高寒草甸冬季牧场放牧梯度下植被-土壤可实现固碳潜力及最适放牧强度的研究

Grazing management affects carbon sequestration potential and carbon storage of an ecosystem. Over-grazing can result in grassland degradation and weaken ecosystem carbon sink strength. Thus, grassland carbon sequestration can be changed by managing grazing intensity. We are to address the following questions：1）How grazing intensity and duration affect carbon fluxes and storage of alpine meadow ecosystem? 2) How do nitrogen and water cycles affect the carbon cycle under different grazing managements? 3) What is the best grazing management to achieve the highest carbon sequestration potential in an alpine meadow ecosystem? To address these questions, we will set up different grazing treatments with light, moderate and severe grazing intensities with different fencing duration of 0, 6 and 16 years in an alpine winter pasture at Haibei, Qinghai. We will measure the dynamic changes of the carbon, heat and water fluxes to assess the effects of grazing intensities on ecosystem carbon sequestration and carbon storage both in vegetation and soil. We will try to find the optimum grazing intensity based on the above investigation and measurements. The results can provide not only scientific basis for carbon management for the alpine meadow but also basic infromation for policy maker.

放牧强度影响着植被-土壤碳库的组成和固碳能力。过度放牧引起的草地退化将削弱甚至逆转碳汇功能，适宜的放牧强度可增强碳汇能力。同一放牧强度随放牧时间延长或不同放牧强度、不同封育时间之间植被-土壤碳库和碳通量如何变化？与之相对应的碳-氮-水-热间关系怎样？生态系统可实现的最大固碳能力及最适放牧强度的平衡模式是什么？目前仍不清楚。本项目拟在海北高寒草甸冬季放牧草场设立重度、中度、轻度和3个不同禁牧时间（0、6、16年）梯度实验区，观测和阐明不同放牧梯度下植被-土壤碳氮储量、碳通量和水、热要素的动态变化及相互影响关系；根据同一放牧强度随放牧时间延长或不同放牧强度、不同封育时间之间的碳储量变化差异，估算生态系统可实现的最大固碳能力；以放牧强度与固碳能力之间的定量关系，确定最适放牧强度与最大可实现固碳能力的平衡模式。为生态系统固碳技术和生态安全供科学依据，也将为我国温室气体减排和对外谈判提供基础数据。

放牧强度影响着植被-土壤碳库的组成和固碳能力。过度放牧引起的草地退化碳汇功能下降，适宜的放牧强度可增强碳汇能力。本研究围绕同一放牧强度随放牧时间延长或不同放牧强度、不同封育时间之间，以青海海北高寒草甸生态系统国家野外科学观测研究站为依托，选择高寒草甸冬季放牧草场，在已有不同龄封育样地基础上，建立不同放牧梯度试验区，联系就近微气象-涡度相关法通量观测站为研究平台。进行植被-土壤碳氮储量、生态系统碳通量、土壤容重及机械组成、植被地上地下生物量及枯落物和地表残留碎屑物等要素的综合观测和比较分析。揭示高寒草甸冬季放牧草场不同放牧强度梯度及不同封育年龄下土壤-植被碳氮储量、生态系统碳通量、水热等因素的季节和年际变化规律，以及碳氮水热相互影响关系。估算同一放牧强度随放牧时间延长或不同放牧强度、不同封育历史时间之间生态系统固碳速率和可实现的最大固碳潜力。揭示可实现最大固碳潜力与不同放牧强度或禁牧时间之间的定量关系及平衡模式。结果表明，高寒草甸为一碳汇功能区，但年际变异较大。生长季积温和叶面积指数CO2通量的季节变异的主要调控因素。热量状况（土壤温度和生长季长度）和水分状况调控着系统CO2通量年际变异。生长季开始时期的温度和水分是系统碳平衡十分重要。未来气候变暖导致的非生长增温和生长季长度延长，可能有利于高寒草甸的固碳能力。连续进行放牧强度5年后的2015年9月发现，植被固碳能力不论是现存生物量固碳量还是净初级生产固碳量，其固碳能力均表现出轻牧和中牧较高，而封育并非提高植被的固碳能力。封育5年后土壤有机碳的最大固碳能力比重牧高2.528kg/m2，与当地自然放牧强度比高0.90kg/m2，表明其固碳能力是较高的。封育8龄和18龄后土壤有机碳仅为16.76和16.99kg/m2，比封育5年分别低0.49和0.27kg/m2。这也表明封育5年后固碳能力达大，表明封育5年是固碳能力的最佳平衡状态。