Effects of exogenous additives on the rapid cultivation of moss crusts in alpine meadows of the Three-River-Source region， China

doi:10.11686/cyxb2024327

Abstract

Abstract:

Establishment of moss crusts plays an important role in the conservation and restoration of alpine meadows in the Three-River-Source region. This research investigated methods for more rapid moss crust establishment. An orthogonal， full factorial experimentally design was used to investigate the effects of nutrient factors， a companion fungus and the plant growth regulator thidiazuron（TDZ） on the growth of moss crusts. It was found that： 1） The addition of the nutrient factor carbon （C） significantly inhibited the height of the moss crust， and the addition of nitrogen （N） and phosphorus （P） had significant effects on the coverage and height of the moss crust. 2） Fungus addition and TDZ supplementation resulted in significant increase in plant height of the moss crust （P<0.05）， and TDZ had an inhibitory effect on crust cover； 3） The interaction of TDZ with actinomyces had some positive effects on the cultivation of moss crust； 4） In the complete combination experiment， the optimal factor combination for rapid cultivation of alpine meadow in the Three-River-Source region was Bacillus megaterium （1 g·kg^-1 substrate）+distilled water. After 70 days growth in an artificial climate chamber under this treatment the moss crust cover was 90.35%， plant density was 31.39 plants·cm^-2， plant height was 1.86 mm and chlorophyll a content was 7.39 μg·cm^-2， respectively. In conclusion， the moss crust cultivation process in the Three-River-Source region was greatly affected by exogenous factors， and the growth was better with the addition of B. megaterium， which accelerated the establishment moss crust in this experiment.

Key words: the Three-River-Source region, moss crust, nutrient factors, fungus, plant growth regulator

Long-xin GUO, Ming-yang ZHANG, Yong-sheng YANG, Bo PANG, Zhen-hua ZHANG, Xiu-juan ZHANG. Effects of exogenous additives on the rapid cultivation of moss crusts in alpine meadows of the Three-River-Source region， China[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2025, 34(7): 132-144.

Figures/Tables 16

References 36

1	Weber B， Büdel B， Belnap J. Biological soil crusts： an organizing principle in drylands. Berlin： Springer， 2016. https：//doi.org/10.1007/978-3-319-30214-0.
2	Fang S B， Zhang X S. Impact of moss soil crust on vegetation indexes interpretation. Spectroscopy and Spectral Analysis， 2011， 31（3）： 780-783.
	房世波，张新时. 苔藓结皮影响干旱半干旱植被指数的稳定性. 光谱学与光谱分析， 2011， 31（3）： 780-783.
3	Yang X W， Zhao Y G， Xu M X. Variation of morphological structure of dominant species in moss crusts in hilly Loess Plateau region. Chinese Journal of Ecology， 2016， 35（2）： 370-377.
	杨雪伟，赵允格，许明祥. 黄土丘陵区藓结皮优势种形态结构差异. 生态学杂志， 2016， 35（2）： 370-377.
4	Li Y， Bao W K， Bongers F， et al. Drivers of tree carbon storage in subtropical forests. Science of the Total Environment， 2019， 654（2019）： 684-693.
5	Zhang Y M， Wang X Q. Summary on formation and developmental characteristics of biological soil crusts in desert areas. Acta Ecologica Sinica， 2010， 30（16）： 4484-4492.
	张元明，王雪芹. 荒漠地表生物土壤结皮形成与演替特征概述. 生态学报， 2010， 30（16）： 4484-4492.
6	Ma L H， Meng X C， Wang G Q， et al. Effects of short-term addition of moss crusts on vegetation and soil of artificial grassland in the Tibetan Plateau. Acta Agrestia Sinica， 2024， 32（5）： 1348-1358.
	马录花，孟宪超，王贵强，等. 苔藓结皮短期添加对青藏高原人工草地植被和土壤的影响. 草地学报， 2024， 32（5）： 1348-1358.
7	Guo L X， Yang Y S， Zhang X J， et al. Responses of soil stoichiometries and enzyme activities to alpine meadow degradation in the headwaters of Three Rivers. Journal of Glaciology and Geocryology， 2023， 45（5）： 1640-1651.
	郭龙欣，杨永胜，张秀娟，等. 三江源高寒草甸土壤化学计量特征及酶活性对不同退化程度的响应. 冰川冻土， 2023， 45（5）： 1640-1651.
8	Fang S B， Feng L， Liu H J， et al. Responses of biological soil crusts （BSC） from arid-semiarid habitats and polar region to global climate change. Acta Ecologica Sinica， 2008， 28（7）： 3312-3321.
	房世波，冯凌，刘华杰，等. 生物土壤结皮对全球气候变化的响应. 生态学报， 2008， 28（7）： 3312-3321.
9	Wang C， Mo Q X， Wang H M， et al. Key factors influencing the growth of Brachythecium plumosum in Qinling Mountains. Acta Ecologica Sinica， 2024， 44（14）： 6195-6207.
	王春，莫秋霞，王鹤鸣，等. 秦岭羽枝青藓生长的关键影响因子. 生态学报， 2024， 44（14）： 6195-6207.
10	Tian G Q， Bai X L， Xu J， et al. Morphological and structural properties as well as adaptation of mosses in microbiotic soil crusts on fixed dunes. Journal of Desert Research， 2005， 25（2）： 107-113.
	田桂泉，白学良，徐杰，等. 固定沙丘生物结皮层藓类植物形态结构及其适应性研究. 中国沙漠， 2005， 25（2）： 107-113.
11	Wu Y H， Cheng G D， Gao Q. Bryophyte’s ecology functions and its significances in revegetation. Journal of Desert Research， 2003， 23（3）： 9-14.
	吴玉环，程国栋，高谦. 苔藓植物的生态功能及在植被恢复与重建中的作用. 中国沙漠， 2003， 23（3）： 9-14.
12	Yang S Y， Wang X R， Chen H M， et al. Effects of phosphorus and potassium on growth physiology and nutrient elements of Hypnum plumaeforme. Journal of Tropical and Subtropical Botany， 2024， 32（2）： 198-208.
	杨铄渊，王秀荣，陈洪梅，等. 磷和钾对大灰藓植株生长生理和营养元素的影响. 热带亚热带植物学报， 2024， 32（2）： 198-208.
13	Lv A Y， Wang Y Q， Shen A L， et al. Application effects of 6 kinds of microbial fertilizers on different crops. Journal of Henan Agricultural Sciences， 2004， 16（4）： 49-51.
	吕爱英，王永歧，沈阿林，等. 6种微生物肥料在不同作物上的应用效果. 河南农业科学， 2004， 16（4）： 49-51.
14	Bai X Q， Tian C， Li Y H， et al. Promoting effect of exogenous additives on propagation of moss biocrusts in sand-land. Journal of Soil and Water Conservation， 2020， 34（6）： 172-177.
	白雪强，田畅，李亚红，等. 外源添加物对沙地苔藓结皮扩繁发育的促进作用. 水土保持学报， 2020， 34（6）： 172-177.
15	Zhang H J， Liu J Z， Wu Y H. Effects of combined application of algae and bacteria on paddy soil phosphorus availability and microbial community. Acta Pedologica Sinica， 2022， 59（5）： 1369-1377.
	张慧洁，刘俊琢，吴永红. 藻、菌配合施用对水稻土磷有效性及微生物群落的影响. 土壤学报， 2022， 59（5）： 1369-1377.
16	Xu X F， Huang X L. TDZ： an efficacious plant growth regulator. Chinese Bulletin of Botany， 2003， 20（2）： 227-237.
	徐晓峰，黄学林. TDZ：一种有效的植物生长调节剂. 植物学通报， 2003， 20（2）： 227-237.
17	Wang Q X， Ju M C， Bu C F. Effects of Bacillus and a plant growth regulator for provenance propagation of moss biocrusts. Bulletin of Soil and Water Conservation， 2019， 39（5）： 166-171.
	王清玄，鞠孟辰，卜崇峰. 芽孢杆菌与植物生长调节剂在苔藓结皮种源扩繁中的作用. 水土保持通报， 2019， 39（5）： 166-171.
18	Yang Y S， Feng W， Yuan F， et al. Key influential factors of rapid cultivation of moss crusts on Loess Plateau. Journal of Soil and Water Conservation， 2015， 29（4）： 289-294.
	杨永胜，冯伟，袁方，等. 快速培育黄土高原苔藓结皮的关键影响因子. 水土保持学报， 2015， 29（4）： 289-294.
19	Zhang Q H， Lv J， Ma Y， et al. Microbial community structure and potential function of algal crusts in different regions of Gurbantunggut Desert， Xinjiang， China. Acta Ecologica Sinica， 2024， 44（14）： 6317-6330.
	张清杭，吕杰，马媛，等. 古尔班通古特沙漠不同区域藻类结皮微生物结构和潜在功能研究. 生态学报， 2024， 44（14）： 6317-6330.
20	Nie X Q， Wang D， Zhou G Y， et al. Characteristics of soil microbial community structure in Three Rivers Source Regions alpine wetlands. Chinese Journal of Soil Science， 2023， 54（6）： 1401-1408.
	聂秀青，王冬，周国英，等. 三江源地区高寒湿地土壤微生物群落特征. 土壤通报， 2023， 54（6）： 1401-1408.
21	Chen W W， Chen H X， Bi J， et al. Reliability of different methods for rapid measurement of soil moisture content. Journal of Central South University （Science and Technology）， 2020， 51（8）： 2152-2161.
	谌文武，陈浩鑫，毕骏，等. 不同方法快速测定土的含水率的可靠性研究. 中南大学学报（自然科学版）， 2020， 51（8）： 2152-2161.
22	Yin F H， Li X L， Dong Y S， et al. Effect of elevated CO₂ on ecosystem and C-N coupling in arid and semiarid region. Advances in Earth Science， 2011， 26（2）： 235-244.
	尹飞虎，李晓兰，董云社，等. 干旱半干旱区CO₂浓度升高对生态系统的影响及碳氮耦合研究进展. 地球科学进展， 2011， 26（2）： 235-244.
23	Liu J， Zhang Y Q， Feng W， et al. Influences of exogenous additives on culture of biological soil crusts. Journal of Beijing Forestry University， 2016， 38（5）： 100-107.
	刘军，张宇清，冯薇，等. 几种外源添加物对生物土壤结皮培育的影响. 北京林业大学学报， 2016， 38（5）： 100-107.
24	Yu C Y， Zhang H B， Zhao X， et al. Effects of moss crusts on soil enzyme activities and contents of soil carbon， nitrogen and phosphorus in a karst rocky desertification area of Guizhou. Chinese Journal of Soil Science， 2023， 54（5）： 1137-1147.
	余春娅，张恒彬，赵鑫，等. 贵州喀斯特石漠化地区苔藓结皮对土壤酶活性及碳氮磷含量的影响. 土壤通报， 2023， 54（5）： 1137-1147.
25	Chen Y Q， Zhao Y G， Ran M Y. Influence of nutrients on the development of moss crust. Journal of Northwest A&F University （Natural Science Edition）， 2011， 39（5）： 44-50.
	陈彦芹，赵允格，冉茂勇. 4种营养物质对藓结皮形成发育的影响. 西北农林科技大学学报（自然科学版）， 2011， 39（5）： 44-50.
26	Bu C F， Wu S F， Yang Y S， et al. Identification of factors influencing the restoration of cyanobacteria-dominated biological soil crusts. PLoS One， 2014， 9（3）： e90049.
27	Ji X H， Wu N， Zhang B C， et al. Effect of moss density on soil microbes of biological soil crust. Journal of Shihezi University （Natural Science）， 2013， 31（4）： 408-413.
	吉雪花，吴楠，张丙昌，等. 苔藓密度对生物结皮土壤微生物的影响. 石河子大学学报（自然科学版）， 2013， 31（4）： 408-413.
28	Qiu X K， Dong Y J， Wan Y S， et al. Effects of different fertilizing treatments on contents of soil nutrients and soil enzyme activity. Soils， 2010， 42（2）： 249-255.
	邱现奎，董元杰，万勇善，等. 不同施肥处理对土壤养分含量及土壤酶活性的影响. 土壤， 2010， 42（2）： 249-255.
29	Wang W N， Lu J W， He Y Q， et al. Effects of N， P， K fertilizer application on grain yield， quality nutrient uptake and utilization of rice. Chinese Journal of Rice Science， 2011， 25（6）： 645-653.
	王伟妮，鲁剑巍，何予卿，等. 氮、磷、钾肥对水稻产量、品质及养分吸收利用的影响. 中国水稻科学， 2011， 25（6）： 645-653.
30	Yang Y S， Zhang L， Chen X F， et al. Effects of chemical substances on the rapid cultivation of moss crusts in a phytotron from the Loess Plateau， China. International Journal of Phytoremediation， 2019， 21（3）： 268-278.
31	Li X Y， Zhao B Q， Li X H， et al. Effects of different fertilization systems on soil microbe and its relation to soil fertility. Scientia Agricultura Sinica， 2005， 38（8）： 1591-1599.
	李秀英，赵秉强，李絮花，等. 不同施肥制度对土壤微生物的影响及其与土壤肥力的关系. 中国农业科学， 2005， 38（8）： 1591-1599.
32	Sanago M H， Murch S J， Slimmon T Y， et al. Morphoregulatory role of thidiazuron： morphogenesis of root outgrowths in thidiazuron-treated geranium （Pelargonium hortorum Bailey）. Plant Cell Reports， 1995， 15（3/4）： 205-211.
33	Wu Y H， Huang G H， Gao Q， et al. Research advance in response and adaptation of bryophytes to environmental change. Chinese Journal of Applied Ecology， 2001， 12（6）： 943-946.
	吴玉环，黄国宏，高谦，等. 苔藓植物对环境变化的响应及适应性研究进展. 应用生态学报， 2001， 12（6）： 943-946.
34	Zhou W J， Bu C F， Wei Y X. Microbial community composition and diversity characteristics of lithophytic moss biocrusts of Qinling Mountains. Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica， 2022， 42（9）： 1600-1610.
	周雯娟，卜崇峰，韦应欣. 秦岭石生苔藓结皮的微生物群落组成和多样性特征. 西北植物学报， 2022， 42（9）： 1600-1610.
35	Lu H， Cong J， Liu X， et al. Plant diversity patterns along altitudinal gradients in alpine meadows in the Three River Headwater Region， China. Acta Prataculturae Sinica， 2015， 24（7）： 197-204.
	卢慧，丛静，刘晓，等. 三江源区高寒草甸植物多样性的海拔分布格局. 草业学报， 2015， 24（7）： 197-204.
36	Li J M， Cai H， Cheng Q， et al. Characterizing the evapotranspiration of a degraded grassland in the Sanjiangyuan Region of Qinghai Province. Acta Prataculturae Sinica， 2012， 21（3）： 223-233.
	李婧梅，蔡海，程茜，等. 青海省三江源地区退化草地蒸散特征. 草业学报， 2012， 21（3）： 223-233.

处理 Treatments	养分因素 Nutrient factors	菌类 Bacteria	植物生长调节剂 Plant growth regulator
1	A	C	E
2	A	D	E
3	A	C	F
4	A	D	F
5	B	C	E
6	B	D	E
7	B	C	F
8	B	D	F

处理 Treatments	养分因素 Nutrient factors	菌类 Bacteria	植物生长调节剂 Plant growth regulator
1	A	C	E
2	A	D	E
3	A	C	F
4	A	D	F
5	B	C	E
6	B	D	E
7	B	C	F
8	B	D	F

养分因子Nutrient factors	平方和Sum of squares	自由度Degrees of freedom	均方Mean square	F统计量F-statistic	P值P-value
碳Carbon （C）	0.001	2	0.000	0.449	0.645
氮Nitrogen （N）	0.073	2	0.036	45.352	0.000
磷Phosphorus （P）	0.010	2	0.005	6.449	0.008
钾Potassium （K）	0.002	2	0.001	1.255	0.309

养分因子Nutrient factors	平方和Sum of squares	自由度Degrees of freedom	均方Mean square	F统计量F-statistic	P值P-value
碳Carbon （C）	0.001	2	0.000	0.449	0.645
氮Nitrogen （N）	0.073	2	0.036	45.352	0.000
磷Phosphorus （P）	0.010	2	0.005	6.449	0.008
钾Potassium （K）	0.002	2	0.001	1.255	0.309

养分因子Nutrient factors	平方和Sum of squares	自由度Degrees of freedom	均方Mean square	F统计量F-statistic	P值P-value
碳Carbon （C）	7.431	2	3.716	1.944	0.172
氮Nitrogen （N）	320.118	2	160.059	83.738	0.000
磷Phosphorus （P）	43.190	2	21.595	11.298	0.001
钾Potassium （K）	13.780	2	6.890	3.605	0.048