ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2014, № 11, с. 1365-1374
ДЕГРАДАЦИЯ, ВОССТАНОВЛЕНИЕ И ОХРАНА ПОЧВ
УДК 574.4
ЗАПАСЫ УГЛЕРОДА В ТИПИЧНОЙ СТЕПИ ПРИ РАЗЛИЧНОМ
УПРАВЛЕНИИ ВЫПАСОМ*
© 2014 г. Сарула1, Хайчжунь Чэнь1, Сянйян Хоу1, Л. Л. Убугунов2, О. В. Вишнякова2,
Синьхун У1, Вэйбо Рен1, Юн Дин1
Центр исследования Евразийских умеренных степей Института исследования пастбищ Китайской академии
сельскохозяйственных наук (GRICAAS), 010010, Хух-Хото, Вуланчабу ист роуд, 120, Внутренняя Монголия, КНР e-mail: houxy16@126.com; dingyong228@126.com 2Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН, 670047, Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6
e-mail: ok_vish@mail.ru Поступила в редакцию 28.11.2012 г.
Изучены запасы углерода надземной массы, подстилки, корней и органического вещества почв на восьми площадках, топографически и флористически сходных, которые были подвергнуты различным срокам изоляции от выпаса и выпасу различной интенсивности. Основной целью данного исследования было выяснение влияния различных режимов управления выпасом на запасы углерода в экосистемах типичной степи Китая. Результаты выявили, что общие запасы углерода, накопленные в надземной массе, подстилке, корнях и почвенном органическом веществе (до глубины 1 м), варьируют от 9.29 до 18.51 кг/м2. Более 94% углерода накапливается в почвенном органическом веществе, с небольшими запасами в других пулах. Запасы углерода в почве существенно уменьшались по мере увеличения интенсивности выпаса, и огороженные пастбища, где выпас был исключен в течение шести лет, имели большие запасы, чем участки с ограничением выпаса в течение 15 и 32 лет. Тренд изменения запасов углерода, наблюдаемый в этих вариантах, предполагает, что умеренный выпас, так же как и сенокошение, могут способствовать поглощению углерода, и чем дольше отсутствует выпас, тем меньше накапливается углерода в типичных степях Китая.
Ключевые слова: запас углерода, ограждение, выпас, скашивание, система почва—растение, пастбища. DOI: 10.7868/S0032180X14110100
ВВЕДЕНИЕ
Глобальный цикл углерода подвержен воздействию деятельности человека и приводит к изменению климата, которое значительно влияет на все организмы и экосистемы на Земле. В последние годы была проведена большая работа для улучшения понимания важности мировых запасов углерода и количественного определения объемов и потоков, составляющих его цикл [35, 39, 50]. Так, в почвенном органическом веществе накоплено примерно в два раза больше углерода, чем в атмосфере [22, 38, 40, 41], аккумуляция углерода в наземной биосфере может частично
* Исследование поддержано Национальной ключевой программой фундаментальных исследований Китая (2014СВ138805), Государственной ведущей программой Национального естествознания Китая (грант № 2010ZD08), Национальным фондом естественных наук Китая (грант № 70933004, 71103185, 71311120089) и Центральным научно-исследовательским институтом фундаментальных исследований и государственной службы специальных операций Китая (1610332014001 "Российским фондом фундаментальных исследований, проект № 13-04-91181-ГФЕН_а").
компенсировать влияние эмиссии антропогенного углекислого газа (С02) на уровне содержания С02 в атмосфере [18].
Пастбища, занимающие 40.5% земной поверхности (за исключением Гренландии и Антарктиды), являются важным компонентом наземных экосистем и насчитывают около 34% от общего объема мировых наземных запасов органического углерода [52]. В последние десятилетия стало ясно, что запасы углерода в травяных экосистемах значительно зависят от изменений в землепользовании и различных стратегий управления экосистемами [3, 11, 20, 23, 28, 29, 34, 49]. Существующие исследования показывают, что выпас значительно сокращает запасы углерода в почве [48, 54] в связи с уменьшением количества надземной биомассы и интенсивности поглощения углерода почвой, а также усилением почвенного дыхания и увеличением интенсивности высвобождения углерода в атмосферу [53]. Однако некоторые исследования свидетельствуют, что выпас способствует накоплению органического углерода в почве по сравнению с ненарушенными
Рис. 1. Расположение экспериментального участка в типичных степях Китая. Условные обозначения: FA32, FA15, FA6 — огороженные площадки, где выпас был исключен в течение 32, 15 и 6 лет. MT — скашивание травы, ИВ (GI) — интенсивность выпаса (количество овец/га).
системами [9, 16, 33, 43]. Известно, что передвижение животных увеличивает физическое разрушение, уплотнение почвы и скорость разложения подстилки и ветоши. Иммобилизация углерода в надземном сухом растительном материале пастбищных угодий, лишенных выпаса, способствует уменьшению содержания углерода в почве [44].
Увеличение почвенных запасов углерода в травяных экосистемах северного Китая можно ожидать при осуществлении мер, направленных на защиту пастбищ. В настоящее время влияние различных методов управления пастбищами на накопление углерода в почве изучено недостаточно. Наиболее типичными видами использования пастбищ в Северном Китае являются огораживание, скашивание и выпас скота.
Были рассмотрены запасы углерода трех типов пастбищ на восьми участках в диапазоне от значительно подверженных выпасу до полного отсутствия выпаса в течение примерно 32 лет. Целью исследования было сравнение уровней содержания углерода в растениях и почве при различной интенсивности выпаса скота, а также определение интенсивности выпаса и времени ограничения выпаса, необходимых для увеличения запасов углерода в типичных степях Северного Китая до оптимального уровня.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Исследования проводились на Научно-исследовательском стационаре травяных экосистем Внутренней Монголии (IMGERS) Китайской академии наук (рис. 1). Эта станция долгосрочных экологических исследований относится к Китайской сети экологических исследований (CERN) и расположена в бассейне р. Силинь
(116°42' E, 43°38' N) автономного района Внутренней Монголии, КНР [1]. Среднегодовая температура составляет 0.3°C, среднемесячные температуры варьируют от —21.6°C в январе до 19.0°C в июле. Среднегодовое количество осадков на IMGERS составляет 346.1 мм, причем 60— 80% приходится на вегетационный период (май-август). Вегетационный период продолжительностью около 150 дней начинается в конце апреля и заканчивается в начале октября [45]. Топографически экспериментальная площадка состоит из склоновых и равнинных земель, расположенных на абсолютной высоте от 1220 до 1280 м. Почвы на территории исследований классифицированы как темно-каштановые (Calcic Chernozem в соответствии с ISSS Working Group RB, 1998), супесчаные [2]. Растительность, представленная доминантами: колосняком китайским (Leymus chinen-sis (Trin.) Tzvel.) и ковылем большим (Stipa grandis P. Smirn.), представляет широко распространенный тип экосистем в степном регионе Евразии [5]. Другие виды, обычно встречающиеся на территории исследований - змеевка растопыренная (Cleistogenes squarrosa (Trin. Keng), житняк гребенчатый (Agropyron cristatum (L.) Gaertn.), тонконог гребенчатый (Koeleria cristata (L.) Pers.), чий сибирский (Achnatherum sibiricum (L.) Keng), осока коржинского (Carex korshinskyi Kom.), лапчатка бесстебельная (Potentilla acaulis L.), лук тонкий (Allium tenuissimum L.), солянка холмовая (Salsola collina Pall.) и марь сизая (Chenopodium glaucum L.) [1]. Общее проективное покрытие составляет 3040% в обычные годы; во влажные годы может достигать 60-70%.
Экспериментальная площадка была разделена на 3 участка с различными типами использования: огораживание, скашивание и выпас. Огораживание применяли в течение 32, 15 и 6 лет (FA32, FA15, FA6) до 2011 г. Выпас и скашивание проводили с 2005 г. Было использовано 4 уровня интенсивности выпаса (ИВ): 3.0, 4.5, 6.0 и 7.5 овец/га [42, 51]. Стандартный уровень ИВ вблизи района исследования колеблется от 1.5 до 2.0 овец/га в год, что соответствует 4.5 и 6.0 овец/га за сезон в нашем эксперименте [45]. Скашивание (СК) проводили в соответствии с местной сенокосной практикой по системе одного среза и высотой стерни 5-10 см. На пастбищных участках овец пасли непрерывно в течение вегетационного периода с июня по сентябрь, около 100 дней в году. Участок FA32 составлял 0.24 га, участок FA15 - 0.40 га, и по 0.02 га для всех других вариантов.
Биомасса растений (включая живую биомассу и подстилку) на каждом участке была собрана на уровне поверхности почвы с пяти квадратов 1 х 1 м во время максимального роста в августе 2011 г. Растительные образцы были разделены по видам перед сушкой в сушильном шкафу при темпера-
Таблица 1. Содержание углерода корней, подстилки и разнотравья на участках с различной организацией выпаса
Компоненты
Содержание C, %
системы FA32 FA15 FA6 MT GI3.0 GI4.5 GI6.0 GI7.5
Stipa grandis 43.307ab 43.743ab 44.037a 43.266ab 44.377a 43.706ab 43.086b 41.021c
Leymus chinensis 43.680b 43.600b 44.149a 43.316c 43.082c 42.819d 43.351bc 43.217c
Разнотравье 43.120a 43.223a 43.484a 43.301a 42.783a 42.791a 39.458b 40.294b
Подстилка 38.257a 38.667a 39.570a 38.281a 39.669a 31.941b 31.418b 30.917b
Корни 0—10 см - - 40.107c 43.147a 41.411b 43.670a 40.582d 40.644c
10-20 см - - 39.206d 42.866a 42.136c 42.658b 35.273e 42.212c
20-30 см - - 39.206e 40.574c 44.206a 42.168c 35.013f 41.965d
Примечание. Здесь и в табл. 2: данные на участках с различной организацией выпаса, обозначенные различной аббревиатурой, имеют существенные различия (Р < 0.05). FA32, FA15, FA6 — огороженные площадки, где выпас был исключен в течение 32, 15 и 6 лет. МТ — скашивание травы, GI — интенсивность выпаса (количество овец/га).
туре 80°С в течение 48 ч и затем взвешены. Корневую биомассу измеряли путем отбора образцов почвы с глубины 0—30 см блоками размером 10 х х 10 х 10 см на каждом участке (за исключением вариантов FA32 и FA15), рядом с квадратами надземной биомассы. Корни сначала промывали и затем сушили в сушильном шкафу при температуре 80°С в течение 72 ч перед взвешиванием. Подстилка, корни, травы и доминантные виды колосняк китайский (Leymus chinensis) и ковыль большой (Stipa granáis) (на долю которых приходится более 70% надземной биомассы) были
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.