南非草原高密度放牧对土壤碳汇与植被动态的影响机制研究

为解决南非草原生态系统管理中高密度放牧(HG)与传统轮牧(CG)对土壤碳(C)循环及植被恢复的争议，研究人员通过11个围栏对比站点，分析了不同放牧模式下土壤理化性质（如有机碳、氮含量、微生物量）及植被指标（NDVI、根系生物量）。结果表明，HG在细质地土壤和湿润气候区显著提升土壤碳汇能力与植被生产力，但高载畜量导致深层土壤容重(BD)增加。该研究为草原可持续管理及全球碳循环优化提供了实证依据。

　　

南非草原作为全球碳循环的关键储库，其管理方式直接影响土壤碳汇功能与生态服务。尽管高密度放牧(HG)系统因单位面积高产和潜在碳信用收益被广泛推广，但其对土壤健康的长效影响仍缺乏科学验证。传统观点认为HG通过短时高强度放牧与长恢复期可促进植被再生，但过度放牧可能导致土壤压实、养分失衡等风险。针对这一争议，南非自由州大学等机构的研究团队在《Plant and Soil》发表论文，通过多区域围栏对比实验，揭示了HG与常规轮牧(CG)对土壤-植被系统的差异化影响。

研究采用11组相邻农场围栏对比设计，覆盖北开普省、东开普省等4个半干旱草原区。通过采集0-20 cm土层样本，测定容重(BD)、团聚体稳定性(AS)、总碳(Total C)、活性碳(AC)等指标，结合植被NDVI遥感数据与实地样方调查，量化了不同放牧模式的生态效应。

区域差异主导土壤-植被特征
主成分分析(PCA)显示，东开普省因较高降雨(580 mm)和细质地土壤(20-44%黏粉粒)，其土壤有机质(OM)和微生物量(SMB)显著高于其他区域。而北开普省沙质土壤(8-16%黏粉粒)的碳储量最低，印证了气候与质地对碳汇的基础调控作用。

高密度放牧的双刃剑效应
在细质地土壤区（如东开普省），HG使根系生物量(RB)提升30-55%，活性碳(AC)增加18-33%，归因于根系分泌物刺激微生物活性。但北开普省HG系统因载畜量超推荐值2.7倍，导致深层土壤容重(BD)升高12%，团聚体稳定性(AS)降低0.3 mm，表明长期HG可能损害沙质土壤结构。

碳汇潜力受制于管理强度
中央自由州HG农场（实施8-11年）表土碳储量提升19,197 kg C ha^-1
，但东部自由州超载4-5倍的HG站点则出现碳库下降。这表明适度HG（载畜量≤推荐值1.4倍）可实现碳增汇，而过度放牧抵消生态收益。

讨论部分指出，HG的碳汇效益高度依赖区域水热条件与土壤质地，其核心机制在于植被-土壤反馈：适度HG通过均匀粪尿分布促进养分循环，而过度放牧则通过压实作用抑制碳固定。该研究为南非草原碳信用项目提供了科学校准依据，同时警示需制定差异化放牧策略以平衡生产与生态目标。未来研究应关注HG对深层碳库(>20 cm)的长期影响及微生物群落调控途径。