Effect of some metal salts on the cultivable part of soil microbial assemblage in a calcareous loam cropland 6 years after contamination

Heavy metal contamination is of great interest because of the accumulation in soil and a potential risk to get into the food chain. Effect of three heavy metal salts added to field plots on the soil microbial assemblage and their total biomass was investigated 6 years after the artificial contamination. The metal addition was 90 and 810 kg per hectare for cadmium, copper and nickel on a calcareous loamy chernozem soil. Cadmium at 90 and 810 kg ha-1 rates resulted in 80 and 670-fold increase; copper 2 and 9-fold increase; nickel 2 and 6-fold increase to the background level. Number of Actinobacteria and Azotobacter spp decreased while oligotrophic bacteria and microscopic fungi increased due to the metal additions especially in the case of cadmium. This indicated structural changes in soil microbial assemblage. Soil microbial biomass C was significantly lower in all metal treated soils compared to the control, but the higher doses did not result in further depletion

Szennyezett talajok mikrobiológiai jellemzése és monitorozása foszfolipid-zsírsavak analízisével = Microbial characterization and monitoring of polluted soils by phospholipid fatty acid (PLFA) analysis

A foszfolipidzsírsav- (PLFA-) analízis metodikáját sikeresen adaptáltuk. Kimutattuk, hogy a vizek tisztulásában hatékonyan működő lápi talajokban a mikrobiális biomassza - és így az öntisztulási funkció is - jelentős mértékben a rhizoszférához köthető, ahol kimutattuk az öntisztulásban fontos szerepet játszó metanotróf illetve szulfátredukáló szervezeteket is. A PLFA módszert elsőként alkalmaztuk a teljes rhizoszféra vizsgálatára. Kémiai stabilizálóanyag vizsgálatára beállított talaj-inkubációs kísérleti rendszerben vizsgáltuk három nehézfém megkötődését. Az adagolt lignit leginkább a króm megkötődését növelte, az ólom esetében csak a vizes kivonatban volt igazolható a mobilitáscsökkenés, míg a cinkre nem gyakorolt szignifikáns stabilizáló hatást. A nehézfémek mobilis frakciói által a mikrobiális közösségek méretében és anyagcsere-intenzitásában okozott változások csökkenő sorrendben alkalmas mutatóinak bizonyultak: a talaj foszfolipid-zsírsav-összetétele és szacharáz-enzimaktivitása; a fumigációs és észteráz-aktivitási (FDA) értékek. A foszfolipid-zsírsav-spektrumok statisztikai elemzése nyomán 11 zsírsavat és 4 zsírsav-csoportot találtunk, melyek jó indikátorai az egyes nehézfémek talajszennyező hatásának. A foszfolipid-zsírsav-analízis eredményei alapján a lignit jelenlétében a nehézfémek nem csak nehezebben felvehetők a növények számára, de a talajéletre gyakorolt toxikus hatásuk is kisebb. A projekthez kapcsolódva kialakítottunk egy korszerű szerves kémiai analitikai laboratóriumot a kutatóhelyen. | The methodology of phospholipid fatty acid (PLFA-) analysis was adapted in our laboratory. It was demonstrated, that microbial biomass, so as the purification function in peatland soils are connected to the rhizosphere, where methanotrophic and sulfate reducing bacteria were also present. PLFA analysis was first applied on the whole rhizosphere. A soil incubation model experiment was set up to test soil stabilization effects, where, in combination with various levels of lignite, Cr, Zn and Pb were added in wide concentration range. Lignite significantly reduced the mobile fraction of Cr. In case of Pb immobilization was significant only in the aquaeous extract, while Zn was not stabilized significantly. The effects of mobile fractions on the biomass and metabolic activity of soil biota, could be indicated by the following: phospholipid fatty acid patterns; saccharase and esterase (FDA) enzymatic activities, chloroform fumigation extraction method. Statistical evaluation of PLFA patterns showed that 11 PLFAs and 4 PLFA groups were good indicators of heavy metal pollution. PLFA analysis demonstrated that lignite had reduced not only the plant uptakeable fractions of heavy metals, but also the toxicity on the soil biota. In connection with the project, a modern gas-chromatography/mass spectrometry laboratory was installed in the institute

Szén- és nitrogénforgalom modellezése zöldségtermesztésben = Modelling nitrogen and carbon dynamics of vegetable cultures

Három eltérő textúrájú, szervesanyag tartalmú és biológiai aktivitású talajon öntözéses zöldségkísérleteket folytattunk. Meghatároztuk a mineralizálható N-eloszlást. A parcellákba installált kisméretű, bolygatatlan talajoszlopokban., valamint laboratóriumban is vizsgáltuk a N mineralizációt és nitrát kimosódást. Különböző szerves maradványok, valamint cellulóztesztek felhasználásával tanulmányoztuk adott C:N arányú szerves anyagok lebomlását és a mikrobiológiai aktivitást. Meghatároztuk a mikrobiális kötött nitrogén és szén frakciók mennyiségét és a N-trágyázás erre gyakorolt hatását. Megvizsgáltuk a N-trágyázás hatását a rendszer CO2 kibocsájtására a különböző talajokban. Leírtuk a termesztett zöldségnövények növekedés dinamikáját, biomassza akkumulációját, N felvételi dinamikáját, és megállapítottuk a szimulációs modell futtatásához szükséges allokációs összefüggéseket és paramétereiket. Becsültük a különböző növények gyökérzetével bevitt szerves C-mennyiséget.a különböző talajtípusok N-kezeléseiben. Dinamikus szimulációval, mérési eredményeink felhasználásával tanulmányoztuk a N-trágyázás- növény – talaj kölcsönhatásokat a nitrát kimosódásra. Leírtuk (számszerűsítettük) a legfontosabb abiotikus stressz feltételeket és hatásdinamikájukat a növényi növekedésre szabadföldi mérési adataink felhasználásával. | The aim of our research was to describe the main C and N flows in the soil and crop in irrigated and fertilized vegetable culture by the adaptation of the Swedish CoupModel. Since insufficient process-level knowledge exists on the effects of the vegetable cropping on nutrient cycling, crop uptake, carbon budget and SOM properties, we focus on these major processes by measurement and simulation. We evaluated the C and N pools of SOM in different soil textures and N treatments, estimated the decomposition rates of plant residues characterized by various C:N ratios and placed in different soil depths as affected by abiotic conditions; quantified the rate of N mineralization and transport using soil core incubation in field; described organic matter decomposition, studied CO2 evaluation from soil air in field experiments. We used our experimental data in selecting functions and in parameterization of the model. Research findings: 1. evaluation of C budget in various vegetable systems; 2. characterization of the various OM pools and their interactions in the soil; 3. description of the dynamics of mineral N in the root zone; 4. prediction of the dynamics and efficiency of plant N-uptake. The model will be well suited in education as its dynamic nature gives opportunity to the students to understand the interactions of the elements of the system and study the influence of different management activitie

Felhagyott alföldi homoktalajok mikrobiális közösség összetételének, biomasszájának és aktivitásának vizsgálata. = Microbial community structure, biomass and activity in sandy soils of abandoned fields of the Great Plain

A korábban művelt, de felhagyott területek ökológiai helyreállítása gazdasági és ökológiai szempontból is kívánatos lenne. A homokpuszta gyepek restaurációjának módszereit a talajban zajló tápanyag-dinamikai és az azzal összefüggő mikrobiális tevékenységek szempontjából tanulmányoztuk. A kezelések célja a nitrogén immobilizációjának elősegítésén keresztül a másodlagos szukcesszió felgyorsítása volt. A szénforrás-kezelések hatására a talajok mikrobiális biomasszája megnőtt. A nitrogén hozzáférhetőségét a kezelések csökkentették, ezáltal a gyomnövények biomasszája is lecsökkent, de ez nem vezetett szükségszerűen a natív növényfajok abundanciájának növekedéséhez. A természetes növényzet előretörését csak azokon a területeken figyeltük meg, ahol jelentős mennyiségű propagulum-forrás volt a talajban. A kombinált kezelések (kaszálás, C-forrás-kezelés, felülvetés természetes növényzet magjaival) növelték a természetes gyepi növények abundanciáját, a felvehető N tartalom csökkenése mellett. A bolygatatlan gyepterület mikrobiális közösségének stabilitását a bolygatott területtel szemben alátámasztotta a K-stratégista baktériumok nagyobb abundanciája, és a közösség struktúrájának kisebb szezonális változása, vagyis a bolygatatlan élőhely talajmikrobiális közössége nagyobb rezilienciával rendelkezett, mint a bolygatott. Ezek az eredmények fontos előrelépést jelentenek a művelésből kivont területeken a természetes növénytársulásokhoz hasonló növényzet kialakításában. | Ecological restoration of abandoned fields is favoured both in economic and ecological point of view. The restoration methodology of native sand grassland plant communities was studied focusing on soil nutrient dynamics and related microbiological processes. The aim of C amendments and other treatments was to promote microbial N immobilisation and through this to accelerate secondary succession. Carbon treatments (sawdust and sucrose) resulted in a significant increase in microbial biomass C and biomass N by approximately 20 percent. N availability was reduced significantly by C amendments, and the weed biomass decreased as well, but the abundance of native species was not observed in most cases. Native vegetation advanced only at sites having in appropriate amount of propagules in soils. Sawdust used in high rate can be unfavourable in long term resulting net N mineralisation through the priming effect. Combined treatments (mowing, C addition, reseeding by native species) increased the abundance of natural elements, whereas the available nutrients decreased. The higher level of stability of the soil microbial community at natural grassland against the disturbed sites was supported by the larger abundance of K-strategist bacteria and also the smaller seasonal change, therefore the microbial community had greater resilience at undisturbed grassland site than that had at disturbed ones. These achievements are important in restoring of native plant communities at set-aside fields

Dolomitnövényzet stabilitása és regenerálódása = Stability and regeneration of vegetation on dolomite hills

A dolomitgyepek néhány éves időszakra vonatkozó stabilitását állandó kvadrátok vizsgálatával az évtizedes léptékű stabilitást egy 80 kvadrátos adatsor 23 év utáni újrafelvételezésének adatsorát elemezve igazoltuk. A sziklagyepek tűz utáni regenerálódását leégett feketefenyves helyén vizsgáltuk. A fajszám a tűz után 10 évvel megközelítette a kontroll területekét, míg az összborítás 15%-kal elmaradt azokétól. Ökológiai spektrumok szerint a 10 éves gyepek még pionír jellegűek. 3) A Fraxinus ornus morfológiai plaszticitását vizsgálva 7 olyan alaki jellemzőt találtunk, amelyek jól leírják a kőris egyedeket változatos termőhelyi viszonyok mellett. 4) A feketefenyvesek tűzveszélyességének kutatása során vizsgáltuk az éghető avar felhalmozódását az állományok 4 korcsoportjában. A tűzgyulladás valószínűségét McArthur modelljével elemeztük. Leggyúlékonyabbnak a 60-80 éves erdők mutatkoztak. 5) A feketefenyveseknek a talajra tett hatását vizsgálva eredményeink nem igazolták a feketefenyvesek "talajjavító hatását". 6) A tűz rendzinára tett hatásának értékelésére 10 éve, ill. frissen leégett feketefenyves területeket vizsgáltunk. Elöbbiekben a makroelemek szignifikánsan magasabb koncentrációjúak a fenyvesek talajához viszonyítva. A 10 éve égett területekről kimutattuk, hogy a regenerálódó gyepek talajában a pH magasabb, a szervesanyag-tartalom viszont alacsonyabb a természetközeli sziklagyepekénél. | Remarkable stability of dolomite grasslands was proved in both short term (few years) and long terms (two decades) periods. Post-fire regeneration of dolomite grasslands was analysed at burnt Austrian pine stands. 10 years after fire the species number in regenerating grasslands was practically the same as in the control grasslands, however in terms of vegetation cover, life form composition and seed mass spectrum the former grasslands showed pioneer characters. Seeking for a native tree species that could act as substitute for the flammable Austrian pine, we studied manna ash. 7 morphometric variables were determined for satisfactory description of morphological plasticity of manna ash individuals. In the frame of fire risk studies in Austrian pine stands, we determined the litter accumulation in 4 age classes, then, the probability of forest ignition and the fire properties were predicted by McArthur's fire danger model. Results of our pedological studies did not support the (formerly presumed) soil improving role of Austrian pine stands. Effects of fire on rendzina soil was studied in recently burnt and ten-year-old burnt pine plantations. Soil variables at recently burnt sites differed significantly from that of the unburnt stands. In the soil of 10 years old regenerating grasslands pH-value was still higher, whereas organic matter content was still lower than in soils of natural grasslands

Diversity and ecological tolerance of bacteria isolated from the rhizosphere of halophyton plants living nearby Kiskunság soda ponds, Hungary

Many halophytes and halophilic microorganisms are capable to adapt to the extremities of saline habitats. This study reveals the taxonomic diversity and ecological tolerance of bacteria isolated from the rhizosphere of three different halophytes (Bolboschoenus maritimus, Puccinellia limosa and Aster tripolium) living in the vicinity of Kiskunság soda ponds. Following a sampling in September 2013, altogether 76 bacterial strains were isolated using two different media. The strains were identified on the basis of 16S rRNA gene sequencing following ARDRA grouping. Salt and pH tolerance of the strains were examined by measuring their growth in broths containing 0–15% NaCl (w/V) and characterized with pH 7–12 values. Among the strains genera of Anaerobacillus, Bacillus and Exiguobacterium (Firmicutes), Agromyces, Isoptericola, Microbacterium, Micrococcus, Nocardiopsis, Nesterenkonia and Streptomyces (Actinobacteria), Halomonas and Idiomarina (Proteobacteria) and Anditalea (Bacteroidetes) were identified. The Bolboschoenus and Puccinellia samples characterized with the highest pH and electric conductivity values were dominated by Bacillus, Halomonas and Nesterenkonia, respectively. The salt tolerance of the bacterial strains was strongly dependent on the sampling location and plant species. In contrast, growth of bacterial strains in broths with alkaline pH values was more balanced. The strains from the Puccinellia sample showed the widest salt and pH tolerance