Effects of rotational grazing intensity on the quantity and quality of soil organic carbon in Inner Mongolian grasslands

Abstract

The aim of this thesis is to assess the effects of rotational grazing at varying grazing intensity on soil organic carbon (SOC) quantity and quality in Inner Mongolia. People of the autonomous region of Inner Mongolia, China, have a long tradition of pastoralism. The semi-arid region contains one of the largest grassland ecosystems in the world and is severely affected by land degradation and the loss of soil organic matter due to overgrazing. The present study quantifies different SOC fractions down to one metre depth as an indicator of ecosystem health, at a rotational grazing site in Xilinhot, Inner Mongolia. Soil samples were collected from pastures under rotational grazing at three grazing intensities in addition to a reference plot, where grazing is excluded. Four grassland treatments were thus defined by the livestock densities 0 sheep/ha/year, 0.64 sheep/ha/year, 1.28 sheep/ha/year and 2.56 sheep/ha/year for non-grazed (NG), light grazing (LG), moderate grazing (MG) and high grazing (HG) intensity, respectively. Eight years of ongoing rotational grazing showed a tendency of highest SOC content in NG, and SOC depletion with increasing livestock density. HG was consistently an exception to this trend, where SOC content tended to increase in comparison to MG and reach concentrations close to NG. Changes in SOC content across treatments were not significant. However, the pattern was seen for both total SOC, particular organic carbon (POC), mineral associated organic carbon (MOC) and hot water extractable carbon (HWEC) in the upper 20 or 30 cm of the soil. HWEC was the only fraction that showed significant impact of treatment and was significantly higher in NG and LG compared to MG and HG. Following the general trend of total SOC, HWEC also tended to increase from MG to HG in the upper 20 cm. Results suggest that the upper 20 cm of the soil are most sensitive to grazing. In studies of continuous grazing, both MG and HG, which are representative for local practices of pastoralism in Inner Mongolia, are shown to reduce SOC levels. The present study shows that even rotational grazing with HG is below the threshold of sustainable grazing, i.e. the pressure that maintains SOC storage and overall ecosystem health. All three rotationally grazed treatments could thus be considered alternatives to grazing exclusion and continuous grazing. Overall, changes in SOC content and their stability were minimal and should not be used forcefully as an argument for choosing a particular management practice among the four treatments. However, tendencies in SOC fractions indicate possible future SOC enhancement under HG. As HG also more closely represents the generally preferred livestock densities, HG rotational grazing may be a viable management practice in Xilinhot.

Hensikten med denne masteroppgaven er å vurdere påvirkningen rotasjonsbeite av varierende beiteintensitet har på kvalitet og kvantitet av jordorganisk karbon (soil organic carbon, SOC) i Indre Mongolia. Befolkningen i den autonome regionen Indre Mongolia, Kina, har en lang tradisjon med beitedrift. Det tørre steppeklimaet inneholder et av verdens største steppeøkosystemer og er sterkt påvirket av tap av jordorganisk materiale og landdegradering grunnet overbeite. Dette studiet kvantifiserer forskjellige SOC-fraksjoner ned til en meters dybde som en indikator på økologisk tilstand ved et forsøksområde for rotasjonsbeite i Xilinhot, Indre Mongolia. Jordprøver ble samlet fra eng under tre intensitetsnivåer av rotasjonsbeite, i tillegg til en referanse uten beiting. Fire behandlinger ble dermed definert etter husdyrtetthet på 0 sau/ha/år, 0.64 sau/ha/år, 1.28 sau/ha/år og 2.56 sau/ha/år for henholdsvis ikke-beiting (NG), lett beitetrykk (LG), moderat beitetrykk (MG) og høyt beitetrykk (HG). Åtte pågående år med rotasjonsbeite viste en tendens med høyest SOC-innhold i NG, og tap av SOC med økende husdyrtetthet. HG var konsistent et unntak til denne trenden, der SOCinnholdet som regel økte ved MG og nådde konsentrasjoner i nærheten av NG. Endringer i SOC mellom behandlinger var ikke signifikante. Derimot var denne trenden lik for både SOC, partikulært organisk karbon (POC), mineralassosiert organisk karbon (MOC) og hot water extractable carbon (HWEC) i de øvre 20 eller 30 cm av jorda. HWEC var den eneste fraksjonen der behandling hadde signifikant påvirkning, og var signifikant høyere i NG og LG enn MG og HG. I samsvar med den generelle trenden i SOC, viste også HWEC en tendens til å øke fra MG til HG i de øvre 20 cm. Resultatene viste tegn til at de øvre 20 cm av jorda er mest sensitive for beitepåvirkning. I studier av kontinuerlig beite fører dyretetthet tilsvarende både MG og HG, som er representative for lokal beitedrift i Indre Mongolia, til reduserte SOC-nivåer. Denne oppgaven viser at selv rotasjonsbeite med HG er under terskelen for bærekraftig beiting, altså beitetrykket som opprettholder SOC-lagrene og økologisk tilstand. Alle de tre behandlingene med rotasjonsbeite kan dermed vurderes som alternativer til beiteeksklusjon eller kontinuerlig beite. Generelt var endringer i SOC-nivåer og -stabilitet minimale og burde ikke brukes som et tungt argument for å velge en spesifikk beitestrategi mellom de fire behandlingene. Tendenser i SOCfraksjonene tyder derimot på mulige fremtidige økninger i SOC under HG. Ettersom HG også i større grad representerer den generelt foretrukne husdyrtettheten, kan rotasjonsbeite med HG være en fordelaktig praksis for beitedrift i Xilinhot.