兰州大学研究团队在啮齿动物生物扰动影响高寒草地土壤有机碳储量方面取得进展学术资讯

受不合理人类活动和全球气候变化的影响，青藏高原高寒草地发生了大面积退化，表现为草地优势物种如禾本科和莎草科类植物种类减少、杂类草增多、植被高度和盖度以及净初级生产力下降，进而为啮齿动物活动提供了开放的环境。开放的环境不仅有利于啮齿动物及时发现和躲避天敌，同时还能获得丰富的杂类草食物，最终导致高寒草地鼠害的大规模爆发直至引起草地的完全退化。

在引起鼠害的众多鼠类当中，以高原鼠兔和鼢鼠为优势种的鼠类对高寒草地造成的损害最大。这两种啮齿动物对土壤扰动的过程主要包括：挖掘造丘、觅食和排泄。这些生物扰动过程一方面将大量的表层土壤转移至地表，促进表层土壤有机碳（SOC）的损失，并减少地表植被盖度和草地的净初级生产力。同时，挖掘过程还造成上层土壤通过鼠道泄漏至下层土壤中，可能会增加深层土壤SOC浓度和储量。此外，啮齿动物通过采食植物根系贮藏食物和洞穴内排泄粪便尿液也会额外增加下层土壤碳输入。因而，评估啮齿动物生物扰动对高寒草地土壤有机碳储量的影响时需要考虑整个土壤剖面，而不仅仅局限于土壤表层。然而，目前还缺乏关于啮齿动物生物扰动对高寒草地全土壤剖面有机碳储量影响机制的定量研究，极大限制了对高寒草地土壤有机碳储量变化的了解。

针对迫切的国家需求和上述关键研究不足，兰州大学大气科学学院2018级本科生黄淼和青年研究员马磊等采用整合分析、蒙特卡洛重采样和升尺度等方法，结合89篇发表文献的跨土层的土壤有机碳和容重观测数据，以“Unexpected no significant soil carbon losses in the Tibetan grasslands due to rodent bioturbation”为题于3月27日正式发表在美国国家科学院新刊PNAS Nexus上。兰州大学大气科学学院2018级本科生黄淼为第一作者（目前在德国卡尔斯鲁厄理工学院攻读研究生学位），马磊青年研究员为通讯作者。合作作者包括兰州大学大气科学学院硕士生甘德钊和教授左洪超、兰州大学生态学院硕士生李政和教授龙瑞军以及中国科学院地理科学与资源研究所研究员牛书丽和副研究员汪金松。

研究明确了啮齿动物生物扰动引起的高寒草地表层（0–10 cm）土壤SOC损失会被深层（40–50 cm）土壤SOC的增加所抵消（图1），提出在量化啮齿动物生物扰动对高寒草地土壤SOC的影响时需要考虑土层深度依赖性格局的观点。

图1.数据分布和啮齿动物生物扰动对高寒草地SOC的影响。A.青藏高原草地类型分布和观测点位置；B.受高原鼢鼠扰动的高寒草甸景观；C.受高原鼠兔扰动的高寒草甸景观；D. 0–10, 10–20和20–30 cm土壤层SOC变化的数据分布特征；E.不同土壤层SOC的变化

在此基础上，研究人员定量分析了在不同草地类型、放牧历史、啮齿动物种类、鼠洞密度、不同气象条件下高寒草地土壤SOC含量对啮齿动物生物扰动的响应模式，并分析了生物和非生物因素对啮齿动物生物扰动的响应及其与高寒草地土壤SOC含量变化的相关性，揭示了啮齿动物生物扰动影响高寒草地土壤SOC的土层深度依赖性格局的发生机制（图2）。

图2.啮齿动物生物扰动对高寒草地土壤SOC的影响机制

最后，研究人员考虑了土层深度依赖性这一格局，定量评估了啮齿动物生物扰动对高寒草地土壤SOC储量的影响。发现若只考虑0–10 cm或者0–30 cm土壤层，啮齿动物生物扰动导致高寒草地分别显著损失了35.2 Tg C yr–1（95%置信区间：–48.5 至–21.1 Tg C yr–1）和32.9 Tg C yr–1（95%置信区间：–54.2 至 –8.6 Tg C yr–1）的土壤SOC，而当考虑整个土壤层（0–90 cm）时，啮齿动物生物扰动并不会引起高寒草地土壤SOC的显著损失（净变化均值：–13.9 Tg C yr–1，95%置信区间：–41.1 至 +18.3 Tg C yr–1）（1 Tg = 1012g）（图3）。这也暗示，若能及时恢复因啮齿动物生物扰动而退化的高寒草地，比如在黑土滩上种植适应当地气候和土壤微环境的乡土优势草种，则不仅能增加地表植被盖度和净初级生产力，更能增加生态系统（植被+土壤）的碳储量。