Role of soil algae on the initial stages of soil formation in sandy polluted areas

• Autorzy: Rahmonov O. , Cabala J. , Bednarek R. , Rozek D. , Florkiewicz A.

Identyfikatory

DOI

10.1515/eces-2015-0041

Warianty tytułu

PL

Rola glonów glebowych w inicjalnych etapach rozwoju gleby na zanieczyszczonych obszarach piaszczystych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Research to evaluate the role of the soil algae in the initiation of pedogenesis in sandy areas and to establish the mineral, chemical and organic composition of soil-algal crusts was done. The investigations area is located in southern Poland in a landscape of drift sand (Bledowska Desert) formed as a result of medieval deforestation related to Ag, Pb and Fe mining activities. Fifteen species of algae (Cyanophyta, Chlorophyta and Heterokontophyta) were identified. In the soil-algal crusts, Corg contents ranged from 0.35-2.23%, Pavail from 9-34 mg · kg−1 and Nt was variable. In investigated area the ground on which soil algae developed was acidic (pH 4.4-5.7 in KCl). Among mineral components in the crust, phases rich in Fe and K dominated (776.5(±2.3) - 2803(±31) mg · kg−1 and 230.5(±3.7) - 696(±22) mg · kg−1, respectively) and elevated concentrations of Zn, Mn and Pb occurred. Soil-crust organic matter includes aliphatic and aromatic compounds, carbohydrate derivatives, phenols, furan and pyrene structures. N compounds have significant contribution in composition of soil-algal crusts - the algae are main source of organic matter in this stage of soil formation. It could accelerate the regeneration of disturbed ecological systems.

PL

Przeprowadzone badania miały na celu określenie roli glonów glebowych w inicjalnym stadium rozwoju gleb na obszarach piaszczystych oraz rozpoznanie składu mineralnego i chemicznego skorup glonowo-glebowych. Obszar badań leży w południowej Polsce na terenie ruchomych piasków (Pustynia Błędowska), powstałych w wyniku wycinki lasów przeprowadzonej na potrzeby średniowiecznego górnictwa Ag-Pb-Fe. Zidentyfikowano piętnaście gatunków glonów (Cyanophyta, Chlorophyta, Heterokontophyta). W skorupach glonowo-glebowych zawartość Corg wahała się w granicach 0,35-2,23%, Pprzyswajalny - 9-34 mg · kg–1, natomiast zawartość Nt była zróżnicowana. Na obszarze badań podłoże, na którym rozwijały się glony i sinice, było kwaśne (pH 4,4-5,7 w KCl). Wśród składników mineralnych występujących w skorupach glonowo-glebowych dominowały fazy bogate w Fe i K (odpowiednio: 776,5(±2,3)-2803(±31) mg · kg–1 i 230,5(±3,7)-696(±22) mg · kg–1). Zaobserwowano w nich również wysoką koncentrację Zn, Mn i Pb. Materia organiczna badanych skorup zawierała związki alifatyczne i aromatyczne, pochodne węglowodanów, fenole, furan i piren. Znaczący udział w składzie skorup glonowo-glebowych miały też związki azotu - glony są głównym źródłem materii organicznej w badanym stadium formowania się gleby, co może się przyczyniać do szybkiej regeneracji odkształconych układów ekologicznych.

Słowa kluczowe

EN

heavy metals; organic compounds; soil algae; soil-algal crust; soil development

PL

metale ciężkie; związki organiczne; glony glebowe; skorupa glonowo-glebowa; rozwój gleby

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Ecological Chemistry and Engineering. S
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 22, nr 4
• Strony: 675--690
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., tab., rys., fot.

Twórcy

autor

Rahmonov O.

• Faculty of Earth Sciences, University of Silesia, ul. Będzińska 60, 41-200 Sosnowiec, Poland, phone [phone]

autor

Cabala J.

• Faculty of Earth Sciences, University of Silesia, ul. Będzińska 60, 41-200 Sosnowiec, Poland, phone [phone]

autor

Bednarek R.

• Faculty of Earth Sciences, Nicolaus Copernicus University, ul. J. Gagarina 9, 87-100 Toruń, Poland

autor

Rozek D.

• Faculty of Earth Sciences, University of Silesia, ul. Będzińska 60, 41-200 Sosnowiec, Poland, phone [phone]

autor

Florkiewicz A.

• Faculty of Food Technology, University of Agriculture in Krakow im. Hugona Kołłątaja, ul. Balicka 122, 30-149 Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] Fisher T, Veste M, Schaaf W, Dumüg A, Kögel-Knabner I, Wiehe W, et al. Initial pedogenesis in a topsoil crust 3 years after construction of an artificial catchment in Brandenburg, NE Germany. Biogeochemistry. 2010;101:165-176. DOI: 10.1007/s10533-010-9464-z.
• [2] Lukešová A. Soil algae in brown coal and lignite post-mining areas in Central Europe (Czech Republic and Germany). Restor Ecol. 2001;9:341-350. DOI: 10.1046/j.1526-100X.2001.94002.x.
• [3] Evans RD, Lange OL. Biological soil crusts and ecosystem nitrogen and carbon dynamics. Ecol Stud. 2003;150:263-279. DOI: 10.1007/978-3-642-56475-8_20.
• [4] Belnap J. Factor influencing nitrogen fixation and nitrogen release in biological soil crusts. Ecol Stud. 2003;150:241-261. DOI: 10.1007/978-3-642-56475-8_19.
• [5] Pluis JLA. Algal crust formation in the inland dune area. Laarder Wasmeer, the Netherlands. Vegetatio. 1994;113:41-51. DOI: 10.1007/BF00045462.
• [6] Rahmonov O, Piątek J. Sand colonization and initiation of soil development by cyanobacteria and algae. Ekológia (Bratislava). 2007;26(1):52-63. http://147.213.211.222/sites/default/files/Ekol_10705_rahmonov.pdf.
• [7] Malam Io, Le Bissonnais Y, Défarge C, Trichet J. Role of a cyanobacterial cover on structural stability of sandy soils in the Sahelian part of western Niger. Geoderma. 2001;101:15-30. DOI: 10.1016/S0016-7061(00)00093-8.
• [8] Chen R, Zhang Y, Li Y, Wie W, Zhang J, Wu N. The variation of morphological features and mineralogical components of biological soil crusts in the Gurbantunggut Desert of Northwestern China. Environ Geol. 2009;57:1135-1143. DOI: 10.1007/s00254-008-1410-1.
• [9] Johansen JR, Shubert LE. Algae in soil. Nova Hedwigia, Beih. 2001;123:297-306.
• [10] Starks TL, Shubert LE. Colonization and succession of algae and soil algae interactions associated with disturbed areas. J Phycol. 1982;18:99-107. DOI: 10.1111/j.1529-8817.1982.tb03162.x.
• [11] Belnap J, Büdel B, Lange OL. Biological soil crust: characteristics and distribution. Ecol Stud. 2003;150:3-30. DOI: 10.1007/978-3-642-56475-8_1.
• [12] Picińska-Fałtynowicz J. Algae. In: Piotrowska H, editor. The Nature of Słowiński National Park. Poznań-Gdańsk: Bogucki Science Press; 1997.
• [13] Kalinowska R, Trzcińska M, Pawlik-Skowrońska B. Glony glebowe terenów pogórniczych skażonych metalami ciężkimi (Soil alga in post-mining areas contaminated with heavy metals). Wiadomości Botaniczne. 2008;52(3/4):63-79.
• [14] Kalinowska R, Pawlik-Skowrońska B. Metal resistance of soil algae (Chlorophyta) occurring in post flotation Zn/Pb- and Cu-tailing ponds. Pol J Ecol. 2008;56(3):415-430.
• [15] Trzcińska M, Pawlik-Skowrońska B. Soil algal communities inhabiting zinc and lead mine spoils. J Appl Phycol. 2008;20:341-348. DOI: 10.1007/s10811-007-9259-3.
• [16] Rahmonov O, Kowalski WJ, Bednarek R. Characterization of the soil organic matter and plant tissues in an initial stage of plant succession and soil development by means of Curie-point pyrolysis coupled with GC-MS. Eurasian Soil Sci. 2010;43(13):1557-1568. DOI: 10.1134/S1064229310130144.
• [17] Guiry MD, Guiry GM. AlgaeBase. World-wide electronic publication. Galway: National University of Ireland; 2013. http://www.algaebase.org.
• [18] Chefetz B, Tarchitzky J, Deshmukh AP, Hatcher PG, Chen Y. Structural characterization of soil organic matter and humic acids in particle-size fractions of an agricultural soil. Soil Sci Soc Am J. 2002;66:129-141. DOI: 10.2136/sssaj2002.1290.
• [19] Nierop KGJ, Van Lagen B, Buurman P. Composition of plant tissues and soil organic matter in the first stages of a vegetation succession. Geoderma. 2001;100:1-24. DOI: 10.1016/S0016-7061(00)00078-1.
• [20] Lechowski Z, Białczak J. Rola i znaczenie polisacharydów sinic w przyrodzie i biotechnologii (Role of cyanobacterial polysaccharides in environment and biotechnology). Wiadomości Botaniczne. 2001;45(3/4):35-51. http://bomax.botany.pl/pubs/data/article_pdf?id=2325.
• [21] Mazor G. Kidron GJ, Vonshak A, Abeliovich A. The role of cyanobacterial exopolysaccharides in structuring desert microbial crusts. FEMS Microbiol Ecol. 1996;21(2):121-130. DOI: 10.1016/0168-6496(96)00050-5.
• [22] Dümig A, Veste M, Hagedorn F, Fischer T, Lange P, Spröte R, et al. Biological soil crusts on initial soils: organic carbon dynamics and chemistry under temperate climatic conditions. Biogeosci Discuss. 2013;10:851-894. DOI: 10.5194/bgd-10-851-2013.
• [23] Eldridge DJ. Biological soil crusts and water relations in Australian Deserts. Ecological Studies. 2003;150:315-325. DOI: 10.1007/978-3-642-56475-8_23.
• [24] Shtina EA. The peculiarities of algal flora in the anthropogenic soil (by the example of Valaam Island). Eurasian Soil Sci. 2000;33(8):847-849.
• [25] Page DW, Van Leeuwen AJ, Spark KM, Mulcahy DE. Pyrolysis characterization of plant, humus and soil extract from Australian catchments. J Anal Appl Pyrol. 2002;65:269-285. DOI: 10.1016/S0165-2370(02)00005-0.
• [26] Schulten HR, Schnitzer M. The chemistry of soil organic nitrogen: a review. Biol Fert Soils. 1998;26:1-15. DOI: 10.1007/s003740050335.
• [27] Rahmonov O, Gajos M, Czuban R, Parusel T. GIS methods in monitoring succession processes in limestone and dolomite quarries. Pol J Environ Stud. 2014;23(2):647-653. http://www.researchgate.net/publication/261850855_GIS_Methods_in_Monitoring_Succession_Processes_in_Limestone_and_Dolomite_Quarries.