轻度放牧促进中国北方草甸草原生态系统碳汇功能与资源利用效率的机制研究

推荐：针对放牧强度如何影响草地生态系统碳-水交换过程这一关键问题，研究人员在内蒙古草甸草原开展梯度放牧实验，系统监测了NEE（净生态系统CO2 交换）、GPP（总初级生产力）、WUE（水分利用效率）等指标。发现轻度放牧(LG)可显著提升碳汇能力和资源利用效率，而中重度放牧(MG/HG)产生抑制作用。该研究为草地可持续管理提供了重要理论依据。

　　

【研究背景】
草地生态系统作为陆地生物圈的重要组成部分，承载着全球30-40%的碳循环调节功能。然而随着放牧活动的加剧，如何平衡畜牧业生产与生态保护成为关键科学难题。传统研究多聚焦"禁牧vs放牧"的二元对比，缺乏对放牧强度梯度的精细解析，特别是对碳汇功能与资源利用效率的协同机制认识不足。中国农业科学院团队在《Agricultural and Forest Meteorology》发表的研究，首次通过长期控制实验揭示了轻度放牧对草甸草原碳-水耦合过程的促进作用。

【关键技术】
研究团队在内蒙古呼伦贝尔草甸草原建立60公顷放牧实验平台，设置无放牧(CK)、轻度(LG)、中度(MG)和重度放牧(HG)4个梯度，采用静态箱法连续2年生长季监测CO₂
（NEE、GPP、ER）和水通量(ET、EP)，结合生物量测定与土壤理化分析，通过结构方程模型(SEM)解析驱动机制。

【研究结果】

1. 生物与非生物因子响应
   发现LG使地下生物量(BGB)增加27.5%，土壤溶解有机碳(DOC)提升13.4%，而HG导致地上生物量(AGB)降低60.3%，土壤温度(ST)显著升高。

2. 碳-水交换季节性动态
   LG使净碳吸收(NEE)增强14.3%，GPP提高11.8%，而MG/HG处理使生态系统呼吸(ER)下降23.6%。水分利用效率(WUE)在LG下达到5.74 μmol CO₂
   mmol^-1
   H₂
   O，显著高于其他处理。

3. 资源效率调控机制
   结构方程模型显示，AGB通过直接调控GPP（路径系数0.75）主导碳汇变化，而土壤NH₄
   ⁺
   -N和ST分别影响ER与ET。碳利用效率(CUE)与WUE呈非线性饱和关系。

【结论与意义】
研究验证了"中度干扰假说"在温带草甸草原的适用性，首次阐明轻度放牧(0.23 AU/ha)通过三重机制增强生态功能：①促进植物补偿生长维持AGB；②优化根系分配提升BGB/AGB比；③改善土壤养分循环。该成果为制定"碳汇型放牧"方案提供科学依据，建议将LG作为北方草原生态管理的阈值参考。未来需结合多站点长期观测，进一步验证结论在不同草地类型的普适性。