內(nèi)蒙古草原生態(tài)安全屏障建設(shè)的核心是維持碳庫穩(wěn)定

摘? 要：草原是內(nèi)蒙古最大的生態(tài)系統(tǒng)碳庫，土壤是有機(jī)碳庫的主體。由于“三化”（退化、沙化、鹽堿化），內(nèi)蒙古草原已成為重要碳源。本文基于把內(nèi)蒙古草原建設(shè)成為中國(guó)北方重要生態(tài)安全屏障和國(guó)家重要畜產(chǎn)品生產(chǎn)基地總要求，立足于碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)任務(wù)，闡述了內(nèi)蒙古草原的基本生態(tài)特點(diǎn)，提出內(nèi)蒙古草原生態(tài)安全屏障建設(shè)的核心是維持草原碳庫穩(wěn)定，根本途徑是發(fā)展生態(tài)草牧業(yè)。

關(guān)鍵詞：草原碳庫? ? ?碳達(dá)峰碳中和? ? ?土壤有機(jī)碳? ? ?碳匯? ? ?碳庫穩(wěn)定? ? ?生態(tài)草牧業(yè)

草原是內(nèi)蒙古面積最大的陸地生態(tài)系統(tǒng)，是巨大的碳庫，其生態(tài)調(diào)節(jié)功能、碳平衡功能、生物多樣性保護(hù)功能和水源涵養(yǎng)功能是建設(shè)北方生態(tài)安全屏障的基本前提；草原的畜牧業(yè)生產(chǎn)資料功能和系統(tǒng)開放延伸功能，是建成國(guó)家重要畜產(chǎn)品生產(chǎn)基地、構(gòu)建完整產(chǎn)業(yè)鏈的保證。然而，以畜牧業(yè)經(jīng)濟(jì)為主體的內(nèi)蒙古草原如今整體上是處于荒漠化狀態(tài)的生態(tài)系統(tǒng)，而長(zhǎng)期的過度利用和近年來愈演愈烈的氣候變化，恰恰是草原荒漠化的主要因素。草原“三化”（退化、沙化和鹽堿化）意味著碳庫中碳的流失，“三化”越重，碳的流失越多，結(jié)果使草原生產(chǎn)潛力大量喪失，由碳匯變成碳源。這不僅是建設(shè)生態(tài)安全屏障中必須面對(duì)的現(xiàn)實(shí)難題，也是建設(shè)重要畜產(chǎn)品生產(chǎn)基地不得不應(yīng)對(duì)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。不同于國(guó)內(nèi)國(guó)外其他區(qū)域的草原，內(nèi)蒙古草原有其特有的自然稟賦和利用特點(diǎn)，應(yīng)遵循其本身的內(nèi)在規(guī)律，充分發(fā)揮碳庫效應(yīng)，努力維持草原碳庫增量穩(wěn)定，遏止碳源，形成補(bǔ)匯，爭(zhēng)取早日恢復(fù)碳匯功能。實(shí)際上，內(nèi)蒙古草原生態(tài)安全屏障建設(shè)的核心是穩(wěn)定碳庫，途徑是發(fā)展生態(tài)草牧業(yè)。

一、草原是內(nèi)蒙古最大的生態(tài)系統(tǒng)碳庫

據(jù)測(cè)算，目前中國(guó)草原生態(tài)系統(tǒng)總碳儲(chǔ)量約為427.3×108t，約占世界草地總碳儲(chǔ)量的7.5%；也有人認(rèn)為這個(gè)數(shù)據(jù)應(yīng)是大約300×108-400×108t。對(duì)內(nèi)蒙古草原的碳庫量還沒有準(zhǔn)確的測(cè)定，有學(xué)者認(rèn)為內(nèi)蒙古是中國(guó)草地植被碳庫最大的省份。如果按全國(guó)草原平均水平的一半及草原面積占比（20%）進(jìn)行估算，為約30×108-40×108t。周杰等統(tǒng)計(jì)的內(nèi)蒙古草地碳庫總計(jì)為43.93×108t，其中包括地上生物量碳庫約0.29×104t，地下生物量碳庫約2.53×108t，土壤有機(jī)質(zhì)碳庫41.11×108t。由于北方溫性草原植被具有“一歲一枯榮”的特點(diǎn)，加上食草動(dòng)物的消耗，地上部分的碳儲(chǔ)量很少且不穩(wěn)定。Yongfei Bai和Francesca Cotrufo綜述了全球草地碳庫，認(rèn)為草地儲(chǔ)存了陸地生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)碳總量的34%，其中約90%的碳儲(chǔ)存在植物根系和土壤中。一般情況下，土壤碳庫的碳儲(chǔ)量可以根據(jù)土壤碳密度和植被的生長(zhǎng)量進(jìn)行直觀測(cè)算，更多的是觀測(cè)植被的碳庫量。哈琴等在賽罕烏拉自然保護(hù)區(qū)選擇了6個(gè)草地類型，進(jìn)行了土壤50cm層及之上植被碳密度測(cè)定，并與世界主要溫性草原植被碳密度進(jìn)行了比較，證明了碳分配主要集中在地下碳庫。賽罕烏拉自然保護(hù)區(qū)草地植被地上部分與北美草原相近而低于歐洲和俄羅斯草原，地下部分和總量則遠(yuǎn)高于三者。實(shí)際上，內(nèi)蒙古草原的自然條件與北美草原近似，劣于歐洲和俄羅斯草原。賽罕烏拉之所以有較高的平均碳密度，主要是由于保護(hù)區(qū)多年保護(hù)的結(jié)果。這說明了植被保護(hù)對(duì)草原碳庫量增加的重要性。草原土壤碳庫的形成和積累是一個(gè)漫長(zhǎng)的歷史過程，影響因素很多。盡管受到嚴(yán)格保護(hù)，但由于受到氣候因素不穩(wěn)定的影響，草原形成碳匯也是困難的。人們往往通過草原植物的生物量來折算當(dāng)年的碳固定量，當(dāng)成是草原碳匯量，這是不準(zhǔn)確的。王瑞利等在賽罕烏拉自然保護(hù)區(qū)與上述相同的草原類型上，應(yīng)用DNDC模型模擬了1961-2015年間的植被碳儲(chǔ)量年度動(dòng)態(tài)，地上和地下碳儲(chǔ)量分別占9.2％和90.8％；研究時(shí)段內(nèi)31％年份表現(xiàn)為碳源；在自然保護(hù)區(qū)設(shè)立后的19a中，有7a表現(xiàn)為碳源。雖然植被地上部分碳儲(chǔ)量占比較低，但地下碳儲(chǔ)量則全部由地上的合成作用轉(zhuǎn)化而來，在干旱等氣候條件下，往往表現(xiàn)為“入不敷出”。在非保護(hù)的狀態(tài)下，又經(jīng)常有持續(xù)放牧和割草等干擾的草原，很難形成碳匯。

草原的土壤碳庫主要以有機(jī)碳的形態(tài)存在于土壤有機(jī)質(zhì)（如腐殖質(zhì)、動(dòng)植物殘?bào)w和微生物體等）中，包括非活性有機(jī)碳和活性有機(jī)碳。非活性有機(jī)碳主要是有機(jī)酸類和腐殖酸等化合物，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，常稱為難分解有機(jī)碳和惰性有機(jī)碳，是碳匯形成的標(biāo)志性物質(zhì)?；钚杂袡C(jī)碳是土壤有機(jī)碳的活性部分，有機(jī)質(zhì)易被土壤微生物分解而使碳釋放（碳源之一），主要包括微生物生物量碳、輕組有機(jī)質(zhì)碳、易礦化的碳水化合物碳等。只有土壤有機(jī)質(zhì)足夠多，在滿足自身肥力需求的情況下，把更多的活性有機(jī)碳轉(zhuǎn)變?yōu)榉腔钚杂袡C(jī)碳，減少非活性有機(jī)碳的逆轉(zhuǎn)，土壤碳庫才是穩(wěn)定的。因此，可以把以非活性有機(jī)碳構(gòu)成的碳庫稱為持久性碳庫，而把以活性有機(jī)碳構(gòu)成的碳庫稱為短時(shí)性碳庫。草原土壤有機(jī)碳始終處于非活性有機(jī)碳和活性有機(jī)碳的相互轉(zhuǎn)換過程中，土壤碳庫也是在不斷碳輸入（固碳）和碳輸出（釋碳）過程中保持相對(duì)平衡，即所謂碳匯和碳源的動(dòng)態(tài)平衡。碳匯和碳源既表示動(dòng)態(tài)過程，又表示狀態(tài)結(jié)果，任何時(shí)候只有當(dāng)草原生態(tài)系統(tǒng)碳固定量減去碳釋放量是正值時(shí)，形成碳固定增量，才有補(bǔ)匯或增匯過程。在草原氣候頂極狀態(tài)下的穩(wěn)定植物群落并有適度干擾，土壤有機(jī)碳的輸入量與分解輸出量會(huì)達(dá)到平衡，此時(shí)的土壤碳庫接近于最大值，看成是草原可以實(shí)現(xiàn)的碳儲(chǔ)存潛力值，代表著原始狀態(tài)的碳庫水平，可稱為碳庫高端平衡。在荒漠化狀態(tài)下植物群落，土壤碳庫量遠(yuǎn)低于最大值，即使碳的輸入量與輸出量達(dá)到暫時(shí)平衡，也是不穩(wěn)定的，可稱為碳庫低端平衡。從低端平衡到高端平衡之間碳庫量的差值屬于土壤碳匯虧缺，補(bǔ)虧的過程是補(bǔ)匯過程。補(bǔ)匯是把已經(jīng)釋放到大氣中的碳回收固定并存入碳庫，并沒有形成碳匯增量。在碳庫高端平衡狀態(tài)下，碳庫也并不會(huì)完全飽和，土壤非活性有機(jī)碳仍在緩慢增加，這部分增加量才真正進(jìn)入碳匯，形成碳匯增量。正常情況下，草甸土壤為黑色，草甸草原土壤為暗栗色或黑色，典型草原土壤為淡栗色至暗栗色，荒漠草原土壤為棕色，表明碳庫處于或接近高端平衡狀態(tài)，非活性有機(jī)碳越豐富，顏色越深；當(dāng)土壤顏色變淺，說明已經(jīng)是碳源。如果土壤沙化，顏色變成沙黃色，表明土壤碳已經(jīng)釋放殆盡。

二、荒漠化使內(nèi)蒙古草原成為重要碳源

內(nèi)蒙古草原整體上屬于自然生態(tài)的脆弱區(qū)，氣候變化的敏感區(qū)，能源利用的低效區(qū)，抵御干擾的弱彈區(qū)，資源消耗的超支區(qū)，這決定了對(duì)其保護(hù)要嚴(yán)，利用要輕，投入要大。而長(zhǎng)期的過度利用干擾或者掠奪式經(jīng)營(yíng)，很容易形成草原荒漠化，這已經(jīng)被無數(shù)的事實(shí)所證明。據(jù)2010年全區(qū)草原資源調(diào)查，內(nèi)蒙古“三化”草原面積占草原總面積的60.98%，較21世紀(jì)初有所減少。對(duì)退化草原的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，雖然有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但在操作中更多地是進(jìn)行橫向比較，把基況較好、土表受到破壞較少的草原都劃入正常，較少與歷史狀態(tài)進(jìn)行嚴(yán)格比對(duì)，從而低估了“三化”面積。李毓堂在20世紀(jì)80年代初統(tǒng)計(jì)，全國(guó)草原嚴(yán)重退化面積占總面積的1/3，仍在以每年200×104 hm2的速度擴(kuò)展；各類草場(chǎng)產(chǎn)草量在上世紀(jì)60年代到70年代的20a內(nèi)下降30%-50%，牧草質(zhì)量大幅下降，而投入?yún)s極低；呼倫貝爾草原產(chǎn)草量減少了65%，由60年代初的2550kg/hm2降低到80年代初的900kg/hm2。中國(guó)在20世紀(jì)90年代之前的40a，草原投入平均每年僅有0.3-0.45元/hm2，而同期的產(chǎn)出是投入的50倍。雖然單位面積產(chǎn)出量很低，但同投入的比例過于懸殊，是真正的掠奪式經(jīng)營(yíng)。由于20世紀(jì)70年代以來的草原加速荒漠化和生物量降低，內(nèi)蒙古草原目前的碳庫屬于虧缺碳庫。荒漠化使土壤有機(jī)質(zhì)降低，相關(guān)聯(lián)的生物量減少。內(nèi)蒙古草原正常狀態(tài)的土壤有機(jī)質(zhì)含量一般是草甸草原5%-7%，典型草原3%-5%，荒漠草原2%-3%；草甸都在7%以上，荒漠在1%以下。如今這些數(shù)值基本上僅存一半，也就是一半的碳已經(jīng)流失；生物量降低表明碳固定能力下降，在利用強(qiáng)度不降低的情況下，碳釋放會(huì)持續(xù)增加。以此推算，草原虧缺的土壤有機(jī)碳量大致與現(xiàn)存的量相當(dāng)，約需補(bǔ)匯30×108-40×108t。草原被開墾，碳損失量也是巨大的。內(nèi)蒙古草甸草原植被下的黑鈣土不同層次有機(jī)碳含量因農(nóng)墾分別損失34％-38％，主要發(fā)生在0-35cm處。

社會(huì)上不少人認(rèn)為草原是碳匯，會(huì)大量吸收工業(yè)排放的溫室氣體，這種觀點(diǎn)無疑是錯(cuò)誤的。僅僅計(jì)算草原每年固定CO2的量，而忽略了土壤呼吸排放的量以及被動(dòng)物采食后形成的生物損失量和由低溫室效應(yīng)氣體（CO2）轉(zhuǎn)化成高溫室效應(yīng)氣體（CH4和N2O）的排放量，很容易對(duì)草原今天的固碳作用形成誤導(dǎo)。事實(shí)上，荒漠化的普遍發(fā)生，已使內(nèi)蒙古草原成為重要碳源。在中度和重度荒漠化的草原上，已經(jīng)釋放或流失的碳量不會(huì)低于現(xiàn)有庫封存的量。如果是由于放牧過重造成的草原退化，不僅使土壤呼吸加重而造成CO2損失加快，還會(huì)通過動(dòng)物的體內(nèi)消化轉(zhuǎn)換，排放更多的CH4和N2O，放大系統(tǒng)的增溫效應(yīng)。據(jù)IPCC（聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)）測(cè)算，如果把CO2的溫室效應(yīng)看成是1個(gè)當(dāng)量，則同分量的CH4是25個(gè)，N2O是298個(gè)。在一定區(qū)域的草原放牧生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)，只有當(dāng)植物當(dāng)年合成固定的生物量碳的CO2當(dāng)量數(shù)大于系統(tǒng)排放的CO2、CH4和N2O的CO2當(dāng)量數(shù)時(shí)，草原才真正實(shí)現(xiàn)補(bǔ)匯和增匯，否則，就是碳源（圖）。在這個(gè)系統(tǒng)中，動(dòng)物采食碳包括家畜（最多）、野生動(dòng)物和昆蟲等，輸出系統(tǒng)的碳主要是家畜活體和畜產(chǎn)品碳。放牧越重，不僅采食量越大，形成CH4和N2O的量越多，還促進(jìn)微生物分解活動(dòng)，排放更多的CO2。當(dāng)然，動(dòng)物糞便也有很大一部分返還到土壤，成為土壤有機(jī)質(zhì)；如果考慮放牧刺激植物進(jìn)行補(bǔ)償性生長(zhǎng)和消耗持久性碳庫，這個(gè)關(guān)系將會(huì)更加復(fù)雜。這方面的研究至今還很薄弱。

所以，草原荒漠化不能僅看釋放了多少CO2，而應(yīng)該重視釋放的CO2當(dāng)量。例如，1頭體重400kg的成年牛每天采食8kg干草，相當(dāng)于消耗14.68kg CO2。牛的呼吸每天排放600 L CO2，相當(dāng)于1.17kg；排放350 L CH4，重量為0.25kg，相當(dāng)于6.25kg CO2當(dāng)量。干草的消化率按60%計(jì)算，每天排出的糞便約3.2kg，加上排泄的尿，根據(jù)貯藏條件的不同，產(chǎn)生不同量的N2O。放牧狀態(tài)下，糞尿都是草地露天排放，同時(shí)產(chǎn)生CO2和N2O。牛每天的體增重也固定大量碳，會(huì)隨著牛的出售或產(chǎn)品出售而轉(zhuǎn)移出草原，量也是很大的。只有當(dāng)所有排放和轉(zhuǎn)移的CO2當(dāng)量小于每天同面積草原CO2固定量，才有可能形成補(bǔ)匯和增匯。這在內(nèi)蒙古草原上是比較困難的，因?yàn)榧倚竺刻斓南暮吞寂欧艓缀跏浅?shù)，而草原牧草的生產(chǎn)只在暖季進(jìn)行。如果不能根本扭轉(zhuǎn)草原荒漠化狀況，不對(duì)目前草原土壤碳庫加以嚴(yán)格保護(hù)，不能采取措施形成補(bǔ)匯局面，草原碳中和的效應(yīng)就會(huì)是負(fù)面的。所以，應(yīng)該創(chuàng)造一切有利條件，使草原每年新形成的有機(jī)物在經(jīng)過所有的消耗后有盈余并進(jìn)入碳庫，把短時(shí)性碳庫轉(zhuǎn)變?yōu)槌志眯蕴紟?，形成補(bǔ)匯。草原生態(tài)安全屏障建設(shè)的核心材料是土壤有機(jī)碳；要抓的主要矛盾，是遏止碳源過程，增加補(bǔ)匯量；根本任務(wù)是為碳達(dá)峰碳中和做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)，起“緩沖器”作用。草原碳庫量持續(xù)增加的過程，實(shí)際上體現(xiàn)的就是生態(tài)安全屏障逐漸筑牢的過程。

三、維持碳庫穩(wěn)定是內(nèi)蒙古草原生態(tài)屏障建設(shè)的核心任務(wù)

于貴瑞等在梳理了全球、全國(guó)碳達(dá)峰碳中和現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)必須應(yīng)對(duì)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，探討了中國(guó)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的行動(dòng)方略、技術(shù)途徑與科技支撐。在具體實(shí)施方面，在草原上簡(jiǎn)單地進(jìn)行圍欄、補(bǔ)播、改良等措施，并不一定能形成碳匯，因?yàn)檫@些措施在固碳的同時(shí)，釋碳的增加更值得考慮。在人為管理措施對(duì)生態(tài)系統(tǒng)碳匯效應(yīng)（管理措施實(shí)施后的固碳速率）的影響及其定性評(píng)價(jià)中，人們習(xí)以為常的草原管理措施，包括天然草地封育、退耕還草、退化草地恢復(fù)措施、多年生混播草地建植、高產(chǎn)人工草地建植、合理控制放牧強(qiáng)度和劃區(qū)輪牧/延遲放牧，除了退耕還草外，其他措施被IPCC承認(rèn)度（該項(xiàng)管理措施是否能在目前IPCC清單編制中使用）都是“否”，主要因?yàn)檫@些措施在促進(jìn)草地固碳的同時(shí)，也增加了釋碳的風(fēng)險(xiǎn)。

影響土壤碳儲(chǔ)量和碳庫穩(wěn)定的因素主要是高強(qiáng)度放牧和氣候變暖。而在此背景下，維持草原碳庫穩(wěn)定的根本途徑是發(fā)展生態(tài)草牧業(yè)。這除了積極鼓勵(lì)發(fā)展碳排放少的非畜牧產(chǎn)業(yè)外，要嚴(yán)格控制放牧和割草對(duì)草原的利用強(qiáng)度。從科學(xué)利用的角度考慮，控制草原放牧場(chǎng)的載畜率和割草場(chǎng)的割草頻次與留茬高度，是保護(hù)草原的核心措施。國(guó)外學(xué)者對(duì)放牧強(qiáng)度與根系生長(zhǎng)量和分布深度的關(guān)系都做過長(zhǎng)期觀測(cè)研究，如果草原植物地上部分被采食掉少于50%，對(duì)根系影響很??；當(dāng)被采食70%，一半的根系停止生長(zhǎng)超過2周，根系分布變淺；當(dāng)被采食90%，所有的根系都停止生長(zhǎng)超過2周，根量大量減少。如果是采食較多，又過于頻繁，或者是在開花結(jié)實(shí)期被大量采食，植物只有死亡。所以，要大力發(fā)展生態(tài)草牧業(yè)，積極應(yīng)對(duì)氣候變化。當(dāng)然，必須依靠法治和科技進(jìn)步，并做好科普宣傳，使全社會(huì)對(duì)維持草原碳庫穩(wěn)定性的極端重要性有充分認(rèn)識(shí)。

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（作者單位：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院）

責(zé)任編輯：張莉莉