不同放牧方式对典型草原土壤有机碳组分及其稳定性的影响

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草地生态系统是陆地生态系统中最重要的碳库之一,土壤有机碳组分在草地生态系统的碳循环和区域气候调节中起着至关重要的作用。放牧是草地生态系统主要的利用方式与管理方式,如今土壤有机碳组分与稳定性的研究多集中于农田和森林土壤,在草原生态系统中多考虑放牧强度的影响,对不同类型家畜及其混合放牧方式的研究相对较少。本文基于2013年在内蒙古典型草原毛登牧场设置的长期放牧实验平台,设置了牛单牧、羊单牧、牛羊混牧和不放牧四种放牧方式,分别于2020年和2021年测定了各放牧方式下的地上生物量、地下生物量、土壤总碳、土壤有机碳、易氧化有机碳、颗粒有机碳、矿物结合有机碳、微生物生物量碳及可溶性有机碳,分析了不同放牧方式对土壤有机碳组分及其稳定性的影响。主要结果与结论如下:1.各放牧方式显著降低了群落地上生物量,其中2020年牛羊混牧地上生物量最低(72.9g/m~2),比对照降低了54.27%;2021年牛单牧的地上生物量最低(110.42g/m~2),比对照降低了44.16%。2020年的群落地下生物量,与对照(269.17g/m~2)相比,三种放牧方式均显著降低了群落地下生物量(牛单牧196.13g/m~2,羊单牧151.82g/m~2,牛羊混牧155.75g/m~2),降幅在27.13%—43.6%之间;2021年的地下生物量,与对照相比(255.72g/m~2),仅牛羊混牧(157.84g/m~2)显著下降,降幅为37.54%。年际间降水量的波动是造成2020与2021年度间地上生物量和地下生物量表现不一致的主要原因。2.两年内牛单牧均显著降低了土壤有机碳含量(年平均含量为10.9g/kg),而牛单牧与牛羊混牧均显著降低了易氧化有机碳含量(年平均含量分别为59.59mg/kg与70.75mg/kg);牛单牧的土壤有机碳平均降幅为23.92%,易氧化有机碳牛单牧与牛羊混牧年平均降幅为23.74%和20.86%。总有机碳和易氧化有机碳随土层深度的加深呈下降趋势,且各土层间差异均显著。3.2020年羊单牧和牛羊混牧都显著降低了颗粒有机碳含量(分别为5.21g/kg与4.72 g/kg),分别比对照降低了33.21%和39.49%;2021年颗粒有机碳在各放牧方式间无显著差异;矿物结合有机碳两年均表现为牛单牧显著降低(年平均含量为3.45g/kg),年平均降幅达46.6%;2020年羊单牧和牛羊混牧显著增加了矿物结合有机碳含量(分别为7.89 g/kg与7.68 g/kg),增幅为17.11%和14.84%。颗粒有机碳和矿物结合有机碳在牛单牧下0-30cm的土层间表现为含量差异显著,30-50cm无显著差异,羊单牧与牛羊混牧各土层间差异不显著。4.三种放牧方式均显著降低了微生物量生物量碳(分别为691.98mg/kg,768.72mg/kg,761.55mg/kg)与可溶性有机碳(57.79mg/kg,54.91mg/kg,55.85mg/kg),平均降幅分别为16.99%,和32.41%。二者年际间变化不明显。微生物生物量碳和可溶性有机碳在牛单牧下0-30cm与30-50cm处差异显著,羊单牧与牛羊混牧各土层间差异不显著。5.2020年土壤有机碳稳定性表现为对照=羊单牧>牛羊混牧>牛单牧,与对照相比牛单牧土壤有机碳稳定指数下降了58.72%;2021年其表现为牛羊混牧>对照=羊单牧>牛单牧,与对照相比,牛羊混牧土壤有机碳稳定指数增加了11.19%,而牛单牧则显著降低了30.37%。土壤有机碳稳定性受到土壤总碳和矿物结合有机碳的影响,且有一定的年度差异。
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