【毕业学位论文】（Word原稿）青藏高原牧场温室气体排放的特征研究-畜牧学

1 论文全文 第一章 前 言 由于人类活动，大气中温室气体浓度已发生 了 很大的变化，自工业革命以来，大气中的二氧化碳 (甲烷 (氧化亚氮 (浓度分别上升了 36%、148%、 18%， 目前 分别达到 379319。 2009 年，哥本哈根联合国气候会议成功召开，将全球气温上升 幅度 控制在 2 度，发展绿色经济、降低排放成为共识。 草地生态系统作为陆地生态系统的主要类型之一，面积约占陆地面积的25%2， 对全球气候变化具有重要的影响 3 其 对全球及区域性生态系统 的 碳 平衡有 着非常 重要的作用。 全球动物排泄物 到 8%之间 ， 排放 为 世界已知 放总量的 7%5 目前 对于 草地 温室气体排放的研究主要集中于 土壤 温室气体的排放 及其 机理 ， 以及 宏观尺度上草地温室气体浓度的估算 7 较少研究 牧场中 温室气体排放的 来源与各个子系统的贡献。 青藏高原 是 世界 最 独特的地理单元之一， 高寒草甸占区 域 总 面积的 主要以放牧为主 11 对 全球升温 更为敏感 15因 此， 研究青藏高原牧场温室气体排放的特征 ，有助于阐明青藏 高原典型牧场内部各个组分对温室气体排放的贡献，以期为牧场减排增汇、改进放牧管理提供科学依据。 本论文主要涉及以下方面： （ 1） 通过静态箱法和双盆叠放法评估牧场草地和家畜 系统的温室气体排放特征 ； （ 2） 通过牧场调查并结合相关参数评估牧场 人居 系统温室气体排放特征 ； （ 3） 讨论放牧率与温室气体排放之间的关系 。 本论文的创新点： （ 1）人 居 系统和自然系统相结合探讨牧场 整体 的温室气体排放特征 ； （ 2） 提出双盆叠放法，研究家畜粪的分解和温室气体排放途径。 2 第二章 国内外研究进展 全球变化最引人注目的是大气中温 室气体浓度的变化。 温室气体 （ 是指大气中那些能够吸收和重新排放出红外辐射的自然的和人为的气态成分 。 尽管相对于整个大气中气体含量来说温室气体含量很少，但是温室气体浓度的变化会显著的影响整个地球气候系统。 大气中温室气体类型主要包括二氧化碳 ( 甲烷 ( 氧化亚氮 ( 氢氟化碳( 全氟化碳 ( 六氟化硫 ( 氯氟烃类化合物 ( 氢代氯氟烃类化合物 ( 臭氧 (03)、 水汽 (等。 这些温室气体 对太阳辐射的影响甚 微，但 可以部分的吸收地表释放的 长波 辐射， 从而使得地球表面的温度提高， 产生 温室效应，其效果可以使实际的地表温度达到 15度，远远高于大气中仅包含氧气和氮气的地表温度 的 17。 由于不同温室气体成分 的变暖潜力差别很大 ， 以及温室气体在大气中的浓度也有所差别，因此， 各成分 对全球变暖的贡献率 区别明显 。 对全球变暖的贡献大约占 70；其次是 8。 大气中温室气体的含量 甚微，因而容易受到人类活动的影响 。 人类活动对温室气体排放的影响主要 表现 在 两个方面：一是化石燃料燃烧或生物质燃烧等方式 直接向大气排放温室气体而改变其浓度；二是 通过 改变温室气体的源与汇来改变其浓度，例如通过砍伐森林、改变土地利用方式等手段改变地球系统各圈层的理化性质来影响温室气体的源与汇。尽管到目前为止，全球 气候 变化还存在着争议，但温室气体浓度的持续增加 以及全球气候变化 已是不争的事实。 究方法 目前，对温室气体排放通量的测量 方法 主要 包括箱法和微气象学法 ，同时 ， 超大箱长光程红外色谱法以及同位素法 也在科学研究中得到应用 。 箱法是指利用流量测定箱倒扣在研究区域表面，并通过一定的时间从箱内收集的气体来确定研究区域的排放通量 。流量测定箱都以与气体不发生作用的材料制成，一般情况下，其体积的大小以及材料 性质 会影响温室气体测定的值，但 影响的程度 不确定 19。近年来被普遍用于测定温室气体通量的 箱法是静态箱法 20 相对应的，箱法中还包括动态箱法。箱法 操作简单，机动性强，且能同时完成对多种温室气体成分的 测定 ， 同时， 基3 于气相色谱仪的测定技术具有精确度高的特点 23静态箱法测定的流程一般包括：提前在采样地将底座排入土中，在盖上静态箱 待 箱内气体 稳定后 用注射器采集气室内的空气 并 注入气体储存袋，在一段时间内每隔几分钟采集一次，然后用气相色谱仪等仪器测定气体储存袋中温室气体浓度的变化，并根据采样时间的变化计算出温室气体排放的速率。动态箱法进一步可以划分为密闭式动态箱法和开放式动态箱法。密闭式动态箱法利用 外分析技术，将气室与红外线 析仪连接形成闭合回路，使空气在回路循环 ， 以 此 测定 度的变化。开放式动态箱法则是通过测定箱体入口处和出口处气体的浓度来确定温室气体排放的通量。 微气象学法是根据微气象学测量来推导地表气体通量的方法。其成立的基本假设包括两个方面：一是基于微气象法；二是基于假设离开或到达表面的温室气体通量与 表面以上的作为基准面的某一距离的垂直通量相等 25。微气象学法可划分为涡度相关法、通量梯度法、鲍文比法以及质量平衡法。其中最常见的是涡度相关法 26，其基于微气象学的基本原理测定温室气体的通量，适用于大范围以及中长期的定位测定。 无论是箱法还是微气象学法 都有利有弊 。箱法运用 最大的缺陷在于不能应用于长时间、大面积的测定 ；同时可能 由于存在人为的操作失误而导致 测量 误差，出现测量值偏离实际值，可靠性受到质疑。微气象学法虽然克服了箱法的根本缺陷，却对试验地的要求很高。多种温室气体的同步、原位监测将是未来土壤温室气 体监测的发展趋势。 超大箱长光程红外色谱法与微气象学法一样，都能用于大面积的测量。与微气象学法的通量梯度法相比，其具有比较优势 ： 一、这一实验方法要求的参数值较少，不需要测定风速等参数值；二、能同时对不同的处理的田间式样进行测定，而不会相互干扰。其缺陷 也明显 ，如带有导光境系统的光谱仪对距离有一定的要求，同时这一实验方法对仪器的性能要求 高 。 近年来，随着技术的发展，同位素法逐渐成为了科学研究的强有力工具。 同位素法 在反映 量季节变化和年际间变化的同时，还能够揭示陆地生态系统对碳素的吸收和排放， 并 能有效的确定 陆地生态系统和大气之间某些成分的交换过程和交换量。但是这一方法对仪器 、 设备 和人员技术 要求 很 高 而 限制了其广泛的应用。 目前，在国内科学研究中最常见的温室气体 测定 方法是静态箱法，其具有一定的优势，却也存在一些限制性因素。静态箱法一般采用流量测定箱倒扣在研究区域，这就会形成密闭的箱内空间，从而使得箱内气体的浓度、大气压力以及空气的温度异于箱外 27，同时，为了起到密闭的作用，通常要将流量测定箱插入土4 壤，这也会对研究区域 微环境 造成破坏。以上 的一系列因素都可能造成 测量 值与 实际 值偏离。 室气体排放机理 大气中 量的增加可能是导致全球气候变化的最主要原因 28。不同 的土地利用方式是人类影响 放的重要 途径，近年来， 对 放机理的研究主要集中于 对 土壤呼吸的研究。 大量的研究 结果 指出 在草地生态系统中 土壤呼吸主要包括三个组成部分，即根 呼吸 、根系微生物 呼吸 和微生物 呼吸 。其中根 呼吸 是土壤中唯一有自养有机体产生 途径 29。在土壤呼吸中，根 呼吸 和根系微生物 呼吸 是根源吸收的主要途径，分别占根源吸收的 48%和 52%30。 但 土壤呼吸中 排放在时间和空间上具有很大的变异性 ，其排放量 在 昼夜、季节以及不同类型的生态系统中均变化很大。 般认为其 每分子 增温的潜力是 很多研究表明 室效应的贡献仅次于 占温室气体对全球变暖贡献总份额的 20%。而且 ，相对于其它温室气体成分， 大气 中的 在大气中的寿命约为 12年 31。 研究指出土壤中 多数的研究主要集中于 厌氧环境中 生 机理 ， 指出 息息相关。 谢军飞等的研究指出 分解成单糖， 然后 由单糖 再 分解成酸，进而 在此过程中 形成 了 32；碳水化合物一般包括有机物和不溶性有机物，在转换的过程中可能由于其性质不一样而有区别，有研究指出对于 有机物的厌氧消化过程 ，其一般只存在两个阶段，分别为 产酸和产甲烷 两个阶段 ； 而对于不溶性有机物，一般认为 除了产酸和产甲烷两个阶段外，其 还存在 着 一个水解阶段 33其释放的过程一般包括水解、产酸以及 三个过程中 的 基本反应如下： 2 土壤中 产生在不同的环境条件下可能会有多种途径，一般 认为 产生 包括 硝化作用和反硝化作用、 羟铵化学分解 以及 化学反硝 三个过程 35， 其中硝化作用和反硝化作用被认为是产生 关键过程 36。 硝化作用一般指在通气的条件下，氨和氨盐 在微生物的作用下，被 硝化细菌氧化成硝酸盐和亚硝酸盐的过程， 并 在此过程中产生 平等的研究指出硝化作用包 括两个步骤，即 分别在氨氧化菌和亚硝酸氧化菌的作用下将 氨氧化为亚硝酸 以及 亚硝酸氧化为硝酸， 从而完成 硝化 作用 37。 硝化的过程中 基本反应如下： ( 2O 反硝化作用 一般发生 在通气条件不好的 环境中 38， 指 反硝化细菌 或 化学还原剂的作用下 被 还原成 过程，其基本反应如下： 响温室气体排放的因素 随着温室气体浓度的增加，越来越严重的影响着人们的生活， 为了准确的估算温室气体排放的通量，并在此基础上采取适当的措施将温室气体排放以及由此带来的全球变化控制在可控的范围内，必须 明确 温室气体排放的 影响 因素。 度 温度是影响温室气体排放的重要因素之一 ，其在昼夜以及季节尺度上 的 变化都很 大 。大多数 对温度和 放之间关系的研究 表明 两者之间 存在着 明显的相关 关系， 且在研究中一般都采用温度这一因子的变化来解释温室气体排放的日变化和季节变化 39， 但 两者之间的 相关 关系 在不同的研究中得到的结论 并不一致， 表现出多样性 40。在对温室气体排放对温度的敏感度分析中 ， 常用 描述 两者之间的敏感性， 温度总体 与 间 呈负相关的关系 41， 同时， 在季节的变化上， 一般表现为夏季的值要小于冬季。 温度对于 土壤呼吸的研究 指出 ，当土壤温度在 温度 与 反硝化量的平方根之间 呈 线性相关的 关系 。 在温度对于排泄物 到的结论具有不确定性。 有研究指出当 土壤的温度较低时，土壤还可能表现出 现 吸收 ， 但很多研究的结果与这一结果不一致。 22。 而 243，但在 泄物中的硝化作用和反硝化作用的速率显著的增加 44。我国的学者齐玉春等也证明了温度与硝化作用和反硝化作用存在6 明显关系，指出硝化作用中微生物活动的适宜温度范围为 15反硝化为545。 温 度对 放的影响 主要在于其影响土壤中微生物的活性，在温度较低时， 透气土壤中的 耗没有停止 46；在温度较高时，也会出现限制 放的因子。 在同一研究区域土壤产生 生物过程和非生物过程作用的强度会随着温度的变化而变化。除此之外， 在不同 的 条件 下 也会导致温度的变化 与收的关系 出现 不一致，在栽培条件下，温度与 吸收 的关系表 现出显著的正相关关系 47 而在自然条件下，它们之间的关系则不明显 49 在 对青藏高原 牧场 系统 家畜 排泄物 的研究中发现 ，温度对 排泄物 放的影响比较复杂 ： 在 青藏高原地区由于牧 民对粪便的处理多采用 堆肥 方式 ，因而导致在 固态排泄物氧气充足的地方会抑制 放，但这些地方的发酵又为厌氧发酵的地方提供了较高的温度，从而促使了厌氧发酵区域的 放。 在粪堆厌氧发酵过程中， 由产甲烷菌通过分解粪堆中的有机物而产生的，一定的温度不仅影响到细菌的生长，更为产甲烷菌的正常活动提供了保障 52。 在 低温情况下， 对温度与 放的关系 研究 中 ，其结果却存在不一致，一些研究报道了 放的速率与温度之间呈指数关系 10， 但有一些研究结果则指出两者之间的关系 表现为线性相关关系 53 分 水分 对土壤呼吸的影响 主要在于 其 影响土壤的理化性质和土壤的透气性 55。由于自然地理区域各自的特点，土壤 中的水分 对土壤呼吸的影响 也 表现出不同的特点 56，既存在正相关关系 57，也表现出负相关关系 58。 一般情况下，水分通过对土壤中 微生物 生产和活动的影响、对土壤孔隙中 水分 对土壤 响 土壤的透气性、土壤离子活性以及土壤微生物来实现。 水分对排泄物 影响，主要表现在 粪便的湿度会影响排泄物的硝化和反硝化的作用。排泄物排放的 中反硝化的作用 ， 而反硝化作用更可能发生在氧气浓度比较低的情况下。当排泄物中水分比较大时，就会挤出氧气的含量，降低氧气的浓度， 促进反硝化作用。 但是氧气含量过高或过低都不利于 在氧气供应很充分时，排泄物中的硝化作用占主导，其最终的产物是 在氧气供应严重不不足时，排泄物在反硝化作用的主导下产出的最终产物是 两者都会限制 排泄物在干湿交替的作用下 可能 会增大 水分 通过对土壤气体扩散速率和微生物活动来影响 换 。 土壤水分和7 温度明显的 影响 土壤对甲烷的吸收 59。 水分 对 包括土壤中 湿润的土壤条件下，由于土壤的气体扩散的速率减弱，导致 在 干燥的土壤中，相对于湿润的土壤来说其吸收速率上升，但 因为 干燥的 土壤条件下，土壤的生物过程明显减弱 ，因而吸收速率 存在一个极限值。 水分 主要通过影响粪便中的微生物活动和粪堆的透气性来影响 粪便 温室气体排放 60。 其中湿度对于排泄物 61，其 主要表现 为当粪堆的湿度较大时，粪堆的透气性较差，形成厌氧环境， 之亦然 62。 化性质 土壤的理化性质是土壤呼吸的重要物质基础，土壤中的碳、氮的含量明显相关于 排放。土壤的有机质中的易分解成分正相关于 排放 63，氮素通过光合作用影响微生物来影响 排放。 不同的 起着促进或抑制 放 的作用 。在土壤中表现为，在酸性条件下 还原受到抑制 64，而在碱性条件下随 下降 排放呈递增趋势 65。 对排泄物 放的影响机理很复杂，到目前 为止还没有形成共识，但很多研究都表明当 为 6 左右的时候 排放量比较大，而在 2O 的排放量很小，甚至会不存在 排放。 要产生于厌氧坏境微生物 的 活动，而 与厌氧微生物的生长和活动之间存在着密切的关系。 在对 与 放的关系研究中， 研究指出 对土壤 排放影响很大，当 为 ， 收量很大；但当值为 ，没有吸收 66。 在对排泄物的研究中发现 ： 在堆肥过程中，当粪堆的 为 6 时， 排放受到抑制，而 排放很大，当 小于 ，没有任何的气体排放 67。 物 因素 对影响 草地生态 系统温室气体排放的生物因素 的研究 主要集中于草地的植被类型、草地上生息的动物以及微生物。 植被对 土壤呼吸的影响主要通过自身根系以及对土壤微环境的影响来实现 68。不同类型的植被状况的土壤呼吸强弱差别显著， 根据 对 苔原、湿地、温带草原、荒漠灌丛草地以及热带草原这五种类型的土壤呼吸 研究 发现： 热带草原的土壤呼吸最强，而苔原与湿地最弱。植物对土壤 排放具有两面性，一方面，植物的生长需要吸收 N， 成为 ； 另一方面，植物又能分泌出 促进反硝化8 菌活性的分泌物 69。除此之外，不同的植被类型还能 通过 影响 土壤的理化性质，从而影响 放。植 被 对于 影响，主要是 其作 为 放重要的源 而存在 70。 动物影响草地生态系统的温室气体排放的研究表明， 小型动物 主要通过挖掘影响土壤呼吸，而家畜等大型的采食动物则通过采食、践踏和排泄物来影响土壤呼吸 71。 目前，对于家畜生产 过程中 的温室气体排放的研究较多，而 对于小型动物 与 土壤呼吸的 关系 的研究较少，且 对于动物 的 研究 多集中 研究。 对放牧家畜的研究表明， 放牧对土壤碳 排放具有抑制作用 72。但众多的研究结果表明大型动物对土壤温室气体的排放的影响具有不确定性，受到 其它影响因子 的限制。 微生物是有机碳中最活跃的部分 73，其总量只有土壤总有机碳的 1%但却是生态系统能量循环的动力，制约着有机碳的转化 74。同时微生物也是温室气体 放重要的生物源。张秀君的研究指出土壤微生物在厌氧 条件下 通过反硝化作用能将 原为 在好氧条件下 ， 甲烷氧化菌能将厌氧土壤产生的甲烷进行氧化 ， 成为土壤甲烷的汇 75。 类活动的影响 人类活动是最主要的影 响 草地生态 系统温室气体排放的因素 。人类活动 通过影响 草地的植被组成 、 动物的活动以及 改变 草地的利用方式 等手段显著的改变了草地生态系统 排放 。其中，植被类型 的改变会 通过 植被 根系以及土壤的环境因子来影响 温室气体排放 ；而动物则通过采食、践踏以及排泄物来影响温室气体的排放 76；对草地的利用方式主要包括放牧、开垦以及封育，这些利用方式都会对系统的温室气体排放产生影响 77。 的研究指出，土壤的 度在翻耕的作业方式下会变化剧烈，在翻耕后 1 分钟内土壤的表面浓度会增加 15%，要 回复正常则需要在 2 小时以上 78。 在加利福利亚的研究也表明了人类活动的干扰会影响土壤的呼吸 79。放牧 通过影响生态系统群落的 植物的光合作用来改变土壤呼吸，过度的放牧会降低土壤的呼吸、降低土壤的碳汇作用以及恶化土壤。 土壤作为 个重要的汇，显著的受限于人类的活动 80。 研究表明人们通过施加氮肥改变土壤性质会明显的抑制土壤作为 的功能的发挥 81。 研究也得到相似的结论 26。 很多研究表明，不同的土壤利用方式 下 功能 的 强弱不一致，相对于 森林和天然草原来说，将其开垦为农田为降低土壤 的功能 82， 而以撂荒等方式恢复土壤 的功能需要非常长的时间 83。 9 人类活动显著的影响大气中 浓度，施肥以及改变土壤的利用方式等都明显的影响大气中 度 的变化 84。 的研究指出人类施入农田的N 是人们影响大气中 浓度重要方式，占每年排放总量的 13% 85。在土壤的利用方式方面，农田相对于 天 然草原其 排放量也明显提高 83。 室气体 排放的 估算 目前，对于人类活动是引起温室气体排放 增加 的主要原因 的认知 已经成为共识 ，对温室气体排放的估算是控制温室气体排放重要的基础 。 对于大气中 可靠的记录源于夏威夷 观测站 ， 其开始于 1958年， 已连续进行了 40 多年； 而 对于大气 978年；但 到目前为止， 限于技术的要求， 还没有 对 自 20世纪 60年代以来 , 对 温室气体 的研究就集中于温室气体的 源与汇 以及与之相关的生态平衡， 特别是 对其中的 碳循环 的 研究 86 虽然这些研究大大促进了对温室气体浓度的估算，但由于其参照标准和应用 范围的区别，使得很多结果具有不确定性。 对于温室气体排放量估算的广泛关注始于 1992年的联合国气候变化框架公约。 为了将大气中的温室气体的浓度稳定在防止气候系统受到危险的 人 为 干扰的某一水平上，联合国气候变化政府间专家委员会（ 续发布来了四次全球气候评估报告，逐步 的完善对各国温室气体排放 情况的估算 ，以帮助各国编制温室气体清单，使得各国能更好的制定减排措施和适应气候变化的措施。 为此， 同会导致计算结果 存在 较大误差 88。 目前，国内外有关 89。对大气中 但由于 且 目前对各因子及 因子 之间的相互作用的认识还不全面， 对其的研究结果却并不一致 90对 大气 中 研究限于认知和技术的发展，不能 获得对 源与汇准确的认识 ， 对 放量的 估算 仍然 是 关于温室气体排放的 前沿研究课题。 温室气体 的源与汇 对于温室气体的源与汇的解释，联合国气候变化框架公约中给出了定义。简单的讲 ， 温室气体的源就是指温室气体向大气 排放的过程或活动；而温室气体的汇是指温室气体从大气中清除的过程或 活动 93。 在工业革命以前，由于人类的10 活动能力有限，温室气体一直依存于 自 然界固有的源汇平衡。而随着人们干扰强度的扩大，如能源的大量开采和利用、土地利用方式的改变等 活动 破坏了原有的平衡。 全球碳库包括海洋、大气、陆地生态系统以及地层中的碳库。它们之间密切联系，对任何一个库轻微的干扰都会产生连带的效应。近年来，随着人口的剧增、土 地利用方式的转变 导致了生态系统结构功能的变化，扰动了陆地生态系统碳库的稳定， 陆地生态系统碳库的变化，无疑会带动其它碳库的变化，特别是大气碳库， 但其对碳源和碳汇的影响具有不确定性。 尽管对 产 ，这两个源排放的量约占到全球 0%以上 。 在排放 中，一般认为 反刍动物瘤胃排放的量最大 94。 在对 要的 汇在于大气中的平流层， 5。 根据 壤是 其排放量的 90%。这其中，既包括农业土壤排放的量，也有自然土壤排放的量。土壤排放的 素的转化，包括硝化 、 反硝化以及非生物转化的过程，都会伴有96除了土壤是 一重要的源在于海洋，其主要是伴随着海水的涌升。除此之外，化石燃料的燃烧以及生物质的燃烧也是 在 全球变化 过程 中主要表现出两个作用：一是与 99二是作为全球变暖的源 101。 与 国内外 已有的关于草地生态系统温室气体排放的研究 不同 ， 本文从温室气体排放的来源 以及 各个子系统的贡献的角度出发研究牧场温室气体排放的特征，以 人文系统和自然系统耦合的角度阐述草地生态系统各个界面的排放特征，并关注家 畜 系统对温室气体排放的贡献 ，具有理论和现实的意义。其理论意义主要表现在其能够弥补以往研究的一些不足，包括系统耦合的研究、家畜生产的研究以及为该地区温室气体宏观估算提供依据；其现实意义主要表现在能够 了解该地区牧场各界面温室气体排放的特征，为温室气体减排提供依据，并有利于科学管理牧场的生产和生活。 11 第 三 章 材料 与方法 究地区概况 然概况 玛曲县位于甘肃省甘南藏族自治州西南部，处于青海、甘肃、四川三省交界的地方，地理坐标为东经 100469、北纬 33063。 海拔 3500m 左右，属青藏高原东部边缘地带 。年均气温 ， 1 月平均气温 ， 7 ，年日照时数约 2580h，年平均霜日大于 270d，无绝对无霜期，只有冷暖季之分。年均降水量约为 620要集中在 59 月 。 土壤类型为亚高山草甸土 102 根据综合顺序分类法， 玛曲地区属 于 典型的高寒草甸，其草地物种以莎草科的嵩草属（ 苔草属和禾本科的针茅属（ 羊茅属（ 披碱草属（ 早熟禾属（ 为主。牧草一般 4 月中、下旬开始返青， 8 月中下旬开始枯黄。 会概况 玛曲县是青藏高原东部边缘上一个典型的藏民族聚居地，同时也是一个多民族聚居的纯 牧业 县，是 甘肃省 主要的畜牧业生产基地之一。全县总人口 多人，主要以藏族为主，占总人口数的 88%。总国土面积 方公里，其中天然 草地 占全县土地总面积的 为 亩。被称为 “亚洲第一天然优质牧场 ”，拥有 1400 多万连片集中、草质优良、耐牧性强且舒展平坦 的天然草原。由于玛曲牧业发展历史悠久，放牧的家畜也闻名全国，其中最出名的要属河曲马、阿万仓 牦牛 、 欧拉羊 以及 “ 河曲藏獒 ” ，并且玛曲县是它们的唯一故里，因而玛曲县常被称为 “远古披毛犀牛 ”的故乡。据统计， 2006 年，有 多只（头） 欧拉羊、阿万 仓牦牛以及 河曲马 在玛曲草原上生息着， 只（ 头 ） ，其出栏比率为 在出栏的畜产品中直接供给为商品的比率达到 数量为 只 （ 头 ） 左右。 玛曲县境内 畜牧业资源十分丰富 ， 但近年来 ， 由于过度放牧以及滥伐乱挖，导致玛曲进入了草、畜、人三者之间的生存怪圈，形成了一个相互交织的 “ 死循环 ” ，在短时间内很难得到摆脱。其主要变化为：迫于人口迅速增 长以及对生活质量要求提高的压力，要求要大力利用天然资源，发展畜牧业、提高收入，导致草 地 承载量不断加重，严重超出了草 地 的承载能力，导致草 地 退化，最终致使农牧民收入减少、再度返贫。近年来，过度放牧越来越严重，玛曲县天然草地的无12 论是 牧草 产量、草层的高度还是植被的覆盖度都严重退化，其中 牧草 的产量从1981 年至 2004 年的降幅达 1/4；草层高度也下降到 10 厘米以下，到目前为止植被的覆盖也仅有 70%左右。高覆盖度草地从 1986 年到 2000 年减少了 52中度覆盖的草地也有所减少，低覆盖的草地面积却增加 （表 3104。 玛曲 95%的牧民收入都来自畜牧，可玛曲脆弱的生态，承担不起沉重的经济负担，仍然难掩生态保护与经济发展的矛盾。 表 3玛曲县 1986年和 2000年的土地 利用 986 000 土地类型 986 年 面积 986 (2000 年 面积 000 (面积 变化 (灌木林地 林地 高覆盖度草地 覆盖度草地 In 覆盖度草地 地 壁 盐碱地 泽地 岩石砾地 寒漠、苔原等其他未利用地 平地旱地 究方法 根据牧场系统的结构图 （图 3， 牧场 主要包括草地子系统、家畜子系统 （主要是家畜和 畜圈 ） 以及人居子系统，因此，为了完整的模拟 出牧场的温室气体排放本 文遵循以下的研究技术路线（图 3 13 图 3牧场系统结构图 场 草地子系统 家畜子系统 人居子系统 土 草 粪 斑 静态箱 双盆叠放 实验室 调查访问 家 畜 畜 圈 厩 肥 生 活 其 它 图 3技术路线图 4 地子系统温室气体排放测定 草地子系统温室气体排放主要 分为 土 壤 和粪斑两部分 ，采用静态箱法测定，用 双盆叠放法 测定畜 粪的分解 途径 。 有粪 斑 和无粪 斑 草地 测定 ， 两者为成对并排样方。 测定前， 沿放牧地两个对角线每 1m 测定 1 次，记录有无粪斑，每类样地共测定 1440点，计算粪斑占草地的面积比例； 同时，沿每放牧区对角线随机设置 10 个 1m 1m 样方，分别收集其中 畜 粪， 105 烘至恒量不变，称量 ， 计算整个放牧区的 畜 粪总量和单位面积的粪量 ； 在每个放牧区设置 3 组 40 40 点，每组含相邻的 2个样点， 测定前 针对每 1 组样点，先将其中一个样点的 粪便 捡拾干净，均匀分布到另一个样点中， 并将地上部分齐地面刈割 移去 ， 形成有 粪和无 粪互为对照的 1组 样 点 105。 畜子系统温室气体排放测定 家畜子系统 主要包括家畜、畜圈和厩肥三部分。家畜温室气体排放主要通过调查访问 和称重等方法获取畜群动态数据，然后利用 关参数 测 算 。 畜圈和厩肥温室气体排放的测定采用静态箱法 。每牧场选三个大小、高度接近的粪堆，每次测定前先根据粪堆形状测定底边长和高，取样，算得 每堆粪的 面积，文中平均每个牧场堆肥面积为 堆的厚度在 右 ； 温室气体 在粪堆上部测定 ； 2011 年测定用的粪堆堆积的时间为 2010 年 7 月到 2011 年 4月， 2012 年测定用的粪堆堆积的时间为 2011 年 8 月到 2011 年 4 月；牧场堆积的粪便主要用于燃烧取能 。 每户牧户的畜圈中重复测定 3 次 ；文中平均每个牧场畜圈面积为 般包括 3 个畜圈，家畜所圈的畜圈一般根据放牧的便利性决定；测定用的畜圈中粪便的厚度在 10间 。其他同草地测定。 居子系统温室气体排放测定 人居子系统温室气体排放分为直接排放和间接排放， 直接排放主要为 生活 用能 （ 粪便燃烧 ）、 交通 用 能源 （油料，家畜挽力消耗等） ；间接排放包括生活用电、娱乐、教育和医疗等。 粪便燃烧 计算方法如下：直接排放量 = 粪便燃烧量 *粪便中碳含量 *粪便氧化率 *44/12106其中氧化率为 85%108； 交通耗能的计算公式为：排放量 = 消耗量 *消耗能源的净发热量 *消耗能源的排放因子 *能源的氧化率 *转换系数，其参数为：净发热量为 J/4100 J109，柴油的氧化 率为 100%； 电力消费的排放量 = 电力消耗量 *电力部门碳排放因子；其它间接能源消耗的排放量 = 其它间接能源消耗量 *其它间接能源消耗的排放因子 110；其中其它间接能源消费的排放因子来源于 2008 年的中国投入产出表 。 15 定方法 态箱法 试验 随机 选取 当地 3 户典型的 牧场 进行温室气体测定 ， 牧场 1、 2、 3 的放牧率分别为 UM/分别 测定了 厩肥、粪 斑 、 土壤 以及畜圈四个 组份的 温室气体排放 。 每个 组份 选择三个点 测定 。 测定时间 分别在 草 地 的返青 期 （ 5 月） 、 旺盛期 （ 8 月） 和枯黄 期 （ 11 月） 20, 111每天的温室气体测定时间为 09:300 和 16:000，以模拟一天的温室气体排放的通量值 105。 静态箱 为顶部和侧面封闭的正方体，其长、宽、高都为 内安装有一个 12验时启动风扇用来混合箱内气体。在距离箱体顶部 10接三通阀，用于采取静态箱中混匀的气体，装入 体储存袋，带回实验室测定温室气体通量。 气体收集的具体方法如下： 在开始采样的前一天，预先把静态箱的底座埋入试验区， 试验开始 前先在堆体表面取一次气体 , 然后盖上采样箱 ，连通电源，之后， 每 10分钟 采集一次箱内的气体 ， 共 3次，同时 测量研究区域表面 下 5的温度和箱内空气温度 ， 试验结束后再把采样箱掀开。在采集 试验区域 气体的同时采集空气中的气体作为对照（一个时点只测一次）。气体分析采用静态箱 温室气体分析仪（手动进样）法。当天温室气体的排放速率的计算如下 ： F= V(dC/d t)273/(273+T)/m 43 式中： F 被测气体排放速率， h) ； 被测气体标准状态下的密度（ kgkg； V 取样箱顶部空间的体积， dC/ 采样箱内被测气体的浓度变化率； T 采样过程中采样箱内的平均温度 ， ; m 堆放牛粪的质量， 层 盆叠 放 法 采用双层盆叠放法（ of 研究 粪便 的分解（图3 于 2012 年 5 月 收集 试验区域 粪 便 ，置于上层花盆 内，每盆 100层花盆高 径 底直径 8.5 底部有直径 1孔 5 个，以利于物质下渗；盆底铺 3 层 40尼龙纱布， 粪便 在纱布上。将盛有 粪便 的花盆置于下层花盆之上。下层花盆高 径 体密封无洞；盆内放置 8已知重量的干燥细砂，以收集上盆中下渗的液体。下层花盆外套 2 层塑料袋，以防止其它物质进入试验花盆以及花盆内物质的流失。每组花盆完全随机区组排列，下层花盆埋于土中至盆沿，上层花盆的盆沿高出地面 46 能接收降水和降尘，防 止外界其它物质流入。以细砂土替代 粪便 做空白对照。物质沉降量为对照花盆中物质的增加量。 图 3双层盆叠放法 3of 品收集与分析： 供试 花 盆于 2012 年 5 月 26 日埋入样地。分别于埋样当日、2012 年 8 月 24 日、 2012 年 11 月 26 日和 2013 年 5 月 1 日 四 次取粪样和细砂样。其它，不定期收集塑料袋中的水样，以防样品逾出损失。 粪便 与细砂取样时测定总重量后将 粪便 与细砂各分两份，一份 105 烘至绝干测定干物质，另一份自然风干留存 备用。测定前，粪样粉碎后测定成分。硫酸 重铬酸钾法测定有机碳含量， 000 流动注射分析测定 全氮 含量。 数据分析： 粪便 的分解率（ of %）：%100) ，式中 S of g） 。 单位面积放牧地 粪便 的分解量（ of g100 F 。单位面积放牧地 粪便 的残留量（ of g)1001( 。 粪 氮 的 分 解 量 （ of g：17 1001001 ，粪碳的释放量（ 理计算。 单位面积放牧地粪氮的残留量（ of g)1001(100100 11 ，粪碳的残留量（ 理计算。 粪便 与 其中的碳、氮 平衡模式如下（图 3 C 、 N 淋溶 L e ac h i n g o f C, N C 、 N 沉降 S e d i m e n t o f C, N C 、 N 排放 E x h au s t i o n o f C an d N C 、 N 归还草地 R e tu o f C, N r an g e l a n d C 、 N 残留草地 R e s i d u e o f C , N i n r an g e l a n d 图 3粪便 C、 N 元素的转移模式 3, N of 放牧期间单位面积氮沉降量（ , g