土壤呼吸是草地土壤碳輸出的重要途徑，其變化直接影響土壤肥力和大氣CO2含量，並可能進一步影響糧食安全和全球氣候。草地植被是決定土壤呼吸的一個重要因素。受異質性的環境條件驅動，草地植被群落存在空間差異，這種空間差異可能影響區域尺度土壤呼吸碳釋放的評估。其次，在不同放牧干擾下，草地植被群落將表現不同的低矮稀疏退化程度。植被群落退化狀態的差異將進一步限制區域土壤呼吸和碳釋放的精準評估。因此，針對不同植被群落，揭示放牧驅動的植被退化對土壤呼吸的影響，有助於準確評估區域土壤碳動態，並改善草地管理、提高草地持續力。
中國科學院東北地理與農業生態研究所草地農牧業學科組在長嶺草地農牧生態研究站以松嫩草地羊草和虎尾草（Leymus chinensis 和 Chloris virgata）兩種典型植物群落為研究對象。通過兩年的野外研究，分析了兩種植物群落在放牧驅動的不同退化狀態下的植被、土壤和土壤呼吸特徵。結果表明，在兩個群落中，地上生物量、根系生產力、枯落物數量和土壤微生物生物量隨植被覆蓋退化顯著降低。由輕度退化到重度退化，兩群落土壤有機碳、總氮和總磷含量分別降低了14.1-15.4%、10.9-12.3%和10.7-11.9%；土壤容重和pH分別增加了9.1-9.3%和4.6-5.2%。綜合兩年結果，從輕度退化到重度退化，兩群落根系呼吸和微生物呼吸速率分別降低了35.9-43.5%和28-34.4%。相比羊草群落，虎尾草群落根系呼吸對植被退化響應更為敏感。植被退化並未改變兩群落根系呼吸和土壤微生物呼吸的溫度敏感性，但虎尾草根系呼吸的溫度敏感性顯著高於羊草。以上結果表明：1）在松嫩草地，植被退化導致顯著的土壤退化；2）植被退化限制土壤呼吸和碳釋放，但更大程度地降低土壤的生物量碳輸入，最終導致土壤有機碳含量降低；3）松嫩草地植被退化不會改變潛在增溫對土壤呼吸的影響；4）對比羊草群落，未來增溫對一年生虎尾草群落的根系碳積累的潛在限制更強。結合實際的放牧和草場管理，研究人員提出在中、重度退化草地，為恢復植被和土壤，圍封是必要的；在輕度退化草地，建議放牧強度不應超過2個羊單位/年。同時為提高飼草生產、增加土壤碳、氮截獲及其穩定性，可採取措施向草地中補播羊草等多年生牧草及豆科植物。
上述研究工作得到了國家重點研發計劃項目（2016YFC0500606）和吉林省產業創新專項資金項目（2016C016）的資助。相關研究成果發表在國際學術期刊Land Degradation and Development上。東北地理所草地農牧業學科組助理研究員李強為論文的第一作者，李強和研究員周道瑋為論文共同通訊作者。
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圖：不同退化植被群落的土壤呼吸季節變化
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