中国西部主要草原利用变化的碳平衡效应

我国在西部实施了一系列重大草原生态工程和开始建立草原生态保护补助奖励机制，促进了草原利用方式从自由放牧为主向封育、休牧和划区轮牧转变，推动了家畜生产以放牧为主向放牧与舍饲共存演进，改变了农牧民生产生活方式，但是对草原碳汇将产生哪些深刻影响尚不得而知。本项目针对这一重要科学命题和紧迫的国家需求，拟在青藏高原、西北内陆干旱区、黄土高原农牧交错带3个西部典型生态区域，利用申请者在高寒草甸、荒漠和典型草原2-11年的工作积累，研究草原（土壤和植被）、草畜系统和农牧场系统碳平衡对草原利用方式变化的响应，定量其中主要因素的作用，探明草原碳平衡特征沿水热梯度的分布，确定主要家畜在不同管理方式下的温室气体排放因子，提出草原区碳汇优化调控机理与途径。为评估我国重大草原生态工程的碳汇效应、发展完善草原生态补偿机制和草原清洁发展机制、测算牧区和半农半牧区家畜温室气体排放总量等提供理论基础和技术指持。

本项目在高寒草甸（玛曲）、荒漠（民勤）和典型草原（环县）等3个研究区同时开展草畜系统和牧场系统碳平衡特征。项目共取得如下进展：1.初步确定了三种主要草地类型的温室气体源汇特征。高寒草甸（甘肃玛曲）、荒漠（甘肃民勤）和典型草原（甘肃环县）等3个研究区放牧草地均表现为甲烷的汇，高寒草甸吸收甲烷速率为0.12 mg/m2/d，显著高于荒漠和典型草原；三种类型草地均为二氧化碳的排放源，高寒草甸排放速率达到22.4 g/m2/d显著高于荒漠（4.8 g/m2/d）和典型草原（5.5 g/m2/d）；高寒草甸表现为氧化亚氮的排放源，排放速率为0.04 mg/m2/d，荒漠和典型草原均为氧化亚氮的汇，表现为吸收氧化亚氮，平均吸收速率约为3.7 mg/m2/d。2. 初步确定了影响三种草地类型温室气体排放的主要因素。影响典型草原暖季和冷季放牧草地温室气体排放的主要因子各异。影响暖季放牧地土壤温室气体直接影响因子为土壤含水量，放牧对各直接影响因子均产生负效应，直接影响因素贡献的次序为：土壤含水量（0.5176）>地下生物量（0.4923）>土壤温度（0.4185）。土壤温度影响冷季放牧草地温室气体排放的主要影响因子，贡献次序为：土壤温度（0.6655）>地下生物量（0.4169）>土壤含水量（0.3857）。土壤温度影响高寒草甸温室气体排放，但因放牧率各异。返青季草地与土壤温度呈负相关关系与土壤微生物碳、氮含量均呈正相关；生长旺季与土壤微生物碳、氮含量呈正相关。影响草地掉落物中C和N释放率的主要因素有季节、土壤温度和地形。3.初步确定了牧户生产系统的碳平衡特点。高寒草甸牦牛和藏羊放牧草地返青期增温潜势约为838.2，占全年增温潜势的22.9%；生长旺季增温潜势约为2225.8，占全年增温潜势的60.7%，枯黄期的增温潜势最低(600.7)，占去年增温潜势的16.4%。在牧户尺度，草地温室气体增温潜势约为3371.9，占整个牧户年温室气体潜势的92%，此外，主要排放源为尿斑、粪斑和家畜，排放比例分别为：3.4%，2.3%和1.8%。典型草原绵羊放牧系统碳平衡表现为碳汇，每年碳汇量约为1567.5 kg C/ha，其中植被每年固定碳约为4964 kg C/ha，草地每年排放C量约为3154 kg C/ha，放牧家畜每年排放的温室气体约为243 kg C/ha。4. 初步确定了不同放牧家