3.4 人类活动
3.4.1 围栏禁牧
围栏禁牧由于没有人为活动影响，系统养分将会处在一种封闭循环中，经过一段时间处理后，会达到一种新的稳定平衡状态，使植物得到生长恢复，大量枯落物归还系统，改善土壤养分。川西北围栏禁牧草原有机质比天然放牧草原提高61%［90］。重度退化典型草原围封禁牧6年、9年、12年和20年，围栏禁牧12年地上植物现存量、盖度、密度、根系生物量及凋落物现存量达到最大，之后降低［91］（围栏禁牧时间过长，不利于牧草生长和发育，大量枯草会抑制草原植物再生和幼苗形成，不利于草原繁殖更新［92，93］）。荒漠草原围栏禁牧样地枯落物生物量随年限增加而增加［94］，内蒙古科尔沁退化沙质草原围栏禁牧7年和11年后，土壤有机碳分别增加了73.8%和98.0%［95］。阿拉善干旱荒漠草围栏禁牧6年样地0～20cm土层土壤有机碳较自由放牧增加22%［96］。围栏禁牧能显著增加吉林西部退化草地土壤有机碳储量，若通过实施围栏禁牧来恢复草原碳汇功能，围栏禁牧5年和10年的碳汇潜力每年约为408亿吨和1300亿吨［97］。围栏禁牧对草原生产力和土壤养分等作用具有两面性，对围栏禁牧作用要有全面客观的科学认识，把握围封禁牧时间尺度，发挥其在退化草恢复中的作用，避免由于利用不当而对草原产生负面影响［98］。
3.4.2 放牧
放牧对草地生态系统的影响是多方面的，且持久而又深刻，而不同的放牧强度及持续时间往往决定着草地生态系统的发展方向、发育速度和产出功能，因此也会影响到草原碳积累［99］。由于放牧对草地碳循环的重要作用，多年来国内外的学者们围绕放牧对草地碳循环的影响展开大量研究，但是对于放牧到底是有利于草地碳积累，还是不利于其增长，至今还未形成定论［100］。有很多研究显示放牧有利于草地碳储量的增加，家畜的践踏有利于枯落物的物理破碎，并使凋落物和表层土壤更好地搅拌融合，有助于提高凋落物分解速率和碳周转速率［101］；但排除家畜践踏作用后，凋落物长期以植物碳库的形式积存在土壤表面，降低了使植物碳向土壤碳的循环速率［101］，放牧明显地影响着草地植物地上地下生物量及其比例，以及光合产物在地上地下部位的分配［102］；相关研究表明，当适度放牧时，牧草的地上现存量虽然随着放牧率的增大呈线性下降，但地上净初级生产力并非线性下降，而是存在着补偿性生长现象，反而使群落的年净初级生产力增加，从而在一定程度上增加了草地植物的年固碳能力［103］；然而当放牧对草地生产力和植被盖度无明显影响并且未引起土壤侵蚀时，不会造成土壤碳的损失，并且在大多数情况下会由于放牧家畜排泄物的输入和碳周转速率的提高而增加土壤的碳储量［104］。也有研究结果表明，放牧的确能改善整个草地的土壤品质，尽管放牧和土壤含碳量之间存在着复杂的相互作用关系，但是放牧比不放牧更有利于土壤含碳量的增加和其活性强度的提高。有的试验从不同的放牧强度下，分别研究放牧与土壤碳储量的关系，得出重牧条件下土壤的有机碳含量要比中牧地高，且放牧管理的样地大多数情况下要比不放牧样地的土壤含碳量高［105］。研究还发现不同放牧强度下高山草甸的碳格局时得出，随着放牧强度的增加，不同程度地增加了土壤有机碳的储量，从高到低均表现为重牧、中牧、轻牧、围封，得到的结论是：短期的重牧对高山草甸的土壤碳贮存是有好处的［105］。
另外有些学者在多年的放牧地上进行研究，发现长期放牧并不利于草地碳储量的增加；放牧是人类活动草地的一项非常重要的干扰因素，过度放牧是影响草地生态系统土壤有机碳含量的最主要因素，一方面由于牲畜采食减少了植物残体向土壤的碳归还量；另一方面，过度放牧由于其对土壤物理化学性质的干扰将会加速土壤的呼吸作用，加速了土壤有机碳的分解［106］。在沙质草地上的研究也得到类似地结果，放牧对沙质草地土壤有机碳储量的影响，一方面是由于放牧导致地表裸露破碎，微环境遭严重破坏，冬春季极易造成风蚀，使大量的有机碳随表层细颗粒的吹走而损失，因为草地系统中大部分有机碳集中分布在表层土壤中，很易遭受风蚀的损失和再分布；另一方面由于凋落物积累和输入量显著降低使得土壤有机碳积累减少［101］。放牧使草地生态系统的群落组成发生变化，长期的过度放牧会导致草原土壤物理性状的变化，植物个体生长发育受到抑制，对草原植物碳库产生间接的影响［103］；内蒙古锡林河流域羊草草原的研究结果表明，40年间过度放牧使草地表层（0～20cm）土壤中碳贮量降低了12.14%，表明这种变化是较缓慢的，其效应出现的时间阈值至少在20年以上，当过度放牧引起植被盖度和初级生产力的严重下降，由于使侵蚀和矿化作用增加以及碳输入的减少，造成大量土壤碳的损失，部分贡献于大气使CO2浓度升高［101］。
3.4.3 施肥
3.4.3.1 施肥对碳输入的影响
施肥与碳输入数量和质量、形式等有一定的关系，但这种关系尚存在不确定性［107］。其影响植物生长不同的肥料的施入量、施肥的类型和比例及输入历史长短都对结果均产生不同的影响。一种认为施肥增加草地地上生物量［108］，从而增加植物碳输入量，其主要原因是施肥增加速生植物光合作用等，虽然碳含量低，但输入大量的碳从而增加土壤碳库［109］。另一方面，施肥改变植物群落组成和功能多样性，进一步增加植物生产力，植物碳百分比，植物碳总量，从而影响植物生态系统功能。David等研究认为，施肥与特定植物功能群的增加和减少，对生态系统碳循环功能或多或少的影响，并且其循环过程可能由不同物种或者功能群引起［110］。另一种认为肥料输入减少了土壤碳库碳蓄积。研究发现，通过20年长期氮施肥的苔原生态系统有机碳库损失2kg/m2，减少了土壤有机碳［89］。同时，还有研究发现，施肥对于土壤碳输入影响不大。Soussana等通过外源性N输入措施对法国温带草原进行研究认为，适量或适度施肥对有机质分解的作用小，但是对于有机质输入碳库的促进作用较大，从而利于土壤碳库的吸存能力，但是高施肥的施肥对于土壤有机质分解和土壤碳库输入都有存进作用，综合判断其对土壤碳库吸存能力无影响［111］。
施肥同时影响草地生态系统微生物生物过程。当前对于施肥对土壤活性炭和微生物碳的研究较少，综合研究文献其主要存在两方面的争议。Emmett等研究发现外源性N素对泥炭灰壤土酸性草地土壤可溶性有机碳含量的影响和形态及用量有关，施加N 20kg/（hm2·a）硝酸钠肥料能显著增加土壤可溶性有机碳含量，而施入相同剂量的硫酸铵则降低了土壤可溶性有机碳浓度含量［112］；但也有研究认为，添加肥料使得土壤微生物活性增加，并且通过增加土壤腐殖质的稳定性等途径来使得土壤可溶性有机碳含量降低。施肥对土壤微生物量碳的影响通常和施肥长短有关［113］。Fisk等发现，长期的添加N肥土壤微生物量碳含量降低，并呈现负相关关系［114］。相反，短期的施肥增加土壤微生物量碳［115］。另外，施肥和草地土壤活性炭与底物水平，即草地土壤活性炭很大程度由草地碳素基础水平决定［116］。
3.4.3.2 施肥对碳输出的影响
土壤碳输出的形式、数量和速度同样受到施肥的影响。施肥对于植物生长的周期，某些化学成分和物理成分有很大的影响，例如施肥对于植物叶片含量和茎叶比例产生影响，从而导致生长植物枯落物的有效组成，进而影响枯落物分解速率、碳存留时间、碳浸入［117］。周学东等研究发现施用氮肥影响牧草结构，使其叶片数量增多、蛋白质含量增高；储祥云等研究发现，比较缺磷处理与完全肥料处理，部分地上的相对产量仅为11%～17%，根茎比明显较高［118］，施肥这种促进生长率与枯落物积累及成分的关系在维管束和非维管束植物中存在，并且存在于许多种子植物中。如：施肥增加部分蕨类植物和苔藓植物的生产力，产生具有高碳含量及分解缓慢的枯落物，增加了土壤碳蓄积能力和滞留时间，缩短了碳输出周期。
植物中的木质素、单宁等含量的高低决定了碳在植物中的滞留时间，增强了系统的碳汇能力，施肥影响产生木质素分解酶等土壤真菌，尤其是分解木质素的白腐菌，从而影响碳输出的时间。研究表明，高氮浓度输入抑制白腐菌分解木质素酶活性下降，因此在高肥力环境下木质素含量高的草地植物组成和物种更难以分解［119］，使得碳输出下降，有利于碳贮存。虽然外源性N输入等施肥措施促进草地生态系统净初级生产力，但是施肥另一方面影响了产生化学和生物酶的土壤微生物的种群和数量，延缓或阻滞了土壤碳素向大气中的释放，加强了土壤固碳能力。
土壤呼吸是碳输出的主要的形式，包括土壤微生物呼吸、土壤无脊椎动物呼吸和植物根系呼吸3个生物学过程及土壤中含碳物质的化学氧化过程［120］。研究发现，添加有机肥明显提高土壤呼吸通量，化学肥料则对于土壤呼吸通量的变化没有显著性差异。Aerts等对肥料控制实验对大豆田地CO2排放机理研究结果表明施用氮肥降低了CO2排放，可能因为施用肥料导致土壤pH值降低导致土壤微生物活性降低，分解有机碳的速率下降。杨兰芳等玉米生长中的土壤呼吸及其受氮肥施用的影响中发现外源N的添加没有影响裸土呼吸速率，而施加低氮土壤呼吸速率比施加高氮土壤呼吸速率低28%［121］；毕建杰等通过施肥对不同品种麦田CO2通量的影响研究得出，施肥氮处理水平下土壤CO2释放量最多，并认为施肥增加土壤呼吸通量［122］；王立刚对玉米农田土壤呼吸的动态研究发现，配施氮磷肥的土壤呼吸量有所增加，氮磷钾肥主要通过促进了小麦根系生长，且改善土壤结构，进一步增强根系呼吸速率［123］。王永强研究施肥对内蒙古武川县连续7年免耕土壤呼吸的关系发现，土壤呼吸年速率和季节速率与土壤有机质呈现显著线性相关，和外源性N、P、K肥施加相关不显著，但是三者对土壤呼吸速率影响显著，单施N、P、K肥和混合配比施加土壤呼吸速率比不施加相比较分别提高14.9%、11.7%、5.2%和29%［124］。综上说明，施肥对于土壤呼吸还有很大的不确定性，并且土壤呼吸受到建植或者放牧历史、土壤性状以及耕作制度的影响。
3.4.4 其他
人为活动长期干扰对天然草原的固碳能力产生了深刻的影响，其对草原碳循环影响将会比气候和CO2浓度变化影响更加重大［125，126］。草原开垦为农田后土壤碳流失量高达总量30%～50
。一般情况下草原开垦为农田都会引起生态系统有机碳含量降低［131］，主要由于开垦过程中会引起土壤有机碳大量释放，开垦烧荒使植被碳释放到大气中，土壤水温条件也受到改变，一定程度上会促进土壤呼吸作用，加速了土壤有机质分解，同时作物收获减少向草原土壤碳库输入有机物质的数量。内蒙古呼伦贝尔羊草草甸草原烧荒后，0～20cm土层土壤有机质含量呈下降状态［132］。6年刈割1次的生物量和土壤有机质含量均高于1年刈割1次者［133］。草原补播会显著提高地上植物生物量，同时会为草原土壤碳库提供大量植物碳源的输入。通过合理放牧和恢复退化草原，能明显提高我国草原生态系统土壤有机碳库存量4561.6Tg（1Tg=1012g），人工种草和退耕还草恢复方式的固碳潜力每年分别是25.6Tg和1.5Tg［134］。在人工草地长期施P肥能增加土壤表层有机碳含量［135］，同时施肥也能提高天然草原群落密度、盖度和地上生物量。翻耕草地土壤有机质含量比天然放牧草地提高46%，土壤呼吸大大加快，春季翻耕可能提高牧草产量，同时也承担了巨大的生态学风险［90］。