天然草原生产力调控机制与途径研究

　　本书是在国家 973计划项目“天然草原生产力的调控机制与途径”研究团队五年攻关研究的基础上进行成果总结而编写完成的。全书共分为八章，第一章重点对世界和中国草原退化状况及草原退化研究进展进行综述，第二章概述草原生产力调控机制研究的意义、内容和主要创新进展，第三章至第六章分别介绍草原土壤、植物表型特征和群落生产力、生理生化及分子调控与表观遗传等方面对过度放牧的响应，第七章和第八章则从修复草原的角度介绍放牧优化、土壤保育和植物生长调节提高草原生产力的机理与技术。

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目录
**章世界和中国草原退化研究概述1
**节世界草原退化研究1
一、世界草原退化概况1
二、世界草原退化和恢复研究概述5
第二节中国草原退化研究8
一、中国草原类型和分布概况8
二、中国草原退化的概念和原因9
三、中国草原退化的状况10
四、中国退化草原修复治理的工程和政策实践11
第三节放牧利用影响草原生产力的研究综述21
一、天然草原生产力衰减与放牧利用关系的研究21
二、放牧利用对草原土壤和植物的影响研究23
三、植物对放牧的生理响应及植物矮小化的研究24
四、植物矮化的表观遗传与分子机制研究25
五、草原生产力提高的调控研究26
第二章天然草原生产力调控机制研究进展28
**节天然草原生产力调控机制研究的重要性和意义28
一、草原生产力调控机制研究是科学修复和保护利用草原的前提基础28
二、草原生产力调控机制研究的社会经济及科学意义30
三、草原生产力调控机制的研究重点32
四、主要研究平台概况34
第二节草原植物对长期过度放牧响应的关键生态学过程38
一、区域草原生产力变化过程及主要驱动因素38
二、过度放牧改变典型草原植物种群的空间分布格局42
三、草原植物对长期过度放牧的表型可塑性响应46
第三节长期过度放牧导致草原生产力衰减的土壤学和植物学机制59
一、土壤理化性状与微生物特性劣化对营养要素供给功能的制约机制59
二、放牧导致草原生产力下降的植物学机制79
第四节放牧优化和人工干预快速恢复草原生产力的原理与技术途径110
一、放牧优化对维持与提高草原生产力的作用机制111
二、人工干预快速提高草原生产力的技术途径135
第五节总结和展望160
一、揭示了草原植物对长期过度放牧响应的关键生态学过程161
二、揭示了长期过度放牧导致草原生产力衰减的土壤学和植物学
机制161
三、系统研究了放牧优化和人工干预快速恢复草原生产力的原理与技术途径161
第三章放牧对草原土壤关键要素的影响163
**节概述163
一、放牧对草原土壤影响的已有研究概况163
二、放牧对草原土壤影响的研究重点163
第二节放牧利用对草原土壤理化性状、水分的影响164
一、放牧利用下草原土壤养分变化164
二、放牧利用下草原土壤物理性状、水分变化166
第三节放牧利用对草原土壤微生物的影响172
一、不同放牧年限对土壤微生物群落结构及功能的影响172
二、不同放牧强度下土壤微生物群落多样性与土壤理化性质的互作机制174
第四节放牧利用对土壤氮素转化的影响176
一、不同草原利用方式对土壤有机氮库及其矿化的影响176
二、不同草原利用方式对土壤有机质组分和化学结构的影响182
三、长期放牧草原土壤中硝化活性及其微生物机制的研究185
四、牲畜排泄物对****生物释放路径的影响研究190
五、放牧草原土壤硝化微生物和甲烷氧化微生物互作对温室气体排放的影响192
第五节放牧利用对土壤磷素转化的影响198
一、不同围栏年限下丛枝菌根真菌数量与植物生长及吸磷量的关系198
二、不同围栏年限下土壤微生物量碳氮磷的季节性变化及其对植物养分吸收的影响200
三、干湿交替过程中土壤微生物量磷周转与磷素有效性202
四、围栏对土壤水稳性团聚体中活性磷组分的影响203
五、草原返青期人工模拟降雨对土壤微生物量及牧草生物量的影响203
第六节放牧条件下土壤磷生态过程与植物生长及演替的关系210
一、不同生长时期和放牧利用下草原群落物种组成与环境因子的关系210
二、长期过度放牧导致草原物种优势度差异的地下部机制214
三、放牧利用对土壤和植物N∶P的影响：整合分析217
四、不同草原类型区放牧-植物-土壤相互之间的变化过程与规律：整合分析222
第七节结论和展望225
第四章放牧对草原植物表型特征及群落生产力的影响228
**节概述228
一、放牧对草原植物表型特征研究的综述228
二、研究平台概况及方法230
第二节放牧干扰下草原植物个体性状的可塑性响应及其对个体生物量的调控232
一、草原植物个体性状对放牧干扰的响应232
二、植物个体不同性状对放牧的差异化响应239
三、过度放牧干扰下羊草“矮化记忆”研究243
四、放牧干扰下草原植物个体表型性状对其生物量的调控作用244
第三节典型草原群落种群特征对放牧干扰的响应247
一、重牧干扰和退化群落恢复过程中主要种群空间分布格局变化247
二、不同种群对放牧干扰的差异性响应及其适应策略249
三、种群特征对不同放牧强度的响应253
第四节不同放牧强度对群落特征的影响256
一、不同放牧强度对群落生物量的影响256
二、不同放牧强度对群落物种生态位的影响258
三、不同放牧强度对群落物种多样性的影响261
四、草原植物功能属性对草原植物生产力的贡献262
五、重度放牧对典型草原群落动态的影响265
第五节放牧干扰下群落优势植物矮小化的初步判别标识与标准265
一、个体性状变化对干扰的指示265
二、羊草性状对割草干扰的指示266
三、羊草性状对放牧干扰的指示266
四、种群格局变化对群落物种小型化的指示267
五、群落演替对群落物种小型化的指示267
第六节不同放牧梯度冷蒿化感作用和放牧干扰化学计量学研究268
一、不同放牧梯度冷蒿茎叶水浸提液对牧草种子萌发的影响268
二、不同放牧梯度对冷蒿茎叶水浸提液化感物质成分及樟脑含量的影响269
三、放牧干扰对草原生态系统土壤、植物化学元素的影响271
第七节1981～2011年典型草原区区域植被生产力变化及主要影响因素分析276
一、1981～2011年研究区气候（气温、降水、干燥度）变化趋势277
二、1981～2011年典型草原生产力的变化趋势277
三、1981～2011年区域群落现存量、放牧采食量的变化趋势277
第八节结论和展望281
一、植物矮小化标识与标准的确立281
二、放牧利用下草原主要植物种群生态位、重要值的变化规律282
三、利用多元回归建立了羊草单株重模型282
四、对区域尺度上群落生产力的认识：功能属性主导了内蒙古草原生产力283
五、县域尺度上1981～2011年群落生产力的变化以及气候、放牧、管理对生产力的影响283
第五章草原植物对放牧的生理生化响应机制284
**节概述284
第二节放牧对典型草原植物羊草与大针茅激素水平的影响284
一、极重度放牧对羊草植物激素水平的影响285
二、放牧胁迫及模拟放牧胁迫对羊草JA与ABA生物合成相关基因mRNA表达水平的影响288
三、不同放牧强度对羊草不同器官的植物激素水平的影响291
第三节不同放牧强度下植物的渗透调节机制和抗氧化酶调节机制293
一、不同放牧强度下植物渗透调节机制293
二、不同放牧强度下植物抗氧化酶调节机制297
三、不同季节放牧利用下植物渗透调节机制和抗氧化酶调节机制298
第四节不同放牧强度对典型草原优势种光合生理的影响302
一、季节放牧样地优势种植物光合生理响应机理（毛登牧场）303
二、中期放牧样地不同放牧强度下优势种植物光合响应机理（中德样地）307
三、短期放牧样地不同放牧强度下优势种植物光合响应机理（草原研究所放牧样地）315
第五节基于同位素技术的放牧对草原植物碳分配的影响318
一、放牧方式对典型草原生态系统地上和地下碳储量的影响318
二、光合碳在草地系统中的分配320
三、光合碳在草原生态系统中的稳定分配328
第六节羊草对逆境胁迫的生理响应330
一、低磷胁迫对羊草光合生理生化特性的影响330
二、缺磷与低磷胁迫下羊草光合生理生化特性的比较分析336
三、缺磷加高温复合胁迫对羊草光化学活性的影响342
四、刈割胁迫对羊草生理活性的影响347
第七节放牧胁迫下植物在生长和防御中的权衡机制348
一、不同放牧强度对优势种植物生长的影响349
二、不同放牧强度对优势种植物防御的影响350
三、不同放牧强度下植物激素对生长-防御的调控350
第八节结论及展望353
第六章草原植物矮小化的分子调控与表观遗传基础355
**节概述355
一、研究背景和思路355
二、研究内容和方法357
第二节过度放牧下羊草矮小化表型可塑性分析361
一、水培条件下过度放牧羊草和不放牧羊草关键性状差异分析361
二、放牧与模拟采食对羊草表型可塑性的差异化影响365
三、芽培下羊草矮化对其茎叶异速生长模式的影响367
第三节过度放牧下矮小化羊草转录组分析370
一、野外放牧羊草和围封羊草转录组370
二、室内培养矮小化羊草和野生型羊草转录组371
三、长期刈割羊草和围封羊草转录组373
四、唾液处理的羊草转录组376
五、羊草转录组关联分析376
第四节过度放牧导致的矮小化羊草激素信号及其代谢途径关键基因表达分析380
一、羊草不同组织实时荧光定量PCR内参基因的筛选380
二、与赤霉素和油菜素内酯相关的基因表达分析382
三、羊草光合相关基因的定量分析和酶活性测定384
四、过度放牧导致的矮小化羊草氮代谢相关基因分析386
五、不同利用方式下羊草磷转运相关基因的差异表达分析392
第五节过度放牧导致的矮小化羊草蛋白质组学分析393
第六节羊草全基因组甲基化测序（WGBS）分析399
一、DNA甲基化的作用及调控机制399
二、全基因组甲基化测序分析399
三、羊草全基因组甲基化测序结果分析400
第七节外源喷施褪黑素对羊草生长的影响402
一、研究背景402
二、材料与方法404
三、结果与分析405
第八节结论409
一、过度放牧下羊草矮小化表型可塑性分析409
二、过度放牧下矮小化羊草转录组分析409
三、过度放牧导致的矮小化羊草激素信号及其代谢途径关键基因表达分析410
四、过度放牧导致的矮小化羊草蛋白质组学分析研究411
五、羊草全基因组甲基化测序分析研究411
六、野外喷施褪黑素对羊草生长的影响412
第七章放牧优化对提高草原生产力的作用机理与途径413
**节概述413
一、优化放牧调控草原生产力的研究背景和思路413
二、优化放牧调控草原生产力的研究方法与技术路线414
第二节优化放牧提高草地土壤碳固持的途径及机理415
一、放牧行为各因子对草地土壤碳固持的影响机制415
二、适度放牧有利于植被-土壤系统碳蓄积和草地生产力综合提高416
三、优化放牧影响植被地上部分组成及地上和地下生物量分配420
四、优化放牧技术提高土壤养分及其周转速率422
第三节优化放牧技术有利于维持与提高草地生产力和周转速率426
一、典型草原优化放牧技术研究427
二、短花针茅荒漠草原适度放牧技术研究433
三、不同放牧方式对羊草功能性状的影响437
第四节优化放牧提高家畜生产力及饲草转化率440
一、优化放牧对单位家畜增重的影响440
二、优化放牧与单位面积草地家畜载畜力441
第五节生