全 文 ：书草原碳汇管理对策
张英俊１，杨高文１，刘楠１，常书娟１，２，王晓亚１
（１．中国农业大学草业科学系，北京１００１９３；２．内蒙古农牧科学院草原勘察规划所，内蒙古 呼和浩特０１００５１）
摘要：我国约４亿ｈｍ２ 草原，草原具有强大碳汇功能，但人们对草原碳汇管理的认识和研究还不足。综述了ＣＯ２、
温度及降雨等气象因子和草原开垦、放牧、割草、施肥、人工草地建植等草地管理措施对草原碳汇功能的影响及其
作用机制，以期对我国草原管理实践提供借鉴。温度和降雨的改变对不同类型草原的碳汇功能影响不同，以碳汇
为目标的草地管理，必须综合考虑气候变化对碳固持的影响。草地退化生产力下降，土壤理化环境恶化，土壤有机
碳含量降低，退化草地具有较大的固碳潜力，采用合理的草原管理措施能够极大的提高草地有机碳含量，据估算全
国重度退化草地如果全面实施围栏封育措施，固碳潜力每年达１２．０１ＴｇＣ。过度放牧改变了草原植被群落结构，
降低净初级生产力，Ｃ∶Ｎ增加，土壤氮的亏缺限制碳的固持，枯落物的量也降低，减少有机质的形成，草原碳汇功
能降低。合理放牧管理增强草原碳汇功能。草原开垦减少枯落物的输入增加了土壤侵蚀，使土壤有机质暴露在空
气中，土壤有机质的氧化分解加快，降低土壤有机质含量。高强度的刈割利用不利于草地碳汇，刈割利用要选择合
适的刈割时间和刈割高度，并通过粪尿或施肥等管理措施，返还割草地损失的营养物质。施肥、补播、耕翻和灌溉
等改良措施促进草原植被更新，提高草原生产力，增强草原固碳能力。农田弃耕和围封禁牧增强草地碳汇功能，配
合施肥补播等其他管理措施，可以促进植被恢复，提高其固碳效率。退耕还草增加草原碳汇，牧草固碳能力强弱
为：豆禾混播＞多年生豆科牧草＞多年生禾本科牧草＞一年生禾草。
关键词：草地管理；气候变化；草地利用方式；土壤有机质
中图分类号：Ｓ８１２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４５７５９（２０１３）０２０２９０１０
人类活动特别是工业信息革命引起ＣＯ２ 等温室气体排放增加，使空气中ＣＯ２ 浓度增加１／３，严重影响气候
稳定性。如何降低ＣＯ２ 排放，降低空气中ＣＯ２ 浓度水平成为全人类共同的奋斗目标。分析全球ＣＯ２ 的排放和
吸收，众多工业活动和农业生产被视为ＣＯ２ 净排放源，而森林和草原作为吸收固定平衡ＣＯ２ 等温室气体的主体
陆地生态系统已经备受关注［１，２］。为了维护地球生态系统的平衡，防止全球气候恶化，不仅要减少工农业温室气
体排放，而且需要加强森林、草原等温室气体吸收主体功能，力求获得全球气体交换的平衡。
森林被作为碳固定的主体已经被重视，发展碳汇林业已经写入我国十二五规划。草原作为我国最大的陆地
生态系统，约占全国土地面积的４０％ ，但草原碳汇重视不足，草原从业人员很少从草原碳汇的角度进行生产管
理。随着碳贸易市场的逐步形成，草原作为重要的碳汇将具有很高的价值，可能将远高于草原生产所创造的价
值。正如目前发达国家某些草原在水土保持、休闲娱乐等方面创造的价值已高于饲草生产。这种转变势必带来
草原管理措施的转变。因此，了解和掌握草原管理措施对草原碳汇的影响至关重要。综述草原碳研究文献，剖析
草原管理措施对草原碳固定和排放的影响，期望对我国草原管理实践提供参考。
１ 草原碳汇
世界草原约占全球陆地面积１／３，全球草原生态系统中碳的总贮量约为３０８Ｐｇ，其中约９２％ （２８２Ｐｇ）贮存
在土壤中，地上生物量中的碳所占的比例不到１０％ （２６Ｐｇ），草原土壤有机碳估计占全世界有机碳的１０％～
３０％［３］。我国草原植被碳储存约３．０６Ｐｇ，草原土壤碳储存约４１．０３Ｐｇ，草原总碳储量约４４．０９Ｐｇ［４］，与农业部
《２０１０年全国草原监测报告》中草原总碳储量约４２．７３Ｐｇ值相似，大约占世界草原总碳储量的９％～１６％［４］。
草原生态系统在植物固定ＣＯ２ 的同时，通过草原土壤呼吸、动植物呼吸等排放ＣＯ２，固定ＣＯ２ 量大于排放
２９０－２９９
２０１３年４月
草 业 学 报
ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ
第２２卷 第２期
Ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．２
收稿日期：２０１２０３０６；改回日期：２０１２０４０５
基金项目：草业科学北京市重点实验室共建项目，农业部公益性行业科技项目（２００９０３０６０）和牧草产业技术体系项目（ＣＡＲＳ３５）资助。
作者简介：张英俊（１９７１），男，内蒙古四子王旗人，教授，博士生导师，博士。
通讯作者。Ｅｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｙｊ＠ｃａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
量，草原生态系统被称为“碳汇”，反之则为“碳源”。Ｐｉａｏ等［２］研究指出我国草原碳吸收大于碳排放，１９８０ｓ～
１９９０ｓ每年固定（０．００７６±０．００２）ＰｇＣ。青藏高原草原碳储量占全国草原总碳储量的５０％左右，每年固定约
５５．９ｇＣ／ｍ２
［５］。Ｌｉｅｂｉｇ等［６］根据４４年草原土壤有机碳数据确定北美大平原草原为重要的碳汇，总的碳固持率
为每年每公顷０．３９～０．４６ＭｇＣ。采取合理的草原管理措施，可以增加土壤有机质含量，极大的提高草原的固碳
能力，Ｗａｎｇ等［７］估计，到２０２０年，随着约１．５亿ｈｍ２ 草原围栏封育和０．３亿ｈｍ２ 人工草地建植计划的实施，我
国草原每年可以固定０．２４ＰｇＣ，将远高于Ｐｉａｏ等［２］估计的每年固定（０．００７６±０．００２）ＰｇＣ。草原碳会发生汇
和源的转换，主要受温度、降雨等气候因子和草原管理措施影响［５，７］。气候条件的改变或不良的草地管理将导致
草原由碳汇转换为碳源。
２ 气候变化对草原碳汇的影响
草原碳汇功能发挥与植被生产力有关，植被生产力受全球气候变化的影响，任继周等［８］研究指出我国草地的
碳汇主体为植被生产力较高的高山草地、温带湿润草地、斯泰普草地和半荒漠草地，而植被生产力较低的冷荒漠
尽管面积较大，但是草地固碳潜力较小。许多研究已经表明，随着空气ＣＯ２ 浓度增加，草原生产力水平和水分利
用效率均有所提高，草原固碳能力增强。在水缺乏的荒漠草原和典型草原，生物量与降雨显著相关，降雨增多会
提高草原生产力，增加草原碳固持能力［９，１０］；干旱胁迫降低了生长季内蒙古锡林河流域羊草草原生态系统生产力
和碳累积量，使生态系统由碳汇变为碳源［１１］。在青藏高原高寒草地，也发现草地的固碳能力随着降水的增加而
增加，而与温度关系不大［１２］。
温度对不同草原类型生产力的影响不同。在温带湿润草原，升温延长了植物生长期，提高了草地生产力和碳
储量。但在干旱和半干旱草原，因蒸发和干旱程度随温度升高而加剧，特别在降雨没有增加情况下，草原生产力
和碳固持随着温度升高而下降［１０］。Ｌｉ等［１３］也发现典型草原人工增温分别降低了地上和地下生物量１０．３％和
７．０％，不利于土壤有机质的积累。青藏高寒草甸和高寒草原冬季温度升高，导致春季花期推迟，使高寒草甸植物
生长期缩短了３周、高寒草原植物生长期缩短了１个月，降低了草原净生产力和碳固持［１４］。此外，草原土壤有机
碳的矿化速度受温度影响较大，相对于荒漠草原和干草原，温度对高寒草甸土壤有机碳的矿化速度影响更大［１５］，
说明在全球气候不断升温的情况下，高寒草甸可能比荒漠草原和干草原释放更多的ＣＯ２。
在全球气候变化情况下，草地碳汇功能的变化及其作用机制还需要进一步研究。以草原碳汇为目标的管理
措施，必须综合考虑气候变化对碳固持的影响。
３ 草地退化对碳汇的影响
自然因素（降水）和人为因素（过度放牧）共同驱动了草地的退化。随着退化程度的加深，土壤有机碳的含量
明显减少［１６，１７］。有研究表明由于重度退化而造成的土壤（０～２０ｃｍ）碳丢失量为３．８０ｋｇ／ｍ２，相当于５０．８７％的
有机碳流失［１８］。Ｗａｎｇ等［７］估计中国北方草地从２０世纪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的净碳损失。在干旱地区由于严酷的自然条件以及人类活动的干扰使土壤很容易发生沙化。土
壤沙化往往会引发如侵蚀、盐渍化和板结等退化过程。干旱区土地退化和荒漠化的直接作用是促进了土壤有机
碳和无机碳的矿化，增加了碳的排放；间接作用是通过减少地上生物量生产，导致土壤结构的恶化和土壤容重的
增加［１９］。无机碳在干旱区土壤中的储存量超过土壤有机碳储量的２～５倍［１９］，因此干旱地区控制土壤无机碳的
截留对碳汇功能的发挥具有重要意义。植被的退化与土壤盐渍化伴随发生。目前盐渍化土壤广泛分布在全世界
１００多个国家和地区，面积达１０亿余ｈｍ２，占陆地总面积的３０％左右［２０］。在吉林西部草地从羊草（犔犲狔犿狌狊
犮犺犻狀犲狀狊犻狊）群落退化为盐碱地，４０ｃｍ土壤有机碳密度４７．７２ｔ／ｈｍ２ 减少至２７．４４ｔ／ｈｍ２，减少了约４２％。
４ 利用方式对草原碳汇的影响
４．１ 开垦对草原碳汇的影响
草原开垦对草原碳储存的影响很大，导致土壤中大量有机碳释放，使草原成为碳源。随着世界人口增长，粮
食需求不断增加，世界范围内草地的开垦面积已达２．８０×１０６ｈｍ２，草原生态系统碳净损失量约为１０Ｐｇ。Ｗａｎｇ
等［７］总结１９篇文献后发现，草地开垦导致土壤有机碳含量年均下降２．３％～２．８％，造成我国草原碳储存损失
３０％～３５％。草原开垦后，土壤有机碳的下降速率随开垦年限的增加而减少，在前２０年，土壤有机碳迅速下降，
１９２第２２卷第２期 草业学报２０１３年
之后下降速度逐渐降低。不同草原和土壤类型的土壤有机碳损失速度不同，我国灰褐土草原在开垦后４２年里
０～２０ｃｍ耕作层土壤有机碳损失７０％，褐灰钙草原则损失１１％，开垦８０年后损失为４４％［２１］。草原开垦降低了
草原生态系统的固碳能力，以围封２６年草原为对照，开垦导致典型草原土壤及根系碳固持能力分别降低了
３７．９％和７０．８％［２２］。
草地开垦后土壤有机碳含量的快速下降，主要有五方面的原因。一是稀释作用，下层土壤有机碳含量比上层
土壤低，草地开垦时的耕翻作用使上下层土壤相混合，降低土壤有机碳含量［２１］；二是土壤水蚀影响，在黄土高原
地区，水蚀降低土壤有机碳的作用特别明显［２１］；三是风蚀作用，开垦增加了土壤的风蚀，显著降低表层土的土壤
有机碳含量［２３］；四是耕翻使土壤有机质暴露在空气中，促进土壤呼吸，增加了土壤有机质的氧化分解［２４］；五是草
地的多年生植被转变成农作物，向地下转运的光合产物相对减少，作物的地上部分全部收获，严重影响碳通过枯
落物向地下的输送，而收获的籽实或秸秆，通过食物网或燃烧转化成ＣＯ２ 又排放到大气中［２５］。侵蚀作用和土壤
有机质的氧化分解是土壤有机碳快速降低的主要途径，黄土高原黄绵土草地开垦５年后，０～２０ｃｍ的土壤流失
了９０％，土壤有机质下降了７７％［２１］。改善农田管理措施，可以降低土壤有机质的损失速率。在北美大草原，轮
作体系和保护性耕作有效地阻止了土壤风蚀并降低了土壤有机碳的损失速率，１９２０年开垦的褐灰钙土在４０年
里下降了３７％，１９６０年后的开垦地由于采取了轮作体系和保护性耕作，土壤有机碳只损失了１１％［２１］。农田翻耕
对土壤扰动大，采用免耕技术能降低土壤有机质的损失速率［２６］。
４．２ 放牧利用对草原碳汇的影响
放牧对草原碳汇影响比较复杂。合理放牧管理估计每年增加土壤碳固持达每公顷０．１～０．３ＭｇＣ［３］，Ｐｉｎｅｉ
ｒｏ等［２７］比较６７组在不同国家和地区草原放牧试验结果发现，放牧草原土壤有机碳含量均大于未放牧草原，放牧
以Ｃ４ 植物为主的矮草草原碳储量比未放牧草原高２４％［２８］。
在连续放牧草场，增加放牧强度将降低草原土壤有机碳含量。草甸草原土壤表层０～２０ｃｍ 土壤有机质和
全氮含量在轻度放牧和中度放牧的情况下没有显著差异，但均显著高于重度放牧［２９］。高寒草甸重度放牧利用导
致土壤碳流失［３０］。近４０年来，过度放牧致使锡林河流域羊草草原土壤有机碳下降约１２．４％［３１］，重度放牧导致
该羊草草原每年碳净释放速率达每公顷０．１０６ＭｇＣ［３２］。
放牧对土壤有机碳的作用有３条途径：群落净生产力途径、土壤氮储存途径和枯落物的分解途径［２７］。在较
高的放牧率下，动物的选择性采食改变地上植被的组成，降低地下净初级生产力和植物群落生产力，减少地下碳
的输入和草地生态系统的固碳量［３０，３３］。相对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转
换，促进土壤和植物间碳分配［３４］，一般根碳与土壤碳的比例增加［２８］。此外，放牧降低土壤中颗粒状有机物向土
壤有机碳的转化，降低土壤碳的固持［３５］。对于过度放牧草地，只有２０％～５０％ 的地上净初级生物量以凋落物和
家畜粪便的形式进入到土壤库中［３６］。过度放牧也导致土壤氮库存减少、Ｃ∶Ｎ增加，限制了碳的固持［２７］。过度
放牧导致大量的地上植被被动物采食，降低了群落的盖度，增加了土壤表面的光照强度，可能加快土壤表层枯落
物分解释放ＣＯ２ 的速率［３７］。
４．３ 割草利用对草原碳汇的影响
刈割对土壤有机质含量影响很大，高强度的刈割利用显著降低土壤有机质含量。高强度刈割利用２年后（刈
割高度为２ｃｍ），草地０～１０ｃｍ 土壤有机质含量显著降低［３８］。Ｆｒａｎｚｌｕｅｂｂｅｒｓ和Ｓｔｕｅｄｅｍａｎｎ［３９］监测１２年美国
佐治亚州人工草地利用方式对土壤有机碳的影响，发现割草地土壤有机碳显著低于放牧草地和未利用草地，仅有
重牧草地的８２％，每年每公顷碳损失达０．２２Ｍｇ，但内蒙古自由放牧的情况下，割草地土壤有机碳比放牧地高
５９％，比围封不利用的草地低［４０］。其可能原因是我国内蒙古草地的刈割频度是一年一次，每年８月中旬刈割，利
用强度比自由放牧地低，因此有机碳的积累比放牧地高；而美国佐治亚州人工草地生产力高，每月割草一次，刈割
强度大，１２年的刈割利用带走大量的土壤营养元素，利用强度比放牧草地大，故而割草地土壤有机碳低于放牧
地。宁发等［４１］也发现，多年连续割草利用的草地土壤有机质、全Ｎ、全Ｐ、全Ｋ、速效Ｐ和速效Ｋ含量显著低于季
节性封育草地，连续割草利用不利于土壤肥力的蓄积及草地的可持续利用。另外，单贵莲等［４２］研究指出，退化草
地在围封恢复过程中若连续多年刈割利用，容易再次发生退化演替，导致草群矮化和土壤有机质等含量下降。
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割草利用导致土壤有机质减少的原因是：多年连续高强度刈割利用降低光合产物向地下转运，降低草地初级
生产力，减少营养物质储存，不利于第二年草地返青；枯落物减少和大量Ｎ、Ｃ、Ｐ等物质以草产品的方式被带走，
特别是氮的损失导致土壤氮亏缺，对割草地的初级生产力产生负反馈，不利于割草地碳固持。与轻度放牧地或不
放牧利用相比，合理的刈割利用有利于植被更新，能增加土壤碳的库存［７］。对割草地的管理，通过施肥等管理，及
时返还草地损失的营养物质，增加草地净初级生产力，可有效提高其固碳能力。
５ 草地改良措施对草原碳汇的影响
草原改良是草地持续管理的重要内容，改良措施主要包括重度退化草地的围封禁牧、补播改良，轻度和中度
退化草地的浅耕翻、施肥、灌溉，以及开垦农田的撂荒管理和草地重建等。各种改良措施的正确运用是草原碳汇
恢复的关键。
５．１ 围封禁牧对草原碳汇的影响
围封禁牧是我国退化草地植被恢复的主要措施，全国重度退化草地如果全面实施围栏封育措施，固碳潜力每
年达１２．０１ＴｇＣ［４３］。Ｗａｎｇ等［７］根据我国２０５个退化草原样点观测数据估测，围栏封育后草原土壤有机碳平均
每年增加６．３％。随着围封禁牧年限的增加，土壤有机质含量逐渐升高，羊草草地围封禁牧２０年以后，土壤有机
质含量可以达到稳定［４４］。
围封禁牧草地增加碳汇的主要原因是封育促进了草原植被恢复，提高净初级生产力和光合产物向地下的转
运量，同时改善恢复了地下生物和非生物环境。围封禁牧有效地改善退化草地地上植被的群落结构，显著提高地
上生物量、地下生物量、立枯物和凋落物的量［４５，４６］，碳汇功能增强。在风蚀较严重的阿拉善荒漠草原，采取封育
措施后，草原植被逐渐恢复，输入土壤的凋落物增加，土壤风蚀减少，促进了土壤有机碳含量增加［４７］。围栏封育
后，草原土壤微生物生物量Ｃ、Ｎ、Ｐ和土壤脲酶、磷酸单酯酶、脱氢酶、蛋白酶活性均大幅度提高，土壤微生物活性
增强，同时草地土壤含盐量、ｐＨ 值显著下降，土壤有机质、全氮、全磷、速效氮和速效磷等养分含量也显著增
加［４８］，改善了土壤生物环境，土壤养分含量的增加可促进碳的固持［４９］。
５．２ 补播改良对草原碳汇的影响
围封禁牧可以提高草地碳汇，但对重度退化草地采用围封禁牧的自然恢复需要时间较长，固碳效率较低。退
化草地的封育恢复主要依靠土壤种子库的自然萌发，研究发现重度退化草地上优势种大多在土壤种子库中缺失
或种子密度较低，通过补播关键种和缺失种，能够有效的促进退化草地的植被恢复和碳汇增强［５０］。Ｃｏｎａｎｔ等［５１］
总结前人研究结果估测，补播后草地每年每公顷可增加固碳０．７５～３．０４Ｍｇ，石锋等［５２］比较补播改良与围封禁
牧对土壤有机质的影响，发现补播草地土壤有机碳的年增加量最大，达每公顷０．９Ｍｇ，围封禁牧草地土壤有机碳
的年增加量只有每公顷０．４８Ｍｇ。另外有研究表明，补播物种对土壤有机质的影响不同，如 Ｗａｎｇ等［５３］指出单
播多年生禾草对土壤有机质影响不大，而同时补播豆科和禾本科牧草可显著增加土壤有机质含量［５４］。因此，补
播改良是重度退化草地碳汇恢复的有效措施，补播牧草种类对固碳效率影响较大。
５．３ 浅耕翻对草原碳汇的影响
对退化草原进行浅耕翻改良，在草地浅耕翻改良初期，土壤透气性增加导致土壤有机质分解加快，土壤Ｎ２Ｏ
和ＣＯ２ 释放增加［５５，５６］，不利于草地碳的固持。从长远来看，浅耕翻可有效地改善草地土壤物理性状，增加土壤团
聚体结构的稳定系数，降低土壤容重，提高土壤保水能力，同时促进土壤中有机质、全氮、全磷、速效氮、速效磷等
养分的快速积累，土壤物理性状的改良和养分含量的提高，将提高生物量并增加群落多样性，促进植被恢复，提高
草地碳汇功能。川西北草地耕翻改良３年后，翻耕草地的有机质比天然放牧草地高５８％［５７］。浅耕翻与补播等措
施相结合效果更好，在改良的当年即显著提高草地生物量和牧草品质，０～１０ｃｍ 土壤有机质含量增加
１００％［５８，５９］。
５．４ 灌溉对草原碳汇的影响
水分是干旱或半干旱地区草地生物量的第一限制因子。草地灌溉后净初级生产力增长迅速，增加草地碳的
固持，Ｃｏｎａｎｔ等［５１］指出草地灌溉每年每公顷可增加碳固定０．１１Ｍｇ。Ｏ’Ｂｒｉｅｎ等［６０］研究发现土壤水分含量和
植被是草地恢复过程中土壤有机质增加的主要驱动因子。退化草地灌溉后，植物种类数和丰富度增加，草地净初
３９２第２２卷第２期 草业学报２０１３年
级生产力提高，促进植被恢复重建［６１］，灌溉也增加土壤水分，改善土壤物理结构，提高土壤养分的有效性，有利于
草地碳固持。
５．５ 施肥对草原碳汇的影响
施肥对草原碳汇有着积极作用。Ｗａｎｇ等［７］综述我国草原施肥研究文献发现，施肥平均每年增加５％土壤有
机碳，Ｃｏｎａｎｔ等［５１］总结美国和欧洲草地施肥的研究结果，发现施肥平均每年增加２．２％土壤有机碳。大多数退
化草地处于养分亏缺状态，有效养分含量较低，对退化草地合理施肥，可迅速增加植被植物多样性，促进草原生产
力恢复，提高草原土壤有机碳水平［６２６４］。对于管理良好的草地，施肥可有效补充放牧或刈割利用带走的营养元
素，平衡草地营养物循环，有利于土壤有机碳的增加［６５］。
施肥对草地碳汇的作用与肥料种类有关。ｖａｎＫｅｓｓｅｌ等［６６］和郑海霞等［６７］发现施氮肥对土壤碳含量影响不
大，原因可能是氮肥加快有机物质的矿质化过程，降低土壤有机质累积；但施用羊粪的草地土壤有机质比对照增
加了２８．４％。施用化肥只能补充某种或某几种土壤养分，长期的施用过量化肥还会造成土壤酸化，而施用有机
肥可以增加多种土壤养分的含量及可利用性。对于退化草地，施用有机肥能够增加植物群落多样性，促进植被恢
复，提高土壤有机碳增加了碳的固定［６８］，草地土壤碳增加一部分也来自于有机肥中的碳［５１］。
５．６ 撂荒对草原碳汇的影响
农田撂荒以后，能够增加土壤碳的固持。Ｗａｎｇ等［７］估计我国弃耕地每年每公顷固定碳１．２８Ｍｇ，相当于土
壤有机碳含量每年增加６．３％。黄土丘陵区农田弃耕后，群落地上生物量和全氮、全磷、全钾、ＮＯ３Ｎ、ＮＨ４Ｎ、速
效钾、土壤有机质等土壤养分，都呈先减少趋势，１０～１５年后土壤有机质等养分增加［６９，７０］。也有研究发现松嫩羊
草草原土壤有机质含量随撂荒年限的增加而增加［７１］。其原因可能是：在干旱地区，撂荒演替初期，植被恢复较
慢，净初级生产力低，植被盖度低，风蚀作用严重，不利于土壤碳的积累，当撂荒地逐渐恢复成原生植被时，土壤养
分积累增加，土壤有机质含量逐渐增加；而在较湿润的羊草草原，农田撂荒后芦苇（犘犺狉犪犵犿犻狋犲狊犮狅犿犿狌狀犻狊）等禾
本科草类迅速生长，净初级生产力较高，有利于土壤碳的积累。
５．７ 草地重建对草原碳汇的影响
张平良等［７２］研究指出，在高寒地区，农田弃耕后种植老芒麦草（犈犾狔犿狌狊狊犻犫犻狉犻犮狌狊）和撂荒分别使０～３０ｃｍ
土壤有机碳含量分别增加了１９．７％～２２．４％和７．３％～１０．６％，种植人工草地的固碳效率是撂荒地的１～２倍。
农田弃耕以后，撂荒草地土壤有机质在１０～１５年内降低或缓慢上升，固碳效率低，建立人工草地能极大的提高固
碳效率。人工草地固碳主要与草地建植年限和草地植被类型有关。在０～２０ｃｍ的土层上，紫花苜蓿（犕犲犱犻犮犪犵狅
狊犪狋犻狏犪）人工草地建植年限越长，越有利于土壤碳的固定，种植年限与土壤有机碳含量呈显著正相关［７３］。Ｃｏｎａｎｔ
等［５１］估计农田转变成多年生禾草地后，平均每年的固碳量为１．０１Ｍｇ／ｈｍ２。多年生牧草比一年生牧草对土壤有
机质的贡献大［７４］，豆科牧草比禾本科牧草有更强的固碳能力，豆科和禾本科牧草混播固碳效率最高［７５］。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较深的根系，豆科牧草将更多的光合产物转移到地下。
另外，在养分含量较低的弃耕地，豆科牧草能固定氮提高磷的有效性，能获得更大的生物量，地上生物量与有机质
呈极显著正相关，地上生物量越高，形成的有机质越多［４０，７６］。农田种植灌木也能增加土壤有机碳，建植２年的柳
枝稷（犘犪狀犻犮狌犿狏犻狉犵犪狋狌犿）草地土壤碳没有明显变化，但建植１０年的柳枝稷草地土壤有机碳比邻近的弃耕地高
２８％～４５％［７７］。
人工草地的建植也可能降低土壤有机碳含量，或对土壤有机碳没有影响。如加拿大开垦天然草原种植冰草
（犃犵狉狅狆狔狉狅狀犮狉犻狊狋犪狋狌犿）１３年后，土壤碳储量和对照相比无显著变化［５３］。在高寒地区，开垦自然植被分别种植２０
多年一年生燕麦草（犃狏犲狀犪狊犪狋犻狏犪）和种植７年多年生禾草，０～３０ｃｍ 土壤有机碳含量分别比围栏草地降低了
２７．７％和８．５％［７８］，张法伟等［７９］也发现人工草地与围封样地相比较，显著地降低了土壤表层有机质含量。开垦
加速了有机质的分解，不利于草地固碳；而且植物群落的多样性越高，草地固碳能力越强［６４］。开垦天然草地建植
人工草地可能因草地群落结构单一而降低固碳效率，导致土壤有机质降低。
６ 结论与建议
草原管理是调控草原各生产要素以获得最优的产品和为社会提供最优质服务，其基本内容为保护和改善土
４９２ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１３） Ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．２
壤、植被状况，维持或增加草地畜产品产量，保障草原可持续发展。对于退化草地生态系统固碳主要应从增加地
上植被光合固碳和稳定土壤结构，改善土壤性质，促进土壤碳固持这两个方面提出可行的恢复措施及管理办法。
以草原碳汇为管理目标，必须综合考虑气候变化和放牧割草利用等因素的影响，采取适应性管理措施［８０］：１）过度
放牧和草原开垦使草原从碳汇变成碳源。合理的放牧利用可以增加土壤的碳固持，如家畜粪尿返还草地，合适的
放牧率，适量的施肥等，有助于草原固碳。适宜的农田管理措施可减少土壤碳的损失，草原开垦后，采用免耕技
术，草田轮作和粪尿秸秆返田等农田管理措施，可以增加土壤有机质的输入，降低土壤有机碳的损失速率。
２）高强度的刈割利用不利于草地碳汇。刈割要选择合适的刈割时间和刈割高度，保证牧草储存足够的营养
物质越冬，不影响第二年的初级生产力。通过施用粪尿或肥料，返还草地刈割带走的营养物质，维持草地物质平
衡，增加草地净初级生产力，提高其固碳能力。围栏封育的退化草地，若要进行割草利用，要注意选择合适的刈割
强度，减少对植被恢复的影响。
３）以碳汇为目标的草地施肥管理要考虑到草地生态系统的营养元素平衡，对于放牧地或割草地，家畜采食或
刈割利用带走大部分的营养物质，需要考虑施肥。但施肥也有可能降低植物群落的多样性［８１］，因此，要根据草地
生态系统的反应，确定合适施肥时间和施肥量。退化草地施肥，促进草地恢复，有利于草地固碳。有机肥可以改
善土壤结构，直接增加土壤的有机质含量，提高养分的可利用性，提高群落的初级生产力。从长远来看，施用有机
肥更有益于维持草地生态系统的稳定，提高草地碳固持能力。
４）农田弃耕和围封禁牧提高草地碳汇功能。只采用农田弃耕或围封禁牧方式，草地自然恢复的时间较长，配
合施肥补播等其他管理措施，促进植被恢复重建，提高其固碳效率。耕翻和补播均能促进退化草原恢复，对其碳
汇功能有积极作用，补播对草地碳汇的贡献大于围封和耕翻，但耕翻与补播等管理措施结合的草地固碳效果最
好。灌溉增加了净初级生产力，有利于草原碳汇。
５）退耕还草促进草原碳汇，种植牧草固碳能力强弱为：豆科禾本科混播＞多年生豆科牧草＞多年生禾草＞一
年生禾草。在人工草地建植时，选择多年生豆科牧草或豆科禾本科混播固碳效果最好。开垦天然草地建立人工
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犚犲狏犻犲狑狅犳犵狉犪狊狊犾犪狀犱犿犪狀犪犵犲犿犲狀狋狆狉犪犮狋犻犮犲狊犳狅狉犮犪狉犫狅狀狊犲狇狌犲狊狋狉犪狋犻狅狀
ＺＨＡＮＧＹｉｎｇｊｕｎ１，ＹＡＮＧＧａｏｗｅｎ１，ＬＩＵＮａｎ１，ＣＨＡＮＧＳｈｕｊｕａｎ１，２，ＷＡＮＧＸｉａｏｙａ１
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犃犫狊狋狉犪犮狋：Ａｂｏｕｔ４００ｍｉｌｉｏｎｈａｇｒａｓｓｌａｎｄｉｎＣｈｉｎａｉｓａｌａｒｇｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｃａｒｂｏｎｓｉｎｋ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｇｒａｓｓｌａｎｄｃａｒｂｏｎ
ｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎｉｓｎｏｔｆｕｌｙｕｎｄｅｒｓｔｏｏｄ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｒｅｖｉｅｗｓｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌｆａｃｔｏｒｓ（ＣＯ２，ｔｅｍｐｅｒａ
ｔｕｒｅａｎｄｒａｉｎｆａｌｃｈａｎｇｅ），ｇｒａｓｓｌａｎｄｍａｎａｇｅｍｅｎｔ（ｇｒａｚｉｎｇ，ｎａｔｉｖｅｇｒａｓｓｌａｎｄｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｔｏｃｒｏｐｌａｎｄ，ｍｏｗｉｎｇ，
ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ，ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ，ｒｅｓｅｅｄｉｎｇ，ａｂａｎｄｏｎｅｄｃｒｏｐｌａｎｄ，ｅｘｃｌｏｓｕｒｅ，ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔｏｆａｒｔｉｆｉｃｉａｌｇｒａｓｓｌａｎｄａｎｄ
ｐｌｏｕｇｈｉｎｇ），ａｎｄｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｎｓｏｉｌｃａｒｂｏｎｃｏｎｔｅｎｔ，ｔｏｇｕｉｄｅｇｒａｓｓｌａｎｄｍａｎａｇｅｍｅｎｔｆｏｒｃａｒｂｏｎｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ．
Ｃｈａｎｇｅｓｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｐｌａｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｏｌｅｓｉｎｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｇｒａｓｓｌａｎｄｃａｒｂｏｎｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ，
ｗｈｉｃｈｓｈｏｕｌｄｂｅｔａｋｅｎｉｎｔｏａｃｃｏｕｎｔｉｎｇｒａｓｓｌａｎｄｍａｎａｇｅｍｅｎｔ．Ｄｅｇｒａｄｅｄｇｒａｓｓｌａｎｄｗｉｔｈｌｏｗｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙａｎｄ
ｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔａｎｄａｗｏｒｓｅｓｏｉｌｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｈａｓｇｒｅａｔｃａｒｂｏｎｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ
ｐｏｔｅｎｔｉａｌ．Ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｇｒａｓｓｌａｎｄｍａｎａｇｅｍｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｓｗｉｌｇｒｅａｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ．Ｏｎｅｒｅｐｏｒｔ
ｓｕｇｇｅｓｔｓｔｈａｔｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｅｘｃｌｏｓｕｒｅｉｎｄｅｇｒａｄｅｄｇｒａｓｓｌａｎｄｉｎＣｈｉｎａｃｏｕｌｄｓｅｑｕｅｓｔｅｒｏｖｅｒ１２．０１ＴｇＣ／ｙｅａｒ．
Ｈｅａｖｙｇｒａｚｉｎｇｃａｎｒｅｄｕｃｅｃａｒｂｏｎｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎｄｕｅｔｏｃｈａｎｇｉｎｇｇｒａｓｓｌａｎｄｐｌａｎｔｃｏｍｍｕｎｉｔｙｄｉｖｅｒｓｉｔｙ，ｎｅｔｐｒｉ
ｍａｒｙｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙｒｅｄｕｃｔｉｏｎ，ｌｏｗｅｒｌｉｔｔｅｒｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｎｉｔｒｏｇｅｎｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｉｎｓｏｉｌ．Ｐｒｏｐｅｒｇｒａｚｉｎｇｍａｎａｇｅｍｅｎｔ
ｈａｓｂｅｅｎｅｓｔｉｍａｔｅｄｔｏｉｎｃｒｅａｓｅｓｏｉｌｃａｒｂｏｎｓｔｏｒａｇｅ．Ｎａｔｉｖｅｇｒａｓｓｌａｎｄｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｔｏｃｒｏｐｌａｎｄｈａｓｃａｕｓｅｄｎｅｇａｔｉｖｅ
ｃａｒｂｏｎｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ，ａｓａｒｅｓｕｌｔｏｆｓｏｉｌｅｒｏｓｉｏｎ，ｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｌｏｗｅｒｌｉｔｔｅｒｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．
Ｂｅｃａｕｓｅｈｉｇｈｍｏｗｉｎｇｉｎｔｅｎｓｉｔｙｒｅｄｕｃｅｄｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒ，ｐｒｏｐｅｒｍｏｗｉｎｇｈｅｉｇｈｔａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆ
ｍａｎｕｒｅａｎｄｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｔｏｂａｌａｎｃｅｎｕｔｒｉｅｎｔｌｏｓｓｗａｓｎｅｅｄｅｄｏｎｈａｙｇｒａｓｓｌａｎｄ．Ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ，ｒｅｓｅｅｄｉｎｇ，ｐｌｏｕｇｈｉｎｇ
ａｎｄｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｉｎｃｒｅａｓｅｄｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒｓｔｏｒａｇｅｂｙｐｒｏｍｏｔｉｎｇｒｅｖｅｇｅｔａｔｉｏｎａｎｄｎｅｔｐｒｉｍａｒｙｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ．Ａ
ｂａｎｄｏｎｅｄｃｒｏｐｌａｎｄａｎｄｅｘｃｌｏｓｕｒｅａｓｓｏｃｉａｔｅｄｗｉｔｈｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄｒｅｓｅｅｄｉｎｇｃｏｕｌｄｐｒｏｍｏｔｅｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎａｎｄｓｏｉｌ
ｎｕｔｒｉｅｎｔｃｏｎｔｅｎｔ，ａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｃａｒｂｏｎｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｃａｒｂｏｎｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎｃａｐａｂｉｌｉｔｙｏｆｆｏｒａｇｅｗａｓ：
ｍｉｘｅｄｐｅｒｅｎｎｉａｌｌｅｇｕｍｅａｎｄｇｒａｓｓ＞ｌｅｇｕｍｅ＞ｐｅｒｅｎｎｉａｌｇｒａｓｓ＞ａｎｎｕａｌｇｒａｓｓ．
犓犲狔狑狅狉犱狊：ｇｒａｓｓｌａｎｄｍａｎａｇｅｍｅｎｔ；ｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅ；ｌａｎｄｕｓｅ；ｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒ
９９２第２２卷第２期 草业学报２０１３年