宁夏典型温性天然草地固碳特征

本文研究了宁夏草甸草原、温性草原、草原化荒漠和荒漠草原4种温性典型天然草地生态系统碳储量及其构成特征。结果表明: 草甸草原、温性草原、草原化荒漠和荒漠草原植被总生物量分别为1178.91、481.22、292.80和209.09 g·m^-2。其中,地下根系生物量是构成草甸草原和温性草原植被总生物量的主体,分别占总生物量的73.1%和56.6%;地上植被生物量是构成草原化荒漠和荒漠草原植被总生物量的主体,分别占总生物量的50.3%和47.6%;枯落物生物量占比较低,分别仅为8.5%、8.0%、6.4%和16.2%。草甸草原、温性草原、草原化荒漠和荒漠草原4种天然草地生态系统碳储量分别为13.90、5.94、2.69和2.37 kg·m^-2,其中植被碳储量分别为470.26、192.23、117.17、83.36 g·m^-2,0～40 cm土层土壤有机碳储量分别为13.43、5.75、2.58和2.29 kg·m^-2,土壤有机碳储量是构成宁夏典型天然草地碳储量的主体,分别占到了生态系统碳储量的96.6%、96.8%、95.6%和96.5%。4种草地类型植被总生物量、植被碳储量、土壤有机碳储量和生态系统碳储量均表现为:草甸草原＞温性草原＞草原化荒漠＞荒漠草原。     

氮和水分添加对内蒙古荒漠草原放牧生态系统土壤呼吸的影响

土壤呼吸是生态系统碳循环的重要组成部分, 同时也是评价生态系统健康状况的重要指标, 对于评估退化草地恢复过程中生态系统功能具有重要意义。该研究在内蒙古四子王旗短花针茅(Stipa breviflora)荒漠草原长期放牧实验平台上进行, 该平台设置对照(CK)、轻度(LG)、中度(MG)和重度(HG) 4个放牧强度。通过在4个放牧处理区设置氮、水添加实验处理, 探讨不同放牧强度背景下, 氮、水补充对荒漠草原土壤呼吸过程的影响。结果表明: (1)历史放牧强度除2015年对土壤呼吸无显著影响, 2016和2017年都有显著影响, 放牧区3年平均土壤呼吸速率基本都高于对照区。此外, 氮和水分添加显著增加了MG区土壤呼吸速率, HG区氮、水同时添加对土壤呼吸速率有显著增加作用; (2)无论是历史放牧强度, 还是氮、水添加处理, 都没有改变荒漠草原生长季土壤呼吸速率的季节动态变化趋势, 土壤呼吸速率基本表现为单峰曲线模式, 峰值出现在水热同期的7月份; (3)不同年份生长季土壤呼吸速率对氮、水处理的响应并不相同, 氮添加至第3年产生显著影响。水分添加在平水年份(2015和2017年)对土壤呼吸产生显著影响, 但在丰水年份(2016年)无显著影响。氮、水共同添加分别在CK、LG和HG区3年平均土壤呼吸速率显著高于单独加水处理, 说明氮添加的有效性依赖于水分条件, 两者表现为协同作用; (4)不同处理下荒漠草原土壤呼吸的温度敏感性(Q₁₀)值介于1.13-2.41之间, 平均值为1.71。在无氮、水添加时, 放牧区的Q₁₀值都小于CK区, 总体表现为CK 大于 MG 大于 LG 大于 HG; 加水和氮水共同添加处理后, Q₁₀值都有明显增加, 其中NW处理下Q₁₀值都增加到2.0以上。上述结果说明在过去受不同放牧强度影响的荒漠草原在停止放牧后的恢复过程中, 土壤水分仍是影响土壤呼吸的主导环境因子, 外源氮添加只有在满足一定水分供给的基础上才起作用, 尤其是过去的重度放牧区土壤呼吸速率对氮、水补充的响应最为强烈。该研究结果可以为评估荒漠草原恢复过程中土壤呼吸速率受养分和水分影响提供基础资料和依据。     

宁夏天然草地植被碳储量特征及构成

以宁夏广泛分布的温性草甸草原、温性草原、温性草原化荒漠和温性荒漠草原为研究对象,采用实地调查采样的方法,研究了宁夏天然草地植被总碳储量。结果表明: 宁夏天然草地地上植被、地下根系及主要灌木平均含碳率为0.40,枯落物平均含碳率为0.39。草甸草原、温性草原、草原化荒漠和荒漠草原的植被总碳储量分别为470.26、192.23、117.17和83.36 g·m^-2,其中,地上植被碳储量分别为87.35、68.50、59.32和40.05 g·m^-2,地下根系碳储量分别为344.29、108.83、50.65和30.29 g·m^-2,枯落物碳储量分别为38.62、14.91、7.19和13.03 g·m^-2,且均表现为草甸草原＞温性草原＞草原化荒漠＞荒漠草原。地下根系碳储量是构成草甸草原和温性草原植被总碳储量的主体,地上植被碳储量是构成草原化荒漠和荒漠草原植被总碳储量的主体,且地下根系碳储量均随土层深度加深而递减。宁夏天然草地植被总碳储量空间分布呈现草甸草原和温性草原分布的南部区域碳储量明显高于荒漠草原和草原化荒漠分布的中北部区域。     

尕海湿地植被退化过程中植被-土壤系统有机碳储量变化特征

青藏高原湿地作为陆地生态系统的重要组成部分,在全球碳循环中发挥着重要作用.以青藏高原东缘尕海湿地植被不同退化程度样地(未退化CK、轻度退化SD、中度退化MD及重度退化HD)为研究对象,通过分析地上植物、凋落物、根系和土壤有机碳,研究湿地植被退化过程中植被-土壤系统有机碳储量变化特征.结果表明: 除HD外,不同退化程度湿地地上植被碳储量为99.58～205.64 g·m^-2,根系(0～40 cm)碳储量为56.96～754.37 g·m^-2,地上、根系碳储量随退化程度的加剧显著下降,土壤容重随退化程度加剧呈先增加后减少趋势,植被退化湿地各层土壤容重均大于对照样地,而凋落物碳储量为17.29～35.69 g·m^-2,CK和MD均显著高于SD;不同退化程度湿地土壤0～40 cm碳储量为7265.06～9604.30 g·m^-2,且MD＞CK＞SD＞HD,土壤有机碳储量CK和MD显著高于SD、 HD;植被-土壤系统的碳储量为7265.06～10389.94 g·m^-2,各样地大小顺序为CK＞MD＞SD＞HD,有机碳主要储存于土壤中,占湿地总碳贮量的90%以上,说明适度干扰有利于发挥高寒湿地生态系统的碳汇功能.     

氮和水分添加对内蒙古荒漠草原放牧生态系统土壤呼吸的影响

土壤呼吸是生态系统碳循环的重要组成部分,同时也是评价生态系统健康状况的重要指标,对于评估退化草地恢复过程中生态系统功能具有重要意义。该研究在内蒙古四子王旗短花针茅(Stipabreviflora)荒漠草原长期放牧实验平台上进行,该平台设置对照(CK)、轻度(LG)、中度(MG)和重度(HG) 4个放牧强度。通过在4个放牧处理区设置氮、水添加实验处理,探讨不同放牧强度背景下,氮、水补充对荒漠草原土壤呼吸过程的影响。结果表明:(1)历史放牧强度除2015年对土壤呼吸无显著影响,2016和2017年都有显著影响,放牧区3年平均土壤呼吸速率基本都高于对照区。此外,氮和水分添加显著增加了MG区土壤呼吸速率,HG区氮、水同时添加对土壤呼吸速率有显著增加作用;(2)无论是历史放牧强度,还是氮、水添加处理,都没有改变荒漠草原生长季土壤呼吸速率的季节动态变化趋势,土壤呼吸速率基本表现为单峰曲线模式,峰值出现在水热同期的7月份;(3)不同年份生长季土壤呼吸速率对氮、水处理的响应并不相同,氮添加至第3年产生显著影响。水分添加在平水年份(2015和2017年)对土壤呼吸产生显著影响,但在丰水年份(2016年)无显著影响。氮、水共同添加分别在CK、LG和HG区3年平均土壤呼吸速率显著高于单独加水处理,说明氮添加的有效性依赖于水分条件,两者表现为协同作用;(4)不同处理下荒漠草原土壤呼吸的温度敏感性(Q_(10))值介于1.13–2.41之间,平均值为1.71。在无氮、水添加时,放牧区的Q_(10)值都小于CK区,总体表现为CK MG LG HG;加水和氮水共同添加处理后, Q_(10)值都有明显增加,其中NW处理下Q_(10)值都增加到2.0以上。上述结果说明在过去受不同放牧强度影响的荒漠草原在停止放牧后的恢复过程中,土壤水分仍是影响土壤呼吸的主导环境因子,外源氮添加只有在满足一定水分供给的基础上才起作用,尤其是过去的重度放牧区土壤呼吸速率对氮、水补充的响应最为强烈。该研究结果可以为评估荒漠草原恢复过程中土壤呼吸速率受养分和水分影响提供基础资料和依据。     

尕海湿地植被退化过程中植被——土壤系统有机碳储量变化特征

青藏高原湿地作为陆地生态系统的重要组成部分,在全球碳循环中发挥着重要作用.以青藏高原东缘尕海湿地植被不同退化程度样地(未退化CK、轻度退化SD、中度退化MD及重度退化HD)为研究对象,通过分析地上植物、凋落物、根系和土壤有机碳,研究湿地植被退化过程中植被-土壤系统有机碳储量变化特征.结果表明:除HD外,不同退化程度湿地地上植被碳储量为99.58～205.64 g·m^-2,根系(0～40 cm)碳储量为56.96～754.37 g·m^-2,地上、根系碳储量随退化程度的加剧显著下降,土壤容重随退化程度加剧呈先增加后减少趋势,植被退化湿地各层土壤容重均大于对照样地,而凋落物碳储量为17.29～35.69 g·m^-2,CK和MD均显著高于SD;不同退化程度湿地土壤0～40 cm碳储量为7265.06～9604.30 g·m^-2,且MD>CK>SD>HD,土壤有机碳储量CK和MD显著高于SD、HD;植被-土壤系统的碳储量为7265.06～10389.94 g·m^-2,各样地大小顺序为CK>MD>SD>HD,有机碳主要储存于土壤中,占湿地总碳贮量的90%以上,说明适度干扰有利于发挥高寒湿地生态系统的碳汇功能.     

围封对内蒙古典型草原与荒漠草原植被-土壤系统碳密度的影响

草地生态系统是巨大的碳库, 在全球碳循环中起着重要的作用。该研究以内蒙古中温带草地区典型草原和荒漠草原为研究对象, 测定了两种草原类型围封与放牧后地上生物量碳密度、地下生物量碳密度和土壤碳密度, 探讨围封对两种草原类型植被-土壤系统碳密度的影响。结果表明: (1)围封显著地增加了典型草原地上和地下生物量的碳密度, 对荒漠草原地上生物量碳密度增加影响显著, 对地下生物量碳密度增加影响不显著; (2)围封显著地增加了典型草原土壤碳密度, 使荒漠草原土壤碳密度有增加的趋势, 但影响不显著; (3)典型草原围封样地地下生物量和土壤碳密度的垂直分布显著高于放牧样地, 而荒漠草原围封样地地下生物量和土壤碳密度的垂直分布与放牧样地的差异不显著; (4)围封分别提高了典型草原和荒漠草原植被-土壤系统碳密度的2.2倍和1.6倍, 典型草原和荒漠草原分别有超过65%和89%的碳储存在土壤中, 两种草原类型的地下生物量碳库均占总生物量碳库的90%以上。研究结果表明围封能够有效地增加草原生态系统的碳储量。     

Effects of enclosure on carbon density of plant-soil system in typical steppe and desert steppe in Nei Mongol,China

草地生态系统是巨大的碳库, 在全球碳循环中起着重要的作用。该研究以内蒙古中温带草地区典型草原和荒漠草原为研究对象, 测定了两种草原类型围封与放牧后地上生物量碳密度、地下生物量碳密度和土壤碳密度, 探讨围封对两种草原类型植被-土壤系统碳密度的影响。结果表明: (1)围封显著地增加了典型草原地上和地下生物量的碳密度, 对荒漠草原地上生物量碳密度增加影响显著, 对地下生物量碳密度增加影响不显著; (2)围封显著地增加了典型草原土壤碳密度, 使荒漠草原土壤碳密度有增加的趋势, 但影响不显著; (3)典型草原围封样地地下生物量和土壤碳密度的垂直分布显著高于放牧样地, 而荒漠草原围封样地地下生物量和土壤碳密度的垂直分布与放牧样地的差异不显著; (4)围封分别提高了典型草原和荒漠草原植被-土壤系统碳密度的2.2倍和1.6倍, 典型草原和荒漠草原分别有超过65%和89%的碳储存在土壤中, 两种草原类型的地下生物量碳库均占总生物量碳库的90%以上。研究结果表明围封能够有效地增加草原生态系统的碳储量。     

内蒙古典型草原放牧压力评价及土壤N储量响应

放牧是草原生态系统的重要干扰,是草原氮循环的重要影响因素。为了揭示放牧对土壤N储量的影响,在内蒙古典型草原,基于单位草原面积草原载畜量和单位草原生产力,建立了放牧压力评价模型,并利用1990—2011年以县为单位统计的放牧牲畜数据和2001—2011每年合成的MODIS-NDVI_(max)影像数据评估了放牧压力的空间分布。基于2011年野外调查的95个样点和2010年调查的41个样点数据,对处于低放牧压力(LG),中放牧压力(MG)和高放牧压力(HG)的样点数据进行了统计分析。结果表明:放牧压力对土壤容重(BD),土壤全碳(TC)含量和土壤全氮(TN)含量具有显著影响,特别在土壤表层(0—10cm),土壤容重、TC含量和TN含量在LG,MG和HG之间存在显著差异。TC含量和TN含量随放牧压力增加而降低,BD随放牧压力增加而增加;黏粒含量(CC)在3个放牧压力梯度上不存在显著差异;土壤N储量表现出和TN含量相似的变化特征,随土壤深度增加而降低,随放牧压力增加而减少,在0—50cm范围内,土壤N储量在LG、MG和HG之间存在显著差异(2011,P0.05;2010,P0.1)。重度放牧是草原生态系统氮损失的主要因素之一,降低放牧压力有助于降低草原氮损失和恢复植被生产力。     

放牧对全球草地生态系统碳氮磷化学计量特征影响的Meta分析

为明确全球尺度下放牧管理措施对草地生态系统碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征的影响,提高草地生态系统管理水平,本研究选取国内外83篇中英文文献进行Meta分析,并通过亚组分析探讨了放牧家畜组合(羊单牧、牛单牧和牛羊混牧)和放牧强度(轻度、中度、重度)对草地生态系统叶片、凋落物、根系,以及土壤C、N、P化学计量特征的影响。结果表明: 放牧会显著降低叶片和凋落物C含量、C/N、C/P,增加N、P含量及N/P;显著降低根系和土壤C、N含量,C/P和N/P,增加P含量和C/N。叶片、凋落物化学计量特征变化对牛、羊单独放牧响应更为明显,而根系、土壤化学计量特征变化则对混牧响应更为明显,重度放牧会对草地生态系统化学计量特征产生更大的影响。放牧会降低土壤N含量,增加P含量,表明放牧对草地N、P含量的影响路径不同。进一步研究N、P含量变化对放牧活动不平衡响应机制,将放牧方式、强度的影响纳入草地生态系统预测、管理模型,能够有效提高草地生态系统管理水平。     

Impact of grazing on soil carbon and microbial biomass in typical steppe and desert steppe of Inner Mongolia

The potential of grazing lands to sequester carbon must be understood to develop effective soil conservation measures and sustain livestock production. Our objective was to evaluate the effects of grazing on soil organic carbon (SOC), total nitrogen (TN), microbial biomass carbon (MBC) in Typical steppe and Desert steppe ecosystems, which are both important grassland resources for animal grazing and ecological conservation in China, and to derive region-specific soil C changes associated with different stocking rates (ungrazed, UG; lightly grazed, LG; moderately grazed, MG; heavily grazed, HG). This study substantiated that significant higher SOC, TN and MBC appeared with the treatment of LG in typical steppe. From 2004 to 2010, grazing treatments increased soil carbon storage in desert steppe, which was partly due to the grazing history. The higher MBC concentration and MBC/SOC suggest a great potential for carbon sequestration in the desert steppe ecosystem. The greater MBC in desert steppe than typical steppe was mainly the result of higher precipitation and temperature, instead of soil substrate. The change of MBC and the strong positive relationships between MBC and SOC indicated that MBC in the soil was a sensitive index to indicate the dynamics of soil organic carbon in both steppes in Inner Mongolia of China.     

Moderate grazing promotes the root biomass in Kobresia meadow on the northern Qinghai–Tibet Plateau

Grazing is an important modulator of both plant productivity and biodiversity in grassland community, yet how to determine a suitable grazing intensity in alpine grassland is still controversy. Here, we explore the effects of different grazing intensities on plant biomass and species composition, both at community level and functional group level, and examines the productivity–species richness relationship under four grazing patterns: no grazing (CK), light grazing (LG), moderate grazing, (MG) and heavy grazing (HG), attempt to determine a suitable grazing intensity in alpine grassland. The results were as follows. The total aboveground biomass (AGB) reduced with increasing grazing intensity, and the response of plant functional groups was different. AGB of both sedges and legumes increased from MG to HG, while the AGB of forbs reduced sharply and the grass AGB remained steady. There was a significant positive relationship between productivity and species richness both at community level and functional group level. In contrast, the belowground biomass (BGB) showed a unimodal relationship from CK to HG, peaking in MG (8,297.72 ± 621.29 g/m²). Interestingly, the grassland community tends to allocate more root biomass to the upper soil layer under increasing grazing intensities. Our results suggesting that moderate levels of disturbance may be the optimal grassland management strategy for alpine meadow in terms of root production.     

短花针茅叶片水分利用效率对放牧强度的响应及其影响因素

为明确植物的用水策略及适应性机制,以内蒙古四子王旗短花针茅荒漠草原为研究对象,设置对照(CK)、轻度放牧(LG)、中度放牧(MG)和重度放牧(HG)4个放牧梯度,其载畜率分别为每1 hm^(2)每年0、0.93、1.82和2.71个羊单位的放牧强度,调查建群种短花针茅的高度、盖度、密度、地上生物量以及土壤的理化性状,并且采用稳定碳同位素法和红外光合仪法对短花针茅水分利用效率进行了测定,旨在阐明短花针茅水分利用效率在不同放牧强度下的响应规律及其影响因素。结果显示:(1)放牧对短花针茅盖度、密度以及地上生物量的影响显著;随着载畜率的增大,有利于短花针茅的扩散使其分布面积增加,且在中度放牧条件下尤为明显。(2)随着放牧强度的增加,土壤水分含量较对照显著提高,土壤全氮含量呈先增加后减少的变化趋势,土壤速效钾呈现降低的变化趋势,而对土壤全碳含量和pH无显著影响,说明适度放牧能够提高土壤水分含量、促进土壤氮含量的积累,但放牧会导致土壤速效钾减少。(3)随着放牧强度的增大,短花针茅长期水分利用效率(WUE l)呈现“V”形变化趋势,而瞬时水分利用效率(WUE t)与内在水分利用效率(WUE i)总体呈降低的变化趋势。(4)相关分析显示,放牧强度与短花针茅密度、地上生物量呈显著正相关关系,土壤全氮含量与有机碳、pH、WUE i呈显著正相关关系,WUE t与WUE i呈显著正相关关系;短花针茅内在水分利用效率与土壤有机碳含量密切相关。研究表明,重度放牧导致短花针茅株丛破碎化,增加了种群的扩散面积,是短花针茅长期水分利用效率提高的直接原因;短花针茅瞬时水分利用效率随放牧强度的增加而降低可能是由其内在水分利用效率降低引起的。     

Response of Vegetation and Soil Carbon and Nitrogen Storage to Grazing Intensity in Semi-Arid Grasslands in the Agro-Pastoral Zone of Northern China

Overgrazing has been the primary cause of grassland degradation in the semi-arid grasslands of the agro-pastoral transition zone in northern China. However, there has been little evidence regarding grazing intensity impacts on vegetation change and soil C and N dynamics in this region. This paper reports the effects of four grazing intensities namely un-grazed (UG), lightly grazed (LG), moderately grazed (MG) and heavily grazed (HG) on vegetation characteristics and soil properties of grasslands in the Guyuan county in the agro-pastoral transition region, Hebei province, northern China. Our study showed that the vegetation height, canopy cover, plant species abundance and aboveground biomass decreased significantly with increased grazing intensity. Similarly, soil organic carbon (SOC) and total nitrogen (STN) in the 0–50 cm were highest under UG (13.3 kg C m⁻² and 1.69 kg N m⁻²) and lowest under HG (9.8 kg C m⁻² and 1.22 kg N m⁻²). Soil available nitrogen (SAN) was significantly lower under HG (644 kg N hm⁻²) than under other treatments (725–731 kg N hm⁻²) in the 0–50 cm. Our results indicate that the pasture management of “take half-leave half” has potential benefits for primary production and livestock grazing in this region. However, grazing exclusion was perhaps the most effective choice for restoring degraded grasslands in this region. Therefore, flexible rangeland management should be adopted in this region.     

人工灌丛化对荒漠草原生态系统碳储量的影响

宁夏盐池县从20世纪70年代开始在荒漠草原上人工种植柠条灌木用以防风固沙和生态恢复,这一人为措施极大地改变了区域生态系统的植被结构和碳循环,而定量评估人工灌丛化对荒漠草原生态系统碳储量的影响,不仅能够揭示人类活动的碳循环反馈机制,而且可为地方政府生态治理提供理论指导。结合Biome-BGC模型和Logistics生长模型模拟了1958—2017年间荒漠草原人工灌丛化前后的碳储量变化,定量分析了人工灌丛化对生态系统碳储量和组分的影响。结果表明:(1)结合Biome-BGC模型和Logistics生长模型可以较准确地模拟出荒漠草原人工灌丛化过程中生态系统碳储量的变化。(2)人工灌丛化会快速改变荒漠草原的碳储量累积特征,柠条灌木种植后的快速生长阶段极大增强了生态系统的总碳储量,导致生态系统的碳储量特征由草地型向灌木型转变。(3)人工灌丛化改变了生态系统各类型碳储量的组分结构,其对地上植被和枯落物碳储量的影响非常明显,灌丛化后生态系统的植被和枯落物碳分别增加了6倍和1.76倍;因植被碳向土壤碳转化过程较慢,故人工灌丛化对地下土壤碳储量的影响在短期内较为微弱。以上结果显示,荒漠草原人工灌丛化能显...     

黄土高原草地植被碳密度的空间分布特征

草地是世界上分布最广的植被类型之一,作为陆地生态系统的重要组成部分,参与了全球碳源/汇及碳循环过程,在全球气候变化中扮演着重要角色,并对其产生重大影响。以黄土高原草地植被为研究对象,结合国家退耕还林草与封山禁牧工程的实施,对封禁前后的天然草地和退化草地,采用样带多点调查与多年定位测定相结合的方法,分析了黄土高原不同类型草地植物活体、凋落物和根系碳密度分布格局与地带性规律,系统研究了黄土高原不同草地类型退化草地和封禁草地生物量与碳密度沿海拔及降水梯度的时空变异特征,阐述了影响草地碳密度分布的主要驱动因子及其作用机理。结果表明:4种草地类型3种处理的草地生物量和碳密度自西北向东南均与降雨量呈指数增长趋势,并随海拔降低而显著降低,且二者呈显著的线性回归关系;各草地类型地上/地下生物量与碳密度分布规律均为荒漠草原<丘陵典型草原<梁塬典型草原<草甸草原;封禁11a草地活体植物、凋落物和根系碳密度总量:荒漠草原为7.066 t/hm2,丘陵典型草原为8.080 t/hm2,梁塬典型草原为15.319 t/hm2,草甸草原为20.982 t/hm2,分别是退化草地的14.8、8.33、6.5倍和15.88倍。充分表明,封禁不仅能使草地植被恢复和生物量提高,而且也是草地生产力和碳密度增加的一条重要途径。由此可见,气候干旱和草地退化是影响草地生物量和碳密度的关键因素,系统研究黄土高原封禁草地生物量增长与碳密度变化过程,将会对未来全球气候变化分析作出重要贡献。