The role of biota in soil development and nutrient cycling in post-mining sites

Abstract

Reclamation of post-mining landscapes is dependent on the establishment of vegetation which is connected to soil development, nutrient accumulation, and full ecosystem recovery. Through multiple small scale, laboratory and field large scale experiments, this work examines the relative importance of soil age, nutrient availability, microbial inoculation, and plant-soil feedback for plant growth and soil development. Two studies were focused on alder (Alnus glutinosa) and its interaction with nitrogen- fixing symbionts. Our study confirms that alder growth may be limited in young post- mining soils due to either adverse soil conditions or the absence of microbial symbionts, where symbionts, namely bacteria of the genus Frankia, had larger effect than soil development. Addition of iron, phosphorus, and sulfur further enhanced alder growth, indicating that nutrient availability interacts with microbial symbionts to determine plant performance. Conversely, elevated nitrogen supply suppressed both alder growth and Frankia tuber formation, suggesting that excessive nitrogen can inhibit symbiotic nitrogen fixation and slow alder's establishment in post-mining sites. Plant-soil feedback experiment demonstrated predominantly negative feedback among early- and mid-succession species of herbaceous plants, with...

Rekultivace krajiny po těžbě je závislá na přítomnosti vegetace, která je spojena s vývojem půdy, akumulací živin a obnovou ekosystému. Prostřednictvím experimentů provedených jak v malém měřítku, tak v rámci terénní studie tato práce zkoumá relativní význam stáří půdy, dostupnosti živin, mikrobiální inokulace a zpětné vazby mezi rostlinami a půdou (plant-soil feedback) pro růst rostlin a vývoj půdy. Dvě studie jsou zaměřeny na olši (Alnus glutinosa) a její interakci s dusík fixujícími symbionty. Naše studie potvrzuje, že růst olše může být na mladých půdách po těžbě omezen buď kvůli nepříznivým půdním podmínkám, nebo absenci mikrobiálních symbiontů, kdy symbionti, konkrétně bakterie rodu Frankia, měli větší vliv než stáří půdy. Přidání železa, fosforu a síry dále zvýšilo růst olše, což naznačuje, že dostupnost živin v interakci s mikrobiálními symbionty a ovlivňuje růst rostlin. Naopak zvýšený přísun dusíku potlačil jak růst olše, tak tvorbu kořenových hlízek, ve kterých jsou bakterie Frankia lokalizovány, což naznačuje, že nadměrné množství dusíku může inhibovat symbiotickou fixaci dusíku a zpomalovat růst a vývoj olše na lokalitách po těžbě. Plant-soil feedback experiment prokázal převážně negativní zpětnou vazbu u druhů bylin přizpůsobených ranému a střednímu stadiu sukcese, přičemž rostlinný...