中科院东北地理所揭示植被退化对草地土壤呼吸的影响

土壤呼吸是草地土壤碳输出的重要途径，其变化直接影响土壤肥力和大气CO₂含量，并可能进一步影响粮食安全和全球气候。草地植被是决定土壤呼吸的一个重要因素。受异质性的环境条件驱动，草地植被群落存在空间差异，这种空间差异可能影响区域尺度土壤呼吸碳释放的评估。其次，在不同放牧干扰下，草地植被群落将表现不同的低矮稀疏退化程度。植被群落退化状态的差异将进一步限制区域土壤呼吸和碳释放的精准评估。因此，针对不同植被群落，揭示放牧驱动的植被退化对土壤呼吸的影响，有助于准确评估区域土壤碳动态，并改善草地管理、提高草地持续力。

中国科学院东北地理与农业生态研究所草地农牧业学科组在长岭草地农牧生态研究站以松嫩草地羊草和虎尾草（Leymus chinensis 和 Chloris virgata）两种典型植物群落为研究对象。通过两年的野外研究，分析了两种植物群落在放牧驱动的不同退化状态下的植被、土壤和土壤呼吸特征。结果表明，在两个群落中，地上生物量、根系生产力、枯落物数量和土壤微生物生物量随植被覆盖退化显著降低。由轻度退化到重度退化，两群落土壤有机碳、总氮和总磷含量分别降低了14.1-15.4%、10.9-12.3%和10.7-11.9%；土壤容重和pH分别增加了9.1-9.3%和4.6-5.2%。综合两年结果，从轻度退化到重度退化，两群落根系呼吸和微生物呼吸速率分别降低了35.9-43.5%和28-34.4%。相比羊草群落，虎尾草群落根系呼吸对植被退化响应更为敏感。植被退化并未改变两群落根系呼吸和土壤微生物呼吸的温度敏感性，但虎尾草根系呼吸的温度敏感性显著高于羊草。以上结果表明：1）在松嫩草地，植被退化导致显著的土壤退化；2）植被退化限制土壤呼吸和碳释放，但更大程度地降低土壤的生物量碳输入，最终导致土壤有机碳含量降低；3）松嫩草地植被退化不会改变潜在增温对土壤呼吸的影响；4）对比羊草群落，未来增温对一年生虎尾草群落的根系碳积累的潜在限制更强。结合实际的放牧和草场管理，研究人员提出在中、重度退化草地，为恢复植被和土壤，围封是必要的；在轻度退化草地，建议放牧强度不应超过2个羊单位/年。同时为提高饲草生产、增加土壤碳、氮截获及其稳定性，可采取措施向草地中补播羊草等多年生牧草及豆科植物。

上述研究工作得到了国家重点研发计划项目（2016YFC0500606）和吉林省产业创新专项资金项目（2016C016）的资助。相关研究成果发表在国际学术期刊Land Degradation and Development上。东北地理所草地农牧业学科组助理研究员李强为论文的第一作者，李强和研究员周道玮为论文共同通讯作者。

图：不同退化植被群落的土壤呼吸季节变化