晉北賴草草地生態(tài)系統(tǒng)碳通量對不同放牧強度的響應(yīng)

摘要：草地生態(tài)系統(tǒng)是最主要的陸地生態(tài)系統(tǒng)之一，其碳循環(huán)過程在全球碳平衡中具有重要作用。為探討草地生態(tài)系統(tǒng)碳通量對不同放牧強度的響應(yīng)，本研究以晉北賴草草地為研究對象，動態(tài)監(jiān)測不放牧、輕度放牧、中度放牧和重度放牧下生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換、生態(tài)系統(tǒng)呼吸和生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力。結(jié)果顯示，2017年不同放牧強度對生態(tài)系統(tǒng)碳通量影響不顯著；2018年中度和重度放牧通過改變土壤溫度和凈初級生產(chǎn)力，一定程度上提高生態(tài)系統(tǒng)呼吸和生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力，但對生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換影響不顯著。因此，晉北賴草草地生態(tài)系統(tǒng)碳通量對不同放牧強度的響應(yīng)與放牧年限相關(guān)。

關(guān)鍵詞：生態(tài)系統(tǒng)呼吸；放牧強度；賴草草地；生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力；生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換

中圖分類號：S812文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1007-0435（2023）03-0819-08

Responses of Ecosystem Carbon Fluxes to Different Grazing Intensities in

Leymus secalinus Grassland of Northern Shanxi

LI Xin-ke1， YANG He-ming1， WANG Chang-hui1，2，3， DONG Kuan-hu1，2，3，

ZHANG Xiao-lin1，2，3*， DIAO Hua-jie1，2，3*

（1. College of Grassland Science， Shanxi Agricultural University， Taigu， Shanxi Province 030801， China; 2. Youyu Loess Plateau

Grassland Ecosystem Research Station， Youyu， Shanxi Province 037200， China; 3. Shanxi Key Laboratory of Grassland

Ecological Protection and Native Grass Germplasm Innovation， Taigu， Shanxi Province 030801， China）

Abstract：Grassland ecosystem is one of the most important terrestrial ecosystems，and its carbon cycle processes play an important role in the global carbon balance. In order to explore the response of ecosystem carbon fluxes to different grazing intensities，this study was conducted in Leymus secalinus grassland of northern Shanxi. We dynamically monitored net ecosystem carbon exchange，ecosystem respiration and gross primary productivity under ungrazing，light grazing，moderate grazing and heavy grazing. The results showed that different grazing intensities had no significant effect on ecosystem carbon fluxes in 2017. In 2018，moderate and heavy grazing increased ecosystem respiration and gross primary productivity to some extent by changing soil temperature and net primary productivity，but still had no significant effect on net ecosystem carbon exchange. Therefore，the results of this study indicate that the response of ecosystem carbon fluxes to different grazing intensities is related to grazing years.

Key words：Ecosystem respiration;Grazing intensities;Leymus secalinus grassland; Gross primary productivity;Net ecosystem carbon exchange

草地作為全球分布最廣泛的植被類型之一，對于固定大氣中的CO2以及減緩全球氣候變化起到重要作用［1］。我國草地總面積約為2.6億hm2，覆蓋27.5%的陸地面積［2］。放牧是草地的最主要利用方式之一，合理的放牧活動不但有助于維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，而且很大程度促進了當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟文化發(fā)展［3］。但是人類活動的干預(yù)，尤其是過度放牧，引起草地的嚴(yán)重退化和生產(chǎn)力持續(xù)衰減，破壞草地生態(tài)系統(tǒng)碳通量，最終影響生態(tài)系統(tǒng)碳交換［4］。目前，生態(tài)系統(tǒng)碳通量對放牧強度的響應(yīng)沒有一致結(jié)論，有研究表明高寒草甸系統(tǒng)在中度放牧下，生態(tài)系統(tǒng)具有較高的碳匯水平［5］，也有研究表明放牧強度增加會逐漸減弱草原的固碳潛力［6］，還有研究發(fā)現(xiàn)放牧對草地碳通量沒有顯著影響［7］。

放牧家畜主要通過采食、排泄、踐踏三種方式改變生態(tài)系統(tǒng)草地植被和土壤理化特征，進而影響生態(tài)系統(tǒng)碳通量［8］。放牧過程中家畜的采食行為減少草地地上生物量，影響植被蓋度，增加太陽短波輻射透入，引起表層土壤溫度和土壤含水量的變化，影響植被生長及群落組成結(jié)構(gòu)，進而影響草地生態(tài)系統(tǒng)碳通量［9］。其次，家畜的糞便歸還，增加了土壤有機質(zhì)的輸入，進而增加土壤呼吸［10-11］。另外，放牧過程中家畜的踐踏改變了土壤緊實度，造成土壤容重的增大，土壤滲透率降低，植被生長受到影響，從而影響草地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過程［12］。研究放牧強度對晉北賴草草地生態(tài)系統(tǒng)碳通量的影響特征及規(guī)律，對于正確評估賴草草地生態(tài)系統(tǒng)的碳收支，探討區(qū)域碳循環(huán)的平衡機制等有著十分重要的意義。

本研究旨在探討不同放牧強度對草地生態(tài)系統(tǒng)碳通量的影響，選取晉北賴草草地生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，對不放牧、輕度放牧、中度放牧和重度放牧下，生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換、生態(tài)系統(tǒng)呼吸和生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力進行監(jiān)測，分析賴草草地生態(tài)系統(tǒng)碳通量的季節(jié)變化，闡明不同放牧強度下生態(tài)系統(tǒng)碳通量與環(huán)境因素的關(guān)系，為晉北賴草草地生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展管理提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究地概況

本研究依托山西右玉黃土高原草地生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站不同放牧強度試驗平臺進行，站點位于山西省朔州市右玉縣威遠鎮(zhèn)（112° 19′ E，39° 59′ N），海拔約1 348 m。該地區(qū)氣候為溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫4.6℃，最低月均溫為－14.0℃，最高月均溫為20.2℃，無霜期約100～120 d。年均降水量435 mm（1991—2018年），降水多集中于7—8月，占全年降雨量60%以上。試驗地主要土壤類型為堿性栗鈣土，試驗地屬暖溫帶半干旱草地，主要生長賴草（Leymus secalinus）、鵝絨委陵菜（Potentilla anserina）、堿茅（Puccinellia distans）、艾蒿（Artemisia argyi Levl）、蒲公英（Taraxacum mongolicum）等，賴草作為主要優(yōu)勢種，占總生物量60%以上。

2017年該地區(qū)生長季（5—9月）日平均氣溫為17.6℃，降水量為292.1 mm，最高氣溫為25.8℃，單次降水量最大為88.0 mm。2018年該地區(qū)生長季日平均氣溫為16.9℃，降水量為460.8 mm，最高氣溫為24.5℃，單次降水量最大為153.6 mm。

1.2試驗設(shè)計

不同放牧強度試驗平臺建立于2016年。本試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)置4個放牧強度：不放牧（UG）、輕度放牧（LG，2.35 羊單位·hm-2·a-1），中度放牧（MG，4.80 羊單位·hm-2·a-1）和重度放牧（HG，7.85 羊單位·hm-2·a-1）。每個處理4個重復(fù)，共16個實驗小區(qū)，采用鐵絲網(wǎng)圍欄隔開小區(qū)，每個小區(qū)面積約0.2 hm2。選擇體重為25 kg左右、健康狀況良好的綿羊，在每年6月初開始放牧，9月底停止放牧活動，期間持續(xù)放牧，放牧?xí)r間共4個月［13-14］。

1.3測定指標(biāo)及方法

1.3.1生態(tài)系統(tǒng)碳通量的測定每年生長季（5—9月）測定賴草草地生態(tài)系統(tǒng)碳通量，選擇晴朗無云的早晨8：00—12：00之間，每2周測定一次。生態(tài)系統(tǒng)碳通量使用LI-840紅外氣體分析儀（LI-COR，USA）連接自制透明同化箱（0.5 m×0.5 m×0.5 m）進行測定，箱體內(nèi)部裝有兩個風(fēng)扇，用于加速混合氣體。試驗開始前，在每個小區(qū)內(nèi)安裝鐵框底座（0.5 m×0.5 m×0.1 m），同化箱底座嵌入地下8 cm，底座框與地表緊密貼合。測定時，將同化箱放置在鐵框底座上，緊密貼合，LI-840軟件記錄數(shù)據(jù)，記錄時間為80 s。生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換測定結(jié)束后，同化箱蓋上黑色遮光罩，側(cè)搬同化箱進行通風(fēng)，待箱內(nèi)CO2與大氣氣體相近，再次將同化箱放置在鐵框底座上，進行生態(tài)系統(tǒng)呼吸的測定，數(shù)據(jù)記錄以及測定時間與生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換相同。最后，采用公式計算生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力。

CO2通量采用以下公式進行計算［15］：

Fc=V×Pav（1 000-Wav）R×S（Tav+273）×dcdt（1）

其中，F(xiàn)c為生態(tài)系統(tǒng)CO2通量（μmol·m-2·s-1）;V為箱體的體積，即V=同化箱長×寬×（箱體高度+底座露出地上部的高度）；Pav為測量期間箱體內(nèi)的平均大氣壓強（kPa）；Wav是測量期間箱體內(nèi)的水氣分壓（mmol·mol-1）；R是大氣常數(shù)8.314 J·mol-1·K-1；S是同化箱的面積；Tav是測量期間箱體內(nèi)的平均溫度（℃）；dc/dt為測定期間CO2濃度變化的斜率。

生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力通過以下公式進行計算：

GPP=ER-NEE（2）

其中，NEE （Net ecosystem carbon exchange）為生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換，指生態(tài)系統(tǒng)與大氣之間CO2的凈交換量［16］。ER （Ecosystem respiration）為生態(tài)系統(tǒng)呼吸，指生態(tài)系統(tǒng)通過呼吸作用向大氣中釋放CO2的速率，由植被冠層呼吸和土壤呼吸兩部分組成［17］。GPP （Gross primary productivity）為生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力，表示單位時間內(nèi)植被通過光合作用所固定的CO2的量［18］。

1.3.2土壤基本理化性質(zhì)的測定在測定生態(tài)系統(tǒng)碳通量的同時，使用數(shù)字式地溫計（M-SP-E-17，北京）測量0～10 cm土壤溫度。土壤含水量使用便攜式土壤水分速測儀（TDR-300，USA）測定。

土壤容重采用環(huán)刀法［19］，于每年8月進行，在每個小區(qū)內(nèi)用高度5 cm，體積100 cm3的環(huán)刀，分0～5 cm和5～10 cm不同土層取出土樣，樣品105℃烘干至恒重并稱重，計算土壤容重。

土壤pH采用電位法，稱取過2 mm篩的風(fēng)干土樣10 g于100 ml燒杯中，加入25 ml去離子水，攪拌均勻后靜置30 min，將飽和甘汞電極插入土壤上部澄清液中，待數(shù)值穩(wěn)定后，記錄pH值。

1.3.3凈地上初級生產(chǎn)力、凈地下初級生產(chǎn)力和植被蓋度的測定凈地上初級生產(chǎn)力（ANPP，Aboveground net primary productivity）的測定采用收獲法［20］。于每年8月中旬，在每個小區(qū)內(nèi)隨機選擇3條1 m×0.2 m的樣方，齊地面剪取內(nèi)的植物，樣品105℃殺青30 min，在65℃下烘干至恒重后稱量并計算。

凈地下初級生產(chǎn)力（BNPP，Underground net primary productivity）的測定采用根鉆法［21］。在生長季開始前，在每個小區(qū)內(nèi)用7 cm根鉆分 0～10 cm，10～20 cm，20～30 cm不同土層取出土樣，每層取4鉆土均勻混合，分層過2 mm篩，挑出細根，按照土層再回填，并用PVC管標(biāo)記地點。在生長季結(jié)束后，用7 cm根鉆在標(biāo)記點處按不同的土層取出土樣，裝入網(wǎng)袋，清水沖洗干凈，進行晾曬，挑出根系分別裝入信封袋中，在65℃下烘干至恒重后稱重并計算。

植物群落蓋度采用網(wǎng)格法于每年8月中旬進行調(diào)查，將1 m×1 m的鐵框分為100個1 cm×1 cm的小網(wǎng)格，計算群落物種所占的網(wǎng)格比例。

1.4數(shù)據(jù)處理

采用Excel進行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的輸入與整理，數(shù)據(jù)分析采用SPSS 20.0，作圖使用Origin 2021軟件。采用重復(fù)測量方差分析法檢驗放牧強度對生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換、生態(tài)系統(tǒng)呼吸和生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力的影響，單因素方差分析檢驗各放牧處理下碳通量及其組分的顯著性，采用雙變量相關(guān)分析中的Pearson相關(guān)分析，分析生態(tài)系統(tǒng)碳通量及其組分與土壤容重、土壤pH的相關(guān)性。選擇線性或非線性回歸分析，分析碳通量及其組分與土壤溫度、土壤含水量、土壤容重、土壤pH、凈地上初級生產(chǎn)力、凈地下初級生產(chǎn)力和植被蓋度的關(guān)系。

2結(jié)果與分析

2.1賴草草地生態(tài)系統(tǒng)碳通量對不同放牧強度的響應(yīng)

賴草草地生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換、生態(tài)系統(tǒng)呼吸和生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力，在連續(xù)兩年的放牧中均表現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化，呈現(xiàn)出單峰曲線的變化，均隨著生長季的推進呈現(xiàn)先増加后減少的規(guī)律。

2.1.1賴草草地生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換對不同放牧強度的響應(yīng)賴草草地生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換在生長季表現(xiàn)出明顯的“V”型變化（圖1a，1b）。生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換在2017年以不放牧最高，為（－8.36±0.73）μmol·m-2·s-1，以中度放牧最小，為（－0.92±0.74）μmol·m-2·s-1。在2018年以重度放牧最高，為（－7.64±0.31）μmol·m-2·s-1，以輕度放牧最小，為（－0.48±0.20）μmol·m-2·s-1。兩年的最大值出現(xiàn)在8月或9月，最小值均出現(xiàn)在5月。

重復(fù)測量方差分析結(jié)果顯示，2017和2018年不同放牧強度對生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換無顯著影響（表1）。2017年，取樣時間對生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換有極顯著影響（Plt;0.001，表1），2018年，取樣時間對生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換有顯著影響（Plt;0.05，表1）。2018年放牧強度與取樣時間的交互作用對生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換有顯著影響（Plt;0.05，表1）。

2.1.2賴草草地生態(tài)系統(tǒng)呼吸對不同放牧強度的響應(yīng)賴草草地生態(tài)系統(tǒng)呼吸表現(xiàn)出單峰曲線變化規(guī)律，7月和8月較高，生長季初期的5月和末期的9月較低（圖1 d，1e）。生態(tài)系統(tǒng)呼吸在2017年以不放牧最高，為（9.73±1.17）μmol·m-2·s-1，以中度放牧最小，為（2.41±0.29）μmol·m-2·s-1。在2018年以重度放牧最高，為（14.25±2.94）μmol·m-2·s-1，以輕度放牧最小，為（0.99±0.46）μmol·m-2·s-1。兩年的最大值出現(xiàn)在7月或8月，最小值均出現(xiàn)在9月。

重復(fù)測量方差分析結(jié)果顯示，2017年，不同放牧強度對生態(tài)系統(tǒng)呼吸無顯著影響，但2018年放牧一定程度上提高生態(tài)系統(tǒng)呼吸，中度放牧和重度放牧下生態(tài)系統(tǒng)呼吸較輕度放牧分別高46.82%和49.54%。與不放牧相比，中度放牧和重度放牧下的生態(tài)系統(tǒng)呼吸分別增加40.20%和42.80%。取樣時間對生態(tài)系統(tǒng)呼吸有極顯著影響（Plt;0.001，表1），2018年放牧強度與取樣時間的交互作用對生態(tài)系統(tǒng)呼吸有極顯著影響（Plt;0.001，表1）。

2.1.3賴草草地生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力對不同放牧強度的響應(yīng)賴草草地生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力表現(xiàn)出單峰曲線變化規(guī)律，7月和8月較高，生長季初期的5月和末期的9月較低（圖1 g，1 h）。生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力在2017年以中度放牧最高，為（15.07±3.10）μmol·m-2·s-1，以輕度放牧最小，為（4.24±0.62）μmol·m-2·s-1。在2018年以重度放牧最高，為（19.90±3.42）μmol·m-2·s-1，以輕度放牧最小，為（2.39±0.38）μmol·m-2·s-1。兩年的最大值出現(xiàn)在7月或8月，最小值均出現(xiàn)在9月。

重復(fù)測量方差分析結(jié)果顯示，2017年，不同放牧強度對生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力無顯著影響，但2018年放牧一定程度上提高生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力，中度放牧和重度放牧下生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力較輕度放牧分別高39.19%和42.20%。相對于不放牧，中度放牧和重度放牧下的生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力分別增加28.22%和30.99%。2017年，取樣時間對生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力有極顯著影響（Plt;0.001，表1），2018年，取樣時間對生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力有顯著影響（Plt;0.05，表1）。2018年放牧強度與取樣時間的交互作用對生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力有顯著影響（Plt;0.05，表1）。

2.2不同放牧強度下賴草草地生態(tài)系統(tǒng)碳通量與土壤因素的關(guān)系

2.2.1賴草草地生態(tài)系統(tǒng)碳通量與土壤溫度、土壤含水量的關(guān)系生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換與土壤溫度的呈線性相關(guān)關(guān)系（圖2a，Plt;0.05），生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換在不放牧處理下與土壤溫度相關(guān)性最高，可以解釋其19.6%的變化。生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換在中度放牧處理下與土壤含水量的呈線性相關(guān)關(guān)系（圖2b，Plt;0.05），可以解釋其10.0%的變化。不同放牧強度下，生態(tài)系統(tǒng)呼吸和生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力與土壤溫度均存在極顯著相關(guān)性（圖2c，2e，Plt;0.001），生態(tài)系統(tǒng)呼吸和生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力在輕度放牧處理下與土壤溫度相關(guān)性最高，可以分別解釋其75.3%和57.9%的變化。不同放牧強度下，生態(tài)系統(tǒng)呼吸、生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力與土壤含水量均無顯著相關(guān)性（圖2d，2f）。

2.2.2賴草草地生態(tài)系統(tǒng)碳通量與土壤容重、土壤pH的關(guān)系2017年，碳通量及其各組分與土壤容重均不存在顯著相關(guān)性（表2），2018年，生態(tài)系統(tǒng)呼吸與土壤容重存在顯著相關(guān)（表2）。2017和2018年，碳通量及其各組分與土壤pH均不存在顯著相關(guān)性（表2）。

2.3不同放牧強度下賴草草地生態(tài)系統(tǒng)碳通量與植物因素的關(guān)系

不同放牧強度下，生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換與凈地上初級生產(chǎn)力均無顯著相關(guān)性（圖3a）。輕度放牧處理下，生態(tài)系統(tǒng)呼吸和生態(tài)系統(tǒng)總生產(chǎn)力與凈地上初級生產(chǎn)力呈線性相關(guān)關(guān)系（圖3d，3g，Plt;0.05），隨著凈地上初級生產(chǎn)力的增加而增加，可以分別解釋其64.4%和71.4%的變化。不同放牧強度下，生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換、生態(tài)系統(tǒng)總生產(chǎn)力與凈地下初級生產(chǎn)力均無顯著相關(guān)性（圖3b，3h）。不放牧處理下，生態(tài)系統(tǒng)呼吸與凈地下初級生產(chǎn)力的二次非線性關(guān)系達到顯著水平（圖3e，Plt;0.05），凈地下初級生產(chǎn)力可以解釋生態(tài)系統(tǒng)呼吸59.8%的變化。不同放牧強度下，生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換、生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力與植被蓋度無顯著相關(guān)性（圖3c，3i，Plt;0.05）。除不放牧樣地以外，生態(tài)系統(tǒng)呼吸與植被蓋度均呈指數(shù)正相關(guān)關(guān)系（圖3f，Plt;0.05），輕度放牧、中度放牧和重度放牧處理下植被蓋度可分別解釋生態(tài)系統(tǒng)呼吸65.0%，67.3%和65.2%的變化。

3討論

3.1放牧強度對生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換的影響

賴草草地生態(tài)系統(tǒng)碳通量呈單峰曲線，隨生長季的推進，先增加后降低的規(guī)律。胡毅等［22］研究發(fā)現(xiàn)天山北坡山地草甸草原生態(tài)系統(tǒng)碳交換均表現(xiàn)為明顯的季節(jié)變化，呈單峰曲線。適度放牧有利于草地生態(tài)系統(tǒng)的碳固定［23］，但隨著放牧強度逐漸增大，生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換顯著降低［24］。本研究發(fā)現(xiàn)不同放牧強度下，生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換無顯著差異，原因可能是放牧通過影響生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力和生態(tài)系統(tǒng)呼吸來影響生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換，兩者的響應(yīng)方向一致，從而導(dǎo)致放牧對生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換的影響不顯著。此外，土壤溫度和土壤含水量作為影響賴草草地生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換的兩個重要因子，其中，土壤溫度主要通過影響土壤生物新陳代謝速率來影響土壤CO2排放［25］，土壤水分狀況是植被進行光合作用以及蒸騰作用的重要限制因子［26-27］。動物采食可以直接減少地上生物量，間接地提高土壤溫度，降低土壤含水量，最終導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換對放牧的響應(yīng)不顯著。因此，在放牧對該草地生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換的影響，受土壤溫度和土壤含水量的共同調(diào)控。

3.2放牧強度對生態(tài)系統(tǒng)呼吸的影響

生態(tài)系統(tǒng)呼吸由植物冠層呼吸和土壤呼吸兩個部分組成［28］。而放牧對生態(tài)系統(tǒng)呼吸的影響是非常復(fù)雜的，可能受到多種因素調(diào)節(jié)，包括土壤溫度、土壤容重、地上凈初級生產(chǎn)力、地下凈初級生產(chǎn)力和植被蓋度等。不同放牧強度對生態(tài)系統(tǒng)呼吸的結(jié)果有較大差異，有增加生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率的，也有降低生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率的［29-30］。

本研究發(fā)現(xiàn)放牧一定程度上提高生態(tài)系統(tǒng)呼吸。雖然動物的踐踏行為使得土壤更加緊實，增大土壤容重，改變土壤緊實度和透水性，使土壤呼吸減弱，從而降低生態(tài)系統(tǒng)呼吸，但是動物排泄物的歸還，使得土壤表層溫度升高，植物根系呼吸和微生物呼吸速率加快，促進土壤呼吸增加，增加生態(tài)系統(tǒng)呼吸。采食使得地上生物量減少，促進土壤溫度升高，提高微生物和酶的活性，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)呼吸增加。此外，研究表明，在草地生態(tài)系統(tǒng)中，生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力會影響生態(tài)系統(tǒng)呼吸［31-32］。生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力的提高也會提供更多可利用的物質(zhì)供植物呼吸，從而提高生態(tài)系統(tǒng)呼吸。綜合效應(yīng)下，放牧通過影響植物生物量和土壤理化性質(zhì)，提高生態(tài)系統(tǒng)呼吸。

3.3放牧強度對生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力的影響

通常認為放牧?xí)档蜕鷳B(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力，因為放牧?xí)斐傻闹脖挥行Ч夂厦娣e降低和群落所能截獲的光能降低［33］。然而，研究表明，放牧可以提高生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力，Zhang等［34］發(fā)現(xiàn)，在輕度放牧下，高寒草甸的生產(chǎn)力較高，因為放牧減少凋落物的積累，提高葉片光合效率，并且動物啃食后新生的葉片也有較高的光合效率。

本研究結(jié)果顯示，放牧一定程度上提高生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力。一方面在于適度放牧有利于草地通過補償性生長達到最大水平的地上凈初級生產(chǎn)力，進而提高生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力。中度干擾假說認為，中等程度干擾有利于維持更高的群落生產(chǎn)力和多樣性［35］。適度放牧可以加速營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)，促進資源再分配，提高牧草光合能力，對牧草有補償生長的作用［36］。另一方面是由于放牧的踐踏行為減少凋落物，表層土壤溫度升高，有利于早春植物的返青，進而提高生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力。隨著放牧強度的增加，生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力受地上凈初級生產(chǎn)力和土壤溫度影響而增加。

4結(jié)論

不同放牧強度下，賴草草地生態(tài)系統(tǒng)碳通量均表現(xiàn)為明顯的碳吸收狀態(tài)，在生長旺季達到峰值。在試驗初期，不同放牧強度對生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換沒有顯著影響，但增加生態(tài)系統(tǒng)呼吸和總初級生產(chǎn)力，主要受到土壤溫度和凈初級生產(chǎn)力調(diào)控。因此，為了更準(zhǔn)確地估算放牧強度對生態(tài)系統(tǒng)碳通量的影響，有必要在該區(qū)域制定合理的放牧制度，并開展長期觀測的放牧試驗。

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（責(zé)任編輯彭露茜）