全 文 ：书不同放牧退化程度典型草原植被
—土壤系统的有机碳储量
萨茹拉１，２，侯向阳１，李金祥２，丁勇１，吴新宏１，运向军１
（１．中国农业科学院草原研究所，内蒙古 呼和浩特０１００１０；２．中国农业科学院研究生院，北京１０００８１）
摘要：以典型草原大针茅＋羊草群落为研究目标，以１９７９年围封样地为参照（ＣＫ），选择轻度（ＧＬ）、中度（ＧＭ）、重
度（ＧＨ）放牧退化样地开展植被—土壤系统有机碳分布与储量的研究，结果表明，１）不同放牧退化典型草原植被地
上碳储量为４２．６３～２０３．１６ｇ／ｍ２，植被地下（０～４０ｃｍ）碳储量为６６４．１４～１１９９．５３ｇ／ｍ２，且大小顺序均为ＣＫ＞
ＧＬ＞ＧＭ＞ＧＨ，植被总碳储量ＣＫ和ＧＬ显著高于ＧＭ和ＧＨ；植被地上、地下碳储量存在显著相关关系。２）不同
放牧退化典型草原土壤０～１００ｃｍ有机碳储量均存在显著性差异，碳储量为９．８５～１３．３３ｋｇ／ｍ２，且ＧＭ＞ＧＬ＞
ＧＨ＞ＣＫ；土壤有机碳随土层深度增加而减少，有机碳储量与深度具有显著相关性。３）放牧退化典型草原植被—
土壤系统的碳储量为１１．２６～１４．０７ｋｇ／ｍ２，且ＧＭ＞ＧＬ＞ＧＨ＞ＣＫ，各类型间亦均存在显著性差异；有机碳主要储
存于土壤当中，占比约８８％～９５％，土壤有机碳储量与植被无显著相关性。４）适度放牧利用有利于发挥草原生态
系统的碳汇功能。
关键词：典型草原；放牧利用；退化草地；碳储量
中图分类号：Ｓ８１２．２　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１００４５７５９（２０１３）０５００１８０９
犇犗犐：１０．１１６８６／ｃｙｘｂ２０１３０５０３　　
　　我国草原占国土面积的４０％［１］，主要类型为温带草原、高寒草原等，其中大针茅（犛狋犻狆犪犵狉犪狀犱犻狊）、羊草（犔犲狔
犿狌狊犮犺犻狀犲狀狊犻狊）草原是具有典型代表性的类型之一，是研究生态系统对人类干扰和全球气候变化响应机制的典型
区域之一［２，３］，是国际地圈—生物圈计划（ＩＧＢＰ）陆地样带—中国东北陆地生态系统样带（ＮＥＣＴ）的重要组成部
分［４］，在该区域开展工作具有一定代表性。
草原生态系统是陆地碳循环及碳固持（ｃａｒｂｏｎｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ）的一个重要组成部分［５，６］，其碳储量约占陆地生
态系统总碳储量的３４％［７］，草原生态系统在全球碳循环中占有非常重要的地位［８］。气候变化和人类干扰，尤其
是不合理的人类活动会引起草原退化［９１２］，系统生态功能衰退，碳、氮的正常循环受到影响［１３，１４］。已有研究表明，
过度放牧会导致草原土壤碳储量明显下降［１５，１６］，分析其原因，一方面过度放牧会使草地初级生产力大幅下降［１７］，
从而减少了植被向土壤的碳输入，另一方面，过度放牧可增强草地土壤的呼吸作用，从而加速了碳素从土壤向大
气中的释放［１８］；也有研究认为，与未干扰相比，放牧干扰有利于土壤有机碳的积累，未干扰系统往往会出现土壤
碳流失现象［１９］。由此可见，过度利用的草地可能变成一个净碳源，未干扰草地系统也不利于碳固持，而适度利用
可减少草地碳排放，增加土壤碳贮存，故针对不同草原生态系统类型，科学安排利用方式和强度对草地可持续利
用尤为重要［２０］，这已成为草原管理研究领域的重要命题之一。
基于当前草地可持续管理理论研究与实践的需求，从草原植被—土壤有机碳储量的视角研究和讨论放牧对
典型草原的影响将有重要的指导价值。本研究以大针茅＋羊草草原为代表群落，对比围封与不同放牧退化草原
的有机碳储量，来探寻有利于生态系统发挥碳汇功能的利用模式，为科学制定草原保护和利用策略提供参考依
据。
１８－２６
２０１３年１０月
　　　草　业　学　报　　　
　　　ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ　　　
第２２卷　第５期
Ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．５
收稿日期：２０１２１００９；改回日期：２０１２１２２５
基金项目：国家自然科学重大项目（７０９３３００４），内蒙古自然科学基金重大项目（２０１０ＺＤ０８）和中央级公益科研院所基本科研业务专项
（１６１０３３２０１２２０１）资助。
作者简介：萨茹拉（１９８４），女，内蒙古通辽人，博士。Ｅｍａｉｌ：ｂａｙｎｃｎｇ＠１６３．ｃｏｍ
通讯作者。Ｅｍａｉｌ：ｈｏｕｘｙ１６＠１２６．ｃｏｍ
１　材料与方法
１．１　研究区自然概况
研究区位于内蒙古锡林郭勒盟锡林河流域中段，即中国科学院草原生态系统定位站１９７９年围封针茅草原附
近（４３°２６′～４４°０８′Ｎ，１１６°０４′～１１７°０５′Ｅ），海拔１１００～１４００ｍ。该地区属于温带半干旱气候，冬季受蒙古高
压气流控制寒冷干燥，夏季受季风影响，较为温暖和湿润；年均气温０．５～１．０℃，无霜期约为１００ｄ，年均降水３５０
ｍｍ，蒸发量１６００～１８００ｍｍ，降水集中在６－９月。土壤为砂质栗钙土，地带性植被为大针茅草原。
１．２　样地设置与调查
参照李博［２１］对草原退化梯度的定义及王明君等［２２］、高雪峰和韩国栋［２３］的取样方法，２０１１年８月下旬，在大
针茅＋羊草草原选择４个代表类型，其中对照样地为１９７９年围栏封育样地（ＣＫ），另外３个样地为放牧退化样
地，选取以自由放牧方式利用的草地为研究对象，以牧户为起点向外辐射状草原形成由重到轻的一个放牧退化梯
度，根据草地植物种类组成、地上生物量、群落高度、群落盖度等指标（表１），划分为放牧轻度退化样地（ＧＬ）、放
牧中度退化样地（ＧＭ）和放牧重度退化样地（ＧＨ）。
表１　取样样地基本情况描述
犜犪犫犾犲１　犅犪狊犻犮狊犻狋狌犪狋犻狅狀犱犲狊犮狉犻狆狋犻狅狀狅犳狊犪犿狆犾犲狆犾狅狋狊
样地编号
ＳｉｔｅＮｏ．
代表类型
Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅｔｙｐｅ
建群种
Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅｓｐｅｃｉｅｓ
高度
Ｈｅｉｇｈｔ
（ｃｍ）
盖度
Ｃｏｖｅｒ
（％）
生物量（干重）
Ｂｉｏｍａｓｓ（ｄｒｙｍａｔｔｅｒ）
（ｇ／ｍ２）
１ 对照 Ｎｏｎｇｒａｚｉｎｇ（ＣＫ） 大针茅＋羊草犛．犵狉犪狀犱犻狊＋犔．犮犺犻狀犲狀狊犻狊 １１２ ７０ ４５１．４７
２ 轻度放牧 Ｇｒａｚｉｎｇｌｉｇｈｔｌｙ（ＧＬ） 大针茅＋羊草犛．犵狉犪狀犱犻狊＋犔．犮犺犻狀犲狀狊犻狊 １００ ４５ ２６３．３８
３ 中度放牧 Ｇｒａｚｉｎｇｍｏｄｅｒａｔｅｌｙ（ＧＭ）大针茅＋糙隐子草犛．犵狉犪狀犱犻狊＋犆犾犲犻狊狋狅犵犲狀犲狊狊狇狌犪狉狉狅狊犪 ８０ ２５ １３１．３８
４ 重度放牧 Ｇｒａｚｉｎｇｈｅａｖｉｌｙ（ＧＨ） 大针茅＋糙隐子草犛．犵狉犪狀犱犻狊＋犆．狊狇狌犪狉狉狅狊犪 ４３ ２０ ９４．７４
利用随机样方法，在ＣＫ、ＧＬ、ＧＭ和ＧＨ样地分别设置１ｍ×１ｍ样方１０个，记录和测定植物种类组成、盖
度和高度；筛选其中５个样方采用齐地面刈割牧草的方法测定地上生物量鲜重，带回实验室６５℃烘干至恒重；地
下生物量与地上生物量在同一样方内测定，采用剖面法，进行１０ｃｍ×１０ｃｍ×１０ｃｍ土块切割，每１０ｃｍ为一层
进行取样，取到４０ｃｍ深度，将取得的样品带回实验室进行筛根、洗根、烘干、称重。土壤样品亦在上述样方处利
用土钻取样，取样深度为０～１０，１０～２０，２０～３０，３０～４０，４０～６０，６０～１００ｃｍ，每样方内取３次后按层混合，带回
实验室风干、过筛，测试相关指标。
１．３　指标计算
将植物有机干物质中碳占的比重转换为碳量［２４２６］。尽管不同的植被其转换率不同，但由于目前报道不同植
被类型的转换率十分有限，本研究采用国际上常用的转换率０．４５将生物量统一以碳（ｇ／ｍ２）的形式表示。
土壤有机碳测定采用重铬酸钾－外加热法［２７］，土壤碳储量计算公式如下：
犘＝∑
狀
犻＝１
（犱犻×犎犻×犫犻×０．１）
式中，犘为土壤碳储量（ｋｇ／ｍ２），犱犻为有机碳含量（％），犎犻为土层高度（ｃｍ），犫犻为土壤容重（ｇ／ｃｍ３）。
１．４　数据分析
用Ｅｘｃｅｌ进行数据的初步整理，ＳＰＳＳ软件包中的单因子方差分析（ＡＮＯＶＡ）、Ｐｅａｒｓｏｎ相关分析和回归分析
对各指标进行处理。
２　结果与分析
２．１　植被碳储量
植被是生态系统中主要的碳输入部分，不同干扰强度主要是通过家畜啃食改变地上部分［２８］，同时，也会直接
９１第２２卷第５期 草业学报２０１３年
或间接影响植被地下部分的生长和碳积累。
图１　不同放牧退化草原植被碳储量及其分布
犉犻犵．１　犜犺犲狏犲犵犲狋犪狋犻狅狀犮犪狉犫狅狀狊狋狅狉犪犵犲犪狀犱犱犻狊狋狉犻犫狌狋犻狅狀狅犳
犱犻犳犳犲狉犲狀狋犵狉犪狕犻狀犵犱犲犵狉犪犱犪狋犻狅狀犵狉犪狊狊犾犪狀犱
　　　每个子图中不同字母表示不同放牧退化程度间差异显著（犘＜０．０５）。
Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｅｔｔｅｒｓｗｉｔｈｉｎｅａｃｈｓｕｂｇｒａｐｈｉｎｄｉｃａｔｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｅ
ｔｗｅｅｎｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｇｒａｚｉｎｇｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｄｅｇｒｅｅ．ＣＫ：１９７９年围栏 Ｅｘｃｌｏｓｅｄ
ｉｎ１９７９；ＧＬ：轻度放牧 Ｇｒａｚｉｎｇｌｉｇｈｔｌｙ；ＧＭ：中度放牧 Ｇｒａｚｉｎｇｍｏｄｅｒａｔｅｌｙ；
ＧＨ：重度放牧 Ｇｒａｚｉｎｇｈｅａｖｉｌｙ．下同。Ｔｈｅｓａｍｅｂｅｌｏｗ．
分析放牧退化草原植被碳储量，结果表明（图
１），大针茅＋羊草草原单位面积地上植物碳储量为
４０～２００ｇ／ｍ２，地下植物碳储量为６００～１２００
ｇ／ｍ２，地上部分仅占植被碳储量的６％～１５％，大部
分植被碳分布于地下。从地上植物碳储量来看，形
成大小序列为 ＣＫ（２０３．１６ｇ／ｍ２）＞ＧＬ（１１８．５２
ｇ／ｍ２）＞ＧＭ（５９．１２ｇ／ｍ２）＞ＧＨ（４２．６３ｇ／ｍ２），ＣＫ
最高，与放牧利用草地相比，具有显著性差异（犘＜
０．０５），ＧＬ次之，其碳储量显著高于ＧＭ 和ＧＨ，但
是，ＧＭ和ＧＨ之间差异不显著。从地下０～４０ｃｍ
植物碳储量来看，其碳储量大小序列仍为 ＣＫ
（１１９９．５３ｇ／ｍ２）＞ＧＬ（１０１３．７６ｇ／ｍ２）＞ＧＭ
（６８１．０３ｇ／ｍ２）＞ＧＨ（６６４．１４ｇ／ｍ２），ＣＫ和ＧＬ差
异不明显，但是显著高于 ＧＭ 和 ＧＨ（犘＜０．０５）。
由于地下植被碳储量在植被总碳储量中占的比重较
大，所以植被总碳储量在不同处理之间的大小与差
异呈现出与植被地下碳相似的特征。
２．２　土壤碳储量
２．２．１　土壤碳密度垂直分布　土壤有机碳密度
（ＳＯＣＤ）通常是指单位面积一定深度土体中土壤有
机碳的储量，由于排除了面积因素的影响而以土体
体积为基础来计算，土壤碳密度已经成为评价和衡
量土壤中有机碳储量的一个极其重要的指标［１５］。
不同放牧退化典型草原土壤有机碳０～１００ｃｍ各土
层的垂直分布如图２所示，随着土壤深度的增加，土
壤中的有机碳储量呈现出减少的趋势，表层０～１０
ｃｍ土壤碳储量最高，可以达到２０００～２５００ｇ／ｍ２，
已远远超过植被碳储量（７００～１４００ｇ／ｍ２）；深层土
壤的碳储量较少，在６０～１００ｃｍ深处，每１０ｃｍ土
壤的碳储量为５００～１０００ｇ／ｍ２，这一含量接近于
植被地下０～４０ｃｍ的碳储量。
２．２．２　不同退化程度土壤碳储量比较　土壤是草地生态系统中碳的主要存储库，占系统的９０％以上。放牧利
用在明显影响植被生物量的同时，也会对土壤的碳储量产生影响，致使不同退化程度草地土壤碳储量产生差异。
本研究比较了不同退化程度草地的土壤碳储量（图２），结果显示，０～２０ｃｍ的浅层土壤中，土壤碳储量差异在各
处理间规律不明显，ＣＫ和ＧＬ表现出较强的储碳能力，ＧＨ在１０～２０ｃｍ呈现出显著降低的特征；从２０～４０ｃｍ
土壤深度来看，碳储量表现出随着退化程度的加重而增加的趋势，ＣＫ 土壤碳储量显著下降；从４０～６０和
６０～１００ｃｍ的取样数据分析可知，中度退化草地土壤的碳储量出现明显高值。
从０～４０ｃｍ的土壤总碳储量来看（表２），该深度范围内的碳储量占到０～１００ｃｍ碳储量的５０％～６０％，不
同退化程度碳储量大小序列为ＧＬ（６．９７ｋｇ／ｍ２）＞ＧＭ（６．８９ｋｇ／ｍ２）＞ＧＨ（６．６４ｋｇ／ｍ２）＞ＣＫ（６．１３ｋｇ／ｍ２），
ＧＬ和ＧＭ的土壤储碳优势逐渐表现出来，而ＣＫ土壤碳储量虽然在０～２０ｃｍ较高，但是由于２０～４０ｃｍ的急
速衰减，造成在该深度范围内的总量最少；分析４０～１００ｃｍ较深层土壤的碳储量，ＧＭ 表现出强劲的固碳能力，
０２ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１３） Ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．５
其碳储量显著高于其他，而在这一深度范围，ＣＫ碳储量亦较低。从０～１００ｃｍ测试范围的总碳储量来看，发现
不同退化程度之间均存在显著性差异（犘＜０．０５），其中ＧＭ 的固碳能力最强，为１３．３３ｋｇ／ｍ２，其余依次为ＧＬ、
ＧＨ和ＣＫ，分别为１１．９１，１１．２７和９．８５ｋｇ／ｍ２。
图２　不同放牧退化草原土壤有机碳分布
犉犻犵．２　犜犺犲犱犻狊狋狉犻犫狌狋犻狅狀狅犳狊狅犻犾狅狉犵犪狀犻犮犮犪狉犫狅狀犪犿狅狀犵犱犻犳犳犲狉犲狀狋犵狉犪狕犻狀犵犱犲犵狉犪犱犪狋犻狅狀犵狉犪狊狊犾犪狀犱
　每个子图中不同大写字母表示各土层之间差异显著（犘＜０．０５）；不同小写字母表示不同放牧退化程度间差异显著（犘＜０．０５）。Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃａｐｉｔａｌ
ｌｅｔｔｅｒｓｗｉｔｈｉｎｅａｃｈｓｕｂｇｒａｐｈｉｎｄｉｃａｔｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｅｔｗｅｅｎｅａｃｈｓｏｉｌｄｅｐｔｈ；Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏｗｅｒｃａｓｅｌｅｔｔｅｒｓｉｎｄｉｃａｔｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｅｔｗｅｅｎ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｇｒａｚｉｎｇｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｄｅｇｒｅｅ．
表２　不同退化程度下不同土壤深度碳储量比较
犜犪犫犾犲２　犆犪狉犫狅狀狊狋狅狉犪犵犲犮狅犿狆犪狉犻狊狅狀犫犲狋狑犲犲狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋犱犲犵狉犪犱犪狋犻狅狀犱犲犵狉犲犲狊犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋狊狅犻犾犱犲狆狋犺
土层
Ｓｏｉｌｄｅｐｔｈ
ＣＫ
碳储量
Ｃａｒｂｏｎ
ｓｔｏｒａｇｅ
（ｋｇ／ｍ２）
占比
Ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ
０～１００ｃｍ
（％）
ＧＬ
碳储量
Ｃａｒｂｏｎ
ｓｔｏｒａｇｅ
（ｋｇ／ｍ２）
占比
Ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ
０～１００ｃｍ
（％）
ＧＭ
碳储量
Ｃａｒｂｏｎ
ｓｔｏｒａｇｅ
（ｋｇ／ｍ２）
占比
Ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ
０～１００ｃｍ
（％）
ＧＨ
碳储量
Ｃａｒｂｏｎ
ｓｔｏｒａｇｅ
（ｋｇ／ｍ２）
占比
Ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ
０～１００ｃｍ
（％）
０～４０ｃｍ ６．１３ｃ ６１．５２ ６．９７ａ ５８．５９ ６．８９ａ ５１．７７ ６．６４ｂ ５８．９８
４０～１００ｃｍ ３．８０ｄ ３８．４８ ４．９６ｂ ４１．４１ ６．４３ａ ４８．２４ ４．６３ｃ ４１．０２
总量Ｔｈｅｔｏｔａｌ ９．８５ｄ — １１．９１ｂ — １３．３３ａ — １１．２７ｃ —
　注：同行不同字母表示差异显著（犘＜０．０５）。
　Ｎｏｔｅ：Ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｅｔｔｅｒｓｗｉｔｈｉｎｓａｍｅｒｏｗｉｎｄｉｃａｔｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔ（犘＜０．０５）．
２．２．３　土壤碳含量与植被生物量及土壤深度的关系　本研究分析了植被地上生物量、地下生物量（０～４０ｃｍ）
与土壤有机碳储量的相关性，以及各退化程度条件下，草地土壤不同深度的碳储量与相应深度的植被地下生物量
关系（表３）。植被地上与地下生物量存在着显著的相关性（犘＜０．０１），而植被的地上生物量与地下０～４０ｃｍ总
１２第２２卷第５期 草业学报２０１３年
生物量均与土壤各层有机碳含量的相关性不明显。
分析了０～１０，１０～２０，２０～３０和３０～４０ｃｍ不同土层深度土壤有机碳储量与相应土层地下生物量的关系
（表４），结果表明，在４种退化梯度上，仅有ＧＭ表现出极显著的相关性（犘＜０．０１），其他的相关性不具统计学意
义。
表３　植被与土壤碳储量的相关分析
犜犪犫犾犲３　犆狅狉狉犲犾犪狋犻狅狀犪狀犪犾狔狊犻狊犫犲狋狑犲犲狀狏犲犵犲狋犪狋犻狅狀犪狀犱狊狅犻犾犮犪狉犫狅狀狊狋狅狉犪犵犲
指标
Ｉｎｄｅｘ
相关性
Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ
地上生物量
Ａｂｏｖｅｇｒｏｕｎｄ
ｂｉｏｍａｓｓ
地下生物量
Ｂｅｌｏｗｇｒｏｕｎｄ
ｂｉｏｍａｓｓ
０～
１０ｃｍ
１０～
２０ｃｍ
２０～
３０ｃｍ
３０～
４０ｃｍ
４０～
６０ｃｍ
６０～
１００ｃｍ
０～
１００ｃｍ
地上生物量
Ａｂｏｖｅｇｒｏｕｎｄｂｉｏｍａｓｓ
相关系数Ｐｅａｒｓｏｎｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ １．００ ０．９８ ０．３１ ０．５５ －０．９６ －０．９０ －０．６９ －０．６５ ０．３２
犘值Ｓｉｇ．（２ｔａｉｌｅｄ） — ０．０２ ０．６９ ０．４５ ０．０４ ０．１０ ０．３１ ０．３５ －０．６８
地下生物量
Ｂｅｌｏｗｇｒｏｕｎｄｂｉｏｍａｓｓ
相关系数Ｐｅａｒｓｏｎｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ０．９８ １．００ ０．５０ ０．５２ －０．８９ －０．８８ －０．７６ －０．６５ ０．３３
犘值Ｓｉｇ．（２ｔａｉｌｅｄ） ０．０２ — ０．５０ ０．４８ ０．１１ ０．１２ ０．２４ ０．３５ －０．６９
　注： 表示显著相关（犘＜０．０５）。
　Ｎｏｔｅ：ｉｎｄｉｃａｔｅｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ（犘＜０．０５）．
　　前述研究表明，不同退化程度草地土壤有机碳的
垂直分布呈现出了较好的一致性变化，即随着土壤深
度的增加土壤有机碳储量呈递减趋势。为了定量描述
这种趋势，本研究利用回归分析方法，建立土壤深度与
土层有机碳储量的回归方程（表５）。４种退化梯度上，
线性方程、对数方程与一元二次方程的效果都比较好，
且对数方程和二次方程效果略优于线性方程。另外，
研究还将４组数据综合，建立通用方程，发现３类方程
的效果也是可以接受的。总之，回归分析结果表明土
壤有机碳储量与土壤深度具有很好的相关关系。
表４　分层地下生物量与土壤碳储量的相关分析
犜犪犫犾犲４　犆狅狉狉犲犾犪狋犻狅狀犪狀犪犾狔狊犻狊犫犲狋狑犲犲狀狌狀犱犲狉犵狉狅狌狀犱
犫犻狅犿犪狊狊犪狀犱狊狅犻犾犮犪狉犫狅狀狊狋狅狉犪犵犲
指标Ｉｎｄｅｘ ＣＫ ＧＬ ＧＭ ＧＨ
相关系数Ｐｅａｒｓｏｎｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ０．９４８ ０．９４５ ０．９９２ ０．７１６
犘值Ｓｉｇ．（２ｔａｉｌｅｄ） ０．０５２ ０．０５５ ０．００８０．２８４
　注： 表示显著相关 （犘＜０．０１）。
　Ｎｏｔｅ：ｉｎｄｉｃａｔｅｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ（犘＜０．０１）．
表５　土壤有机碳储量与土壤深度的回归分析
犜犪犫犾犲５　犚犲犵狉犲狊狊犻狅狀犪狀犪犾狔狊犻狊犫犲狋狑犲犲狀狊狅犻犾狅狉犵犪狀犻犮犮犪狉犫狅狀狊狋狅狉犪犵犲犪狀犱狊狅犻犾犱犲狆狋犺
退化程度Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｄｅｇｒｅｅ 线性方程Ｌｉｎｅａｒｅｑｕａｔｉｏｎ 对数方程Ｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃｅｑｕａｔｉｏｎ 二次函数方程Ｑｕａｄｒａｔｉｃｅｑｕａｔｉｏｎ
ＣＫ 狔＝－０．０２２４狓＋２．０４０４
犚２＝０．７４７２
狔＝－０．６８９ｌｎ（狓）＋３．４８２８
犚２＝０．９１３７
狔＝０．０００５狓２－０．０６１５狓＋２．５７５６
犚２＝０．９３００
ＧＬ 狔＝－０．０２１５狓＋２．１９９２
犚２＝０．８１４
狔＝－０．６５５１ｌｎ（狓）＋３．５６３６
犚２＝０．９９３８
狔＝０．０００４狓２－０．０５７７狓＋２．６９４７
犚２＝０．９８２６
ＧＭ 狔＝－０．０１４７狓＋２．０３５２
犚２＝０．８８０４
狔＝－０．４２５１ｌｎ（狓）＋２．８９２６
犚２＝０．９６２
狔＝０．０００２狓２－０．０３３９狓＋２．２９７９
犚２＝０．９８９４
ＧＨ 狔＝－０．０１９４狓＋２．０６３４
犚２＝０．８３３８
狔＝－０．５５８９ｌｎ（狓）＋３．１９１２
犚２＝０．９１２
狔＝０．０００２狓２－０．０３８３狓＋２．３２２２
犚２＝０．８９１８
通用方程Ｇｅｎｅｒａｌｅｑｕａｔｉｏｎ 狔＝－０．０１９５狓＋２．０８４５
犚２＝０．７６１８
狔＝－０．５８２ｌｎ（狓）＋３．２８２６
犚２＝０．８９２
狔＝０．０００３狓２－０．０４７８狓＋２．４７２６
犚２＝０．８７９４
　注：方程中狔为土壤深度［狓－５：狓＋５］范围内１ｍ２土壤有机碳储量；狓为≥５ｃｍ的土层深度。
　Ｎｏｔｅ：狔ｉｎｅｑｕａｔｉｏｎｉｓ１ｍ２ｏｆｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎｓｔｏｃｋｄｕｒｉｎｇｔｈｅｓｃｏｐｅｏｆ［狓－５：狓＋５］ｓｏｉｌｄｅｐｔｈ；狓ｉｓｔｈｅｓｏｉｌｄｅｐｔｈｗｈｉｃｈ≥５ｃｍ．
２２ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１３） Ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．５
２．３　植被—土壤碳总量
图３　植被—土壤碳总量
犉犻犵．３　犞犲犵犲狋犪狋犻狅狀－狊狅犻犾狋狅狋犪犾犮犪狉犫狅狀
　
分析植被—土壤碳总量（图３），研究区大针茅＋
羊草草原的植被和土壤碳储量为１１～１４ｋｇ／ｍ２ 之
间，４种退化类型间均有显著性差异，其中，ＧＭ 碳储
量最高，为１４．０７ｋｇ／ｍ２，ＧＬ其次，为１３．０４ｋｇ／ｍ２，
再次是ＧＨ，为１１．９８ｋｇ／ｍ２，围封３２年草原碳储量
最低，仅为１１．２６ｋｇ／ｍ２。可见，不同保护和利用强
度，对草原植被和土壤的碳储量产生明显的差异，而且
这种差异主要源于土壤。
３　讨论
３．１　放牧退化演替中植被与土壤的关系
放牧退化演替过程中，植被的演变往往与土壤变
化具有非同步性特征［２９］，分析研究植被与土壤关系时，往往难以描述其相关性。植被是土壤有机碳的主要输入
来源，但是，在放牧退化演替过程中，植被演替的短期效应较为明显，而土壤作为一个相对稳定的系统，其变化较
为缓慢，尤其是土壤有机碳的积累是长期结果，这就致使土壤有机碳储量与植被状况的关系变得复杂而不确
定［１６，３０，３１］。草地土壤中的碳可以有机质的形式出现在１．０～１．５ｍ的土层中［３０］，根据Ｂｕｒｉｎｇｈ［３２］的计算结果，草
地土壤中的有机碳含量变化较大，一般分布在９～１５ｋｇＣ／ｍ２ 之间，而何念鹏等［３０］报道，草地碳固持速率均值为
０．０８４ｋｇＣ／（ｍ２·ａ），所以碳储量年变量与总碳储量的比值很小，约０．５６％～０．９３％。总的来看，草原碳储量的
变率很低，但是仍然表现出了碳汇的特征，如果大范围进行科学保护与适当利用，其碳固持能力，也即草原的碳汇
功能将得到充分的发挥，其固碳潜力巨大。氮元素是调节陆地生态系统生产量、结构和功能的关键性元素［３３］，且
土壤碳与氮具有很好的相关关系，所以很多研究将碳、氮放在一起开展研究［１４，１９，２０，２３，２８，３４］，他们往往呈现出极显
著的相关性。因此，亟待从相对微观的层次来研究放牧退化演替中植被与土壤的碳／氮分配与碳／氮循环过程，进
而从植被－土壤层次逐步揭示植被演替与土壤有机碳储量变化的复杂关系。
３．２　土壤碳储量及其分布规律
本研究结果显示，植被—土壤碳储量为１１．２６～１４．０７ｋｇ／ｍ２，这一结果与Ｂｕｒｉｎｇｈ［３２］、陈银萍等［３４］的估算值
相近。另外，本研究还表明０～１００ｃｍ土壤碳储量为９．８５～１３．３３ｋｇＣ／ｍ２，约占到系统总量的８７％～９５％，说
明草原碳储量主要储存在土壤当中，很多研究判定土壤碳储量约占系统碳储量的９０％［３０，３５］，如李怡［３６］指出，针
茅草原地上植被碳储量仅占总碳储量的２％～５％，其余大部分碳储存在土壤当中。另外，很多研究对土壤碳垂
直分布做出了定性判断，认为草原生态系统土壤有机碳随着深度的增加而减少［１５，１９，３７］，并指出，土壤有机碳的垂
直分布格局受凋落物量、淋溶作用、植物根系分布及活动特征和微生物活动等多种因素的影响［３８］，在典型草原地
区随着土壤深度的增加，土壤温度、含水量和质地条件变差，有机质来源减少，因此出现了有机碳随土层深度的增
加而表现出逐渐降低的趋势［１５］。有关土壤深度与碳储量之间的定量关系分析还不多见。本研究发现，土壤有机
碳储量与深度之间存在着显著的相关性，而且这一关系可以用线性（狔＝－０．０１９５狓＋２．０８４５）、对数［狔＝
－０．５８２ｌｎ（狓）＋３．２８２６］和二次函数（狔＝０．０００３狓２－０．０４７８狓＋２．４７２６）来定量描述。本结果仅是一个典型样
地的数据的分析，建立的方程模型还有待于进一步验证，如果上述关系具有普遍性，那么本研究成果就有望为典
型草原区域土壤有机碳储量的估算提供更为简捷的途径与方法。
３．３　放牧利用对生态系统储碳功能的影响
中度干扰假说［３９］、放牧优化［４０］等都认为适度放牧利用有利于草原生态系统的良性运转，很多研究也得出了
相似的结果［４１４４］，即放牧有利于土壤碳蓄积。土壤侵蚀可造成有机碳大量流失，中国西北部的干旱半干旱农业区
和牧区，风蚀导致的有机碳流失通量为７５ＴｇＣ／ａ［４５］。而Ｆｒａｎｋ等［４６］指出放牧会抑制土壤侵蚀的发生，从而保
护了土壤有机碳含量。食草动物排泄物的归还也使土壤表层速效养分增加，土壤的矿化作用加强［４７］。此外，放
牧使植物的组成发生变化，导致了低的产草量，但植物有较大的根冠比率（ｒｏｏｔ／ｓｈｏｏｔｒａｔｉｏ），因而增加了碳向地
３２第２２卷第５期 草业学报２０１３年
下的分配量［４１］。放牧还使凋落物积累量减少，这是由于动物的践踏使凋落物破碎并与土壤充分接触，有助于凋
落物的分解，也有助于碳和养分元素转移到土壤中［４８］。李志刚和侯扶江［３１］指出在黄土高原农牧交错带典型草
原，封育样地土壤呼吸速率大于放牧样地，说明放牧抑制草地土壤碳排放。
本研究从植被—土壤有机碳积累的视角，佐证了上述观点。通过本研究认为，面临当前我国北方草原退化严
重的现状，实施围封禁牧具有重要意义，但是，在退化草原的恢复过程中要加强对围封不干扰生态系统的监测，同
时，要科学认识放牧利用对维持草原生态系统健康的重要性及特殊意义，适时采取相应措施，发挥适度放牧利用
对退化草原碳积累和恢复进程的优化调控作用。
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ｌａｎｄｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓｏｆＡｌｂｅｒｔａ［Ｊ］．ＲａｎｇｅＭａｎａｇｅｍｅｎｔ，１９９１，４４（１）：７１２．
５２第２２卷第５期 草业学报２０１３年
犗狉犵犪狀犻犮犮犪狉犫狅狀狊狋狅狉犪犵犲犻狀狏犲犵犲狋犪狋犻狅狀狊狅犻犾狊狔狊狋犲犿狊狅犳狋狔狆犻犮犪犾犵狉犪狕犻狀犵犱犲犵狉犪犱犲犱狊狋犲狆狆犲狊
ＳＡＲＵＬＡ１，２，ＨＯＵＸｉａｎｇｙａｎｇ１，ＬＩＪｉｎｘｉａｎｇ２，ＤＩＮＧＹｏｎｇ１，ＷＵＸｉｎｈｏｎｇ１，ＹＵＮＸｉａｎｇｊｕｎ１
（１．ＧｒａｓｓｌａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｈｏｈｈｏｔ０１００１０，Ｃｈｉｎａ；
２．ＧｒａｄｕａｔｅＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８１）
犃犫狊狋狉犪犮狋：犛狋犻狆犪犵狉犪狀犱犻狊＋犔犲狔犿狌狊犮犺犻狀犲狀狊犻狊ｇｒａｓｓｌａｎｄｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｆｏｒｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎｓｔｏｒａｇｅａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
ｉｎｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｓｏｉｌｓｙｓｔｅｍｓｕｎｄｅｒｆｏｕｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｇｒａｚｉｎｇｄｅｇｒａｄｅｄｐｌｏｔｓ（ＣＫ：ｅｘｃｌｏｓｅｄｉｎ１９７９，ＧＬ：ｇｒａｚｅｄｌｉｇｈｔ
ｌｙ，ＧＭ：ｇｒａｚｅｄｍｏｄｅｒａｔｅｌｙ，ＧＨ：ｇｒａｚｅｄｈｅａｖｉｌｙ）．Ｔｈｅｃａｒｂｏｎｓｔｏｒａｇｅｉｎａｂｏｖｅｇｒｏｕｎｄｂｉｏｍａｓｓｗａｓ４２．６３－
２０３．１６ｇ／ｍ２，ｉｎｂｅｌｏｗｇｒｏｕｎｄｂｉｏｍａｓｓ（０－４０ｃｍ）ｗａｓ６６４．１４－１１９９．５３ｇ／ｍ２，ａｎｄｔｈｅｏｒｄｅｒｉｎｂｏｔｈｗａｓ
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《草业学报》　
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《草业学报》由中国草学会、兰州大学草地农业科技学院共同主办，是国内外公开发行的高级学术期刊。２０１１
年《草业学报》的影响因子为２．９９３，在全国被统计的１９９８种期刊中排名第２位，在畜牧兽医类期刊中排名第１
位，现入编全国中文核心期刊，荣获“百种中国杰出学术期刊”，“中国精品科技期刊”，“中国科技论文在线优秀期
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《草业学报》主要报道国内外草业科学及其相关领域，如畜牧学、农学、林学、经济学等领域的高水平理论研究
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讨草业发展的新理论与新构思，是草业新秀成长的园地，推动草业科学发展的论坛。其读者对象主要是从事农林
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６２ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１３） Ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．５