中国草地生态系统碳储量及碳过程研究进展

李学斌，樊瑞霞，刘学东

宁夏大学西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地，宁夏 银川，750021

中国草地生态系统碳储量及碳过程研究进展

李学斌，樊瑞霞，刘学东

宁夏大学西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地，宁夏 银川，750021

草地为陆地生态系统的主体，是陆地上最主要的碳储库和碳吸收汇之一。近年来，随着“草原承包责任制”、“退耕还林还草”和“封育禁牧”等重大生态工程项目的实施及草地生态系统的恢复和草地生产力的提升，草地生态系统碳储量、固持潜力、土壤碳循环机制及稳定性机制越来越受到学术界的关切。文章全面综述了近年来我国草地生态系统碳储量及其碳过程的研究工作，总结了不同研究中，我国不同草地类型碳库的特征及其储量、分析了草地生态系统碳过程等，评述了土壤碳过程相关科学问题的研究进展，指出了当前草地生态系统土壤碳储量及碳过程的研究进展、存在的问题，分析了未来草地生态系统土壤碳研究的重点研究方向和发展趋势。研究表明：草地生态系统在调节碳循环和减缓全球气候变化中起着重要作用。但是，由于草地类型的多样性、结构的复杂性以及草地对干扰和变化环境响应的时空动态变化，至今对草地生态系统碳储量和变率的科学估算，以及草地生态系统土壤关键碳过程及其稳定性维持机制的认识还十分有限，随着高分辨率的MODIS、TM数据、数学模型及不同草地类型实测点的建立，以及通过枯落物碳库将植物碳库与土壤碳库的有机连接，草地生态系统的土壤碳储量及固持潜力取得了重要进展；土壤有机碳来源、组成，有机碳化学结构以及环境因子是影响土壤有机碳稳定性的重要因素，而固体赫兹共振、碳同位素示踪等对破解有机碳稳定性提供了重要手段。未来，还将进一步厘清草地生态系统土壤固碳的驱动机制，构建草地生态系统土壤固碳量化方法体系等。

草地；植物碳；土壤碳；碳储量；碳过程

大气CO2浓度升高和全球变暖已经成为不争的事实，尽管全球变暖与大气CO2浓度增加的高度敏感性尚存疑义，但以控制大气温室气体浓度和全球增温不超过2 ℃，防止全球气候继续恶化的目标已在哥本哈根协议中被认同（哥本哈根气候变化专辑，2010）。草地是陆地生态系统的主要碳汇之一，提高草地生态系统碳截获能力是抑制全球气候变化蔓延的有效途径。草地生态系统碳截获与碳过程研究已成为全球变化研究凸显地球科学表面过程的前沿领域。

草地为陆地生态系统的主体，是陆地上最主要的碳储库和碳吸收汇之一。草地在全球碳循环中具有举足轻重的作用。IPCC 2000（WBGU）估计，全球陆地总碳储量为2477 Pg C，其中草地碳储量占25.6%，仅次于森林碳储量（Schlesinge等，1997）。近些年来，国内外生态学家和土壤学家对森林土壤碳储量及碳过程极为关注，在全球范围内针对不同地区、不同森林类型的土壤碳储量、固持潜力、稳定性机制以及气候变化、土地利用/覆盖变化对土壤碳过程时空动态影响开展了大量研究，系统而准确（Post等，1982）；而对草地生态系统碳储量关注不够（Xu等，2007）。因此，迫切需要深入开展草地生态系统碳循环机制、土壤碳关键过程及其稳定性维持机制的研究，藉以增强对全球气候变化和生态系统管理对草地固碳潜力及其不确定性的科学认识。

本文全面综述了近年来我国草地生态系统碳储量及其碳过程的研究工作，主要包括不同草地类型草地碳库特征、储量、稳定性及其影响机制等，评述了土壤碳过程相关科学问题的研究进展，分析了未来草地生态系统土壤碳研究的发展趋势，以期为促进我国草地生态系统碳循环和碳过程研究，科学评价草地生态系统碳固持潜力及其稳定性维持机制提供科学参考。

1 草地生态系统碳库特征及其储量

草地生态系统是地球上分布面积最广的类型之一。中国拥有天然草地面积4×108hm2，从东北平原到青藏高原南缘绵延4500 km，南北跨越23个纬度，约占国土面积的41.7%（中国环境状况公报，2007），巨大的草地面积使得草地在全球碳汇中扮演着十分重要的角色。草地生态系统通过光合作用固定大气中的CO2，储存于植物碳库（枯落物碳库）和土壤碳库当中，其中植物碳库约占10.6%，土壤碳库占89.4%（Defries等，1999）；且草地植被的净初级生产力占全球陆地植被净初级生产力的36%，碳储量为266.3 Pg C，占全球陆地植被碳贮量的1/6以上（Mooney等，2001）。草地作为CO2汇的功能特别明显。

1.1 植物碳库

草地地上生物量决定着地上植物碳库储量。草地地上生物量包括植物活体和枯落物。活体是植物的绿色部门；枯落物包括凋落物和立枯体，是植物死亡部分。由于对地上生物量的估算不同，地上植物碳库储量的研究结果也不尽相同。20世纪80年代，NOAA/AVHRR数据应用到草地生物量的监测当中，Paruelo等（1997）利用NOAA/AVHRR数据建立了NDVI与实测草地地上生物量的幂函数回归模型，估算了美国中部草地生物量及其地上植物碳储量；随着高分辨率的MODIS、TM数据被应用于草地资源遥感领域，Prince等利用MSS数据估算了草地植被地上生物量（Prince等，1986）；另外一些学者还通过建立数学模型估算地上生物量及其植物碳储量。如Flombaum等（2007）建立了不同植物种的植被盖度与地上生物量间的线性关系模型，通过植物盖度估算生物；Butterfield等（2009）建立了地面实测生物量与植被指数之间的相关关系模型，估算了不同时期草地地上生物量及其碳含量。我国学者针对中国陆地生态系统地上生物量及其碳储量的估算也进行了大量研究。李克让等(2003)利用生物地球化学模型估算了中国陆地生态系植被碳储量为134.4 Gt，地上植物量碳储量为37.6 Gt；方精云等（1996）根据文献中报道的草地清查资料以及地下和地上部分比例系数估算了我国草地约含碳1019 Tg C。张峰与Ni等对我国18种草地类型地上植被碳密度与碳储量进行了研究（Ni，2004；张峰，2006）（图1）。从图上可以看出，张峰等估算出的地上植物碳密度高于Ni的实验值，这是因为张峰等估算的地表碳储量包括地上活体植物、枯落物等，且估算的草地面积达到3.37×108hm2，而Ni只使用了生长季的牧草产量，且草地面积为2.98×108hm2，但两者研究具有较好的相似度，从一定程度上反映了我国草地地上植被碳储量。

图1 Ni与张峰关于地上植物碳密度值比较Fig. 1 Ni and Zhang Feng comparison on the aboveground plant carbon density value

地下植物碳库是草地植被地表以下植物根系生物量中所含碳的总合。地下植物碳库是草地植被碳储量的重要组成部分。对于地下生物量的研究方法很多，如挖土法、钻土法、内生长土芯法、微根区法、核磁共振法、X-光法等（Ni，2001；朱桂林，2008；宇万太，2001；Ingram，2001），不同的方法各有其优缺点。通过建立数学模型是被常用的方法，其中的根冠比法是先建立一个地上与地下生物量对应关系，再来进行估算（朱桂林等，2008）。杨婷婷等（2012）对我国荒漠草原多种草本植物的根冠比进行了研究，结果表明，荒漠原草本植物的根冠比达到20左右。张峰等对中国18种草原类型的地上和地下植被碳通过数学模型进行了估算（表1），我国草地总的地下植被碳储量为1.85 Pg C，其中高山草甸的储量最大，达到了0.87 Pg C，占到全国总地下植物碳储量的47%。

表1 不同草原类型植物碳库储量Table 1 Plant carbon storage library in different types of grassland

目前，中国草地生态系统植物碳库研究主要集中在内蒙古草原和青藏高原两大区域，其他地区如新疆、黄土高原等草地仅有零星研究（鲍芳等，2010；Li等，2010）。要准确估算出我国草地生态系统植被碳库储量，必须基于不同自然地理区的草地生态定位研究站开展长期定位监测，确定反映不同草地类型植被地上、地下生物量。

1.2 土壤碳库

土壤是陆地生态系统巨大的碳库，土壤碳库包括有机碳库(SOC)和无机碳库(SIC)，其中土壤有机碳库是全球碳循环中重要的流通途径，是地表最具活性的碳库。全球土壤有机碳含量在1300～1600 Gt，是陆地生物量碳的2倍（Lashof，1989）。由于受气候、植被类型、地型等自然条件的制约，土壤碳库的组成和分布是不均匀的，湿地土壤碳储藏占陆地土壤碳总储量的37%，热带雨林占27%，苔原占14%草原占10%（张金屯，1998）。中国陆地植被总碳量仅为6.1×109t C，而土壤有机碳库则高达1.8×109t C（Luo等，2006）。研究表明，草地生态系统中约2/3的碳是固定在土壤中，且以有机质的形式分布在1 m以内的地表土壤中（Scharpenseel等，1989；安尼瓦尔·买买提等，2006）。

土壤中有机碳的存在形式可根据周转时间、化学属性等功能分为活性碳库（active pool）、慢性碳库（intermediate or slow pool）和惰性碳库（passive or inter pool）。土壤活性有机碳是在土壤中移动快、稳定性差、易氧化、矿化，并对植物和土壤微生物活性较高的那部分有机碳（沈宏等，1999）。虽然土壤活性有机碳仅占土壤碳库的一小部分，但由于它直接参与土壤生物化学转化过程，是土壤微生物活动能源和土壤养分的驱动力，因此已成为土壤、环境和生态科学领域所关注的焦点和研究的热点之一（Coleman，1983）。土壤活性有机碳主要包括可溶性有机碳、易氧化碳、轻组有机碳和微生物量碳。土壤可溶性有机碳是联系陆地和水域生态系统元素地球化学循环的重要物质，对土壤中碳、氮、磷的地球生物化学循环和成土过程均有重要作用（张迪和韩晓增，2010；王连峰等，2002）；土壤微生物量碳是土壤有机质中最活跃和最易变化的部分，虽然仅占土壤总碳的0.3%～9.9%，但却是土壤有机碳和养分转化与循环的驱动力，直接参与有机碳分解转化，是土壤养分储备库和植物生长所需养料的重要来源（文倩等，2004；王岩等，1996）；土壤易氧化碳反映土壤有机碳稳定性，占土壤总碳比例越高，说明土壤碳活性越高，稳定性越差，是土壤活性碳的指示因子（毛艳玲等，2009；王晶等，2003）；轻组有机碳是植物残体分解后形成的一种过渡性有机碳库，草地土壤中轻组有机碳占土壤总有机碳的3%～48%（朱志建等，2006；Camberdella和Malmstrm，1993）。

目前，国内外关于草地生态系统土壤有机碳库储量研究主法主要有模型法、土壤类型法、植被类型法、GIS法、相关关系统计法等（杨红飞等，2011）（见表2）。从表中可以看出，不同的研究方法具有不同的优缺点。不同的学者所用的各种方法无本质区别，但所用的资料口径与来源不一，加上土壤分布的空间异质性和区域相关因素的差异性，使得各方法在研究中受到不同限制，统计数据在一定程度上也具有一定的不确性。

2 草地生态系统土壤碳过程

草地土壤有机碳输入的主要途径是植物碳库经枯落物碳库进入土壤碳库，枯落物碳库是联系植物碳库与土壤碳库的重要中间环节。土壤碳储量取决于土壤微生物作用与枯落物累积之间的相互平衡关系；而土壤有机碳的输出则取决于土壤微生物的分解作用（金峰等，2000）。

2.1 土壤有机碳固持及稳定性

草地枯落物枯落输入后在土壤微生物作用下向2个方向转化。一是分解过程，把复杂的有机化合物分解为简单的化合物或单分子物质，如氨基酸、单糖等，以活性有机碳的形式储存下来。此过程为植物和微生物提供养分和能量（Coûteaux等，1995；Prescott，2010）；二是腐殖化过程，把枯落物降解形成的残余物缩合生成较复杂的化合物。该过程是在微生物作用下，将枯落物分解所形成的化合物和微生物代谢产物经由复杂的化学反应合成腐殖质，在一定条件下，腐殖质与矿质胶体结合形成有机无机复合胶体，构成土壤稳定性碳库（Nommik，2002；Stevenson，2004）。该过程也是植物碳库经枯落物碳库向土壤碳库输送C素的主要途径，是草地生态系统最主要的碳固持方式。

表2 不同草地土壤碳储量研究方法对比Table 2 The comparison of different methods of grassland soil carbon storage

草地土壤有机碳库的稳定性依赖于不同活性土壤有机碳库的结构和组成（Sollins等，2006）。土壤有机碳是由复杂多变的有机分子单体以及化合物等构成。土壤不同组分间化学结构的差异表现为土壤有机碳稳定性的差别，如土壤中糖类物质多表现为不稳定、易分解的有机碳组分；富含脂肪类物质或木质素的物质由于内在的分子特性而表现为相对稳定、不易分解的有机碳组分（Shrestha等，2008）。因此，土壤有机碳是否能够稳定的固持，主要取决于土壤中C的化学组分和结构。许多研究表明，植被枯落物是影响土壤有机碳化学结构的主要因子之一，不同植物群落枯落物的化学结构存在较大差异，且特异组分的化学性质影响枯落物分解和固持C的能力（Kögel-Knabner，2012）。Crow的研究发现，不同林分土壤有机质的来源有较大差异，阔叶林土壤有机质中的稳定组分主要来源于植物根系中的脂肪类化合物，而针叶林土壤有机质中的稳定组分主要来源于松针中的木质素（Crow等，2009），但草地生态系统枯落物输入与土壤有机碳稳定性之间关系还不明晰。而近年来固态13C核磁共振和红外波谱技术的应用为草地生态系统土壤有机碳的组分与化学结构研究提供了先进方法（Mathers等，2007；Xu，2009）。借用该方法能有效比较样品间有机碳结构和组分间的数量关系，许多学者采用该方法对枯落物分解过程中的化学组成变化进行研究，如Baldock等（2007）通过研究，确定了脂肪类有机碳组分与糖类有机碳组分含量的比值作为枯落物分解程度和稳定性的指标。这些研究结果为我们进一步开展草地生态系统土壤碳库稳定性提供了技术参考和理论依据。

2.2 土壤有机碳输出

草地不仅具有CO2汇的功能，也是大气CO2的源。CO2从陆地生态系统进入大气主要通过生态系统呼吸途径，其中土壤呼吸占生态系统呼吸的60%～90%，而根呼吸和土壤微生物呼吸又占土壤呼吸的47%和51%（Schimel等，2011；Kuzyakov，2012）。土壤呼吸是陆地生态系统与大气之间C交换的第二大通量组分，全球每年因土壤呼吸排放的CO2总量约79.3～81.8 Pg C，占每年大气中CO2输入的10%（Zhang等，2005）。由于土壤在陆地生态系统中C储量巨大，其轻微的变化也会对大气CO2浓度造成显著的影响。据研究，土壤有机碳库0.1%的变化能引起大气圈CO2浓度1 mg·L-1的变化（朱连奇等，2006）。因此，草地生态系统碳输出对大气CO2浓度变化具有重要意义。展小云等（2012）比较研究了我国不同生态类型土壤呼吸和我国土壤呼吸在全球碳平衡中的作用（表3，表4）。从表中我们可以看出，中国区域土壤呼吸多年平均值为C 3.84 Pg·a-1，占全球土壤CO2排放年总量的4.78%，草地生态系统的土壤呼吸要高于其它生态系统。1992年，Raich基于生态群系和地域的外推方法，对全球陆地生态系统和湿地生态系统的土壤呼吸速率进行了归纳综合，估计土壤释放的CO2年平均通量（±S.D）为68±4 Pg·C·a-1（Raich等，2002）。

表3 中国不同类型生态系统土壤呼吸的比较Table 3 Comparison of soil respiration in different ecosystems in China

表4 中国区域土壤呼吸在全球碳平衡中的作用Table 4 Effect of Chinese regional soil respiration in the global carbon balance

影响土壤呼吸的因素很多，如土壤理化性质、植物净初级生产力等，但人类活动和气候变化已对土壤呼吸乃至土壤碳储理产生的重要影响已得到共识。有研究表明，全球气温升高可导致草地土壤成为一个弱的碳源。尽管气温升高使得植被的生长季提前或延长，在一定程度上提高了草地生态系统的植被初级生产力和生物量，从而增加陆地生态系统的总碳输入，但气候变暖还会增加潜在蒸散和植物的呼吸作用，蒸散的增强可以导致植物的水分胁迫，从而造成陆地生态系统的总碳输入降低或减少；同时，温度的升高致使微生物活性增强，加快了土壤已有有机碳的分解速率（石福孙等，2009）。土地利用和生态系统退化引起的植被和土壤碳库的历史损失是大气CO2浓度上升的另一驱动因子之一（孔郑，2007）。研究表明，将草地转化为农田，或由人类活动导致的不同退化程度的草地生态系统，其碳均为正排放，表现为排放源的特征（王长庭等，2008）。总体来说，草地生态系统碳的收支状况是气候变化、人类活动等综合因素控制的结果，但目前该方面的研究还相对薄弱，如何区分气候变化和人类活动对生态系统的影响机制，从而定量评价未来气候变化和人类活动影响下草地生态系统碳源/汇格局的可能变化，是一非常重要的研究方向。

3 草地生态系统土壤碳储量及碳过程研究展望

草地生态系统土壤碳储量及固碳潜力是草地生态系统碳储量及碳过程研究的主要方向之一。目前，我国关于草地生态系统土壤碳储量和碳过程研究稀少。我国现在草地面积约为4×106km2，约占国土面积的42%，可利用草地3×106km2（中国统计年鉴，2009）。西北地区近75%的草地严重退化，土壤碳储量逐年减少，干旱、半干旱区土壤碳储存模式发生变化(根系向更深土层延伸)，流动沙丘前移封存大量有机碳，土壤固碳的科学问题亟待通过开展系统研究加以解决；其次，由于受放牧、土地利用变化等因素的影响，我国草地大多处于退化状态或次生演替阶段，土壤碳贮存量较之原始植被在一定程度上有所降低，但具体差距有多大？需要多长时间能够恢复到历史水平？自然过程的增值空间有多大？这些问题亟待通过系统、科学实验予以确定。

草地生态系统土壤固碳的驱动机制亟待厘清。我国天然草地跨越热带至寒温带、湿润至干旱和半干旱气候区，植被和土壤类型多样。这种空间上环境和生物要素方面的异质性，导致土壤有机碳积累过程、碳的迁移与转化、以及固持能力呈现区域差异，因此需要通过大量实验研究来确定特定环境中土壤固碳关键过程与多因子驱动机制及其相应贡献。

急需构建草地生态系统土壤固碳量化方法体系。草地生态系统的土壤碳固持能力，尤其是有机碳的积累取决于植物群落演替的碳输入过程。我国草地生态系统原位监测技术滞后，长期定位监测数据严重匮乏。近年来，许多学者尽管采用空间代替时间的“年代序列样地法”建立了决定土壤固碳功能与潜力的碳储量—群落演替关系曲线，但该曲线量化固碳潜力的方法并未得到科学解决，特别是没有有效的量化固碳潜力的科学参照系。

建立适合不同草地类型碳循环模型是解决草地生态系统碳循环过程的关键所在。尽管CENTURY BIOME-BGC和TEM对大气-植被-土壤间碳交换过程以植被类型为基础，借助温度、水分和土壤理化性状等非生物因子为参数进行模拟，考虑较为全面（王景升等，2010），但生态系统碳循环过程极其复杂，其他过程如维持呼吸过程、生长呼吸、死亡凋落过程等都依赖于植被类型，在气候变暖和人类活动干扰下，植物群落结构、组成、功能的变化以及土壤微生物活性的改变都会对土壤碳循环产生深刻的影响，现有的这些模型还不能准确预测未来草地生态系统的碳收支。因此在全球变化的背景下，还需综合考虑环境因子、生物因子及人为干扰对土壤碳库和温室气体排放的影响；同时发展反映多时空尺度多种草地生态系统类型的模型是未来草地生态系统碳循环模拟研究中需要解决的一个关键科学问题。

综上所述，草地生态系统碳循环研究的发展将基于生态研究网络的长期监测、人工模拟实验和建模与预测分析，同时采用生态学、地球化学等多学科交叉的理论与方法等的综合应用，阐明草地生态系统固碳潜力、驱动机制及调控机理，减少草地生态系统碳储量和变率科学估算的不确定性，构建持续提高草地生态系统增碳的综合管理模式和固碳潜力量化方法体系。

BALDOCK J A, OADES J M, NELSON P N, et al. 2007. Assessing the extent of decomposition of natural organic materials using solid-state13C NMR spectroscopy[J]. Australian Journal of Soil Research, 35: 1061-1083.

BUTTERFIELD H S, MALMSTRM C M. 2009. The effects of phonology on indirect measures of aboveground biomass in annual grasses[J]. International of Journal Remote Sensing, 30(12): 3133-3146.

CAMBERDELLA C A, ELLIOTT E T. 1993. Methods forphysical separation and characterization of soil organic fractions[J]. Geoderma, 56: 449-457.

COLEMAN D C, RCID C P P, COLE C. 1983. Biolobical strate-gies of nutrient cycling in soil systems[J]. Adrances in Ecological Research, 13: 1-55.

COÛTEAUX M M, BOTTNER P, BERG B. 1995. Litter decomposition, climate and litter quality[J]. Trends in Ecology and Evolution, 10: 63-66.

CROW S E, LAJTHA K, FILLEY T R. 2009. Sources of plant-derived carbon and stability of organic matter in soil: implications for global change[J]. Global Change Biology, 15: 2003-2019.

DEFRIES R S, FIELD C B, FUNG I. 1999. Combining satellite data and biogeochemical models to estimate global effects of human induced land cover change on carbon emissions and primary productivity[J]. Global Biogeochemical Cycles, 13: 803-815.

FLOMBAUM P, SALA O E. 2007. A non-destructive and rapid method to estimate biomass and aboveground net primary production in arid environments[J]. Journal of Arid Environment, 69: 352-358.

INGRAM K T, LEERS G A. 2001. Software for Measuring Root Characters from Digital Images[J]. Agronomy Journal, 93: 918-922.

KÖGEL-KNABNER I. 2012. The macromolecular organic composition of plant and microbial residues as inputs to soil organic matter[J]. Soil Biology & Biochemistry, 34: 139-162.

KUZYAKOV Y. 2012. Review: Factors affecting rhizosphere priming effects[J]. Journal of Plant Nutrient, 165: 382-396.

LASHOF D A. 1989. The dynamic greenhouse: feedback processes that may influence future concentrations of atmospheric trace gases and climate change[J]. Nature Climate Change, 14: 213-242.

LI X D, FU H, GUO D. 2010. Partitioning soil respiration and assessing the carbon balance in a Setaria italica Beauv. Cropland on the Loess Plateau. Northern China[J]. Soil Biology ＆Biochemistry, 42: 337-346.

MATHERS N J, JALOTA R K, DALAL R C, et al. 2007.13C-NMR analysis of decomposing litter and fine roots in the semi-arid Mulga Lands of southern Queensland[J]. Soil Biology and Biochemistry, 39: 993-1006.

MOONEY H, ROY J, SAUGIER B. 2001.Terrestrial Global Productivity: Past, Present and Future[M]. San Diego: Academic Press, 22: 89-91.

NI J. 2001. Carbon storage in terrestrial ecosystems of China: Estimates at different spatial resolutions and their responses to climate change[J]. Climatic Change, 49: 339-358.

NI J. 2004. ForageYield-Based Carbon Storage in Grassls of China[J]. Climatic Change, 67: 237-246.

NOMMIK H, VAHTRAS K. 1982. Retention and fixation of ammonium and ammonia in soils. In: Stevenson FJ (ed) Nitrogen in agricultural soils[J]. American Society Agronomy: 123-171.

PARUELO J M, EPSTEIN H E, Lauenroth W K, et al. 1997. ANPP Estimates from NDVI for the central grassland region of the United States[J]. Ecology, 78(3): 953-958.

POST W P, EMANUEL W R, Zinke P J. 1982. Soil carbon pools and world life zones[J]. Nature, 298: 156-159.

PRESCOTT C E. 2010. Litter decomposition: what controls it and how can we alter it to sequester more carbon in forest soils[J]. Biogeochemistry, 101: 133-149.

PRINCE S D, TUCKER C J. 1986. Satellite remote sensing of rangelands in Botswana NOAA/AVHRR and herbaceous vegetation[J]. International Journal of Remote Sensing, 7(11): 1555-1570.

RAICH J W, SCHLESINGER W H. 2002. The global carbon dioxide flux in soil respiration and its relationship to vegetation and climate[J]. Tellus, 44B: 81-99.

SCHARPENSEEL H W, BECKER H P, NEUE H U. 1989. Bomb-carbon,14C-dating and13C-Measurementsas tracers of organic matter dynamics as well as of morphogenetic and turbation processes[J]. Science of The Total Environment, 8(82): 99-110.

SCHIMEL D S, HOUSE J I, HIBBARD K A, et al. 2011. Recent patterns and mechanisms of carbon exchange by terrestrial ecosystems[J]. Nature, 414: 169-172.

SCHLESINGER W H. 1997. Biogeochemistry: an analysis of global change, 2nd edn. New York: Academic, 65: 75-78.

SHRESTHA B M, CERTINI G, FORTE C. 2008. Soil organic matter quality under different land uses in a mountain watershed of Nepal[J]. Soil Science Society of America Journal, 72: 1563-1569.

SOLLINS P, HOMANN P, CALDWELL B A. 2006. Stabilization and destabilization of soil organic matter: mechanisms and controls[J]. Geoderma, 74: 65-105.

STEVENSON F J. 2004. Humus Chemistry: genesis, composition, reactions. 2nd. Wiley, New York, USA. 39: 23-16.

XU X F, TIAN H Q, WAN S Q. 2007. Climate warming impacts on carbon cycling in terrestrial ecosystems [J]. Journal of Plant Ecology, 31(2): 175-188.

XU Z H, CHEN C R, HE J Z. 2009. Trends and challenges in soil research 2009: linking global climate change to local long-term forest productivity[J]. Journal of Soils and Sediments, 9: 83-88.

ZHANG X Z, SHI P L, LIU Y F. 2005. Experimental study on soil CO2mission in the alpine grassland ecosystem on Tibetan Plateau[J]. Science in China: Series D, 48(S1): 218-224.

LUO Y Q, ZHOU X H. 2006. 土壤呼吸与环境[M]. 姜丽芬, 曲来叶, 周玉梅译. 北京: 高等教育出版社: 113-116.

安尼瓦尔·买买提, 杨元合, 郭兆迪. 2006. 新疆天山中段巴音布鲁克高山草地碳含量及垂直分布[J]. 植物生态学报, 04: 545-552.

鲍芳, 周广胜. 2010. 中国草原土壤呼吸作用研究进展[J]. 植物生态学报, 34(6): 713-726.

方精云, 刘华, 徐嵩龄. 1996. 中国陆地生态系统碳库[M]. 北京: 中国科技出版社: 251-276.

哥本哈根气候变化专辑. 2010. 气候变化科学专辑[J]. 第1-2期: 59-63.

国家环境保护总局. 2006. 中国环境状况公报[A]. 北京: 82-89.

金峰, 杨浩, 赵其国. 2000. 土壤有机碳储量及其影响因素研究进展[J].土壤, (1): 11-18.

孔郑. 2007. 黄河源区“黑土型”退化高寒草地CO2, CH4排放特征研究[D].兰州: 甘肃农业大学: 13-18.

李克让, 王绍强, 曹明奎. 2003. 中国植被和土壤碳储量[J]. 中国科学(D辑), 33(1): 73-80.

毛艳玲, 杨玉盛, 崔纪超. 2009. 土地利用方式对土壤团聚体微生物量碳的影响[J]. 水土保持学报, 23(4): 227-231.

沈宏, 曹志洪, 胡正义. 1999. 土壤活性碳的表征及其生态意义[J]. 生态学杂志, 18(3): 32-38.

石福孙, 吴宁, 吴彦. 2009. 模拟增温对川西北高寒草甸两种典型植物生长和光合特征的影响[J]. 应用与环境生物学报, 15(6): 750-755.

王晶, 解宏图, 朱平. 2003. 土壤活性有机质(碳)的内涵和现代分析方法概述[J]. 生态学杂志, 22(6): 109-112.

王景升, 张宪洲, 赵玉萍. 2010. 羌塘高原高寒草地生态系统生产力动态[J]. 应用生态学报, 21(14): 1400-1404.

王连峰, 潘根兴, 石盛莉. 2002. 酸沉降下庐山森林生态系统土壤溶液溶解性有机碳分布[J]. 植物营养与肥料, 8(1): 29-34.

王岩, 沈其荣, 史瑞和. 1996. 土壤微生物量及其生态效应[J]. 南京农业大学学报, 19(4): 45-51.

王长庭, 龙瑞军, 王启兰, 等. 2008. 三江源区高寒草甸不同退化演替阶段土壤有机碳和微生物量碳的变化[J]. 应用与环境生物学报, 14(2): 225-230.

文倩, 赵小蓉, 陈焕伟. 2004. 半干旱地区不同土壤团聚体中微生物量碳的分布特征[J]. 中国农业科学, 37(10): 1504-1509.

杨红飞, 穆少杰, 孙成明. 2011. 草地生态系统土壤有机碳估算研究综述[J]. 中国草地学报, 33(5): 107-114.

杨婷婷, 吴新宏, 王加亭. 2012. 中国草地生态系统碳储量估算[J]. 干旱区资源与环境, 03: 127-130.

宇万太, 于永强. 2001. 植物地下生物量研究进展[J]. 应用生态学报, 12(6): 927-932.

展小云, 于贵瑞, 郑泽梅. 2012. 中国区域陆地生态系统土壤呼吸碳排放及其空间格局──基于通量观测的地学统计评估[J]. 地理科学进展, 31(1): 97-107.

张迪, 韩晓增. 2010. 长期不同植被覆盖和施肥管理对黑土活性有机碳的影响[J]. 中国农业科学, 43(10): 2715-2723.

张峰. 2006. 中国草原碳库储量及温室气体排放量估算[D]. 兰州大学博士论文: 58-62.

张金屯. 1998. 全球气候变化对自然土壤碳、氮循环的影响[J]. 地理科学, 18(5): 463-471.

中华人民共和国国家统计局编. 2009. 中国统计年鉴2009[M]. 北京: 中国统计出版社, 北京数通电子出版社: 59-60.

朱桂林, 韦文珊, 张淑敏. 2008. 植物地下生物量测定方法概述及新技术介绍[J]. 中国草地学报, 30(3): 94-99.

朱连奇, 朱小立, 李秀霞. 2006. 土壤有机碳研究进展[J]. 河南大学学报(自然科学版), 36(3): 72-75.

朱志建, 姜培坤, 徐秋芳. 2006. 不同森林植被下土壤微生物量碳和易氧化碳的比较[J]. 林业科学研究, 19(4): 523-526.

Advance in Studies on Carbon Storage and Carbon Process in Grassland Ecosystem of China

LI Xuebin, FAN Ruixia, LIU Xuedong

Key Laboratory for Restoration and Reeconstruction of Degraded Ecosystem in Northwestern China of Ministry of Education, Ningxia University, Yinchuan 750021, China

As the main body of terrestrial ecosystem, the grassland is the main carbon storage and one of carbon sink. In recent years, because of the implementation of major ecological projects, including the Grassland contract responsibility system, return farmland to forests or grassland, Nurture and grazing prohibition. Grassland ecosystem recovered and grassland productivity enhancing. The grassland ecosystem carbon reserve, carbon sequestration and keeping the carbon, mechanism of soil carbon cycle and stability are concerned by academic circles increasingly. This paper reviewed the research work of grassland ecosystem carbon storage and carbon process in China in recent years, summarized the characteristics and reserves of various types of grassland carbon library in our country through the different study, analyzed carbon process of grassland ecosystem, reviewed the research progress of related scientific problems of soil carbon process, pointed out the current research progress and the problems of soil carbon storage and carbon process in grassland ecosystem, analyzes the future focus in the study of soil carbon in grassland ecosystem research direction and development trend. The result shows that grasslands play a decisive role in the global carbon cycle. Improving carbon capture capacity of grassland ecosystem is an effective way to suppress the spread of the global climate change. However, due to the diversity of the types, the complexity of grassland structure and the temporal and spatial dynamic response of grassland to interference and environmental changes, so far we have limited understanding about scientific evaluation of carbon storage and the rate of change, the key carbon process of soil and its maintaining mechanism in grassland ecosystem. Along with the using of High resolution MODIS and TM data, mathematical model and measured point of the grassland types, through litter carbon pool connecting the plant carbon pool and soil carbon pool, the Soil carbon and potential of carbon sequestration and keeping the carbon makes important progress. The source and consist of soil organic carbon, organic carbon structure and environmental factors are important factors which influence the stability of soil organic carbon. Solid Hertz resonance, carbon isotope tracer provides important means to solve organic carbon stability. In the future, the driving mechanism of grassland ecosystem soil carbon sequestration will be clear and definite. And the Quantitative method system of grassland ecosystem soil carbon sequestration will also be built.

grassland; plant carbon; soil carbon; carbon storage; carbon process

X14

A

1674-5906（2014）11-1845-07

李学斌，樊瑞霞，刘学东. 中国草地生态系统碳储量及碳过程研究进展[J]. 生态环境学报, 2014, 23(11): 1845-1851.

LI Xuebin, FAN Ruixia, LIU Xuedong. Advance in Studies on Carbon Storage and Carbon Process in Grassland Ecosystem of China [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2014, 23(11): 1845-1851.

国家自然科学基金项目（31260581）；教育部科学技术研究项目（213037A）

李学斌（1972年生），男，博士，副研究员，硕士生导师。主要从事草地生态学、土壤碳循环方面的研究。E-mail:lixuebin@nxu.edu.cn

2014-10-11