草地生态系统碳汇对放牧强度的响应理论
5月4日,国际环境科学与生态学领域重要期刊Carbon Research发表了西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室水土过程与调控团队研究成果Carbon in Chinese grasslands: meta-analysis and theory of grazing effects,报道了放牧对草地生态系统碳汇能力的影响研究。
全球变化背景下,放牧是影响草地生态系统土壤健康和碳汇能力的重要管理因素。草地类型、放牧强度和放牧持续时间均会影响草地生态系统的碳汇能力,然而,这些因素如何综合影响草地生态系统的碳汇能力尚缺少系统的理论研究。
基于上述科学问题,本研究基于全国216个样点数据(图1),发现受草地类型和放牧强度的制约,放牧后草地碳储量呈现“先增加后降低、基本稳定、逐渐降低”3种变化规律(图2)。总体上,轻度放牧可以维持甚至增加草地生态系统的碳储量,过度放牧会降低所有草地生态系统的碳储量(包括植物、凋落物和土壤),年均减少约1.4吨/公顷,且这些碳损失需要较长时间才能恢复。对未退化的草地来说,从碳汇功能维持或者提高的角度,轻度放牧和中度放牧是青藏高原高寒草地(<7羊/公顷)较好的放牧强度。发现“适度干扰假说”适合于未退化草地,若草地已经处于退化阶段,即使轻度放牧也会加剧草地进一步退化,即符合“动态不平衡假说”(图3),如青藏高原地区的高寒草地, 且青藏高原高寒草地非生长季进行放牧比生长季进行放牧更有利于生态系统固碳。
总之,草地放牧是一把双刃剑。一方面,适当的管理(轻度或中度放牧)可以维持甚至增加碳储量。另一方面,人类引起的过度放牧会导致植被和土壤的迅速退化,导致大量的碳损失。制定草地放牧制度(即强度和持续时间)时必须考虑具体的草地特征,以确保稳定的生产率和最佳的生态系统固碳效益。研究成果对揭示青藏高原放牧强度变化的环境效应(固碳)这一关键科学问题提供了科学依据。
西北农林科技大学邓蕾研究员为论文第一作者,论文作者还包括西班牙巴塞罗那自治大学、魁北克大学、中国科学院生态环境研究中心、中国科学院地理科学与资源研究所、中国科学院地球环境研究所、宁夏大学、甘肃农业大学和德国哥廷根大学相关科研人员。该研究获第二次青藏高原综合科学考察研究(2019QZKK0603)等项目共同资助。
论文链接如下:https://link.springer.com/article/10.1007/s44246-023-00051-7
图1 数据采样点分布(216个样点4种主要草地类型)
图2 不同草地类型三种放牧强度下草地碳储量对放牧周期的响应规律
图3 草地碳储量对放牧强度响应的概念模型