内蒙古不同草地类型适宜的封育期限与土壤有机碳变化研究

Grasslands are regarded as among the most important natural resources because of their importance for raising livestock and terrestrial carbon cycles. However, as a result of long-term unsustainable exploitation and especially overgrazing, most of China’s grasslands are suffering from various degrees of degradation. In 2003, the Chinese government launched the “Returning Grazing Lands to Grasslands” project to restored severely degraded grasslands. Grassland grazing exclusion was one of the important approaches for achieving the grand goal, which promotes vegetation recovery and soil organic carbon (SOC) accumulation. However, the suitable enclosing time, i.e. when the fenced grassland can be utilized reasonably after grazing exclusion, and SOC change have been far from understanding as yet in different types of grasslands. Here, by literature survey and multi-site field investigation, the study will be conducted in different grassland types of Inner Mongolia. Our work will focus on (1) determining the temporal change of vegetation characteristics after grazing exclusion; (2) evaluating the suitable enclosing time and its spatial characteristics; (3) determining the rate of SOC change and its spatial pattern. The objectives of this study are to reveal the suitable enclosing time and SOC change rates of different grassland types, and evaluate their spatial pattern in Inner Mongolia. This study would provide scientific evidence for grassland management, and help evaluate the role of grassland restoration in terrestrial carbon cycles and mitigating atmospheric carbon dioxide.

草地不仅是畜牧业生产的基础，也是陆地生态系统重要的碳库。然而，由于过度利用，我国天然草地出现了不同程度的退化。自2003年开始，我国实施了一系列“退牧还草”恢复工程，围栏封育就是其中一项重要措施。围栏封育促进了植被恢复和土壤有机碳的积累，但不同类型草地适宜的封育期限（即封育多久以后就可以对其进行适度的利用）与土壤有机碳变化速率仍不清楚。本项目拟以内蒙古温带草地为研究区域，利用文献调研和实地观测的方法，开展以下研究：不同草地类型植被随封育年限的变化规律；草地适宜封育期限的估计及其空间特征；草地土壤有机碳的变化速率及其空间差异。研究目标：阐明内蒙古不同草地类型适宜的封育期限、土壤有机碳的变化速率及其空间特征。上述研究结果不仅为我国草原牧区的科学管理提供理论依据，而且有助于评估草地恢复在陆地碳循环中的作用及对温室气体减排的贡献。

我国约有90%的草地出现了不同程度的退化，过度放牧是造成草地退化的主要原因之一。自2003年起，国家实施了一系列“退牧还草”恢复工程，围栏封育就是其中一项重要的恢复措施。围栏封育促进了植被和土壤的恢复，但我们对草地适宜的封育期限和土壤有机碳变化在景观和局地尺度上的驱动因素仍缺乏足够的认识。本项目以我国内蒙古的温带草地为主要研究区域，利用文献调研和实地观测的方法，分析了草地植被的变化规律及适宜的封育期限；土壤有机碳的变化速率及驱动因素，并与高寒草地进行了比较研究。研究结果显示：围栏封育对温带草地地上生物量的影响在围封5年内就显著增加，在11-20年达到最大，然后开始下降，这表明温带草地适宜的封育年限是11-20年。高寒草地植被生物量的响应随封育时间也呈现出相似的变化规律。短期封育（<5年）对温带和高寒草地地上生物量的影响与年均温均呈现出二次函数的关系，其效应分别在年均温为2.8℃和1.5℃的地区达到最大。而地上生物量的恢复随降水量线性增加，且温带草地的封育效应对降水的敏感性明显高于高寒草地。不同的是，长期封育对草地生物量的影响与年均温没有显著关系，而温带草地中，植被生物量的恢复程度均与年降水呈显著正相关。围栏封育后，内蒙古草地表层土壤碳（0-10cm）显著增加，其固碳速率为0.29 Mg ha-1yr-1，而亚表层土壤碳（10-20和20-30 cm）均没有显著变化，其速率明显低于高寒草地（0-10、10-20和20-30 cm固碳速率分别为0.84, 0.58和 0.49 Mg ha-1yr-1）。在景观尺度上，内蒙古草地土壤碳对封育的响应与气候干燥度、土壤氮含量和管理年限之间没有显著关系，而在局地尺度上，封育草地能够通过增加土壤含水量来促进土壤碳的积累，并且土壤水分的这种促进作用在全国范围内也具有普遍性。综上，本研究发现内蒙古温带草地与高寒草地植被恢复具有相似性变化规律和适宜的封育期限，且封育后土壤水分的改善是驱动碳积累的主要因素。上述研究结果对我国退化草地的恢复管理、减缓气候变化和评估草地固碳管理方面具有重要意义。