內蒙古草原生態安全屏障建設的核心是維持碳庫穩定

摘? 要：草原是內蒙古最大的生態系統碳庫，土壤是有機碳庫的主體。由于“三化”（退化、沙化、鹽堿化），內蒙古草原已成為重要碳源。本文基于把內蒙古草原建設成為中國北方重要生態安全屏障和國家重要畜產品生產基地總要求，立足于碳達峰碳中和目標任務，闡述了內蒙古草原的基本生態特點，提出內蒙古草原生態安全屏障建設的核心是維持草原碳庫穩定，根本途徑是發展生態草牧業。

關鍵詞：草原碳庫? ? ?碳達峰碳中和? ? ?土壤有機碳? ? ?碳匯? ? ?碳庫穩定? ? ?生態草牧業

草原是內蒙古面積最大的陸地生態系統，是巨大的碳庫，其生態調節功能、碳平衡功能、生物多樣性保護功能和水源涵養功能是建設北方生態安全屏障的基本前提；草原的畜牧業生產資料功能和系統開放延伸功能，是建成國家重要畜產品生產基地、構建完整產業鏈的保證。然而，以畜牧業經濟為主體的內蒙古草原如今整體上是處于荒漠化狀態的生態系統，而長期的過度利用和近年來愈演愈烈的氣候變化，恰恰是草原荒漠化的主要因素。草原“三化”（退化、沙化和鹽堿化）意味著碳庫中碳的流失，“三化”越重，碳的流失越多，結果使草原生產潛力大量喪失，由碳匯變成碳源。這不僅是建設生態安全屏障中必須面對的現實難題，也是建設重要畜產品生產基地不得不應對的關鍵挑戰。不同于國內國外其他區域的草原，內蒙古草原有其特有的自然稟賦和利用特點，應遵循其本身的內在規律，充分發揮碳庫效應，努力維持草原碳庫增量穩定，遏止碳源，形成補匯，爭取早日恢復碳匯功能。實際上，內蒙古草原生態安全屏障建設的核心是穩定碳庫，途徑是發展生態草牧業。

一、草原是內蒙古最大的生態系統碳庫

據測算，目前中國草原生態系統總碳儲量約為427.3×108t，約占世界草地總碳儲量的7.5%；也有人認為這個數據應是大約300×108-400×108t。對內蒙古草原的碳庫量還沒有準確的測定，有學者認為內蒙古是中國草地植被碳庫最大的省份。如果按全國草原平均水平的一半及草原面積占比（20%）進行估算，為約30×108-40×108t。周杰等統計的內蒙古草地碳庫總計為43.93×108t，其中包括地上生物量碳庫約0.29×104t，地下生物量碳庫約2.53×108t，土壤有機質碳庫41.11×108t。由于北方溫性草原植被具有“一歲一枯榮”的特點，加上食草動物的消耗，地上部分的碳儲量很少且不穩定。Yongfei Bai和Francesca Cotrufo綜述了全球草地碳庫，認為草地儲存了陸地生態系統有機碳總量的34%，其中約90%的碳儲存在植物根系和土壤中。一般情況下，土壤碳庫的碳儲量可以根據土壤碳密度和植被的生長量進行直觀測算，更多的是觀測植被的碳庫量。哈琴等在賽罕烏拉自然保護區選擇了6個草地類型，進行了土壤50cm層及之上植被碳密度測定，并與世界主要溫性草原植被碳密度進行了比較，證明了碳分配主要集中在地下碳庫。賽罕烏拉自然保護區草地植被地上部分與北美草原相近而低于歐洲和俄羅斯草原，地下部分和總量則遠高于三者。實際上，內蒙古草原的自然條件與北美草原近似，劣于歐洲和俄羅斯草原。賽罕烏拉之所以有較高的平均碳密度，主要是由于保護區多年保護的結果。這說明了植被保護對草原碳庫量增加的重要性。草原土壤碳庫的形成和積累是一個漫長的歷史過程，影響因素很多。盡管受到嚴格保護，但由于受到氣候因素不穩定的影響，草原形成碳匯也是困難的。人們往往通過草原植物的生物量來折算當年的碳固定量，當成是草原碳匯量，這是不準確的。王瑞利等在賽罕烏拉自然保護區與上述相同的草原類型上，應用DNDC模型模擬了1961-2015年間的植被碳儲量年度動態，地上和地下碳儲量分別占9.2％和90.8％；研究時段內31％年份表現為碳源；在自然保護區設立后的19a中，有7a表現為碳源。雖然植被地上部分碳儲量占比較低，但地下碳儲量則全部由地上的合成作用轉化而來，在干旱等氣候條件下，往往表現為“入不敷出”。在非保護的狀態下，又經常有持續放牧和割草等干擾的草原，很難形成碳匯。

草原的土壤碳庫主要以有機碳的形態存在于土壤有機質（如腐殖質、動植物殘體和微生物體等）中，包括非活性有機碳和活性有機碳。非活性有機碳主要是有機酸類和腐殖酸等化合物，化學性質穩定，常稱為難分解有機碳和惰性有機碳，是碳匯形成的標志性物質?；钚杂袡C碳是土壤有機碳的活性部分，有機質易被土壤微生物分解而使碳釋放（碳源之一），主要包括微生物生物量碳、輕組有機質碳、易礦化的碳水化合物碳等。只有土壤有機質足夠多，在滿足自身肥力需求的情況下，把更多的活性有機碳轉變為非活性有機碳，減少非活性有機碳的逆轉，土壤碳庫才是穩定的。因此，可以把以非活性有機碳構成的碳庫稱為持久性碳庫，而把以活性有機碳構成的碳庫稱為短時性碳庫。草原土壤有機碳始終處于非活性有機碳和活性有機碳的相互轉換過程中，土壤碳庫也是在不斷碳輸入（固碳）和碳輸出（釋碳）過程中保持相對平衡，即所謂碳匯和碳源的動態平衡。碳匯和碳源既表示動態過程，又表示狀態結果，任何時候只有當草原生態系統碳固定量減去碳釋放量是正值時，形成碳固定增量，才有補匯或增匯過程。在草原氣候頂極狀態下的穩定植物群落并有適度干擾，土壤有機碳的輸入量與分解輸出量會達到平衡，此時的土壤碳庫接近于最大值，看成是草原可以實現的碳儲存潛力值，代表著原始狀態的碳庫水平，可稱為碳庫高端平衡。在荒漠化狀態下植物群落，土壤碳庫量遠低于最大值，即使碳的輸入量與輸出量達到暫時平衡，也是不穩定的，可稱為碳庫低端平衡。從低端平衡到高端平衡之間碳庫量的差值屬于土壤碳匯虧缺，補虧的過程是補匯過程。補匯是把已經釋放到大氣中的碳回收固定并存入碳庫，并沒有形成碳匯增量。在碳庫高端平衡狀態下，碳庫也并不會完全飽和，土壤非活性有機碳仍在緩慢增加，這部分增加量才真正進入碳匯，形成碳匯增量。正常情況下，草甸土壤為黑色，草甸草原土壤為暗栗色或黑色，典型草原土壤為淡栗色至暗栗色，荒漠草原土壤為棕色，表明碳庫處于或接近高端平衡狀態，非活性有機碳越豐富，顏色越深；當土壤顏色變淺，說明已經是碳源。如果土壤沙化，顏色變成沙黃色，表明土壤碳已經釋放殆盡。

二、荒漠化使內蒙古草原成為重要碳源

內蒙古草原整體上屬于自然生態的脆弱區，氣候變化的敏感區，能源利用的低效區，抵御干擾的弱彈區，資源消耗的超支區，這決定了對其保護要嚴，利用要輕，投入要大。而長期的過度利用干擾或者掠奪式經營，很容易形成草原荒漠化，這已經被無數的事實所證明。據2010年全區草原資源調查，內蒙古“三化”草原面積占草原總面積的60.98%，較21世紀初有所減少。對退化草原的調查統計，雖然有國家標準，但在操作中更多地是進行橫向比較，把基況較好、土表受到破壞較少的草原都劃入正常，較少與歷史狀態進行嚴格比對，從而低估了“三化”面積。李毓堂在20世紀80年代初統計，全國草原嚴重退化面積占總面積的1/3，仍在以每年200×104 hm2的速度擴展；各類草場產草量在上世紀60年代到70年代的20a內下降30%-50%，牧草質量大幅下降，而投入卻極低；呼倫貝爾草原產草量減少了65%，由60年代初的2550kg/hm2降低到80年代初的900kg/hm2。中國在20世紀90年代之前的40a，草原投入平均每年僅有0.3-0.45元/hm2，而同期的產出是投入的50倍。雖然單位面積產出量很低，但同投入的比例過于懸殊，是真正的掠奪式經營。由于20世紀70年代以來的草原加速荒漠化和生物量降低，內蒙古草原目前的碳庫屬于虧缺碳庫?；哪雇寥烙袡C質降低，相關聯的生物量減少。內蒙古草原正常狀態的土壤有機質含量一般是草甸草原5%-7%，典型草原3%-5%，荒漠草原2%-3%；草甸都在7%以上，荒漠在1%以下。如今這些數值基本上僅存一半，也就是一半的碳已經流失；生物量降低表明碳固定能力下降，在利用強度不降低的情況下，碳釋放會持續增加。以此推算，草原虧缺的土壤有機碳量大致與現存的量相當，約需補匯30×108-40×108t。草原被開墾，碳損失量也是巨大的。內蒙古草甸草原植被下的黑鈣土不同層次有機碳含量因農墾分別損失34％-38％，主要發生在0-35cm處。

社會上不少人認為草原是碳匯，會大量吸收工業排放的溫室氣體，這種觀點無疑是錯誤的。僅僅計算草原每年固定CO2的量，而忽略了土壤呼吸排放的量以及被動物采食后形成的生物損失量和由低溫室效應氣體（CO2）轉化成高溫室效應氣體（CH4和N2O）的排放量，很容易對草原今天的固碳作用形成誤導。事實上，荒漠化的普遍發生，已使內蒙古草原成為重要碳源。在中度和重度荒漠化的草原上，已經釋放或流失的碳量不會低于現有庫封存的量。如果是由于放牧過重造成的草原退化，不僅使土壤呼吸加重而造成CO2損失加快，還會通過動物的體內消化轉換，排放更多的CH4和N2O，放大系統的增溫效應。據IPCC（聯合國政府間氣候變化專門委員會）測算，如果把CO2的溫室效應看成是1個當量，則同分量的CH4是25個，N2O是298個。在一定區域的草原放牧生態系統內，只有當植物當年合成固定的生物量碳的CO2當量數大于系統排放的CO2、CH4和N2O的CO2當量數時，草原才真正實現補匯和增匯，否則，就是碳源（圖）。在這個系統中，動物采食碳包括家畜（最多）、野生動物和昆蟲等，輸出系統的碳主要是家畜活體和畜產品碳。放牧越重，不僅采食量越大，形成CH4和N2O的量越多，還促進微生物分解活動，排放更多的CO2。當然，動物糞便也有很大一部分返還到土壤，成為土壤有機質；如果考慮放牧刺激植物進行補償性生長和消耗持久性碳庫，這個關系將會更加復雜。這方面的研究至今還很薄弱。

所以，草原荒漠化不能僅看釋放了多少CO2，而應該重視釋放的CO2當量。例如，1頭體重400kg的成年牛每天采食8kg干草，相當于消耗14.68kg CO2。牛的呼吸每天排放600 L CO2，相當于1.17kg；排放350 L CH4，重量為0.25kg，相當于6.25kg CO2當量。干草的消化率按60%計算，每天排出的糞便約3.2kg，加上排泄的尿，根據貯藏條件的不同，產生不同量的N2O。放牧狀態下，糞尿都是草地露天排放，同時產生CO2和N2O。牛每天的體增重也固定大量碳，會隨著牛的出售或產品出售而轉移出草原，量也是很大的。只有當所有排放和轉移的CO2當量小于每天同面積草原CO2固定量，才有可能形成補匯和增匯。這在內蒙古草原上是比較困難的，因為家畜每天的消耗和碳排放幾乎是常數，而草原牧草的生產只在暖季進行。如果不能根本扭轉草原荒漠化狀況，不對目前草原土壤碳庫加以嚴格保護，不能采取措施形成補匯局面，草原碳中和的效應就會是負面的。所以，應該創造一切有利條件，使草原每年新形成的有機物在經過所有的消耗后有盈余并進入碳庫，把短時性碳庫轉變為持久性碳庫，形成補匯。草原生態安全屏障建設的核心材料是土壤有機碳；要抓的主要矛盾，是遏止碳源過程，增加補匯量；根本任務是為碳達峰碳中和做出應有的貢獻，起“緩沖器”作用。草原碳庫量持續增加的過程，實際上體現的就是生態安全屏障逐漸筑牢的過程。

三、維持碳庫穩定是內蒙古草原生態屏障建設的核心任務

于貴瑞等在梳理了全球、全國碳達峰碳中和現狀的基礎上，提出實現碳達峰碳中和目標必須應對的嚴峻挑戰，探討了中國實現這一目標的行動方略、技術途徑與科技支撐。在具體實施方面，在草原上簡單地進行圍欄、補播、改良等措施，并不一定能形成碳匯，因為這些措施在固碳的同時，釋碳的增加更值得考慮。在人為管理措施對生態系統碳匯效應（管理措施實施后的固碳速率）的影響及其定性評價中，人們習以為常的草原管理措施，包括天然草地封育、退耕還草、退化草地恢復措施、多年生混播草地建植、高產人工草地建植、合理控制放牧強度和劃區輪牧/延遲放牧，除了退耕還草外，其他措施被IPCC承認度（該項管理措施是否能在目前IPCC清單編制中使用）都是“否”，主要因為這些措施在促進草地固碳的同時，也增加了釋碳的風險。

影響土壤碳儲量和碳庫穩定的因素主要是高強度放牧和氣候變暖。而在此背景下，維持草原碳庫穩定的根本途徑是發展生態草牧業。這除了積極鼓勵發展碳排放少的非畜牧產業外，要嚴格控制放牧和割草對草原的利用強度。從科學利用的角度考慮，控制草原放牧場的載畜率和割草場的割草頻次與留茬高度，是保護草原的核心措施。國外學者對放牧強度與根系生長量和分布深度的關系都做過長期觀測研究，如果草原植物地上部分被采食掉少于50%，對根系影響很??；當被采食70%，一半的根系停止生長超過2周，根系分布變淺；當被采食90%，所有的根系都停止生長超過2周，根量大量減少。如果是采食較多，又過于頻繁，或者是在開花結實期被大量采食，植物只有死亡。所以，要大力發展生態草牧業，積極應對氣候變化。當然，必須依靠法治和科技進步，并做好科普宣傳，使全社會對維持草原碳庫穩定性的極端重要性有充分認識。

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（作者單位：內蒙古農業大學草原與資源環境學院）

責任編輯：張莉莉