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第34卷第6期2012年6月

文章编号：1007-7588（2012）06-1062-08

2012，34（6）：1062-1069

Vol.34，No.6Jun.，

2012

畜粪能源利用对草地生态系统碳汇的影响

徐增让，高利伟，王灵恩，成升魁，张宪洲，武俊喜

（中国科学院地理科学与资源研究所，北京100101）

摘

要：畜粪是广大牧区可稳定获得的主要生活能源。长期、大量地把畜粪移出草地生态系统阻断了物质循

环，致使土壤肥力变差、草地初级生产力下降、增加了草地生态系统物质循环紊乱的风险。与畜粪自然分解相比，畜粪燃能利用加速了碳排放，对放牧草地生态系统的碳循环产生了明显影响。本研究依托中科院地理资源所当雄草原生态站，综合运用3S技术、牧户调查、样方调查、实验分析和模型模拟等方法，基于藏北牧区的草地、牲畜、畜粪利用的地带性规律，重点从草地初级生产力、土壤呼吸、畜粪土壤碳回归、畜粪燃烧碳排放等4个关键环节，研究畜粪能源利用对草地生态系统碳循环的影响机制及其碳平衡过程，为畜粪资源优化利用、生态环境保护和增汇减排提供决策支持。

关键词：畜粪；生物质能；碳循环；净生物群系生产力；放牧；高寒草地生态系统

1引言

畜粪是放牧草地生态系统的碳素从地上植物碳库转移到地下土壤碳库的中间形式[1]。成年牛采食牧草约（4~7）kgDM(DryMatter)/d，排粪（1.68~2.22）kgDM/d[2]。青藏高原干牦牛粪总含C量34.29%、总含N2.18%[3]。牲畜从草地上摄取的营养元素的80%~95%通过粪尿返还给土壤。牦牛粪能提高其周围小范围土壤养分含量，促进粪堆周围3～5cm范围内植物生长[4]。畜粪中的C一部分转变为土壤有机碳（SOC），另一部分则通过呼吸排放到大气中。目前，对畜粪与草地碳源汇的关系仍有争议。虽然畜粪样方的土壤呼吸高[5-7]，但所有畜粪样方都是CO2汇[6]。青藏高原上生活着约1330万头牦牛和2万头野牦牛，牲畜粪便使得高寒草地由碳汇变为碳源[3]。畜粪还田是促使养分和C回归土壤的有效途径，可以改善土壤条件、提高生物初级生产力[8]是达成共识的。

随着人类对草地利用的逐步拓展，草地生态系统服务逐步向水土保持→产草→养畜→用能等多

收稿日期：2012-04-10；修订日期：2012-05-20

10]

功能扩展[9，，草地也逐步由天然半天然草地生态系

统→放牧草地生态系统→能源草地生态系统演变。在放牧草地生态系统中，大约17%~72%的生物C在草地生态系统内部循环[10]；若将草料收割燃烧用于发电或制热，返还土壤的生物C则不足1%，能源草地系统阻止了物质循环[11]。在我国广大牧区，畜粪既是肥料、又是燃料，畜粪还田和燃烧的矛盾日益尖锐[12]。西藏牧区人均烧掉（4～5）t牛粪/年[13]，每年烧掉的牛粪总量达162万t，相当于草地上减少了10.7万t尿素的肥料补充[14]。畜粪能源利用使得草地土壤贫瘠化，产草量下降，增加了草地物质循环紊乱的风险，对生态系统产生了明显影响。

国内主要以净生态系统生产力（NEP=NPP-

RS）为指标，开展了草地生态系统碳平衡研究。张

宪洲等认为班戈高寒草原生态系统是碳汇，NEP为

[15]71.12gC/（m2·a）。海北高寒矮嵩草草甸生态系统

[16]是较小的CO2排放源，NEP为-198.2gC/（m2·a）。

青藏高原高寒草甸NPP平均为90.8gC/m2[17,18]。藏北

嵩草草甸地上生物生产力随着海拔升高而增加，与

基金项目：中国科学院地理科学与资源研究所知识创新项目：“生态系统服务供给和消费研究”（编号：200905010）；中国科学院地理资源所知识创新项目：“藏北牧区畜粪能源利用对草地生态系统碳平衡的影响”（编号：201003016）。

作者简介：徐增让，男，陕西凤翔人，博士，助理研究员，研究领域是资源生态学，近期主要从事生物质能利用的生态效应研究。E-mail:xuzr@igsnrr.ac.cn