳技术模式研究);国家重点基础研究发展计划 ( 973 计划)
(2010CB833502);公益性行业(农业)科研专项(201003019,201003061,200903060,201303060);中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资
金(202鄄21);现代农业产业技术体系建设专项资金资助
收稿日期:2013鄄02鄄26; 摇 摇 修订日期:2013鄄10鄄21
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: xinxp@ sina.com
DOI: 10.5846 / stxb201302260303
闫瑞瑞, 辛晓平, 王旭,闫玉春,邓钰,杨桂霞.不同放牧梯度下呼伦贝尔草甸草原土壤碳氮变化及固碳效应.生态学报,2014,34(6):1587鄄1595.
Yan R R,Xin X P, Wang X, Yan Y C, Deng Y, Yang G X.The change of soil carbon and nitrogen under different grazing gradients in Hulunber meadow
steppe.Acta Ecologica Sinica,2014,34(6):1587鄄1595.
不同放牧梯度下呼伦贝尔草甸草原
土壤碳氮变化及固碳效应
闫瑞瑞1, 辛晓平1,*, 王摇 旭1,闫玉春1,邓摇 钰2,杨桂霞1
(1. 呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站 /农业部农业信息技术重点实验室 /草地科学研究室 /
中国农业科学院农业资源与农业区划研究所, 北京摇 100081;2.甘肃农业大学草业科学, 兰州摇 730070)
摘要:放牧是内蒙古呼伦贝尔草甸草原主要的利用方式,弄清放牧情况下草地土壤碳氮变化和固碳效应,将为我国内蒙古地区
草地碳汇管理提供重要的科学依据。 通过小区控制放牧实验(放牧梯度 0.00,0.23,0.34,0.46,0.69,0.92Au / hm2),探讨了不同
放牧梯度下土壤碳氮变化及固碳效应,实验结果表明:放牧梯度对土壤碳氮含量、土壤碳氮贮量的变化有明显的影响,0—30 cm
土层碳氮贮量随着放牧梯度增加呈显著的线性下降趋势。 随着放牧时间的延续,轻度放牧利于提高草地的土壤有机碳密度和
碳固持潜力,重度放牧显著降低了土壤碳氮含量、碳氮贮量和碳氮固持潜力。 不同放牧梯度下土壤碳氮含量和碳氮贮量具有明
显的垂直分布特征,随着土壤深度的增加土壤碳氮含量、碳氮贮量均呈明显的下降趋势。 轻度放牧草地表现为碳固持,重度放
草地表现为碳流失,对呼伦贝尔羊草草甸草原而言,土壤碳固持 /碳流失的转化阈值为 0.46Au / hm2,通过合理控制放牧梯度能
够达到增加草地土壤固碳潜力,实现碳增汇的目的。
关键词:碳贮量;氮贮量;固碳潜力;放牧梯度;呼伦贝尔;草甸草原
The change of soil carbon and nitrogen under different grazing gradients in
Hulunber meadow steppe
YAN Ruirui1,XIN Xiaoping1,*, WANG Xu1, YAN Yuchun1, DENG Yu2, YANG Guixia1
1 Hulunber Grassland Ecosystem Research Station, Key Laboratory of Agri鄄Informatics of Ministry of Agriculture, Laboratory of Grassland Science, Institute of
Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences; Beijing 100081, China
2 College of Pratacultural Science, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China
Abstract: The Hulunber grasslands in Inner Mongolia cover an area of up to 9.97伊106km2 . Within this area, the Hulunber
Leymus chinensis meadow steppe is located in the eastern part of the Eurasian continent grassland region. It is a very
important example of a temperate grassland ecosystem. Grazing is the most common land use in the Hulunber meadow
grasslands, therefore, understanding the changes of soil carbon, soil nitrogen and carbon sequestration under different
grazing gradients will provide an important scientific basis for grassland carbon sink management in Inner Mongolia. Six
stocking rate treatments (0, 0.23, 0.34, 0.46, 0.69 and 0.92 Au / hm2) repeated three times for each treatment, were
established, with soil samples collected in early August 2011. The experimental results showed that the grazing gradient has
a distinct effect on the change of soil carbon and nitrogen content and soil carbon and nitrogen storage. Soil carbon and
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nitrogen storage and carbon sequestration potential in the top 0—30 cm soil layers had a significant linear downward trend as
the grazing gradient increased.
Compared with non鄄grazed grassland G0.00 (107.1 t / hm2), the soil carbon sequestration potentials are 108.61—
109郾 67 t / hm2, 107. 06 t / hm2, 95. 13—100. 14 t / hm2 in light grazing, moderate grazing and heavy grazing grassland,
respectively. For the soil nitrogen, compared with non鄄grazed grassland G0.00 (9.22 t / hm2), soil nitrogen sequestration
potentials were 8.37—8.65 t / hm2, 8.20 t / hm2, 6.74—7.35 t / hm2 in light grazing, moderate grazing and heavy grazing
grassland, respectively. Light grazing improved the soil carbon storage and carbon sequestration potential. With an extension
of the grazing time, the soil carbon and nitrogen content, carbon and nitrogen storage, and carbon and nitrogen
sequestration potential in soils of heavily grazed grasslands decreased significantly.
There were obvious vertical distributions in the soil carbon and nitrogen content and carbon and nitrogen storage under
different grazing gradients. The change of soil carbon and nitrogen was higher in the 0—10 cm soil layer under different
grazing gradients while soil carbon and nitrogen content and carbon and nitrogen storage significantly decreased with the
increase in soil depths in different grazing gradients. About 42.26% of the soil organic carbon was distributed in the top 0—
10 cm soil layer, 30.67% in the 10—20 cm layer, and 27.07% in the 20—30 cm layer. For the 0—10 cm, 10—20 cm and
20—30 cm soil layers, the total soil contents were 44.39%、30.13% and 25.48%, respectively; the soil carbon storage were
39.60%, 31.26% and 29.14%, respectively; the soil nitrogen storage were 41.57%, 30.97% and 27.46%, respectively.
The soil carbon and nitrogen content and soil carbon and nitrogen storage for the 0-10 cm soil layer were significantly higher
than those for the 10—20 cm and 20—30 cm soil layer.
We found that there was an underlying transformation from soil carbon sequestration under light grazing gradient to soil
carbon loss under a heavy grazing gradient, and this transformation threshold was found to be 0.46 Au / hm2 . In short, the
Hulunber meadow steppe of Inner Mongolia has a good capacity to sequester carbon in soil, and that can increase the soil
carbon sequestration potential through rational control of grazing gradients to achieve carbon sinks. We can increase the soil
carbon sequestration potential to achieve carbon sinks through controlling grazing gradients.
Key Words: carbon storage; nitrogen storage; carbon sequestration potential; grazing gradients; Hulunber; meadow steppe
摇 摇 土壤是陆地生态系统最大的碳库,其贮存的有
机碳占整个陆地生态系统碳库的 2 / 3,约为植物碳库
的 3倍、大气碳库的 2倍[1],是全球碳循环非常重要
的组成部分。 在各种陆地生态系统中,草地生态系
统是陆地生态系统的重要组成部分,全球草地面积
3.4伊109hm2,约占陆地面积的 26%。 中国草地的面
积为 4伊109hm2,约占世界草地面积的 11.8%,占中
国国土面积的 40%以上,是中国最大的陆地生态系
统,草地生态系统在全球碳循环和气候变化响应中
发挥重要作用[2鄄4]。
放牧是影响草地生态系统碳循环过程的重要因
素,放牧强度和放牧方式合理与否,将直接影响我国
北方草地在全球变化过程中所扮演的碳源 /碳汇功
能[5]。 国内外有关放牧对草地生态系统碳氮贮量影
响的研究很多[5鄄13],但结果不相一致。 Derner 等[6]、
Zhao 等[7]研究均表明放牧减少了碳素向土壤的输
入,从而减少了土壤有机碳含量。 李凌浩等[8鄄9]研究
表明,近 40年来,过度放牧致使内蒙古锡林河流羊
草草原表层(0—20cm)土壤的有机碳贮量下降了约
12.4%。 Li 等[10]、Cui 等[11]、Elmore 等[12]和 Steffens
等[13]认为长期过度放牧将显著降低土壤碳氮贮量。
有一些研究认为,放牧对土壤有机质没有影响[14鄄16],
如在澳大利亚东北部两类半干旱草原的研究结果表
明,重度放牧 6—8 a 后对土壤有机碳的总贮量没有
显著影响,但两类草原土壤微生物中的碳贮量分别
降低了 51%和 24%。 我国学者李香真和陈佐忠[17]
研究也表明,内蒙古草原放牧强度在短时期内对典
型草原植被下的栗钙土有机碳含量没有显著影响。
还有的研究认为放牧增加了草原土壤的碳含
量[18鄄20],如位于怀俄明的混合潘帕斯草原放牧 12a
和美国科罗拉多州小禾草草原放牧 56a 后,土壤碳
含量都显著提高。 我国高永恒等[20]研究不同放牧
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强度下高山草甸的碳氮格局时得出,随着放牧强度
的增加,不同程度地增加了土壤有机碳氮的贮量。
所以放牧和土壤碳氮之间存在复杂的相互关系,有
时呈现正相关、有时呈负相关[14]。 由于气候因素、
土壤特性、地形、植物群落组成、放牧历史等导致土
壤碳氮贮量对放牧的不同响应[21]。 因此,研究合理
的放牧对草原土壤碳氮变化及固碳效应的影响,不
仅便于明确草地碳循环途径及其在全球碳循环中的
作用,而且有助于研究草地放牧系统对于气候变化
的响应。
呼伦贝尔草甸草原是我国重要的畜牧业生产基
地,亦是重要的生态屏障,其功能的正常发挥对维持
全球及区域性生态系统平衡有极其重要的作用。 草
地生态系统在全球碳循环中占有非常重要的地位。
放牧是呼伦贝尔草甸草原主要的利用方式,因此,本
文以呼伦贝尔羊草草甸草原为研究对象,通过对定
量化放牧强度下草地碳氮变化和固碳效应进行研
究,分析不同放牧利用强度对草地碳氮贮量的影响,
进一步揭示草地碳氮贮量及固碳潜力对放牧强度的
响应机理,将对全球碳氮循环和气候变化的研究具
有重要的科学意义,同时也为正确管理和合理利用
草地生态系统,使草地生态系统增加固碳减排功能
提供数据参考和理论依据。
1摇 研究地区与研究方法
1.1摇 试验地概况
研究区位于内蒙古自治区呼伦贝尔市海拉尔行
政区境内的谢尔塔拉种牛场场部东 3 km,是大兴安
岭西麓丘陵向蒙古高原的过渡区,北纬 49毅19忆349义—
49毅20忆173义、东经 119毅56忆521义—119毅57忆854义, 海拔
666—680 m,属温带半干旱大陆性气候,年平均降水
量 350—400 mm,降水期多集中在 7—9月且变率较
大。 年均气温 - 5—- 2 益,最高、最低气温分别为
36郾 17 益和- 48. 5 益;逸10 益年积温 1580—1800
益,无霜期 110 d左右。 土壤为黑钙土或栗钙土。 植
被类型为羊草+杂类草草甸草原,主要物种有羊草
(Leymus chinensis)、贝加尔针茅( Stipa baicalensis)、
日荫菅(Carex pediformis)、蓬子菜(Galium verum)、狭
叶 柴 胡 ( Bupleurum scorzonerifolium )、 线 叶 菊
( Filifolium sibiricum ) 等, 伴 生 种 有 斜 茎 黄 芪
(Astragalus adsuigens)、山野豌豆(Vicia amoena)、草
地早熟禾(Poa pratensis)等。
1.2摇 试验设计
放牧试验设 6 个水平的放牧梯度处理(载畜率
分别为 G0.00:0.00Au.cow / hm2、G0.23:0.23 Au.cow /
hm2、G0.34:0.34 Au. cow / hm2、G0.46:0.46 Au. cow /
hm2、G0.69:0.69 Au. cow / hm2、G0.92:0.92 Au. cow /
hm2,其中以 500 kg 肉牛为一个标准家畜肉牛单
位),3个重复,试验区围成面积相等的 15 个放牧区
和 3个对照封育区,每个小区面积 5 hm2,试验区总
面积 90 hm2。 在草地面积一定,放牧天数相同条件
下, 用 250—300 kg 的放牧肉牛头数来控制不同放
牧梯度的实施,6 个放牧梯度肉牛头数分别为 0、 2、
3、 4、 6、 8 头, 总共肉牛数量为 69 头。 放牧试验开
始于 2009年 6月 15日,随后每年(2010—2011年)6
月初开始放牧,并开展了定量放牧观测,10月初终止
放牧,为期 120 d。 整个放牧期放牧牛日夜均在放牧
地里,肉牛饮水通过拉水供应。 试验设计如图 1。 不
同放牧梯度土壤及植被的本底情况见表 1。
表 1摇 不同放牧样地的植被和土壤本底状况
Table 1摇 Vegetationand soil conditions in different plots
放牧梯度(G)
Grazing
gradient /
(Au / hm2)
土壤有机碳
Soil organic carbon / (g / kg)
0—10cm 10—20cm 20—30cm
全氮
Soiltotal nitrogen / (g / kg)
0—10cm 10—20cm 20—30cm
高度
Height
/ cm
盖度
Coverage
/ %
地上生物量
Aboveground鄄
biomass
/ (g / m2)
G0.00 36.37 23.71 19.85 3.73 2.52 2.10 7.96 41.80 81.73
G0.23 39.52 28.74 23.14 3.87 2.70 2.26 7.38 42.13 81.97
G0.34 37.84 24.63 20.61 3.87 2.54 2.12 8.18 40.36 85.96
G0.46 37.94 25.98 20.79 3.87 2.67 2.17 7.70 42.27 81.71
G0.69 39.33 26.35 21.71 4.02 2.72 2.39 7.76 38.04 77.34
G0.92 39.09 25.63 21.87 4.08 2.65 2.28 7.97 36.97 74.80
9851摇 6期 摇 摇 摇 闫瑞瑞摇 等:不同放牧梯度下呼伦贝尔草甸草原土壤碳氮变化及固碳效应 摇
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图 1摇 肉牛不同放牧梯度试验设计图
Fig.1摇 Design diagram of cattle different grazing gradients
上行字母为“小区编号冶,其中 W为重复 1(西面),M为重复 2(中间),E为重复 3(东面);下行数字和字母为“家畜载畜率冶(肉牛当量)
1.3摇 研究内容与方法
(1)土壤容重
用容积为 100 cm3的土壤环刀于各放牧处理分
别随机取 0—5 cm、5—10 cm、10—20 cm、20—30 cm
深度的土样,并装入小铝盒,带回室内立即称重,再
将土样放至 105 益烘箱烘至恒重,测定土壤容重,重
复 3次。 计算公式如下:
土壤容重=(W1-W0) / V
式中,W1为烘干土+铝盒重量( g);W0为铝盒重量
(g);V为环刀容积。
(2)土壤养分
土壤取样于 2011年 8 月上旬进行,在各放牧处
理分别随机取 0—5 cm、5—10 cm、10—20 cm、20—
30 cm深度的土样,5 次重复,其中各重复以土钻分
别取 5个样点,取回的土样置于室内风干,混合均匀
后,去除细根及杂质,研磨后分别过 1.00 mm和 0.25
mm土壤筛,用四分法取土 1 kg 左右,带回实验室进
行养分分析。 土壤有机质采用重铬酸钾容量法鄄外
加热法;土壤全氮采用半微量凯氏定氮法。
(3)土壤有机碳
根据监测到的不同放牧梯度下的土壤有机质含
量数据,计算出各处理小区土壤有机碳的数据,由于
土壤有机质碳含量大致范围在 55%—65%之间,因
而国际上采用 58%作为土壤有机质碳含量转换系
数[22],计算公式为:
土壤有机碳=土壤有机质伊0.58
(4)土壤有机碳贮量
本研究中不同放牧梯度不同土层土壤有机碳贮
量的计算公式如下:
SOCD=H伊Bi伊SOC伊0.1
式中,SOCD是不同放牧梯度不同土层土壤的有机碳
贮量(t / hm2),H是土层土壤的厚度(cm),Bi 是土层
土壤的容重( g / cm3 ),SOC 是土壤有机碳含量( g /
kg)。
土壤氮贮量
TND= H伊Bi伊TN伊0.1
式中,TND是不同放牧梯度不同土层土壤氮贮量( t /
hm2),H是土层土壤的厚度(cm), Bi 是土层土壤的
容重(g / cm3),TN是土壤全氮含量(g / kg)。
1.4摇 试验数据处理方法
通过 Excel2003 及 SAS9. 0 统计软件进行方差
分析。 用最小显著性差异方法检验各处理间的差异
显著性( P < 0. 05) 。
2摇 结果与分析
2.1摇 不同放牧梯度下土壤碳氮含量变化
与土壤有机碳本底情况相比较,土壤有机碳含
量变化呈现出随着放牧梯度的增加而降低的趋势,
土壤表层 0—10cm 由大到小增量的排列顺序为
G0郾 00(7.42 g / kg)>G0.34(5.35 g / kg) > G0.46(3.03
g / kg)> G0.23(2.76 g / kg)>G0.69(1.21 g / kg)>G0.92
(-1.45 g / kg);10—20 cm 和 20—30 cm 呈现出不放
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牧和轻度放牧(低载畜率)增量较大,达 6.92—6.95
g / kg和 5.04—8.05 g / kg,重度放牧增量(高载畜率)
较低,分别为 2.59 g / kg和 2.42 g / kg。
经过 3a连续放牧,不同放牧梯度下土壤有机碳
含量见图 2,方差分析表明,0—10cm,10—20cm 和
20—30 cm 土壤有机碳含量载畜率 G0. 00、G0. 23、
G0郾 34、G0.46 和 G0.69 相互之间无显著差异(P >
0郾 05),但 0—10 cm 土层载畜率 G0. 00、G0. 23 和
G0郾 34均显著高于 G0.92(P < 0.05);10—20cm 土层
载畜率 G0.23显著高于 G0.92(P < 0.05);20—30 cm
土层载畜率 G0.34显著高于 G0.92(P <0.05);总之,
随放牧时间的延续,当载畜率超过 G0.69时, 不同土
层土壤有机碳含量均开始显著降低,载畜率为 G0.92
呈现为最低。 0—10 cm、10—20 cm和 20—30 cm土
壤有机碳含量载畜率 G0.00 分别是 G0.92 的 1.16、
1郾 09 倍和 1.10 倍,载畜率 G0.34 分别是 G0.92 的
1郾 15、1.05倍和 1.20倍,这表明对于草原生态系统来
说,不同土层土壤有机碳含量对放牧梯度的响应不
同,随着放牧梯度的增加,降低了草地的初级生产力
和凋落物的积累,从而使进入土壤的有机碳减少。
图 2摇 土壤有机碳含量对放牧梯度的响应
Fig. 2 摇 Response of soil organic carbon content in grazing
grasslands to increasing grazinggradient
土壤全氮含量由图 3 表明,经过 3a 的放牧试
验,0—10 cm 土层全氮含量 G0.00、G0.23 和 G0.34
显著高于 G0.92(P < 0.05);10—20cm 土层 G0.00、
G0.34和 G0.46 显著高于 G0.92(P < 0.05);20—30
cm土层不放牧 G0.00 显著高于其他放牧梯度(P <
0.05)。 与土壤全氮本底相比较,不同土层土壤全氮
有所下降,随着放牧梯度的增加,减缓速度增加,高
载畜率 G0.92下降达最低,分别为 1.32、0.67、0.63 g /
kg,重度放牧导致了土壤氮素含量的显著降低,不放
牧和轻度放牧减缓了土壤氮素含量的降低。
图 3摇 土壤全氮含量对放牧梯度的响应
Fig. 3 摇 Response of soil total nitrogen content in grazing
grasslands to increasing grazing gradient
图 4摇 草地土壤碳贮量对放牧梯度的响应
Fig.4摇 Response of soil carbon storage in grazing grasslands to
increasing grazing gradient
2.2摇 不同放牧梯度对土壤碳固持潜力的影响
不同放牧梯度下土壤碳贮量见图 4,10—20 cm
土层的土壤碳贮量 G0.23 显著高于 G0.69 和 G0郾 92
(P<0.05),20—30 cm 土层的土壤碳贮量 G0.34 显
著高于 G0.92(P<0.05);土壤表层 0—10 cm 碳贮量
尽管在不同放牧梯度之间无显著性差异,但呈现出
随着放牧梯度的增加而逐渐降低的趋势,在重度放
牧 G0.69—G0.92状况下,0—10 cm 土层土壤碳贮量
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有所下降。
0—30 cm土层重度放牧草地显著降低了土壤碳
贮量和碳固持潜力,并转化为碳流失(图 4),随着放
牧梯度增加呈显著的线性下降趋势(0—30 cm:R2 =
0.7071,P<0.05),与不放牧 G0.00 草地相比(107郾 1
t / hm2), 轻度放牧草地土壤碳固持潜力约为
108郾 61—109.67 t / hm2,中度放牧草地的土壤碳固持
潜力约为 107.06 t / hm2,重度放牧草地的土壤碳固持
潜力约为 95.13—100.14t / hm2,轻度放牧利于提高草
地的土壤碳贮量和土壤碳固持潜力,长期重度放牧
降低草地的土壤碳贮量和土壤碳固持潜力。
图 5摇 草地土壤氮贮量对放牧梯度的响应
Fig.5摇 Response of soil nitrogen storage in grazing grasslands to
increasing grazing gradient
2.3摇 不同放牧梯度对土壤氮固持潜力的影响
土壤氮贮量由图 5 表明,0—10cm 土层的土壤
氮贮量 G0.34显著高于 G0.92(P <0.05);10—20 cm
土层 G0.23 显著高于 G0.34 和 G0.92(P < 0.05);
20—30 cm土层 G0.00显著高于 G0.23、G0.46、G0.69
和 G0.92(P < 0.05),而其他放牧梯度相互之间无显
著性差异(P >0.05);随放牧时间的延续,不同土层
呈现出 G0.92土壤氮贮量最低,0—10 cm、10—20 cm
和 20—30 cm土壤氮贮量分别为 2.73、2.19 t / hm2和
1.82 t / hm2,重度放牧导致了土壤氮贮量显著下降。
0—30 cm土层氮贮量随着放牧梯度增加呈显著
的线性下降趋势(0—30 cm:R2 = 0.8928,P<0.05)
(图 5),随放牧时间的延续,逐渐呈现出不放牧和轻
度放牧>中度放牧>重度放牧,G0郾 00显著高于 G0.69
和 G0.92(P < 0.05),G0.23、G0.34 和 G0.46 显著高
于 G0.92(P < 0.05),轻度放牧 G0.23、G0.34 和中度
放牧 G0.46 之间差异不显著(P>0.05)。 与不放牧
G0.00草地相比(9.22 t / hm2),轻度放牧草地土壤氮
固持潜力约为 8.37—8.65 t / hm2,下降 6%—9%;中
度放牧草地的土壤氮固持潜力约为 8.20 t / hm2,下降
11%;重度放牧草地的土壤氮固持潜力约为 6.74—
7郾 35 t / hm2,下降 20%—27%。 随着放牧时间的延
续,土壤氮固持潜力随着放牧梯度增加而呈逐渐降
低的趋势,且长期重度放牧显著降低草地的土壤氮
贮量和土壤氮固持潜力。
2.4摇 土壤碳氮垂直分布
不同放牧梯度下土壤碳氮含量和碳氮贮量具有
明显的垂直分布特征(表 2),随着土壤深度的增加
土壤有机碳含量、全氮含量、碳贮量和氮贮量均呈明
显的下降。 不同放牧梯度土壤有机碳含量平均有
42.26%左右分布在 0—10 cm 土层内, 有 30.67%分
布在 10—20 cm 土层内,有 27. 07%分布在 20—30
cm土层内;土壤全氮含量在 0—10 cm、10—20 cm和
20—30cm 土层分布分别为 44. 39%、 30. 13% 和
25郾 48%;土壤碳贮量分别为 39. 60%、 31. 26%和
29郾 14%;土壤氮贮量分别为 41. 57%、 30. 97%和
27.46%;
方差分析表明,不同放牧梯度土壤有机碳含量、
全氮含量、碳贮量和氮贮量均呈现出 0—10 cm 土层
显著高于 10—20和 20—30 cm 土层(P <0.05)。 其
中,载畜率为 G0.23、G0.69 和 G0.92 土壤有机碳含
量、G0.23、G0.46和 G0.69土壤全氮含量呈现出 10—
20 cm土层显著高于 20—30 cm 土层(P<0.05);载
畜率 G0.92 土壤碳贮量 10—20 cm 土层显著高于
20—30 cm土层(P<0.05);其他情况下土壤有机碳
含量、全氮含量、碳贮量和氮贮量 10—20 cm 土层与
20—30 cm土层之间没有显著性差异(P >0.05);总
体来看,不同放牧梯度下 0—30 cm 土层土壤碳氮变
化呈现出均在土壤表层较高,说明表层土壤是土壤
碳氮变化的主要发生区,土壤碳氮固持潜力随着土
壤增加而逐渐降低。
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表 2摇 同一放牧梯度不同土层土壤碳氮含量及碳氮贮量变化
Table 2摇 The change of soil carbon / nitrogen content and carbon / nitrogen storage of different soil layer in the same grazing gradient
指标 土层 / cm G0.00 G0.23 G0.34 G0.46 G0.69 G0.92
土壤有机碳 0—10 43.78依1.54A 42.28依1.01A 43.19依1.50A 40.97依1.80A 40.54依0.36A 37.64依0.44A
Soilorganic carbon 10—20 30.66依1.70B 31.11依0.85B 29.66依0.04B 30.93依0.11B 29.53依0.75B 28.23依0.74B
/ (g / kg) 20—30 26.77依1.53B 26.04依1.11C 29.26依1.48B 26.76依0.50B 26.02依0.99C 24.30依0.83C
土壤全氮 0—10 3.45依0.26A 3.67依0.60A 3.90依0.08A 3.41依0.19A 3.05依0.52A 2.76依0.36A
Soiltotal nitrogen 10—20 2.43依0.08B 2.41依0.09B 2.08依0.11B 2.43依0.01B 2.34依0.24B 1.98依0.14B
/ (g / kg) 20—30 2.78依0.45B 1.62依0.16C 2.21依0.06B 1.74依0.07C 1.69依0.12C 1.66依0.08B
土壤碳贮量 0—10 43.09依1.47A 42.39依2.45A 42.75依2.08A 42.81依3.11A 39.90依2.01A 37.23依0.47A
Soilcarbon storage 10—20 32.47依1.38B 36.11依2.17B 32.42依0.19B 32.42依0.55B 31.16依1.66B 31.20依0.80B
/ ( t / hm2) 20—30 31.54依2.99B 31.18依1.35B 33.40依3.02B 30.83依1.11B 29.08依0.83B 26.70依0.76C
土壤氮贮量 0—10 3.39依0.22A 3.63依0.46A 3.86依0.17A 3.56依0.29A 3.00依0.52A 2.73依0.36A
Soilnitrogen storage 10—20 2.58依0.04B 2.80依0.20B 2.28依0.11B 2.63依0.06B 2.46依0.25B 2.19依0.14B
/ ( t / hm2) 20—30 3.25依0.52A 1.94依0.19B 2.52依0.18B 2.01依0.11B 1.89依0.12B 1.82依0.08B
3摇 结论与讨论
从土壤的碳氮含量变化和土壤碳氮贮量的比较
来看,放牧梯度对土壤的碳氮变化有明显的影响。
轻度放牧(低载畜率)提高草地的土壤碳贮量和土壤
碳固持潜力,重度放牧(高载畜率)降低草地的土壤
碳贮量和土壤碳固持潜力,可能因为重度放牧显著
降低草地生产力,降低土壤通透性和养分可利用,降
低新的有机质输入[23],严重破坏了土壤团聚体和地
表结皮,提高了土壤有机质分解速率[14,23];这与一些
研究结果认为长期过度放牧将显著降低土壤碳氮贮
量[10鄄13],轻度或中度放牧对草地土壤的影响相对较
小,利于草地干物质生产、营养循环和碳氮贮
存[10,24鄄26]相一致。 放牧对草地土壤氮素养分循环主
要受土壤碳的有效性的影响,重度放牧降低了土壤
有机碳,减少碳向地下部分的分配,使微生物碳减
少[27],提高了土壤净氮矿化[5];同时,放牧草地通过
动物采食,提高了凋落物分解速率,加之动物排泄
物,使放牧草地对氮周转速率加快[28]。 但是,当放
牧引起植物群落显著变化时,又能抑制氮矿化和氮
有效性[5]。 在碳的垂直分布上,放牧有使土壤碳向
表层集聚的趋势[20,29鄄31],导致土壤有机碳容易流失。
随着放牧时间的延续,连续重度放牧使呼伦贝尔草
甸草原植物群落高度、密度、盖度和生物量显著降
低[32],导致土壤氮固持潜力随着放牧梯度增加而呈
逐渐降低,且长期重度放牧显著降低了草地的土壤
氮贮量。 所以,放牧对土壤碳氮贮量的影响受放牧
方式、土壤特性和植物群落组成多种因素的影响。
不同放牧梯度下 0—30 cm 土层土壤碳氮变化呈现
出均在土壤表层较高,随着土壤深度的增加土壤有
机碳含量、全氮含量、碳贮量和氮贮量均呈明显的下
降,说明表层土壤是土壤碳氮变化的主要发生区,土
壤碳氮固持潜力随着土层增加而逐渐降低。
轻度放牧有利于实现呼伦贝尔草甸草原土壤碳
固持,随着放牧梯度的增加,重度放牧导致草地土壤
碳氮贮量下降,并转化为碳流失[11,24,33],结果与何念
鹏等在研究内蒙古典型草地土壤碳固持速率时得出
轻度放牧时表现为碳固持,而重度放牧时表现为碳
流失,随着放牧强度的增加,草地具有从碳汇 /碳源
的转化过程和阈值这一规律相吻合[5]。 本文定量地
揭示了不同放牧梯度对内蒙古呼伦贝尔草甸草原土
壤碳固持潜力的影响,呼伦贝尔羊草草甸草原土壤
碳固持与碳流失的转化阈值为 0.46Au.cow / hm2(放
牧时间 6—10月),研究从提高碳贮量角度为草地适
应性管理提供了重要的理论依据,内蒙古呼伦贝尔
草甸草原通过合理控制放牧梯度能够达到增加草地
土壤固碳潜力,实现碳增汇的目的。
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粤悦栽粤 耘悦韵蕴韵郧陨悦粤 杂陨晕陨悦粤 灾燥造援猿源袁晕燥援远 酝葬则援袁圆园员源渊杂藻皂蚤皂燥灶贼澡造赠冤
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云则燥皂 泽赠泽贼藻皂 贼燥 造葬灶凿泽糟葬责藻院 贼澡藻 燥贼澡藻则 燥则蚤藻灶贼葬贼蚤燥灶 燥枣 则藻早蚤燥灶葬造 皂葬贼藻则蚤葬造 枣造燥憎 葬灶葬造赠泽蚤泽 在匀粤晕郧 载蚤葬燥早葬灶早袁 在耘晕郧 匀怎蚤 渊员猿源园冤噎噎噎噎噎
粤 皂怎造贼蚤鄄凿蚤皂藻灶泽蚤燥灶葬造 葬责责则燥葬糟澡 枣燥则 憎藻贼造葬灶凿 藻糟燥泽赠泽贼藻皂 泽藻则增蚤糟藻 增葬造怎葬贼蚤燥灶 杂韵晕郧 再怎择蚤灶袁 在匀粤晕郧 载蚤葬燥造藻蚤 渊员猿缘圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
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杂贼怎凿赠 燥灶 藻糟燥造燥早蚤糟葬造 泽葬枣藻贼赠 藻增葬造怎葬贼蚤燥灶 葬灶凿 憎葬则灶蚤灶早 燥枣 憎藻贼造葬灶凿泽 蚤灶 栽怎皂藻灶 砸蚤增藻则 憎葬贼藻则泽澡藻凿 遭葬泽藻凿 燥灶 猿杂 贼藻糟澡灶燥造燥早赠
在匀哉 宰藻蚤澡燥灶早袁 酝陨粤韵 悦澡藻灶早赠怎袁 在匀耘晕郧 载蚤葬燥躁怎灶袁藻贼 葬造 渊员猿苑怨冤
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粤 则藻增蚤藻憎 燥枣贼则葬灶泽遭燥怎灶凿葬则赠 责则燥贼藻糟贼藻凿 葬则藻葬泽 灶藻贼憎燥则噪 藻泽贼葬遭造蚤泽澡皂藻灶贼 宰粤晕郧 宰藻蚤袁栽陨粤晕 再怎袁 悦匀粤晕郧 酝蚤灶早袁藻贼 葬造 渊员猿怨员冤噎噎噎噎噎噎噎
粤怎贼藻糟燥造燥早赠 驭 云怎灶凿葬皂藻灶贼葬造泽
宰葬贼藻则 糟燥灶泽怎皂责贼蚤燥灶 糟澡葬则葬糟贼藻则蚤泽贼蚤糟泽 葬灶凿 憎葬贼藻则 怎泽藻 藻枣枣蚤糟蚤藻灶糟赠 燥枣 耘怎糟葬造赠责贼怎泽 怎则燥责澡赠造造葬 伊 耘怎糟葬造赠责贼怎泽 早则葬灶凿蚤泽 葬灶凿 遭葬皂遭燥燥鄄憎蚤造造燥憎
泽藻藻凿造蚤灶早泽 匝陨哉 匝怎葬灶袁 孕粤晕 载蚤灶袁 蕴陨 允蚤赠怎藻袁藻贼 葬造 渊员源园员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
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葬灶凿 憎蚤灶贼藻则 蚤灶 葬 贼赠责蚤糟葬造 噪葬则泽贼 增葬造造藻赠 蕴陨哉 宰藻灶袁 在匀粤晕郧 匝蚤葬灶早袁允陨粤 再葬灶葬灶 渊员源员愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
耘枣枣藻糟贼泽 燥枣 灶葬灶燥糟葬则遭燥灶 葬责责造蚤糟葬贼蚤燥灶 燥灶 灶蚤贼则燥早藻灶 葬遭泽燥则责贼蚤燥灶 葬灶凿 怎贼蚤造蚤扎葬贼蚤燥灶 燥枣 枣造怎藻鄄糟怎则藻凿 贼燥遭葬糟糟燥
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阅赠灶葬皂蚤糟 葬灶葬造赠泽蚤泽 燥枣 泽责葬贼蚤葬造 泽贼则怎糟贼怎则藻 蚤灶 葬 糟造燥泽藻鄄贼燥鄄灶葬贼怎则藻 孕澡赠造造燥泽贼葬糟澡赠泽 藻凿怎造蚤泽 泽贼葬灶凿泽
匝陨哉 允蚤葬灶曾蚤袁栽粤晕郧 酝藻灶早责蚤灶早袁 杂匀耘晕 蕴蚤枣藻灶袁藻贼 葬造 渊员源源源冤
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阅陨粤韵 杂燥灶早枣藻灶早袁 杂匀粤韵 宰藻灶澡葬燥袁 允陨粤晕郧 允蚤灶早皂蚤灶袁藻贼 葬造 渊员源缘员冤
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阅藻增藻造燥责皂藻灶贼 燥枣 糟燥皂责葬贼蚤遭造藻 遭蚤燥皂葬泽泽 皂燥凿藻造泽 枣燥则 贼则藻藻泽 枣则燥皂 凿蚤枣枣藻则藻灶贼 泽贼葬灶凿 燥则蚤早蚤灶 云哉 蕴蚤赠燥灶早袁 蕴耘陨 再怎葬灶糟葬蚤袁 杂哉晕 宰藻蚤袁藻贼 葬造 渊员源远员冤噎
孕燥责怎造葬贼蚤燥灶袁 悦燥皂皂怎灶蚤贼赠 葬灶凿 耘糟燥泽赠泽贼藻皂
栽澡藻 蚤皂责葬糟贼 燥枣 怎灶凿藻则泽贼燥则赠 增藻早藻贼葬贼蚤燥灶 泽贼则怎糟贼怎则藻 燥灶 早则燥憎贼澡 燥枣 孕燥造赠早燥灶葬贼怎皂 糟赠则贼燥灶藻皂葬 蚤灶 藻曾贼藻灶泽蚤增藻造赠 皂葬灶葬早藻凿 孕澡赠造造燥泽贼葬糟澡赠泽 藻凿怎造蚤泽
责造葬灶贼葬贼蚤燥灶 云粤晕 再葬灶则燥灶早袁 悦匀耘晕 杂澡怎葬灶早造蚤灶袁 再粤晕郧 匝蚤灶早责蚤灶早袁藻贼 葬造 渊员源苑员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
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灶蚤贼则燥早藻灶袁 葬灶凿 灶藻皂葬贼燥凿藻 糟燥皂皂怎灶蚤贼蚤藻泽 悦匀耘晕 允蚤灶早袁 悦匀耘晕 云葬躁怎灶袁 蕴陨哉 酝葬灶择蚤葬灶早袁 藻贼 葬造早 渊员源愿员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
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源员远员 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 猿源卷摇
叶生态学报曳圆园员源年征订启事
叶生态学报曳是由中国科学技术协会主管袁中国生态学学会尧中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊袁创刊于 员怨愿员年袁报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果遥 坚持野百花齐放袁百家
争鸣冶的方针袁依靠和团结广大生态学科研工作者袁探索生态学奥秘袁为生态学基础理论研究搭建交流平台袁
促进生态学研究深入发展袁为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务尧为国民经济建设和发展服务遥
叶生态学报曳主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果遥 特别欢
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章曰研究简报曰生态学新理论尧新方法尧新技术介绍曰新书评价和
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叶生态学报曳为半月刊袁大 员远开本袁圆愿园页袁国内定价 怨园元 辕册袁全年定价 圆员远园元遥
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本期责任副主编摇 薛建辉摇 摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报渊杂匀耘晕郧栽粤陨摇 载哉耘月粤韵冤渊半月刊摇 员怨愿员年 猿月创刊冤
第 猿源卷摇 第 远期摇 渊圆园员源年 猿月冤
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