徐進(jìn)才，張 宇，高和平，靳曉雯

（1.內(nèi)蒙古土地調(diào)查規(guī)劃院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010021；2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)公共管理學(xué)院，江蘇 南京 210095）

草地是碳匯的用地類型，其面積約占陸地總面積的25%，碳儲(chǔ)量約為266.3 Pg，占陸地生態(tài)系統(tǒng)總碳儲(chǔ)量的12.7%[1-3]，其中中國草地生態(tài)系統(tǒng)碳素總貯量為44.09 Pg[4]。在陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究中，草地生態(tài)系統(tǒng)是全球變暖反應(yīng)最明顯的生態(tài)系統(tǒng)之一，因此，草地成為重要的研究內(nèi)容。草地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)有其獨(dú)特的生物地球化學(xué)循環(huán)過程和作用，主要表現(xiàn)為：碳儲(chǔ)量絕大部分集中于土壤中，地上生物量中僅為10%，且地上部分受到放牧、農(nóng)墾等的影響，碳循環(huán)不僅速度快，而且向大氣排放CO2的作用明顯；作為主要碳貯存庫的地下部分，由于草地所處的特殊地理位置和氣候條件，導(dǎo)致其地下部分分解普遍較慢，草地作為碳匯用地的作用更為明顯。從利用方式上來看，草地開墾為農(nóng)田后會(huì)損失掉原來土壤中碳總量的30%—50%[5]。有研究表明，草場(chǎng)開墾60年后可使土壤的碳含量降低18%—35%[6]；割草會(huì)使草地生態(tài)系統(tǒng)碳平均每年減少近1%[7]，而農(nóng)田向草場(chǎng)的轉(zhuǎn)化則明顯增加對(duì)大氣碳的固定[8]，使土壤中有機(jī)碳每年以0.54 mg/hm2增加[9]。此外，過度放牧可以促使草地土壤的呼吸作用，從而加速碳從土壤向大氣中的釋放。

內(nèi)蒙古自治區(qū)草地資源土壤碳含量及其變化的研究一直是學(xué)者關(guān)注的重點(diǎn)，主要源于內(nèi)蒙古草地資源特殊的地理位置、氣候條件以及典型的草地類型。研究主要集中在草原土壤的碳含量及其與溫室氣體通量的相關(guān)性[10-11]、不同草原區(qū)土壤質(zhì)地對(duì)土壤碳密度（SOCD）的影響[12]等方面。上述研究主要是從自然科學(xué)的角度研究碳循環(huán)的總體情況，測(cè)定土壤有機(jī)碳的供給、積累、分解與輸送的各個(gè)過程。從管理科學(xué)視角下的研究主要集中于草地碳匯管理的具體對(duì)策[14-16]，而從土地利用管理角度分析不同利用方式下草地資源碳循環(huán)的研究較少,如對(duì)內(nèi)蒙古錫林河流域羊草草原的研究表明，過度放牧使草地表層土壤（0—20 cm）中碳的貯量降低了12.4%，但這種變化不如草地開墾的影響迅速與劇烈，其效應(yīng)出現(xiàn)的時(shí)間閾值至少在20年以上[13]。因此，本文從內(nèi)蒙古錫林郭勒盟地區(qū)中典型草原及荒漠草原選取樣區(qū)，從土地利用管理的角度分析草地不同利用方式下土壤碳儲(chǔ)量的變化，并提出科學(xué)的草地利用措施，為草地的合理利用提供參考。

1 研究區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

錫林郭勒盟位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中部，地處東經(jīng)115°13′—117°06′，北緯43°02′—44°52′。屬中溫帶半干旱、干旱大陸性季風(fēng)氣候，春季干旱多風(fēng)，冬季寒冷漫長，夏季溫?zé)岫檀?。年平均氣溫?—2℃，無霜期110—130天，年平均降雨量295 mm，由東南向西北遞減。降雨多集中在7、8、9三個(gè)月內(nèi)。

本文選擇內(nèi)蒙古錫林郭勒草原毛登牧場(chǎng)作為研究區(qū)，該牧場(chǎng)始建于1958年，于1991年由原北京生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)五師三十二團(tuán)轉(zhuǎn)制歸屬錫林浩特市，牧場(chǎng)地處錫林浩特市東部，距錫林浩特市36 km，全場(chǎng)總面積585 km2，其中可利用草場(chǎng)面積310 km2。為研究不同利用方式下草地土壤碳截存的狀況，在研究區(qū)內(nèi)選擇3類不同利用方式的樣地。其一是圍封樣地，沒有放牧干擾的試驗(yàn)地；其二是長期放牧樣地，已經(jīng)出現(xiàn)了草地退化、沙化的情況；其三是已經(jīng)開墾為耕地的樣地，且開墾過程中未采用施肥措施。

1.2 取樣及實(shí)驗(yàn)方法

在每塊樣地上根據(jù)隨機(jī)分布的原則布置5個(gè)樣點(diǎn)，取1×1 m2草本樣方之后，在植物樣方內(nèi)用土鉆取土樣，利用對(duì)角線法在樣方內(nèi)取土3—5鉆大約1 kg左右，利用土鉆法分層（0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm、30—40 cm和40—50 cm）取樣，將同層的土樣混合均勻并去除植物根系和石塊，風(fēng)干后過篩，室內(nèi)測(cè)定土壤粒級(jí)、容重以及養(yǎng)分有機(jī)碳（SOC）。土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定方法為外加熱，重鉻酸鉀氧化—容量法。數(shù)據(jù)分析則通過SPSS13.0軟件采用單因素方差分析（ANOVA）檢驗(yàn)3個(gè)樣地在各項(xiàng)特征指標(biāo)上的差異。用最小顯著性差異方法（LSD）檢驗(yàn)各樣地間的差異顯著性（p＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土地利用方式的土壤特征

表1 3類樣地土壤理化特征Tab.1 Physical and chemical characteristics of the three categories of soil

從土壤理化特性來看，3類樣地存在較大的差異。從土壤粒級(jí)分布來看，20 cm以上土層中，圍封、放牧、開墾3種利用類型土壤粒級(jí)分布變化不顯著，自由放牧未對(duì)土壤的粒級(jí)分布產(chǎn)生顯著影響。而3類樣地在20 cm以下土壤表層粒級(jí)分布上表現(xiàn)出顯著差異，開墾樣地相對(duì)于圍封和放牧樣地表現(xiàn)為土壤粘粉粒含量顯著減少，而砂粒含量顯著增加，這主要是由于開墾引起表層粘粒風(fēng)蝕所致。

開墾與放牧還顯著影響了土壤容重，經(jīng)測(cè)定在0—10 cm土層中，放牧樣地和開墾樣地的土壤容重均顯著高于圍封樣地，而且放牧樣地土壤容重顯著低于開墾樣地；在10—20 cm土層中，開墾樣地土壤容重依然顯著高于圍封樣地，而放牧樣地則表現(xiàn)為與其他2類樣地間差異均不明顯；而3類樣地在20 cm以上土層中土壤容重差異均不顯著?？梢?，開墾和放牧對(duì)土壤容重的影響主要集中于地表，且開墾對(duì)土壤容重的影響更為劇烈。

從土壤有機(jī)碳來看，圍封樣地有機(jī)碳含量顯著高于放牧及開墾樣地，特別是在地表20 cm以下土層中，差異非常明顯。與其他學(xué)者[17]研究成果不同之處在于放牧樣地的土壤碳含量顯著低于圍封樣地，可能的原因主要有兩個(gè)方面：一是由于實(shí)驗(yàn)樣地選擇的不同，存在地域上的差異；二是在選擇放牧用地時(shí)，本文研究選擇了放牧強(qiáng)度較高的地區(qū)，植被破壞嚴(yán)重，已經(jīng)開始出現(xiàn)土地沙化現(xiàn)象?？傮w來看，放牧特別是過度放牧與開墾均會(huì)造成土壤有機(jī)碳含量的下降。

2.2 不同土地利用方式對(duì)土壤碳截存的影響

土壤粒級(jí)和土壤容重均會(huì)影響土壤有機(jī)碳的儲(chǔ)量。有研究表明，土壤母質(zhì)表現(xiàn)出了對(duì)土壤有機(jī)碳的決定作用，土壤有機(jī)碳隨著土壤中粘粒、細(xì)粉砂和粉砂含量的增加而增加，隨著砂粒含量的增加而降低[12]。而土壤容重的變化會(huì)進(jìn)一步影響土壤水分的入滲和保持、孔隙分布等土壤性狀，這一過程最終影響土壤有機(jī)碳含量，因此，土壤容重的增加是草地生態(tài)系統(tǒng)退化的早期預(yù)警指標(biāo)。筆者認(rèn)為，土壤粒級(jí)與土壤容重的變化很大程度上取決于人類活動(dòng)的干擾程度，因此，不同草地利用方式會(huì)對(duì)草原區(qū)土壤碳儲(chǔ)量產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。由表1可見，不同利用方式下，草地碳截存量存在顯著差異，特別是圍封樣地與放牧、開墾樣地間的差異表現(xiàn)的更為明顯。

有關(guān)過度放牧對(duì)草地土壤有機(jī)碳貯量影響等方面問題的研究較少，主要成果[18]表現(xiàn)為3個(gè)方面：一是過度放牧使得天然牧場(chǎng)植物有機(jī)體回歸土壤的量減少，影響了有機(jī)碳的輸入；二是過度放牧使得草地植被覆蓋度大幅降低，裸露的地表風(fēng)蝕嚴(yán)重，土壤粒級(jí)增加；三是過度放牧情況下，家畜對(duì)草場(chǎng)的踩踏嚴(yán)重，增加了土壤容重。上述3個(gè)方面共同作用，使得土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量下降明顯。

草地開墾是影響草地碳儲(chǔ)量的又一主要因素[13]，因?yàn)殚_墾使土壤中的有機(jī)質(zhì)充分暴露在空氣中，土壤溫度和濕度條件得到改善，從而極大地促進(jìn)了土壤呼吸作用，加速了土壤有機(jī)質(zhì)的分解；開墾還會(huì)加速土壤風(fēng)蝕，土壤表層有機(jī)碳含量較高的細(xì)顆粒被吹蝕后導(dǎo)致土壤有機(jī)碳的大量損失。本研究中，草地的開墾也確實(shí)顯著降低了土壤有機(jī)碳含量，在表層（0—10 cm）土壤圍封樣地為33.24g·kg-1，開墾樣地僅為21.61 g·kg-1，降低了近1/3，這也與草地開墾為農(nóng)田后會(huì)損失掉原來土壤中碳總量的30%—50%的研究結(jié)論相符[5]。

3 基于碳減排的內(nèi)蒙古草地利用策略

內(nèi)蒙古自治區(qū)草地面積廣闊，是國內(nèi)最大的畜牧業(yè)生產(chǎn)基地。多年來，為踐行國家保護(hù)草原生態(tài)政策，實(shí)現(xiàn)草地資源可持續(xù)利用，自治區(qū)努力調(diào)整畜牧業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，在全區(qū)草原全面推行以草定畜、季節(jié)休牧、劃區(qū)輪牧的科學(xué)飼養(yǎng)方式，同時(shí)大力倡導(dǎo)退耕還林還草工程，取得了不錯(cuò)的效果，但距草地資源科學(xué)合理利用的目標(biāo)仍有一定的距離。本文從碳循環(huán)視角來研究草地利用方式，旨在實(shí)現(xiàn)草地利用過程中的低碳排放，突出草地資源的碳匯效應(yīng)。結(jié)合前文典型區(qū)域的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本文提出如下基于碳減排的草地利用策略。

3.1 建立科學(xué)合理的放牧制度

從碳循環(huán)的角度來看，合理的放牧制度能夠減少放牧過程中牲畜對(duì)草場(chǎng)的破壞，從而有效緩解草地資源的退化，增加草地碳匯能力。禁牧、休牧、劃區(qū)輪牧是目前在草原牧區(qū)主要推廣的科學(xué)利用草原的經(jīng)營管理制度。以上3項(xiàng)放牧制度中，劃區(qū)輪牧制度是最為適應(yīng)內(nèi)蒙古地區(qū)實(shí)際的，因?yàn)槠浼确蟽?nèi)蒙古草地資源利用的特點(diǎn)，又能夠有效減少因牲畜踩踏、草地退化等引起碳排放。此外，筆者認(rèn)為，在劃區(qū)輪牧的過程中應(yīng)充分考慮內(nèi)蒙古地區(qū)氣候特點(diǎn)，根據(jù)不同草原類型的物質(zhì)特點(diǎn)詳細(xì)劃分季節(jié)帶，以不同大小、不同形式的輪牧分區(qū)或地段輪牧來實(shí)現(xiàn)劃區(qū)輪牧計(jì)劃；還需要注意牧場(chǎng)的輪換，避免連年在同一時(shí)期，以同樣的方式利用同一牧場(chǎng)，這樣可以有效減少牲畜對(duì)牧草的破壞，降低土壤容重。

3.2 退耕還草，加強(qiáng)人工草地建設(shè)

退耕還草，加強(qiáng)人工草地建設(shè)，是發(fā)展畜牧業(yè)的重要舉措，為禁牧、休牧和舍飼養(yǎng)畜提供物質(zhì)保障，實(shí)現(xiàn)“禁牧不禁養(yǎng)”的目標(biāo)。從降低草地碳排放的角度來看，退耕還草、人工草地建設(shè)能夠增加天然草地面積，有效緩解天然草地的放牧壓力，降低天然草地的退化幾率，從而增加草地的碳匯功能。因此，應(yīng)加大退耕還草力度，加強(qiáng)人工草地建設(shè)。著力解決人工草地單產(chǎn)水平低的技術(shù)問題，研究制定和修訂不同牧草種植、生產(chǎn)、加工、利用技術(shù)規(guī)程，加強(qiáng)人工草地標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)技術(shù)應(yīng)用與推廣。同時(shí)，應(yīng)實(shí)行人工草地?cái)?shù)字化管理，結(jié)合國家實(shí)施的牧草良種補(bǔ)貼項(xiàng)目，利用“3S”技術(shù)準(zhǔn)確獲取人工草地空間及屬性數(shù)據(jù)，建立人工草地資源數(shù)據(jù)庫，逐步摸清人工草地資源現(xiàn)狀，初步形成草原牧區(qū)人工草地?cái)?shù)字化管理技術(shù)模式，實(shí)現(xiàn)人工草地資源的信息化、數(shù)字化管理。

3.3 科學(xué)合理的編制草地規(guī)劃

通過編制科學(xué)合理的草地開發(fā)利用規(guī)劃，將低碳理念植入草地利用的行為中。通過對(duì)草地資源的調(diào)查，作出現(xiàn)狀描述、潛力分析及各種利用可能性的預(yù)測(cè)，借助規(guī)劃手段進(jìn)行草地利用分區(qū)，特別是科學(xué)計(jì)算草地資源承載力，防止過度放牧等濫用草地資源的現(xiàn)象，嚴(yán)格限制草地開墾等引起碳排放的草地利用方式。

4 小結(jié)

（1）內(nèi)蒙古典型地區(qū)草地不同利用方式對(duì)碳排放的影響較為顯著，圍封樣地有機(jī)碳含量顯著高于放牧及開墾樣地，特別是在地表20 cm以下土層中，差異非常明顯。（2）過度放牧顯著減少了地下碳截存量。草地的開墾也確實(shí)顯著降低了土壤有機(jī)碳含量，其對(duì)碳儲(chǔ)量的影響與過度放牧相當(dāng)。（3）從各土層土壤有機(jī)碳的變化幅度來看，表層（0—10 cm）土壤有機(jī)碳變化幅度最大，圍封樣地為33.24 g·kg-1，開墾樣地僅為22.95 g·kg-1，降低了近1/3。（4）過度放牧與草地的開墾顯著降低了土壤有機(jī)碳含量，因此應(yīng)通過建立合理的放牧制度，退耕還草、加強(qiáng)人工草地建設(shè)，科學(xué)的編制草地規(guī)劃等措施來降低草地利用對(duì)土壤碳庫的影響，增強(qiáng)草地的碳匯能力。

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