牛羊混合放牧对内蒙古荒漠草原生态系统温室气体稳定碳同位素组成的影响

Stable isotope composition can be used to record the response of biological and ecological systems to changing environmental conditions, or as an indirect historical record of environmental change. The project will select representative desert steppe of Inner Mongolia, national grassland protection and integrated technique demonstration area in Damao banner, and consider relative factors that affect greenhouse gas emissions from grassland ecosystem. The mixed grazing treatment (grazing sheep, grazing cattle and mixed grazing cattle and sheep) is considered as one kind of interference of grassland ecological system. The aims are to analyze changes of stable carbon isotope compositions of plants and their roots, soil organic carbon and soil respiration, and stable carbon isotope compositions of forage, wool, feces and CH4 emission from livestock and the relationships among them. The project considers soil respiration, vegetation and root, livestock production and excrement for analysis of the related factors, which affect δ13C values and their change characteristics of greenhouse gas in grassland ecosystem, and for tracking sources and sinks of greenhouse gas. The project will explore function of the low carbon economy in grazing grassland ecosystem, predict the effects of different grazing model on soil carbon sequestration capacity, and provide theoretical and technical support for the economic model of low carbon type of grassland animal husbandry.

稳定同位素组成可以用来记录生物和生态系统对环境条件变化的响应，或者作为对环境变化的一种间接的历史记录。项目选取内蒙古荒漠草原具有代表性的区域-达茂旗国家草原保护建设科技综合示范园区，充分考虑影响草原生态系统温室气体排放的各个因子，以混合放牧处理（羊单牧、牛单牧、牛羊混合放牧）作为对草原生态系统的一种干扰，研究草地植物及其根系、土壤有机碳和土壤呼吸的稳定碳同位素组成及变化趋势；放牧牛羊采食牧草、牛羊绒毛、粪便和牛羊呼出CH4的稳定碳同位素组成，以及它们间的相互关系。项目综合考虑土壤呼吸-植被及其根系-家畜食性、呼吸及产品-排泄物这一循环系统，分析影响草原生态系统温室气体δ13C值的相关因子及其变化特征，并追踪温室气体的源与汇，探讨放牧草原生态系统在低碳经济中的作用，预测不同放牧方式对土壤碳封存能力的影响，为发展低碳型草地畜牧业经济模式提供理论和技术支撑。

草原生态系统在全球碳循环中占有重要地位。项目以内蒙古短花针茅荒漠草原作为研究对象，以混合放牧处理（羊单牧SG、牛单牧CG、牛羊混合放牧MG、无牧CK）作为对草原生态系统的一种干扰，利用稳定碳同位素（δ13C）技术，研究草原植物及其根系、土壤有机碳和土壤呼吸的δ13C组成及变化趋势以及放牧牛羊采食牧草、牛羊绒毛和粪便的δ13C组成，以及它们间的相互关系，有助于更好地评价荒漠草原生态系统在全球陆地碳循环中的作用。结果表明：不同光合类型的植物的δ13C值对于放牧干扰的响应有明显的不同，短花针茅等6种C3植物在长期放牧的干扰条件下，其δ13C值均减小并呈现出显著性变化，变化幅度范围为0.46377 ~1.66327‰，冷蒿的变化幅度最大，羊草的最小。2种C4植物的δ13C值的变化则不同，其中无芒隐子草与C3植物的变化趋势相同，在长期放牧干扰下，其δ13C值呈现下降趋势，减小0.24776‰，木地肤则刚好与无芒隐子草的变化趋势相反，放牧干扰使得其δ13C值呈现上升趋势。不同的放牧处理下草原主要优势植物（针茅、冰草、羊草、冷蒿）根系的δ13C值没有发生较大的改变，几乎均在±2‰之内。不同放牧处理对土壤δ13C值的影响趋势相同，与CK区相比，MG区、CG区、SG区的土壤范围值均变小。牛、羊在采食过程中，毛发和粪便对食物的碳同位素会产生分馏作用，导致动物毛发和粪便的δ13C值与食物的δ13C值不同，但是通过测量动物相关组织以及排泄物等对饲料碳同位素的富集或贫化水平来推算家畜的食性。土壤呼吸CO2的δ13C值都是表现出随取样时间的增长而变小的趋势，这与CO2的浓度变化趋势相反。对比同一年的同一月份土壤呼吸CO2的δ13C值发现，放牧区δ13C值均大于对照区，即放牧改变了土壤呼吸的强度，即放牧减少了荒漠草原CO2的排放。这些研究结果分析了影响草原生态系统δ13C值的相关因子及其变化特征，为预测不同放牧方式对土壤碳封存能力提供了基础理论依据，为发展低碳型草原畜牧业经济模式提供了技术支撑。