黃土丘陵區(qū)退耕草地土壤碳庫管理指數(shù)對放牧的響應(yīng)

馬 寧，趙允格，馬昕昕，李 雯，喬 羽，孫 會(huì)，許明祥,4*

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院，陜西 楊凌 712100； 2.中國科學(xué)院水利部水土保持研究所，陜西 楊凌 712100；3.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，陜西 楊凌 712100； 4.西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所，陜西 楊凌 712100)

草地是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，其碳儲(chǔ)量占陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的1/3[1]。草地土壤碳庫的科學(xué)管理對穩(wěn)定大氣CO2濃度，減緩全球氣候變暖具有重要意義。土壤碳庫中有機(jī)碳(SOC)和活性有機(jī)碳(LOC)含量是表征SOC固存和穩(wěn)定性的主要指標(biāo)[2]。Blair等[3]提出的碳庫管理指數(shù)(CPMI)結(jié)合了兩者，可反映不同管理措施下SOC數(shù)量和質(zhì)量變化，其值升高，表明碳庫向良性方向發(fā)展，反之，則表明碳庫質(zhì)量下降。目前該指數(shù)被廣泛應(yīng)用于不同施肥處理和不同土地利用類型下土壤有機(jī)碳庫質(zhì)量評(píng)價(jià)中[4-6]。在草地生態(tài)系統(tǒng)中，該指數(shù)對評(píng)價(jià)不同管理方式下碳庫質(zhì)量變化，指導(dǎo)草地資源可持續(xù)利用具有重要作用。

黃土高原自1999年實(shí)施退耕還林(草)工程以來，形成了大面積的退耕草地[7]。植被的恢復(fù)，一方面增加了SOC輸入[8]，另一方面降低了侵蝕導(dǎo)致的碳流失[9]，顯著改變了碳庫質(zhì)量。目前該工程的實(shí)施對土壤碳庫的影響是政府部門和眾多學(xué)者關(guān)注的重要科學(xué)問題，已有國家重大專項(xiàng)項(xiàng)目對此展開深入研究(XDA050500403)，研究表明，退耕草地SOC固存量較坡耕地增加27%[10]，LOC含量增加40%～50%[11-12]，CPMI提升53%[11]，土壤碳庫向良性方向發(fā)展[11-12]。

放牧作為一種重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，在黃土高原生產(chǎn)生活中占有重要地位，是影響草地SOC儲(chǔ)量及穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。一方面，牲畜通過采食、踐踏及排泄等過程直接影響SOC活性，另一方面，放牧通過影響土壤容重、孔性、養(yǎng)分含量、碳氮比及微生物活性和數(shù)量等間接影響SOC分解轉(zhuǎn)化。目前關(guān)于放牧對SOC含量和活性影響的相關(guān)研究主要在內(nèi)蒙古草原、青藏高原和新疆高寒草甸等地區(qū)開展，主要研究結(jié)果表明隨放牧強(qiáng)度的增加土壤SOC含量、活性和CPMI呈先增加后降低趨勢[13-14]，即中度放牧有利于SOC質(zhì)量提升，但也有研究表明隨放牧強(qiáng)度的增加SOC含量、活性和CPMI呈先降低后增加[15]或逐漸降低趨勢[16-17]。由于研究區(qū)域、放牧歷史、植被類型等的不同，放牧對SOC質(zhì)量的影響存在區(qū)域分異特征。

在黃土高原地區(qū)，已有研究關(guān)注到放牧條件下SOC變化。高陽等[18]和陳芙蓉等[19]在黃土高原西部的研究表明，與封禁地相比，放牧降低SOC含量；Li等[20]的研究發(fā)現(xiàn)，封禁地土壤LOC含量顯著高于放牧地。然而，目前從CPMI角度解釋不同放牧強(qiáng)度下土壤碳庫質(zhì)量變化的研究較少；此外，黃土丘陵區(qū)原始土地利用類型為坡耕地，較少有研究將放牧地與封禁地和坡耕地進(jìn)行雙向比較，難以全面評(píng)估放牧條件下SOC質(zhì)量變化。為此，本研究以黃土丘陵區(qū)不同放牧強(qiáng)度下退耕草地SOC質(zhì)量變化作為研究目標(biāo)，以該區(qū)4個(gè)不同區(qū)域典型退耕草地為研究對象，以各區(qū)封禁地和坡耕地為對照，通過野外調(diào)查，結(jié)合室內(nèi)分析，研究不同放牧強(qiáng)度下土壤CPMI變化特征，為區(qū)域退耕草地SOC質(zhì)量評(píng)估和可持續(xù)管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究在黃土丘陵區(qū)進(jìn)行，該區(qū)地處我國中部偏北(34～40°N，103～114°E)，總面積約6.4×105km2，溫帶大陸性季風(fēng)氣候，氣溫和降雨沿東南向西北遞減，多年平均氣溫9～12℃，多年平均降雨量在200～700 mm之間，多墚、峁、溝谷和壟板地形。自實(shí)施退耕還林(草)工程以來，該區(qū)植被覆蓋度由31.6%提高到63.6%[21]。黃土丘陵區(qū)不同區(qū)域降水、植被和土壤等存在較大差異，為增強(qiáng)研究結(jié)果的可靠性，本研究沿該區(qū)不同降雨量帶共選擇4個(gè)典型退耕還草區(qū)，分別為陜西神木、定邊、安塞及寧夏固原，各區(qū)域分布情況見圖1。

1.2 樣地選擇

2020年5—9月，在各研究區(qū)以當(dāng)?shù)赜醒蛑淮鏅诘酿B(yǎng)殖戶為中心展開調(diào)查[22]，在放牧活動(dòng)最遠(yuǎn)離開村落5 km范圍內(nèi)，以半徑為1 km的間隔進(jìn)行調(diào)查。在每個(gè)間隔內(nèi)隨機(jī)選擇2～3個(gè)退耕20年以上的典型坡地草地，于各樣地中隨機(jī)調(diào)查4～5個(gè)5 m×5 m樣方內(nèi)的羊糞球數(shù)，調(diào)查地表羊糞球密度，同時(shí)根據(jù)各樣地形狀均勻布設(shè)4～5個(gè)1 m×1 m樣方，調(diào)查植被種類、蓋度、地上生物量等基本信息。結(jié)合羊糞球密度[23]、地表植被蓋度和地上生物量指標(biāo)表征放牧強(qiáng)度變化，按照距離農(nóng)戶由遠(yuǎn)及近將各放牧樣地分為輕度、中度和重度放牧強(qiáng)度樣地，表示為G1，G2和G3。各研究區(qū)不同放牧強(qiáng)度樣地個(gè)數(shù)分別為神木12個(gè)，定邊13個(gè)，安塞6個(gè)，固原12個(gè)，以各區(qū)嚴(yán)格封禁坡地草地和坡耕地為對照，各樣地相距3 km。不同放牧強(qiáng)度樣地信息見表1。

圖1 研究區(qū)分布圖Fig.1 The distributions of study areas

表1 樣地基本概況Table1 Characteristics of studied sites

1.3 指標(biāo)調(diào)查與樣品采集

記錄樣地經(jīng)緯度、海拔、坡向、坡度等基本信息，同時(shí)根據(jù)各樣地形狀均勻布設(shè)4～5個(gè)1 m×1 m樣方，調(diào)查植被種類、蓋度基本信息，剪除并收集樣方內(nèi)植被地上部分，同時(shí)收集枯落物，測定生物量。用直徑為9 cm的根鉆采集0～20 cm土壤，每個(gè)樣地隨機(jī)取3鉆，混合過篩，用清水沖根，并于70℃烘干至恒重，測定地下生物量。

在每個(gè)樣地隨機(jī)選擇3個(gè)采樣點(diǎn)，采集0～20 cm土層土樣，三點(diǎn)混合作為一個(gè)分析樣，樣品風(fēng)干剔除石礫、植物殘?bào)w后，過18目和60目篩進(jìn)行土壤基本理化屬性及LOC的測定。

1.4 測定指標(biāo)與方法

土壤有機(jī)碳SOC采用重鉻酸鉀容量法測定[24]，全氮(Total nitrogen,TN)采用凱氏定氮法測定[24]，活性有機(jī)碳LOC采用333 mmol·L-1高錳酸鉀氧化法測定[25]，土壤pH值采用電位法測定，土壤機(jī)械組成采用馬爾文激光粒度分析法測定。以坡耕地為參照土壤，依據(jù)公式(1)—(5)進(jìn)行碳庫管理指數(shù)CPMI的計(jì)算。

CPI=SOC/SOC0

(1)

NLOC=TOC-LOC

(2)

A=LOC/NLOC

(3)

AI=A/A0

(4)

CPMI=CPI×AI×100

(5)

式(1)—(5)中，SOC為土壤有機(jī)碳含量，單位：g·kg-1；SOC0為坡耕地土壤有機(jī)碳含量，單位：g·kg-1；LOC為活性有機(jī)碳含量(Labile organic carbon content)，單位：g·kg-1；NLOC為非活性有機(jī)碳含量(Non-labile organic carbon content)，單位：g·kg-1；CPI為碳庫指數(shù)(Carbon pool index)；A為碳庫活度(Carbon pool activity)；A0為坡耕地碳庫活度(Carbon pool activity of sloping farmlands)；AI碳庫活度指數(shù)(Carbon pool activity index)；CPMI為碳庫管理指數(shù)(Carbon pool management index)。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS25.0對封禁地、放牧地和坡耕地土壤有機(jī)碳、活性有機(jī)碳和碳庫管理指數(shù)及相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)、方差齊性檢驗(yàn)和單因素方差分析(One-way ANOVA)，方差齊性時(shí)采用LSD進(jìn)行多重比較(α=0.05)，方差不齊時(shí)用Tamhane’s T2法進(jìn)行多重比較。用Origin2021制圖，圖表中的數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。將各地區(qū)CPI和AI作為響應(yīng)變量，地上生物量、地下生物量、枯落物生物量、羊糞球密度及土壤理化屬性等作為環(huán)境因子，用CANOCO 5.0軟件進(jìn)行冗余分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 放牧對不同區(qū)域土壤有機(jī)碳含量的影響

如圖2所示，神木和安塞封禁地SOC含量較各區(qū)坡耕地降低14.3%和27.3%，定邊則升高22.0%，但這三個(gè)地區(qū)封禁地和坡耕地SOC含量均無顯著差異(圖2a，2b，2c)；固原封禁地SOC含量則是坡耕地的3.35倍(P<0.05)(圖2 d)。

放牧條件下，神木G1和G3放牧強(qiáng)度樣地SOC含量與該區(qū)封禁地和坡耕地均無顯著差異，G2強(qiáng)度樣地則較封禁地顯著升高38.4%(P<0.05)，與坡耕地相比無顯著差異(圖2a)；定邊不同放牧強(qiáng)度樣地SOC含量較該區(qū)坡耕地和封禁地降低，安塞則相反，但這兩個(gè)地區(qū)封禁地、不同放牧強(qiáng)度樣地和坡耕地間SOC含量均無顯著差異(圖2b，2c)。固原不同放牧強(qiáng)度樣地SOC含量較該區(qū)封禁地顯著下降，平均降幅為54.7%(P<0.05)，高于坡耕地，但無顯著差異(圖2 d)。神木、定邊和固原不同放牧強(qiáng)度間(G1，G2和G3)SOC含量呈先升高后降低趨勢，安塞不同放牧強(qiáng)度間SOC含量基本相同，神木G3強(qiáng)度樣地SOC含量較G2顯著降低37.8%(P<0.05)，其余地區(qū)不同放牧強(qiáng)度間均無顯著差異。綜上，放牧對定邊和安塞SOC含量無顯著影響，輕中度放牧強(qiáng)度促進(jìn)神木SOC含量升高，而放牧使固原SOC含量顯著降低。

圖2 4個(gè)區(qū)域不同放牧強(qiáng)度下0～20 cm土壤有機(jī)碳含量Fig.2 Soil organic carbon content in 0～20 cm soil layer under different grazing intensities in four regions注：同一地區(qū)不同字母表示封禁地、坡耕地和不同放牧強(qiáng)度樣地間差異顯著(P<0.05)，下同Note:Different letters mean there are significant difference among enclosed plots,sloping farmlands and different grazing intensity plots in the same region at the 0.05 level,the same as below

2.2 放牧對不同區(qū)域土壤活性有機(jī)碳含量的影響

如圖3所示。神木和定邊封禁地LOC含量較各區(qū)坡耕地升高14.6%和19.0%，安塞則降低43.1%，但這三個(gè)地區(qū)封禁地和坡耕地LOC含量均無顯著差異(圖3a，3b和3c)。固原封禁地LOC含量較坡耕地顯著升高5.03倍(P<0.05)(圖3d)。

放牧條件下，神木各放牧樣地LOC含量較該區(qū)封禁地和坡耕地降低，G1和G2強(qiáng)度樣地和封禁地和坡耕地?zé)o顯著差異，G3強(qiáng)度樣地則較封禁地和坡耕地顯著降低45.5%和37.5%(P<0.05)(圖3a)；定邊不同放牧強(qiáng)度樣地LOC含量較該區(qū)封禁地平均降低25.8%，G1和G3強(qiáng)度樣地LOC含量較坡耕地平均降低23.8%，G2強(qiáng)度樣地則較坡耕地升高12.7%；安塞各放牧地LOC含量較該區(qū)封禁地平均升高56.8%，較坡耕地平均降低10.6%，但這兩個(gè)地區(qū)封禁地、不同強(qiáng)度放牧地和坡耕地間LOC含量均未產(chǎn)生顯著差異(圖3b，3c)；固原不同放牧強(qiáng)度樣地LOC含量較封禁地顯著降低(P<0.05)，平均降幅為63.3%，但與坡耕地?zé)o顯著差異(圖3 d)。綜上，輕中度放牧對神木、定邊和安塞地區(qū)LOC含量無顯著影響，而放牧使固原LOC含量顯著降低。

圖3 4個(gè)區(qū)域不同放牧強(qiáng)度下0～20 cm土壤活性有機(jī)碳含量Fig.3 Soil labile organic carbon content in 0～20 cm soil layer under different grazing intensities in four regions

2.3 放牧對不同區(qū)域土壤碳庫管理指數(shù)的影響

由表2可知，神木和固原封禁地AI(碳庫活度指數(shù))較各區(qū)坡耕地顯著升高(P<0.05)，神木升高43.0%，固原升高100.0%；安塞封禁地AI較該區(qū)坡耕地顯著降低25.0%(P<0.05)，定邊則與該區(qū)坡耕地基本相同。神木和安塞封禁地CPI(碳庫指數(shù))較各區(qū)坡耕地降低，定邊則相反，但均無顯著差異，固原CPI則較該區(qū)坡耕地顯著升高2.35倍(P<0.05)。4個(gè)研究區(qū)中，神木、定邊和固原封禁地CPMI(碳庫管理指數(shù))高于坡耕地，安塞則低于坡耕地，除固原地區(qū)產(chǎn)生顯著差異外，其余3個(gè)地區(qū)和各區(qū)坡耕地均無顯著差異。

放牧條件下，神木不同放牧強(qiáng)度樣地AI較該區(qū)封禁地顯著降低37.1%～51.7%(P<0.05)，G1放牧強(qiáng)度樣地與坡耕地?zé)o顯著差異，G2和G3放牧強(qiáng)度樣地較坡耕地顯著降低(P<0.05)；定邊和安塞不同放牧強(qiáng)度樣地AI與各區(qū)封禁地?zé)o顯著差異，G1和G2放牧強(qiáng)度樣地AI與各區(qū)坡耕地?zé)o顯著差異；固原G1和G3放牧強(qiáng)度樣地AI較該區(qū)封禁地顯著降低23.0%～37.0%(P<0.05)，G2強(qiáng)度樣地與封禁地?zé)o顯著差異，且G1和G2強(qiáng)度樣地AI顯著高于坡耕地(P<0.05)。神木G1和G3放牧強(qiáng)度樣地CPI與該區(qū)封禁地和坡耕地?zé)o顯著差異，G2強(qiáng)度樣地則較封禁地顯著升高38.4%(P<0.05)；定邊各放牧強(qiáng)度樣地CPI低于該區(qū)封禁地和坡耕地，安塞則相反，但與各區(qū)封禁地和坡耕地均無顯著差異；固原不同放牧強(qiáng)度樣地CPI較封禁地顯著降低(P<0.05)，但與坡耕地?zé)o顯著差異；4個(gè)研究區(qū)中，神木G1放牧強(qiáng)度樣地CPMI與封禁地和坡耕地?zé)o顯著差異，G2和G3強(qiáng)度樣地CPMI較封禁地顯著降低32.1%～50.3%，G3強(qiáng)度樣地較坡耕地顯著降低39.8%(P<0.05)；定邊各放牧強(qiáng)度下CPMI與封禁地和坡耕地均無顯著差異，但G3強(qiáng)度樣地較封禁地和坡耕地降幅較大；安塞各放牧強(qiáng)度樣地CPMI與該區(qū)封禁地和坡耕地?zé)o顯著差異；固原不同放牧強(qiáng)度樣地CPMI較封禁地顯著降低58.1%～76.5% (P<0.05)，高于坡耕地，但無顯著差異。

綜上，黃土丘陵區(qū)草地退耕封禁后，3個(gè)區(qū)域(神木、定邊和固原)CPMI均有所提高，促進(jìn)了土壤碳庫質(zhì)量提升。放牧條件下，2個(gè)區(qū)域(定邊和安塞)CPMI在G1和G2放牧強(qiáng)度下與封禁地?zé)o顯著差異；神木CPMI在G1放牧強(qiáng)度下與封禁地?zé)o顯著差異，G2和G3強(qiáng)度下顯著低于封禁地，且G3強(qiáng)度下顯著低于坡耕地。表明輕中度放牧可維持定邊和安塞土壤有機(jī)碳庫質(zhì)量，輕度放牧可維持神木土壤有機(jī)碳庫質(zhì)量，而放牧?xí)?dǎo)致固原有機(jī)碳庫質(zhì)量下降。

表2 4個(gè)區(qū)域不同放牧強(qiáng)度下土壤碳庫管理指數(shù)變化特征Table 2 The characteristics of soil carbon pool management index under different grazing intensities in four regions

2.4 黃土丘陵區(qū)土壤碳庫管理指數(shù)影響因素

四個(gè)區(qū)域CPI和AI與植被、羊糞球密度及土壤理化屬性的冗余分析結(jié)果見圖4和表3。所有冗余分析結(jié)果中的第一典范軸和所有典范軸的P值均小于0.05，分析結(jié)果可靠(表3)。神木第一軸和第二軸分別解釋了AI和CPI的65.9%和24.2%，向前選擇的結(jié)果中Clay、Silt和C/N對CPI和AI的貢獻(xiàn)率為50.9%(P<0.01)，15.4%(P<0.05)和12.8%(P<0.05)，是CPI和AI的主要影響因子，這三個(gè)因子與CPI呈正相關(guān)關(guān)系，與AI呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖4a)(夾角<90°呈正相關(guān)關(guān)系，反之呈負(fù)相關(guān)關(guān)系)；定邊第一軸和第二軸分別解釋了AI和CPI的70.0%和5.4%，向前選擇的結(jié)果中Clay和Silt對CPI和AI的貢獻(xiàn)率為49.8%(P<0.05)和27.7%(P<0.01)，是CPI和AI的主要影響因子，這兩個(gè)因子與二者均呈正相關(guān)關(guān)系(圖4b)；安塞第一軸和第二軸分別解釋了AI和CPI的74.9%和11.2%，向前選擇的結(jié)果中LB和C/N對CPI和AI的貢獻(xiàn)率為43.6%(P<0.05)和36.1%(P<0.01)，是CPI和AI的主要影響因子。LB與CPI和AI呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，C/N與二者呈正相關(guān)關(guān)系(圖4c)；固原第一軸和第二軸分別解釋了AI和CPI的91.8%和1.7%，向前選擇的結(jié)果中C/N、BD和Clay對CPI和AI的貢獻(xiàn)率為64.6%(P<0.01)，20.3%(P<0.01)和7.1%(P<0.05)，是CPI和AI的主要影響因子，C/N和Clay與二者呈正相關(guān)關(guān)系，BD與二者呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖4d)。

圖4 土壤碳庫指數(shù)和碳庫活度指數(shù)與植被和土壤理化屬性的冗余分析Fig.4 Redundancy analysis of soil carbon pool index and carbon pool activity index with vegetation characteristics and soil physical and chemical properties

表3 植被和土壤理化屬性對土壤碳庫指數(shù)和碳庫活度指數(shù)的貢獻(xiàn)率Table 3 The contribution ratio of vegetation characteristics and soil physical and chemical properties to soil carbon pool index and carbon pool activity index

續(xù)表3

3 討論

退耕還林(草)工程的實(shí)施深刻影響了黃土高原SOC庫存及質(zhì)量。放牧在該區(qū)域普遍存在，可能是該工程固碳效應(yīng)評(píng)估的關(guān)鍵影響因素。本研究選取黃土丘陵區(qū)4個(gè)典型退耕還草區(qū)，探究放牧對退耕草地CPMI的影響。4個(gè)區(qū)域中，除安塞外，退耕封禁草地CPMI均高于坡耕地(表2)，表明退耕還草后SOC質(zhì)量得以提升，與韓新輝等[26]的研究結(jié)果一致。退耕還草后，一方面植被恢復(fù)促進(jìn)枯枝落葉積累，豐富了SOC和LOC的來源[27]，另一方面人為干擾減少使土壤結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，土壤侵蝕逐漸降低[28]，有利于SOC固存和質(zhì)量提升。而安塞地區(qū)封禁地CPMI低于坡耕地，可能與退耕年限有關(guān)，許明祥等[10]的研究表明，退耕年限達(dá)35年時(shí)，退耕草地表現(xiàn)出顯著的碳增匯效應(yīng)，四個(gè)研究區(qū)中僅固原封禁年限超過35年，因此其CPMI顯著高于坡耕地。

放牧條件下，神木除G2放牧強(qiáng)度外，CPI與該區(qū)封禁地?zé)o顯著差異，而各放牧地AI則顯著低于封禁地，且在G2和G3強(qiáng)度下顯著低于坡耕地，表明隨放牧強(qiáng)度增加，SOC活性下降導(dǎo)致碳庫質(zhì)量降低。根據(jù)冗余分析的結(jié)果，可能與牲畜踩踏導(dǎo)致粘粒破壞后，LOC首先礦化分解有關(guān)，神木土壤質(zhì)地主要為沙土，且該區(qū)水蝕風(fēng)蝕嚴(yán)重，過度放牧可能會(huì)使土壤環(huán)境惡化，加速侵蝕，降低SOC活性。楊新國等[29]在寧夏荒漠草原沙化灰鈣土的研究中表明，放牧條件下0～20 cm土層AI較封禁地降低20%，而SOC含量基本保持不變，與本研究結(jié)果相似。定邊各放牧強(qiáng)度下CPI與該區(qū)封禁地和坡耕地均無顯著差異，而G3強(qiáng)度下AI較坡耕地顯著降低，研究結(jié)果及冗余分析結(jié)果與神木地區(qū)較為一致，說明在黃土高原北部地區(qū)，重度放牧可能破壞土壤粘粒，加速LOC分解，進(jìn)而導(dǎo)致土壤碳庫質(zhì)量下降。

安塞在G1和G2放牧強(qiáng)度下AI，CPI和CPMI與該區(qū)封禁地和坡耕地?zé)o顯著差異，與Zhang等[30]在內(nèi)蒙古草原的研究結(jié)果較為一致，楊合龍等[31]在新疆昭蘇草甸草原的研究也表明放牧對0～20 cm土層碳庫活性無顯著影響。冗余分析結(jié)果表明枯落物生物量與AI和CPI呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，碳氮比則與二者呈正相關(guān)關(guān)系，說明放牧干擾下，一方面踩踏使枯落物破碎并與土壤充分接觸促進(jìn)其分解，可能為SOC和LOC提供來源[32]；另一方面放牧通過改變植被種類、枯落物質(zhì)量及牲畜排泄物輸入等改變土壤碳氮比，研究表明土壤碳氮比與SOC分解速率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[33]，該區(qū)G2放牧強(qiáng)度樣地碳氮比(9.32)較封禁地升高(8.64)，因而SOC和LOC的分解速率低于封禁地。這兩方面的綜合作用可能對土壤碳庫質(zhì)量維持產(chǎn)生積極作用。然而由于現(xiàn)實(shí)因素，安塞地區(qū)重度放牧現(xiàn)象較少，重度放牧條件下該區(qū)土壤碳庫質(zhì)量變化仍有待進(jìn)一步研究。固原不同放牧強(qiáng)度下CPI和CPMI較該區(qū)封禁地顯著降低，各放牧地A和AI低于封禁地。隨放牧強(qiáng)度的增加各指標(biāo)呈先升高后降低趨勢，而劉珊珊等[15]的研究表明隨放牧強(qiáng)度的增加草地表層CPMI呈先降低后升高趨勢，與本研究結(jié)果的差異性可能與不同研究區(qū)環(huán)境條件有關(guān)，導(dǎo)致SOC分解和累積速率不同。冗余分析結(jié)果表明該區(qū)碳氮比和粘粒與AI和CPI正相關(guān)，容重與二者負(fù)相關(guān)，該區(qū)各放牧地碳氮比(7.96～8.63)較封禁地(9.26)降低，SOC分解速率較封禁地加快；隨放牧強(qiáng)度增加，土壤容重逐漸增大，降低土壤水分[34]，間接影響到土壤微生物對SOC的分解；另一方面牲畜啃食導(dǎo)致枯落物生物量的下降直接減少了SOC的來源，這些因素的綜合作用可能是導(dǎo)致放牧地碳庫質(zhì)量顯著降低的原因。但該區(qū)各放牧地CPMI均高于坡耕地，G1和G2強(qiáng)度下AI顯著高于坡耕地，且G2強(qiáng)度下AI與封禁地?zé)o顯著差異，說明適度放牧一定程度上可維持該區(qū)碳庫質(zhì)量。

根據(jù)本研究的結(jié)果，在黃土丘陵區(qū)實(shí)施輕度放牧可能能夠維持草地SOC質(zhì)量。目前黃土高原已經(jīng)封禁20多年，有研究表明長期封禁會(huì)降低植被多樣性和生產(chǎn)力[22]，增加火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)[35]，而適度的放牧提高了該區(qū)退耕草地物種豐富度[36]，降低土壤侵蝕等[37]，可見適度放牧可能是促進(jìn)該區(qū)草地利用和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵途徑。然而由于本研究是野外調(diào)查試驗(yàn)，無法量化載畜率，且黃土丘陵區(qū)不同區(qū)域土壤質(zhì)地、氣候條件、封禁時(shí)間等存在差異，各區(qū)域最適放牧強(qiáng)度仍有待于結(jié)合定點(diǎn)圍欄放牧試驗(yàn)展開進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

在黃土丘陵區(qū)4個(gè)研究區(qū)中，2個(gè)地區(qū)(定邊和安塞)在輕度和中度放牧強(qiáng)度下可維持退耕草地土壤有機(jī)碳庫質(zhì)量；土壤質(zhì)地主要為沙土的神木地區(qū)在輕度放牧強(qiáng)度下可維持土壤碳庫質(zhì)量；固原地區(qū)放牧導(dǎo)致土壤碳庫質(zhì)量低于封禁地，但高于坡耕地。神木和定邊碳庫管理指數(shù)變化主要與土壤質(zhì)地有關(guān)，安塞和固原碳庫管理指數(shù)主要受枯落物生物量、土壤碳氮比和容重等因素的綜合影響。