Zmiany w ekosystemie w wyniku inwazji Reynoutria japonica: powiązanie ilości i chemicznej jakości biomasy roślinnej z właściwościami gleby
Streszczenie
Inwazje biologiczne są jednym z najważniejszych globalnych problemów środowiskowych związanych z działalnością człowieka. Inwazje obcych gatunków roślin mogą modyfikować funkcjonowanie ekosystemów, między innymi poprzez zmniejszanie różnorodności biologicznej, wpływ na produkcję pierwotną oraz dekompozycję martwej materii organicznej i obieg pierwiastków. Rdestowiec ostrokończysty (Reynoutria japonica) pochodzi ze wschodniej Azji i jest obecnie jednym z najbardziej inwazyjnych gatunków roślin w Europie i Ameryce Północnej. Niniejszy projekt umożliwia kompleksową charakterystykę zmian spowodowanych przez inwazję rdestowca w środowisku glebowym oraz poznanie mechanizmów tych zmian. Projekt uwzględnienia zarówno badania terenowe, jak i eksperymenty donicowe oraz wykorzystuje szereg zaawansowanych metod analitycznych pozwalających scharakteryzować biomasę roślin pod względem chemicznym, a glebę zarówno pod względem chemicznym, jak i mikrobiologicznym. Kompleksowa ocena wielkości, kierunku i mechanizmów zmian zachodzących w glebie w wyniku inwazji rdestowca jest kluczowa nie tylko z punktu widzenia badań podstawowych, lecz również działalności praktycznej, gdyż zmiany wywołane przez inwazję mogą wpływać na proces rewitalizacji siedlisk. Pomimo usunięcia rośliny inwazyjnej, powtórna kolonizacja zmienionej gleby przez rodzime gatunki roślin może być utrudniona lub niemożliwa.
Cele projektu obejmują: (1) Porównanie fizykochemicznych (pH, zawartość pierwiastków i związków fenolowych) i mikrobiologicznych (aktywność enzymatyczna, biomasa i skład taksonomiczny zespołów bakterii i grzybów) właściwości gleb pomiędzy stanowiskami z rdestowcem i rodzimymi gatunkami roślin w warunkach terenowych; (2) Porównanie ilości i jakości chemicznej (zawartość pierwiastków i związków fenolowych) nadziemnej i podziemnej biomasy rdestowca i gatunków rodzimych; (3) Powiązanie jakości biomasy roślin z właściwościami gleby; (4) Analizę zmienności sezonowej (w obrębie sezonu - wiosna, jesień i pomiędzy sezonami wegetacyjnymi) właściwości fizykochemicznych i mikrobiologicznych gleby pod rdestowcem i rodzimymi gatunkami roślin w warunkach terenowych; (5) Ocenę relatywnego znaczenia wzrostu rdestowca (obecność korzeni i wydzielanych przez nie związków chemicznych) oraz depozycji ściółki rdestowca dla właściwości gleby i ich sezonowej zmienności w eksperymencie donicowym; (6) Zbadanie zmian właściwości gleby w odpowiedzi na dodatek różnych ilości ekstraktów z pędów i kłączy rdestowca w relacji do jakości chemicznej tych ekstraktów.
Dotychczas opracowano część danych zgromadzonych w ramach projektu. Badania terenowe przeprowadzone na 25 stanowiskach badawczych zlokalizowanych na odłogach i terenach nadrzecznych w południowej Polsce wykazały, że rdestowiec produkuje kilka razy więcej biomasy nadziemnej i podziemnej niż towarzyszące mu gatunki roślin rodzimych, przy czym liście stanowią 30%, a łodygi 70% biomasy nadziemnej rdestowca. Biomasa rdestowca charakteryzuje się niską jakością chemiczną, między innymi niską zawartością N i P oraz wysokim stosunkiem C/N i C/P. W szczególności dotyczy to łodyg rdestowca. Właściwości te mogą powodować, że tempo mikrobiologicznego rozkładu martwej materii organicznej produkowanej przez rdestowca może być stosunkowo wolne i może ona długo zalegać na powierzchni gleby, zmieniając jej właściwości fizyczne, chemiczne i mikrobiologiczne. O niskiej jakości chemicznej biomasy rdestowca świadczy również bardzo wysoka, w porównaniu do badanych gatunków rodzimych, zawartość metabolitów wtórnych, a konkretnie związków fenolowych, na przykład tanin skondensowanych, katechiny, emodyny i resweratrolu, w szczególności w kłączach i/lub liściach rdestowca. Związki te mogą potencjalnie hamować aktywność i wzrost mikroorganizmów i w ten sposób dodatkowo spowalniać tempo rozkładu materii organicznej i innych procesów zachodzących w glebie. Nasze badania wykazały, że rdestowiec zmniejsza znacznie liczebność (biomasę) mikroorganizmów glebowych, w tym bakterii, grzybów saprotroficznych i grzybów symbiotycznych (mikoryzy arbuskularnej). Redukcja liczebności mikroorganizmów w glebie, w szczególności grzybów mikoryzy arbuskularnej, może potencjalnie prowadzić do słabego wzrostu gatunków rodzimych i rewitalizacji siedlisk po mechanicznym usunięciu rdestowca. Jednak, wbrew oczekiwaniom, rdestowiec nie wykazywał silnego jednokierunkowego wpływu na właściwości fizykochemiczne gleby oraz na większość badanych wskaźników aktywności mikroorganizmów, na przykład aktywności enzymów biorących udział w rozkładzie martwej materii organicznej. Wyniki mogą wskazywać na faktyczny brak wpływu rdestowca na te parametry, bądź też, co bardziej prawdopodobne, na zróżnicowany wpływ rdestowca na różnych stanowiskach badawczych. Wpływ ten może być niejednoznaczny, to znaczy mieć różną siłę i kierunek (dodatni bądź ujemny) w zależności od początkowych właściwości ekosystemu, na przykład jakości gleby lub typu roślinności.
Foto: Anna Stefanowicz.
Foto: Anna Stefanowicz.
Foto: Anna Stefanowicz.