text size

Importance of ecological stoichiometry in soil development.

Notice: I hereby declare that I am aware that the information acquired from theses published by Charles University may not be used for commercial purposes or may not be published for educational, scientific or other creative activities as activities of person other than the author.
Title:
Importance of ecological stoichiometry in soil development.
Title (in czech):
Význam ekologické stechiometrie pro vývoj půd.
Type:
Dissertation
Author:
Ing. Hana Veselá, Ph.D.
Supervisor:
prof. Mgr. Ing. Jan Frouz, CSc.
Opponents:
doc. RNDr. Jakub Hruška, CSc.
prof. Michael Bonkowski, Dr.
Thesis Id:
141617
Faculty:
Faculty of Science (PřF)
Department:
Institute for Environmental Studies (31-550)
Study programm:
Environmental Science (P3931)
Study branch:
-
Degree granted:
Ph.D.
Defence date:
05/09/2019
Defence result:
Pass
Language:
English
Keywords (in czech):
dusík , fosfor, rostlinná sukcese, půda
Keywords:
nitrogen, phosphorus, soil plant succession
Abstract (in czech):
Abstrakt Ekologická stechiometrie je užitečným nástrojem pro pochopení ekologické dynamiky a souvisejících procesů. Existují pouze vzácné informace o koloběhu živin a dynamice živin v systému rostlinné půdy v v oblastech po těžbě uhlí. Různé druhy rostlin si vyvinuly vlastní strategie a využívají živiny odlišně, což může ovlivnit koloběh živin a následný návrat živin do půdy. V disertační práci jsem se zabývala ekologickou stechiometrii jako jedním z klíčových faktorů, které řídí vývoj půdy v lokalitách po těžbě uhlí. V obecném úvodu jsou shrnuta známá fakta např. o vlastnostech rostlin, procesu dekompozice, koloběhu živin a možné důsledky pro rozvoj půdy a rekultivační postupy. V oblastech po těžbě uhlí je však stále vztah mezi listy, opadem rostlin a půdou málo prozkoumán. Výsledky disertační práce jsou prezentovány v pěti článcích, z nichž tři byly publikovány, jeden byl submitován a jeden rukopis je připraven k publikaci v mezinárodním časopise s IF. V první předložené publikaci byl studován vliv půdní fauny (zejména žížal) na rozvoj půdy. Pvývoj půdy se výrazně lišil mezi lokalitami zalesněnými různými dřevinami a byl silně ovlivněn přítomností a aktivitou půdní fauny, zejména pak bioturbací žížal. Druhá publikace se zabývá životním cyklem Penthetria holoserica a její korelaci s poměrem C: N olšového opadu. Životní cyklus P. holosericea není závislý na sezónních změnách v kvalitě a množství dostupné potravy. Třetí publikace se zaměřila na kompetiční strategii trávy Calamagrostis epigejos o živiny. C. epigejos reabsorbovala většinu živin před senescencí listů na starších plochách a reabsorbovala mnohem méně v mladších plochách spontánní sukcese. C. epigejos snížila dostupnost N pro jiné druhy rostlin, zejména pak na začátku vegetačního období na jaře, a to zejména na místech živinově chudších, kde C. epigejos může použít N uskladněný během předchozí sezóny. Ve čtvrté publikaci bylo studováno, zda přidání N do systému má negativní vliv na vývoj půdy, což je důležité zejména na půdách živinově chudých. Na rekultivovaných lokalitách, vyšší množství dusíku uvolněného z opadu rostlin způsobilo vyšší ztrátu živin (Ca, Mg, K, P) z ekosystému, což může vést k dřívějšímu vyčerpání živin na těchto lokalitách. A poslední publikace se zaměřila na sezónní změny ve složení listů a opadu dominantních stromů. Ve studii bylo zjištěno rozdílné složení listů mezi jednotlivými dřevinami i mezi lokalitami, zejména v koncentraci N, Ca, Mg, K a obsahu ligninu. Tato práce poskytuje širší pohled na ekologickou stechiometrii a její vliv na rozvoj rostlinné a půdní fauny, zejména v oblastech po těžbě uhlí. Práce také shrnuje důsledky vlivu rostlin na vývoj půdy a možné doporučení pro rekultivační postupy.
Abstract:
Abstract Ecological stoichiometry is a useful tool for understanding of ecological dynamics and related processes. There are only rare informations about nutrient cycling and nutrient dynamics in plant- soil system in restoration areas after coal mining. Different plant species have developed own strategies and treat differently with nutrients which can influence nutrient cycling and consequent nutrient return to the soil. In thesis, I investigated ecological stoichiometry as one of key factors which controls soil development in post mining sites. In general introduction, known facts are summarized about e.g. plant traits, decomposition process, nutrient cycling and consequences for soil development and restoration practices. But still, relationship between leaves, plant litter, and soil is poorly understood in restoration areas. The results of a doctoral thesis are presented in five papers, out of which three have been published, one has been already submitted and one manuscript is prepared for publication in an international journal with impact factor. In the first presented publication, the influence of soil fauna was studied (especially earthworms) on soil development. Soil development differed significantly between sites afforested with different tree species and it is strongly influenced by the presence and activity of soil fauna, especially by earthworm bioturbation. Second publication examines the life cycle of Penthetria holoserica and its correlation with C:N ratio of alder litter fall. The life cycle of P. holosericea is not dependent on seasonal changes in the quality and quantity of food. Third publication focused on nutrient competition strategy of Calamagrostis epigejos. C. epigejos reabsorbed most nutrients before the senescence of leaves at older sites while reabsorbing much less at the younger sites in spontaneous succession. C. epigejos reduced the availability of N for other plant species especially at the beginning of the growing season in spring especially at younger nutrient poor sites, when C. epigejos can use N stored during the previous season. In fourth publication was studied if the addition of N into the system have negative effects on soil development which seems to be important especially in poor nutrient conditions. In the reclaimed sites, the higher amount of N released from plant litter caused a higher loss of nutrients (Ca, Mg, K, P) from the ecosystem which can lead to earlier depletion of nutrients in these sites. And last publication focused on seasonal changes in tree foliage and litter fall composition. Different foliage composition was found between individual tree species and between sites, especially in concentration of N, Ca, Mg, K and content of lignin. This thesis provides broader insight into the ecological stoichiometry and its influence on plant-soil and soil fauna development at restoration areas. The thesis also summarizes the consequences of the influence of plant for soil development and possible recommendation for restoration practices.
Documents
Download Document Author Type File size
Download Text of the thesis Ing. Hana Veselá, Ph.D. 690 kB
Download Attachment to the thesis Ing. Hana Veselá, Ph.D. 51.3 MB
Download Abstract in czech Ing. Hana Veselá, Ph.D. 104 kB
Download Abstract in english Ing. Hana Veselá, Ph.D. 64 kB
Download Autoreferat / doctoral thesis summary Ing. Hana Veselá, Ph.D. 316 kB
Download Opponent's review doc. RNDr. Jakub Hruška, CSc. 157 kB
Download Opponent's review prof. Michael Bonkowski, Dr. 96 kB
Download Defence's report 745 kB