牛羊混合放牧对荒漠草原植物根系周转和土壤有机碳库的影响

Grassland is one of the most important carbon stocks in terrestrial ecosystem. Changes and regulation of soil carbon stock in grassland are key factor of carbon cycle in grassland research. .Soil carbon in grassland mainly comes from plant litter and plant roots. Because of the constraints in sampling method and theoretical level of root research, research process of below-ground ecology is still quite weak, especially in the study about the effect of mixed cattle and sheep grazing on root growth process and soil organic carbon pool in the desert steppe. . This study takes the desert steppe as the research object and takes the underground ecological processes as the key part. The ingrowth soil core and minirhizotron were used to study the impact of single grazing of sheep or cattle and mixed grazing on root growth, soil carbon pool, especially on the the relationship between soil organic carbon pool, roots turnover and soil respiration. Theoretically, this study was significant to predict the impact of grazing on soil carbon storage capacity under future climate conditions, meanwhile it would also be contribute to the improvement and development of theory with below-ground ecology in grassland. In practical, this study would be contribute to scientifically compute environment carrying capacity in grassland based on the below-ground ecology and to promote the sustainable use of grassland.

草地是陆地生态系统最主要的碳库之一，草地土壤碳库碳储量及其变化与调控是草地碳循环研究的核心。草地土壤碳库主要来源于植物枯落物和根系。由于根系的研究受到采样方法和理论水平的制约，地下生态学过程的研究还相当薄弱，尤其是关于牛羊混合放牧对荒漠草原根系生长过程与土壤有机碳库影响的研究还处于空白。本研究以荒漠草原为研究对象，以地下生态学过程为核心，采用微根窗法与向内生长土芯法研究牛羊单牧和混合放牧对草地根系生长与土壤碳库的影响，特别是根系周转与土壤呼吸、土壤有机碳库之间的关系。从理论上，本研究对于预测未来气候变化条件下不同放牧方式对土壤碳封存能力的影响有重要的意义，同时也有助于完善和发展草原地下生态学理论；从应用上，本研究有助于从地下生态学的角度科学计算草原环境承载力，促进草原可持续利用。

气候变化促使人类更多的关注于全球碳循环。草地是陆地生态系统最主要的碳库之一，其碳储量及其变化调控是草地碳循环研究的核心。放牧是草地最主要的利用方式。近年来，草原牧区饲养畜种的比例发生变化，牛少羊多表现突出，而不同家畜对草地的影响不同。有鉴于此，本项目以荒漠草原为研究对象，采用多种方法研究牛单牧(CG)，羊单牧(SG)和混合放牧(MG)对草地植被特征与凋落物、根系、土壤碳氮和呼吸的影响，同时开展了盆栽控制实验模拟牛羊放牧效应。研究结果发现：放牧2年后，在生长季节随着时间进行，群落总根生物量呈下降趋势，而活根生物量呈增加趋势。不同处理间的净初级生产力BNPP介于166 ± 32到501 ± 88 g/m2。根周转率（RTR）从0.25± 0.05 y-1到0.70 ±0.11 y-1。SG处理的BNPP和RTR最高，而CG处理的BNPP和RTR最小。 MG处理的BNPP和RTR介于CG和SG之间。 CK的BNPP和RTR与MG处理相似。与其他处理相比，CG对群落优势种影响较大。 SG可能会降低群落多样性。MG消除了单一畜种放牧的弊端，有利于维持植物群落的多样性和稳定性。.不同放牧处理下，荒漠草原土壤中CO2与CH4的交换方向和模式无改变。草原土壤表现为CO2的源，CH4的汇。牛羊混合放牧可吸收大量CH4，释放少量CO2，因而有利于控制温室气体排放。放牧处理仅影响了表层土壤有机碳的含量， 其中以羊单牧区显著高于对照区。对照区凋落物保留的最多，其次是羊单牧区，牛单牧区最少。.模拟控制实验发现：施肥和刈割对于克氏针茅根系生长的影响主要在第一年，且以模拟牛羊单牧处理组的根系长度较大；各处理根系数量在9月底达到顶峰。模拟羊单牧处理的根系存活时间最短。模拟羊单牧和牛羊混牧处理的植株高度显著高于对照。对照和模拟羊单牧处理下克氏针茅分蘖数比牛单牧更多。综合分析，模拟羊单牧具有较大的根系长度和高度，而模拟牛单牧具有较小的高度和较大的根系长度；模拟牛羊混牧具有较大的株高和较小的根长，有利于草地生产。