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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 3 期摇 摇 2012 年 2 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
夏季可可西里雌性藏原羚行为时间分配及活动节律 连新明,李晓晓,颜培实,等 (663)………………………
热带印度洋黄鳍金枪鱼渔场时空分布与温跃层的关系 杨胜龙,张摇 禹,张摇 衡,等 (671)……………………
洪湖水体藻类藻相特征及其对生境的响应 卢碧林,严平川,田小海,等 (680)…………………………………
广西西端海岸四种红树植物天然种群生境高程 刘摇 亮,范航清,李春干 (690)…………………………………
高浓度 CO2引起的海水酸化对小珊瑚藻光合作用和钙化作用的影响 徐智广,李美真,霍传林,等 (699)……
盖度与冠层水深对沉水植物水盾草光谱特性的影响 邹维娜,袁摇 琳,张利权,等 (706)………………………
基于 C鄄Plan规划软件的生物多样性就地保护优先区规划———以中国东北地区为例
栾晓峰,孙工棋,曲摇 艺,等 (715)
…………………………
………………………………………………………………………………
城市化对本土植物多样性的影响———以廊坊市为例 彭摇 羽,刘雪华,薛达元,等 (723)………………………
利用红外相机调查北京松山国家级自然保护区的野生动物物种 刘摇 芳,李迪强, 吴记贵 (730)……………
基于树木起源、立地分级和龄组的单木生物量模型 李海奎,宁金魁 (740)………………………………………
千岛湖社鼠种群遗传现状及与生境面积的关系 刘摇 军,鲍毅新,张摇 旭,等 (758)……………………………
气候变化对内蒙古草原典型植物物候的影响 顾润源,周伟灿,白美兰,等 (767)………………………………
中国西北典型冰川区大气氮素沉降量的估算———以天山乌鲁木齐河源 1 号冰川为例
王圣杰,张明军,王飞腾,等 (777)
…………………………
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植被类型对盐沼湿地空气生境节肢动物功能群的影响 童春富 (786)……………………………………………
黔西北铅锌矿区植物群落分布及其对重金属的迁移特征 邢摇 丹,刘鸿雁,于萍萍,等 (796)…………………
云南中南部季风常绿阔叶林恢复生态系统萌生特征 苏建荣,刘万德,张志钧,等 (805)………………………
筑坝扩容下高原湿地拉市海植物群落分布格局及其变化 肖德荣,袁摇 华,田摇 昆,等 (815)…………………
三峡库区马尾松根系生物量的空间分布 程瑞梅,王瑞丽,肖文发,等 (823)……………………………………
兴安落叶松林生物量、地表枯落物量及土壤有机碳储量随林分生长的变化差异
王洪岩,王文杰,邱摇 岭,等 (833)
………………………………
………………………………………………………………………………
内蒙古放牧草地土壤碳固持速率和潜力 何念鹏,韩兴国,于贵瑞 (844)…………………………………………
不同林龄马尾松凋落物基质质量与土壤养分的关系 葛晓改,肖文发,曾立雄,等 (852)………………………
不同丛枝菌根真菌侵染对土壤结构的影响 彭思利,申摇 鸿,张宇亭,等 (863)…………………………………
不同初始含水率下粘质土壤的入渗过程 刘目兴,聂摇 艳,于摇 婧 (871)…………………………………………
不同耕作措施的温室气体排放日变化及最佳观测时间 田慎重,宁堂原,迟淑筠,等 (879)……………………
外源铅、铜胁迫对不同基因型谷子幼苗生理生态特性的影响 肖志华,张义贤,张喜文,等 (889)………………
温度和盐度对吉富品系尼罗罗非鱼幼鱼鳃 Na+ 鄄K+ 鄄ATPase活力的联合效应
王海贞,王摇 辉,强摇 俊,等 (898)
……………………………………
………………………………………………………………………………
基于元胞自动机的喀斯特石漠化格局模拟研究 王晓学,李叙勇,吴秀芹 (907)…………………………………
边缘细胞对荞麦根尖铝毒的防护效应和对细胞壁多糖的影响 蔡妙珍,王摇 宁,王志颖,等 (915)……………
川中丘陵区人工柏木防护林适宜林分结构及水文效应 龚固堂,黎燕琼,朱志芳,等 (923)……………………
基于 AHP与 Rough Set的农业节水技术综合评价 翟治芬,王兰英,孙敏章,等 (931)…………………………
基于 DMSP / OLS影像的我国主要城市群空间扩张特征分析 王翠平,王豪伟,李春明,等 (942)………………
生态旅游资源非使用价值评估———以达赉湖自然保护区为例 王朋薇,贾竞波 (955)…………………………
专论与综述
基于有害干扰的森林生态系统健康评价指标体系的构建 袁摇 菲,张星耀,梁摇 军 (964)………………………
硅对植物抗虫性的影响及其机制 韩永强,魏春光,侯茂林 (974)…………………………………………………
研究简报
光照条件、植株冠层结构和枝条寿命的关系———以桂花和水杉为例 占摇 峰,杨冬梅 (984)……………………
Bt玉米秸秆还田对小麦幼苗生长发育的影响 陈小文,祁摇 鑫,王海永,等 (993)………………………………
汶川大地震灾后不同滑坡体上柏木体内非结构性碳水化合物的特性 陈摇 博,李志华,何摇 茜,等 (999)……
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*344*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*37*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄02
封面图说:难得的湿地乔木———池杉池杉为落叶乔木,高达 25 米,主干挺直,树冠尖塔。 树干基部膨大,常有屈 膝状吐吸根,池
杉为速生树,强阳性,耐寒性较强,耐干旱,更极耐水淹,多植于湖泊周围及河流两岸,是能在水里生长的极少数的大
乔木之一,故有湿地乔木之称 。 池杉原产美国弗吉尼亚沼泽地,中国于本世纪初引种到江苏等地,之后大量引种南
方各省,尤其是长江南北 水网地区作为重要造树和园林树种而大量栽种。
彩图提供: 陈建伟教授摇 国家林业局摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 3 期
2012 年 2 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 3
Feb. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家自然科学基金资助项目(31070431,40803024);国家基础研究发展计划项目(2010CB833504)
收稿日期:2011鄄04鄄07; 摇 摇 修订日期:2011鄄11鄄18
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: henp@ igsnrr. ac. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201104070449
何念鹏, 韩兴国, 于贵瑞.内蒙古放牧草地土壤碳固持速率和潜力.生态学报,2012,32(3):844鄄851.
He N P, Han X G, Yu G R. Soil carbon sequestration rates and potential in the grazing grasslands of Inner Mongolia. Acta Ecologica Sinica,2012,32(3):
844鄄851.
内蒙古放牧草地土壤碳固持速率和潜力
何念鹏1,2,*, 韩兴国2, 于贵瑞1
(1. 中国科学院地理科学与资源研究所, 生态系统网络观测与模拟重点实验室, 北京摇 100101;
2. 中国科学院植物研究所, 植被与环境变化国家重点实验室, 北京摇 100093)
摘要:放牧是典型草地最重要的利用方式,弄清放牧对草地碳固速率的影响,将为我国内蒙古地区草地碳汇管理提供重要的科
学依据。 通过在平坦草地和斜坡草地设置相同的放牧梯度实验 (放牧强度 0、1. 5、3. 0、4. 5、6. 0、7. 5、9. 0 羊 / hm2),探讨了放牧
和地形对草地土壤碳固持速率的影响。 实验结果表明:轻度放牧草地表现为碳固持,重度放草地表现为碳流失;对放牧草地而
言,存在碳源 /碳汇的转化阈值(或放牧强度),且坡地阈值低于平地。 为了实现草地碳增汇目的,平坦草地的放牧强度应低于
4. 5 羊 / hm2(放牧期 6—9 月),斜坡草地应低于 3 羊 / hm2。 地形因素(平地 VS斜坡)使准确评估放牧草地土壤的碳固持速率变
得更加复杂。 总之,内蒙古地区放牧草地具有较大的碳固持潜力,通过控制放牧强度是实现其碳固持潜力的重要途径之一。
关键词:草地;地形;放牧;碳贮存;碳固持; 内蒙古
Soil carbon sequestration rates and potential in the grazing grasslands of
Inner Mongolia
HE Nianpeng1, 2, *, HAN Xingguo2, YU Guirui1
1 Key Laboratory of Ecosystem Network Observation and Modeling, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinces Academy of
Sciences, Beijing 100101, China
2 Key Laboratory of Vegetation and Environmental Change, Institute of Botany, Chinces Academy of Sciences, Beijing 100093, China
Abstract: Temperate grasslands in the northern China account for approximately 110 million hectares, and grazing is
common in the grasslands of Inner Mongolia. Therefore, understanding soil carbon (C) sequestration and its mechanism in
these grazing grasslands is very important for the regional carbon budget. However, how and to what extent is soil C
sequestration affected by increasing grazing intensities have not been well documented. To date, it is still uncertain whether
changes in topography have modified soil C sequestration in these grazing grasslands; this is a crucial issue for the decision
makers of grassland management.
On the basis of previous grazing experiments with 7 stocking rates ( i. e. , 0 1. 5, 3. 0, 4. 5, 6. 0, 7. 5, and 9. 0
sheep / hm2) in the plat and slope grasslands, respectively, and by selecting free鄄grazing grasslands as control (CK), we
specifically investigated soil C sequestration and the effects of increasing stocking rates on this sequestration and quantified
the influence of topography on soil C sequestration in temperate grasslands of northern China.
The experimental results showed that C storage in the 0—30 cm and 0—100 cm soil layers increased to a certain extent
when the grazing intensity was light, and increases in soils N were relatively lower. In addition, the C and N storage in soils
of heavy鄄grazing grasslands decreased slightly. Our findings prove the existence of an underlying transformation from soil C
sequestration under low鄄grazing pressure to soil C loss under heavy鄄grazing pressure, and this transforming threshold was
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found to be 4. 5 sheep / hm2 in flat grasslands and 3. 0 sheep / hm2 in slope grasslands. Furthermore, the effect of increasing
stocking rates on soil C sequestration was modified by topography, and slope grasslands were found to be stronger than flat
grasslands. Our results showed that soil C sequestration rates in the grazing grasslands of Inner Mongolia are modified by
topography; therefore, we need to focus more on identifying the potential impact of topography in future studies in order to
accurately evaluate soil C sequestration in these grazing grasslands.
Although this topic has limited scope, we attempted to experimentally demonstrate the presence of an underlying
transforming threshold of soil C sequestration that changes with increasing stocking rates and the changes in topography; this
study was essential for not only assessing the regional C budget but also optimizing grassland management to improve soil
organic matter. Altogether, our findings suggest that grazing grasslands in northern China have a good capacity to sequester
C in soil with rational grazing and that the different effects in flat and slope grasslands due to increasing grazing intensities
should be taken into account for grassland management.
Key Words: grassland; topography; grazing; carbon storage; carbon sequestration; Inner Mongolia
放牧是内蒙古地区典型草地最重要的土地利用方式。 它主要通过放牧牲畜对牧草的采食和土壤的践踏、
以及伴随牲畜体内营养物质的转化和归还,对草地土壤理化性质及其化学成分均会造成显著影响[1鄄5]。 作为
植物鄄土壤养分元素循环的重要载体与环节,土壤有机质不仅对草地生产力具有重要影响,还影响着土壤鄄植
物的水分关系和草地侵蚀潜力[6鄄8];因此,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。
目前,放牧与土壤碳氮贮量的关系仍存在较大争议,尤其是在不同区域(受植被类型、土壤本底和放牧牲
畜种类)表现很不一至,有时呈现正相关、有时呈负相关[9]。 通常,轻度放牧对草地土壤的影响相对较
小[2,4,5,10鄄13],而过度放牧将显著降低土壤碳氮贮量[4鄄5,14鄄15];前者主要通过促进草地营养循环和植被更新来提
高草地干物质生产、营养循环、碳氮贮存。 在内蒙古典型草地,我国学者已经发现轻度放牧将提高典型草地和
荒漠草地土壤碳和氮贮量、而重度放牧将降低土壤碳氮贮量[5,12,14]。 目前,科学家仍未弄清在放牧强度不断
增加状态下草地土壤碳氮贮量的变化过程,暨内蒙古典型草地是否存在从碳固持到碳流失的内在转化阈值。
系统地研究放牧对草地土壤碳氮贮量的影响,不仅将有助于我国北方草地生态系统的适应性管理,还将
为该地区碳汇管理提供重要的科学依据。 He等已初步报道了内蒙古典型草地 0—30 cm 土壤碳氮贮量随着
放牧强度的增加呈线性下降,放牧草地存在从碳固持到碳流失的内在转化阈值[4]。 然而,上述分析更多地考
虑到表层土壤,并未探讨放牧对更深层次土壤碳氮贮量的影响。 此外,在内蒙古典型草原广泛分布的区域,平
地和坡地广泛共存;前人的研究大多集中在平地区域,而较少在坡地开展相关的实验工作。 事实上,受地形和
地势等因素的影响,坡地的植被和土壤条件通常更差、在放牧扰动下更易风蚀和水蚀。 然而,迄今为止仍未见
不同地形(平地 VS坡地)放牧草地碳固持效应的报道。
本文通过在内蒙古锡林郭勒典型草原(平地和坡地)设置的放牧梯度实验,探讨了放牧对(平地和坡地)
草地土壤碳固持效应的影响,不仅希望能从提高土壤有机质角度为草地适应性管理提供科学依据,同时也将
为我国北方草地碳汇管理提供理论基础。
1摇 实验样地和实验方法
1. 1摇 实验样地设置
本文使所用的长期放牧实验样地建于 2004 年、并于 2005 年正式开始各种实验处理,它属中国科学院内
蒙古草原生态系统定位研究站的长期放牧实验平台;有关该平台的实验处理、植被、土壤和气候等信息,请详
见参考文献[4,16]。 在地势平坦草地(平地)和坡地草地(坡度为 15毅)分别设置了完全相同的 7 个放牧梯度,分
别为:0、1. 5、3. 0、4. 5、6. 0、7. 5、9. 0 羊 / hm2;因此,共有 14 个放牧实验样地。 2005—2009 年,放牧处理于每年
6 月初开始,9 月中旬结束。
548摇 3 期 摇 摇 摇 何念鹏摇 等:内蒙古放牧草地土壤碳固持速率和潜力 摇
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为了评估地形对放牧草地土壤碳固持效应的影响,在围栏外,分别选择了平地和坡地的自由放牧草地作
为对照,即 1 个平地自由放牧草地(对照 1, CK1)和 1 个坡地自由放牧(对照 2, CK2) [4]。 此外,根据相关的
研究结论,封育 30a后的羊草草地,土壤碳贮量将达到其最大值(或处于相对平衡状态),此时草地处于弱碳
源 /碳汇相互转化的状态,其转换过程主要受当年降雨量的控制[17鄄18]。 因此,为了进一步探讨放牧草地的土
壤碳固持潜力,选择了草原站 1979 年围封的羊草草地作为该地区草地最大固碳潜力的参照系(该样地位于放
牧实验区南面约 50 m处)。
1. 2摇 野外取样
野外取样在 2009 年 8 月上旬进行。 首先,根据空间位置在每个放牧样地设置 5 个取样点,分别是距实验
样地四角 15 m左右处的 4 个点和样地中心点。 在每个取样点,设置 1 个 1 m 伊 1 m样方,进行地上生物量测
定(地上生物量测定时不分物种齐地面剪下地上绿色植物体)随后对地表凋落物进行收集;所获地上生物量
样品和地表凋落物样品,在 65益烘干至恒重后称重。 在生物量取样样方内,采用土钻法进行土壤取样,每个
样方取 3 钻并形成混合土壤样品。 土壤分 0—10 cm, 10—30 cm, 30—50 cm 和 50—100 cm 四层进行收集。
所有土壤样品在阴凉通风处风干后,粉碎备用。 为了计算土壤碳氮贮量,采用土壤容重取样仪对 0—100 cm
剖面土壤容重进行分层测定,每个样地重复 3 次。
1. 3摇 实验分析
经过预处理的土壤样品,采用重铬酸钾氧化鄄外加热法测定有机碳含量(% );采用半微量凯氏定氮法测定
氮含量(% )(300 Kjeltec Analyzer Unit,FOSS,Sweden)。
1. 4摇 数据计算与统计方法
土壤碳(g C m-2)和氮贮量(g N m-2)换算为表面积 1 m2、深度 1 m土层的碳氮总贮量,具体计算公式:
TSOC =移Di 伊 P i 伊 OMi 伊 S (1)
TSN =移Di 伊 P i 伊 TNi 伊 S (2)
式中,Di、P i、OMi、TNi、S和 i分别代表土层厚度(cm)、土壤容重(g / cm3)、有机碳含量(% )、总氮含量(% )、取
样面积(cm2)和土层( i=1, 2, 3 和 4)。
放牧草地土壤碳固持速率是通过放牧样地与对照样地(平地自由放牧样地(CK1)或坡地自由放牧样地
(CK2))的差值进行换算,并按年平均。 放牧草地碳固持潜力主要是利用放牧草地与封育 30a 羊草草地之间
的碳和氮贮量之差进行计算。
首先采用放牧强度和地形因子进行双因素方差分析,但未发现放牧强度和地形对草地碳氮贮量具有显著
的交互效应;此外,统计结果还表明土壤碳氮贮量在平地显著高于对应的坡地。 因此,为了探讨地形对放牧草
地碳固持效应的影响,采用单因子方差分析分别检验(平地和斜坡)不同放牧强度对土壤碳氮贮量的影响,采
用 Duncan多重比较进行进一步的差异性检验。 采用回归方法探讨土壤碳氮固持速率与放牧强度、地上生物
现存量的关系。 本文图表数据均为平均值依SD,显著性水平为 P = 0. 05,所有统计分析均使用 SPSS 11. 0
完成。
2摇 实验结果
2. 1摇 放牧对草地土壤碳贮量、土壤碳固持速率的影响
放牧对土壤碳贮量的影响随着土层深度的增加而逐渐降低,其中,轻度放牧显著地提高了平地和坡地
0—10 cm土壤碳贮量(P < 0. 05),但对 50—100 cm土层碳贮量影响非常较小。 在 0—100 cm土层,轻度放牧
提高了草地土壤碳贮量;其中,平地区域不同放牧强度处理间土壤碳贮量差异不显著,而坡地区域间差异显著
(P=0. 046)。 在重度放牧状况下,0—100 cm土壤碳贮量有所下降,但与对应自由放牧草地(CK1 或 CK2)相
比差异均不显著。 与长期封育草地相比(140. 6 Mg C hm-2),平地放牧草地土壤碳固持潜力约为 15. 4—26. 1
Mg C hm-2,坡地放牧草地的土壤碳固持潜力约为 30. 3—38. 5 Mg C hm-2(图 1)。
在平地区域,轻度放牧草地具有较高的土壤碳固持速率;随着放牧强度增加,草地碳固持速率逐渐下降,
648 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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羊
图 1摇 放牧和地形对草地土壤碳贮量的影响
Fig. 1摇 Effect of grazing and topography on soil C storage in temperate grasslands
图中对照草地数据来自(平地或坡地)自由放牧草地;封育 30a羊草草地数据源自 He[17]
并转化为碳流失(图 2);其整体变化趋势可用直线方程来拟合(0—30 cm: R2 = 0. 82, P <0. 01; 0—100 cm,
R2 = 0. 83, P <0. 01)。 在斜坡区域,土壤碳固持速率随着放牧强度增加呈显著的线性下降趋势(0—30 cm:
R2 =0. 87, P <0. 01; 0—100 cm, R2 =0. 93, P <0. 01)。 此外,在相同放牧处理时,平地的土壤碳固持速率高
于坡地。
羊
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图 2摇 草地土壤碳固持速率对放牧强度的响应
Fig. 2摇 Response of soil C sequestration rates in grazing grasslands to increasing grazing intensity
土壤碳固持速率根据放牧实验样地与自由放牧草地(对照)数据之差进行计算
2. 2摇 放牧对土壤氮贮量、土壤氮固持速率的影响
无论是平地还是坡地,轻度放牧草地比重度放牧草地具有更高的 0—100cm 土壤氮贮量,但不同放牧强
度间差异不显著(图 3)。 从土壤剖面数据看,0—10 cm和 10—30 cm土壤氮贮量在轻度放牧状态有所增加,
而重度放牧将使其降低;放牧对 50—100 cm土壤氮贮量受影响较小。 与长期封育羊草草地相比,平地区域的
放牧草地氮固持潜力约为 1. 5—2. 4 Mg N hm-2,坡地区域的放牧草地氮固持潜力约为 3. 2—3. 8 Mg N hm-2
(图 3)。 土壤氮固持速率随着放牧强度增加而逐渐降低,并与放牧强度呈显著的二次函数关系(图 4)。
2. 3摇 土壤碳氮固持速率与地上生物量、盖度和氮固持速率间的关系
草地土壤碳固持速率与地上生物量(现存量)呈显著的对数增长函数关系(图 5);随着草地地上生物量
的增加,草地土壤碳固持速率迅速升高。 土壤氮固持速率草地地上生物量间呈显著的二次函数关系(图 6)。
土壤碳固持速率与土壤氮固持速率也呈显著的二次函数关系(图 7)。
748摇 3 期 摇 摇 摇 何念鹏摇 等:内蒙古放牧草地土壤碳固持速率和潜力 摇
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图 3摇 放牧和地形对草地土壤氮贮量的影响
Fig. 3摇 Effect of grazing and topography on soil N storage in temperate grasslands
图中对照草地数据来自(平地和坡地)自由放牧草地;封育 30a羊草草地数据源自 He等[17]
羊
图 4摇 放牧草地土壤氮固持速率对放牧强度的响应
Fig. 4摇 Response of soil N sequestration rates in grazing grasslands to increasing grazing intensity
土壤氮固持速率根据放牧实验样地与自由放牧草地(对照)数据之差进行计算
0—30 cm 0—100 cm
图 5摇 放牧草地土壤碳固持速率与地上生物量(现存量)的关系
Fig. 5摇 Relationship between soil C sequestration and aboveground biomass with increasing grazing intensities in flat and slope grasslands
3摇 结论与讨论
地形因素(平地 VS斜坡)使放牧对内蒙古草地土壤碳固持的影响变得更加复杂;在局部区域,地形因素
的影响甚至比放牧更大。 从土壤碳贮量和土壤碳固持速率两个角度分析,平地和斜坡草地存在较大差异;在
经历相似的放牧压力时,斜坡草地土壤碳固持速率对放牧强度的响应远比平地更强烈。 然而,目前绝大多数
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0—30 cm 0—100 cm
图 6摇 放牧草地土壤氮固持速率与地上生物量(现存量)的关系
Fig. 6 摇 Relationship between soil N sequestration rate and aboveground biomass with increasing grazing intensities in flat and
slope grasslands
图 7摇 放牧草地土壤碳固持速率与氮固持速率的关系
Fig. 7摇 Relationship between soil C and N sequestration rates in flat and slope grasslands
放牧实验或野外受控实验均未考虑地形因素的影响[4,14],主要是为了降低实验样地内的异质性,或提高实验
数据的可比性。 客观而言,本文的实验设计和研究内容也比较粗略,但还是希望通过本文能促进科学家对地
形因素的研究,实现更全面揭示草地生态系统结构和功能的目的。
放牧草地存在碳源 /碳汇的内在转化阈值,该阈值受地形因素的影响较大。 轻度放牧(1. 5 羊 / hm2)最有
利于实现平坦草地碳固持;为了实现放牧草地的碳汇功能,平坦草地放牧强度应小于 4. 5 羊 / hm2 时(放牧期
为 6—9 月) [4]。 当放牧强度进一步增大,放牧草地碳贮量将逐渐下降,并表现为碳流失[5,14,17]。 对斜坡放牧
草地而言,土壤碳固持速率最大值出现在未放牧草地,并随着放牧强度增强呈直线下降。 如要实现斜坡草地
碳增汇目的,放牧强度应控制在 3 羊 / hm2。 与平地相比,斜坡草地生产力相对较低、放牧行为更易降低其初
级生产力;此外,斜坡地放牧将更易破坏草地土壤的表层结构、造成更严重的碳流失(碳矿化、风蚀和水
蚀) [19鄄20]。
放牧对草地土壤碳固持速率的影响受放牧强度、放牧家畜种类组成、地形和地势、气候和植被类型等多种
因素的影响,其结论还存在不确定性。 整体而言,轻度或中度放牧对草地土壤的影响相对较小;它们通过促进
草地营养循环和植被更新,有利于草地干物质生产、营养循环和碳氮贮存[2,4鄄5,10鄄13]。 Derner 等发现长期轻度
和中度放牧将使北美矮草草原土壤有机碳增加 24% ,但相同处理却会使北美高草草原土壤有机碳降低
8% [21]。 Schuman等发现轻度放牧对 0—60 cm土壤碳氮贮量影响非常小[22]。 然而,长期过度放牧将显著降
低土壤碳氮贮量[12,14鄄15,23]。 放牧对土壤碳贮量的影响途径主要包括:1)通过增加营养循环或养分可利用性,
轻度放牧可促进植被更新和土壤碳氮贮存[9,24鄄28];2)通过放牧牲畜的大量取食,重度放牧去除了大部分地上
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生物量,显著降低了通过地上植被和地下根系的有机质输入[14,29鄄30];3)通过降低土壤通透性和养分可利用
性,重度放牧显著降低草地生产力,降低新的有机质输入[31];4)过度放牧时,牲畜对土壤团聚体和地表结皮的
严重破坏,不仅提高了土壤有机质分解速率,也使土壤更易于水蚀和风蚀[19鄄20,32]。
放牧对土壤氮贮量的影响也受多种因素的影响。 放牧畜牧能加速有排泄物斑块的养分循环,并通过降低
植物根茎 C颐N比增加了植物残体分解速率[2]。 放牧草地植物残体和土壤较低的 C 颐N 比,使微生物矿化作用
加强,碳矿化颐氮净矿比率降低, 进而增加了土壤净氮矿化量[3]。 然而,放牧是加速还是减缓草地土壤氮素养
分循环还存在较大的争议,它主要受土壤碳的有效性的影响。 当可利用性碳源相对于氮充足时,微生物对氮
的需求高,氮的固定潜能就高;相反,当可利用性碳相对于氮缺乏时,氮的固定潜能低,净氮矿化升高[33]。 放
牧减少碳向地下部分的分配,使通过根分泌供给微生物的碳减少,从而提高了土壤净氮矿化。 植物对动物采
食的补偿机制,使富含氮的植物组织和器官增加, 提高了凋落物分解速率;加之动物排泄物,使放牧草地氮周
转速率加快[10]。 然而,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。
轻度放牧时内蒙古典型草地表现为碳固持,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。 平坦草地土壤碳固持与碳流失的转化阈值为 4. 5 羊 / hm2(放牧时间 6—9
月),斜坡草地转化阈值为 3 羊 / hm2。 地形因素对放牧草地土壤碳固持效应的影响较大,坡地土壤碳固持速
率对放牧强度的反应更强烈。 本文结论仅仅依据了夏天的放牧实验,并未考虑放牧牲畜其它季节对牧草的需
求;因此,在核算整个地区的载畜量时应考虑冬季放牧。 本文定量地揭示了放牧+地形对内蒙古典型草地土
壤碳固持速率的影响,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。 总之,内蒙古地区放牧
草地具有巨大的碳固持潜力,合理控制放牧强度是实现该潜力的重要措施之一;此外,当我们从实现草地碳增
汇角度确定合理的放牧制度时,应充分考虑到地形的影响。
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158摇 3 期 摇 摇 摇 何念鹏摇 等:内蒙古放牧草地土壤碳固持速率和潜力 摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 3 February,2012(Semimonthly)
CONTENTS
Behavioural time budgets and diurnal rhythms of the female Tibetan gazelles in the Kekexili National Nature Reserve
LIAN Xinming, LI Xiaoxiao, YAN Peishi, et al (663)
………………
……………………………………………………………………………
The relationship between the temporal鄄spatial distribution of fishing ground of yellowfin tuna (Thunnus albacares) and themocline
characteristics in the tropic Indian Ocean YANG Shenglong, ZHANG Yu, ZHANG Heng, et al (671)…………………………
Characteristics of algous facies of planktonic algae in lake honghu and its response to habitat
LU Bilin, YAN Pingchuan, TIAN Xiaohai, et al (680)
…………………………………………
……………………………………………………………………………
Tide elevations for four mangrove species along western coast of Guangxi, China LIU Liang, FAN Hangqing, LI Chungan (690)……
Effects of CO2 鄄induced seawater acidification on photosynthesis and calcification in the coralline alga Corallina pilulifera
XU Zhiguang, LI Meizhen, HUO Chuanlin,et al (699)
……………
……………………………………………………………………………
Impacts of coverage and canopy water depth on the spectral characteristics for a submerged plant Cabomba caroliniana
ZOU Weina, YUAN Lin, ZHANG Liquan, et al (706)
………………
……………………………………………………………………………
Prioritizing biodiversity in conservation planning based on C鄄Plan:a case study from northeast China
LUAN Xiaofeng,SUN Gongqi,QU Yi,et al (715)
…………………………………
……………………………………………………………………………………
Effects of urbanization on indigenous plant diversity: a case study of Langfang City, China
PENG Yu, LIU Xuehua, XUE Dayuan, et al (723)
……………………………………………
………………………………………………………………………………
Using infra鄄red cameras to survey wildlife in Beijing Songshan National Nature Reserve LIU Fang, LI Diqiang, WU Jigui (730)……
Individual tree biomass model by tree origin, site classes and age groups LI Haikui, NING Jinkui (740)……………………………
Population genetics of Niviventer confucianus and its relationships with habitat area in Thousand Island Lake region
LIU Jun, BAO Yixin, ZHANG Xu, et al (758)
…………………
……………………………………………………………………………………
Impacts of climate change on phenological phase of herb in the main grassland in Inner Mongolia
GU RunYuan,ZHOU Weican, BAI Meilan, et al (767)
……………………………………
……………………………………………………………………………
Atmospheric nitrogen deposition in the glacier regions of Northwest China: a case study of Glacier No. 1 at the headwaters of Urumqi
River, Tianshan Mountains WANG Shengjie, ZHANG Mingjun, WANG Feiteng, et al (777)……………………………………
Effects of vegetation type on arthropod functional groups in the aerial habitat of salt marsh TONG Chunfu (786)……………………
The plant community distribution and migration characteristics of heavy metals in tolerance dominant species in lead / zinc mine
areas in Northwestern Guizhou Province XING Dan,LIU Hongyan,YU Pingping,et al (796)……………………………………
Sprouting characteristic in restoration ecosystems of monsoon evergreen broad鄄leaved forest in south鄄central of Yunnan Province
SU Jianrong,LIU Wande,ZHANG Zhijun,et al (805)
……
………………………………………………………………………………
Distribution patterns and changes of aquatic communities in Lashihai Plateau Wetland after impoundment by damming
XIAO Derong, YUAN Hua, TIAN Kun, et al (815)
………………
………………………………………………………………………………
Spatial distribution of root biomass of Pinus massoniana plantation in Three Gorges Reservoir area, China
CHENG Ruimei, WANG Ruili, XIAO Wenfa, et al (823)
……………………………
…………………………………………………………………………
Differences in biomass, litter layer mass and SOC storage changing with tree growth in Larix gmelinii plantations in Northeast
China WANG Hongyan, WANG Wenjie, QIU Ling, et al (833)…………………………………………………………………
Soil carbon sequestration rates and potential in the grazing grasslands of Inner Mongolia
HE Nianpeng, HAN Xingguo, YU Guirui (844)
………………………………………………
……………………………………………………………………………………
Relationships between litter substrate quality and soil nutrients in different鄄aged Pinus massoniana stands
GE Xiaogai, XIAO Wenfa, ZENG Lixiong, et al (852)
……………………………
……………………………………………………………………………
Compare different effect of arbuscular mycorrhizal colonization on soil structure
PENG Sili, SHEN Hong, ZHANG Yuting, et al (863)
………………………………………………………
……………………………………………………………………………
The infiltration process of clay soil under different initial soil water contents LIU Muxing, NIE Yan, YU Jing (871)…………………
Diurnal variations of the greenhouse gases emission and their optimal observation duration under different tillage systems
TIAN Shenzhong, NING Tangyuan, CHI Shuyun, et al (879)
……………
………………………………………………………………………
Effects of exogenous pb and cu stress on eco鄄physiological characteristics on foxtail millet seedlings of different genotypes
XIAO Zhihua,ZHANG Yixian,ZHANG Xiwen,et al (889)
…………
…………………………………………………………………………
Combined effect of temperature and salinity on the Na+ 鄄K+ 鄄ATPase activity from the gill of GIFT tilapia juveniles (Oreochromis
niloticus) WANG Haizhen, WANG Hui, QIANG Jun, et al (898)………………………………………………………………
Pattern simulation of karst rocky desertification based on cellular automata WANG Xiaoxue, LI Xuyong, WU Xiuqin (907)…………
The role of root border cells in protecting buckwheat root apices from aluminum toxicity and their effect on polysaccharide contents
of root tip cell walls CAI Miaozhen, WANG Ning, WANG Zhiying, et al (915)…………………………………………………
The suitable stand structure and hydrological effects of the cypress protection forests in the central Sichuan hilly region
GONG Gutang, LI Yanqiong, ZHU Zhifang, et al (923)
………………
……………………………………………………………………………
Comprehensive evaluation of agricultural water鄄saving technology based on AHP and Rough Set method
ZHAI Zhifen,WANG Lanying, SUN Minzhang, et al (931)
………………………………
………………………………………………………………………
Analysis of the spatial expansion characteristics of major urban agglomerations in China using DMSP / OLS images
WANG Cuiping, WANG Haowei, LI Chunming, et al (942)
……………………
………………………………………………………………………
Evaluation of non鄄use value of ecotourism resources: a case study in Dalai Lake protected area of China
WANG Pengwei, JIA Jingbo (955)
……………………………
…………………………………………………………………………………………………
Review and Monograph
Assessment indicators system of forest ecosystem health based on the harmful disturbance
YUAN Fei, ZHANG Xinyao, LIANG Jun (964)
……………………………………………
……………………………………………………………………………………
Role of silicon in regulating plant resistance to insect herbivores HAN Yongqiang, WEI Chunguang, HOU Maolin (974)……………
Scientific Note
Relationships among light conditions, crown structure and branch longevity: a case study in Osmanthus fragrans and Metasequoia
glyptostroboides ZHAN Feng,YANG Dongmei (984)………………………………………………………………………………
Effects of maize straw with Bt gene return to field on growth of wheat seedlings
CHEN Xiaowen, QI Xin, WANG Haiyong, et al (993)
………………………………………………………
……………………………………………………………………………
Studies of non鄄structural carbohydrates of Cupressus funebris in cifferent landslides after Wenchuan Earthquake
CHEN Bo, LI Zhihua, HE Qian,et al (999)
………………………
………………………………………………………………………………………
《生态学报》2012 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的自然科学高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研究原
始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、新方
法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,280 页,国内定价 70 元 /册,全年定价 1680 元。
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生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 32 卷摇 第 3 期摇 (2012 年 2 月)
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