 |
Seed banks and community assembly in grassland dynamics
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
139938 |
| Type |
KH |
| Principal investigator |
Deák-Valkó, Orsolya Emőke |
| Title in Hungarian |
Magbank és fajkészlet-szerveződés szerepe a gyepi biodiverzitás fenntartásában |
| Title in English |
Seed banks and community assembly in grassland dynamics |
| Keywords in Hungarian |
magkészlet, talaj paraméterek, propagulum limitáció, mikroélőhely limitáció, közösségszerveződés |
| Keywords in English |
seed traits, soil parameters, propagule limitation, microsite limitation, assembly rules |
| Discipline |
| Environmental biology, ecotoxicology (Council of Complex Environmental Sciences) | 70 % | | Ortelius classification: Plant ecology | | Turf farming (Council of Complex Environmental Sciences) | 30 % |
|
| Panel |
Ecology and evolution 1 |
| Department or equivalent |
Institute of Ecology and Botany, Centre for Ecological Research, Hungarian Academy of Sciences (Centre for Ecological Research) |
| Participants |
Godó, Laura
Kelemen, András
Kiss, Réka
Lukács, Katalin
Miglécz, Tamás
Rádai, Zoltán
Szél-Tóth, Katalin
|
| Starting date |
2020-01-01 |
| Closing date |
2020-12-31 |
| Funding (in million HUF) |
2.133 |
| FTE (full time equivalent) |
1.93 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Kutatásunkban a magbank szerepét vizsgáljuk a gyepi biodiverzitás kialakításában és fenntartásában a Hortobágyi Nemzeti Parkban végzett, európai szinten is kiemelkedő, tájléptékű élőhely-rekonstrukciós projektekhez kapcsolódóan. Első vizsgálatunkban az egykori bombázó lőtéren kráter egybenyitásokkal létrehozott szabad talajfelszíneken a spontán gyepregenerációt és a magvetéssel irányított szukcessziót vizsgáljuk. Kérdésünk, hogy a környezeti tényezők (mikro-domborzat, só- és víztartalom, talaj tömörödöttség) változatossága hogyan hat a növényzet fajgazdagságára, valamint hogy a magbank fajkészletéből mely fajok képesek megtelepedni az abiotikusan eltérő mikro-élőhelyeken. Második vizsgálatunkban a gyepregeneráció középső szakaszában (14 évvel a gyepesítést követően) vizsgáljuk a magbank dinamikát gyepesített egykori szántóterületeken. Teszteljük az előtörténet és a jelenkori kezelés hatásait a vegetáció- és magbank fajösszetételére. Harmadik vizsgálatunkban a mélyben eltemetett magvak ökológiai jelentőségét vizsgáljuk nagy mélységű, strukturált magbank mintavétellel. Szikes tájakban az élőhely-rekonstrukciók során gyakran megtelepednek halofiton növényfajok a kialakított szabad talajfelszíneken. Hipotézisünk szerint ezek a fajok a talajmunkák során, a mélyebb talajrétegekből kerülnek a felszínre. Vizsgálatunkban ezt teszteljük és értelmezzük a mélyen eltemetett magok táji léptékű biodiverzitás fenntartásában betöltött szerepét. Vizsgálataink hozzájárulnak a magbank- és vegetációdinamika kapcsolatainak megértéséhez, emellett hozzájárulnak az élőhely-rekonstrukciós projektek tervezéséhez.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
Vizsgálatunkban a magbank szerepét vizsgáljuk a gyepek biodiverzitásának kialakításában és fenntartásában, az alábbi kiemelt témakörökben.
(1) Magbank, környezeti és biotikus szűrők szerepe a korai szukcesszió során
Kiemelt kutatási kérdéseink: A gyepregeneráció korai szakaszában a mikro-topográfia, valamint a talaj víz- és sótartalma és tömörödöttsége hogyan befolyásolja azt, hogy a magbank fajkészletéből mely fajok képesek először megtelepedni? A mikro-környezet változatossága növeli-e a biodiverzitást a vegetációban és a magbankban? A fűmagvetés elmaszkolja-e a mikro-környezet fajösszetételre gyakorolt hatásait az irányított szukcesszió során?
(2) Rekonstruált gyepek magbank-dinamikája
Kiemelt kutatási kérdéseink: Követi-e a növényzeti változásokat a magbank dinamikája a regenerálódó gyepekben? A szukcesszió középső szakaszára kialakul-e a természetes gyepi fajok magbankja és eltűnnek-e a gyomok a magbankból? Milyen hatással van az előtörténet és a jelenleg alkalmazott kezelés a gyepesítést követő magbank dinamikára?
(3) A mélyben eltemetett magvak ökológiai jelentősége
Kiemelt kutatási kérdéseink: Milyen környezeti feltételek mellett képesek a halofiton fajok eltemetett magvai megőrizni a csíraképességüket? Hogyan függ a talaj mélyebb rétegeiben található csíraképes magok száma a mélységtől, valamint a talaj víz- és sótartalmától illetve tömörödöttségétől? A talajbolygatással járó élőhely-rekonstrukciós beavatkozásoknál hogyan változik meg a talaj magbank vertikális eloszlása?
A kérdések megválaszolása jelentősen hozzájárul a tájléptékű biodiverzitás megőrzéséhez valamint a természetvédelmi kezelések és élőhely-rekonstrukciós programok tervezéséhez.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A gyepi élőhelyek megőrzése illetve a degradált gyepek biodiverzitásának helyreállítása fontos szerepet kapott az Európai Unió Biodiverzitás Stratégiájában. A magbank ismerete jelentősen hozzájárulhat a gyepregeneráció ökológiai folyamatainak megértéséhez, mégis igen kevés az ezzel kapcsolatos vizsgálat. Az élőhely-rekonstrukciós programok sikerének egyik kulcsa a természetes gyepekre jellemző növényfajok populációinak megtelepítése. Emiatt a megfelelő gyepesítési módszer kiválasztásához fontos ismernünk, hogy a területen a gyepi fajok jelen vannak-e a magbankban, vagy aktív módon kell betelepítenünk őket. Szintén fontos szempont a gyomok és inváziós fajok magbankjának ismerete, amely segít a megfelelő utókezelés kiválasztásában és az eredmények hosszú távú fenntartásában. Az élőhely-rekonstrukciós munkálatok gyakran intenzív talajbolygatással járnak, ami alapvetően megváltoztatja a magbank vertikális eloszlását. Régen eltemetett magok juthatnak csírázási lehetőséghez, ami jelentős hatással lehet a gyepesedés folyamatára. Kutatásainkban a fent említett, gyakorlati természetvédelmi és gyepgazdálkodási szempontból is egyaránt jelentős témaköröket vizsgáljuk. A gyakorlati kérdések mellett kutatásunkban a növényökológia számos fontos elméleti kérdését is vizsgáljuk. A kutatás során egyedülálló lehetőségünk van a gyepi biodiverzitás kialakulását a kezdetektől vizsgálni olyan szabad talajfelszíneken, ahol a megtelepedés kizárólag a magbankból várható (spontán szukcesszió), illetve ahol magvetés is történik (irányított szukcesszió). Mindkét esetben teszteljük, hogy növeli-e a környezeti heterogenitás a diverzitást, és befolyásolja-e a fűmagvetéssel kialakított biotikus szűrő a mikro-környezet biodiverzitásra gyakorolt hatását. Lehetőségünk nyílik továbbá a természetes szikes gyepekben ható legfontosabb környezeti tényezőknek (mikro-domborzat, só- és víztartalom) a vegetációs mintázatok kialakításában betöltött szerepét vizsgálni a gyepregeneráció során.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A talajban eltemetett, de még csíraképességüket őrző magvak alkotják a természetes magbankot. Ez a szabad szemmel nem látható, rejtett biodiverzitás kiemelt figyelmet érdemel, hiszen lehetővé teszi a magok csírázását és megtelepedését akár több évvel, vagy évtizeddel a magok elszóródását követően. Ennek ellenére számos a megválaszolatlan kérdés a talaj magbankjával kapcsolatban. Vizsgálatunkban arra keressük a választ, hogy a talajban eltemetett magvak milyen szerepet töltenek be a gyepek biodiverzitásának fenntartásában. A gyepek talajának különböző rétegeiből vett talajmintákban csíráztatásos módszerrel vizsgáljuk, hogy mennyi és milyen életképes magokat őriz az adott talajréteg. A növényzet és a talajjellemzők terepi vizsgálatával pedig azt derítjük fel, hogy ezek közül a magok közül melyek képesek az adott terepi környezeti feltételek mellett kicsírázni. Vizsgálatainknak a gyepek kezelésében és a természetvédelmi célú gyeptelepítésben egyaránt nagy jelentősége van. Egykori szántóterületek helyén telepített gyepek magbank dinamikáját vizsgálva például megtudhatjuk, hogy a szántóföldi gyomnövények magjai meddig vannak jelen a talajban és hogyan befolyásolják a gyepesítéssel létrehozott kaszálók és legelők fenntartható kezelését. Szikes területeken rekonstruált élőhelyeket vizsgálva megismerjük, hogy ezen különleges és kiemelten védett élőhelyek specialista növényfajai közül melyek megtelepedése várható a magbankból. Arra is választ kaphatunk, hogy a talajbolygatással járó élőhely-rekonstrukciós munkák során hogyan változik meg a magok talajbeli eloszlása, milyen rég eltemetődött magok kerülnek a felszín közelébe és kapnak esélyt a csírázásra.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Seed bank represents an important source of plant regeneration; however, its role in vegetation dynamics, degradation and recovery is not completely understood. Our aim is to study the role of seed banks in the formation and maintenance of grassland diversity. In our multi-site study we study landscape-scale restoration projects in the Hortobágy National Park, East-Hungary, where landscape-scale site preparation and restoration actions created ideal places for studying the role of seed banks. First, we study the spontaneous and assisted succession in open soil surfaces created after filling bomb craters in a former military range. We study the fine-scale effects of abiotic (micro-topography, soil moisture, salinity and compactness) and biotic (seed sowing of Festuca pseudovina) filters in the establishment of plant species from the species pool of the seed bank. Second, we study medium-term vegetation and seed bank dynamics in successfully restored grasslands, with a special emphasis on the depletion of weed and build up of grassland specialist seed banks. We test the role of initial site conditions and current management on the seed bank dynamics. Third, we evaluate the ecological role of deeply buried seeds of halophyte species. We explore the vertical distribution of viable seeds by a structured sampling of deep soil layers.We evaluate the potential for establishment of deeply buried seeds in case of severe soil disturbance, typical in site preparation for restoration projects.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
We aim to evaluate the role of seed bank in creating and sustaining diversity in recovering grasslands.
First, we aim at identifying the role of abiotic and biotic filters in vegetation and seed bank dynamics in the early successional stages during the colonisation of bare soil. Key questions: (i) Do abiotic filters (micro-topography, soil moisture, salinity and compactness) shaping the species composition of natural alkali grasslands play an important role in the early phases of grassland recovery? (ii) Does higher environmental heterogeneity support higher diversity? (iii) Do biotic filters (assisted succession by seed sowing) mask the effect of abiotic ones?
Second, we explore medium-term vegetation and seed bank dynamics in restored grasslands. Key questions: (i) Is the species composition of restored grasslands different with and without post-restoration management? (ii) Are the differences in the vegetation of mown and abandoned restored grasslands reflected also in the seed bank? (iii) Are the effects of initial conditions (sown seed mixture) detectable on the vegetation and seed bank of restored grasslands?
Third, we reveal the ecological role of deeply buried halophyte seeds, by answering the following questions: (i) Which micro-environmental conditions support the conservation of viable halophyte seeds in deep soil layers? (ii) What is the effect of burial depth, soil moisture, salinity and compactness on the number and species composition of viable seeds? (iii) Can the deeply buried seeds get a chance for germination after site preparation and mixing of soil layers in restoration projects?
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Sustaining grassland biodiversity and the restoration of grasslands on degraded areas are amongst the main goals of the EU Biodiversity Strategy. Given the increasing number of grassland restoration projects, scientific evidence that supports the implementation and sustainment of these projects are increasingly important. Soil seed bank forms a natural propagule source, which is often overlooked in restoration projects, even though the species composition of seed bank holds vital information, especially regarding spontaneous regeneration potential (seeds of target species) and danger of degradation (seeds of weed and invasive species). It is also often overlooked, that site preparation often mixes soil layers and changes the vertical distribution of seeds in the topsoil, which can have a considerable effect on restoration outcomes. Our project deals with these interesting topics, and expected results would support restoration projects and adaptive grassland management. Besides the practical importance of the project, we have the opportunity to test plant ecological theories in real-world conditions. We can directly compare the role of abiotic filters and environmental heterogeneity in spontaneous and assisted succession. We can test the environmental heterogeneity-diversity hypothesis both in aboveground vegetation and seed bank. We will also test whether abiotic filters (micro-topography and soil parameters) have such a marked effect on the species composition of recovering alkali grasslands as in natural stands. We will have the possibility to study the environmental conditions that might support the viability of deeply buried seeds, and also the potential seed longevity and ecological role of halophyte seeds in deep soil layers.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Soil seed bank is composed by buried germinable seeds, which form a hidden component of biological diversity. Even being invisible for our eyes, hidden seeds may germinate and increase biodiversity years, or decades after leaving their mother plants. Because of its hidden nature, there are a lot of open questions regarding the composition and ecological role of soil seed bank. Our aim is to reveal the importance of soil seed bank in creating and sustaining plant diversity in recovering grasslands. After collecting soil samples from different soil layers, we germinate seeds fromeach layer to evaluate seed bank composition. By studying fine-scale vegetation patterns, we can learn, which species of the seed bank can germinate under certain micro-environmental conditions, driven by micro-topography, soil moisture, salinity and compactness. Our studies have important implications for the planning and implementation of large-scale grassland restoration and management projects.By studying seed bank dynamics in restored grasslands we will learn whether there is a chance for weed infestation from seed bank and whether we can suppress weeds by post-restoration measures. In alkaline landscapes, we will test the role of seed banks in sustaining the threatened specialist halophyte flora and the role of seed banks in landscape-scale restoration projects. We will also study the effects of severe soil disturbance related to site preparation in restoration projects on the vertical distribution of deeply buried seeds.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
List of publications |
|
|
| Valkó, O., Deák, B., Török, P., Tóth, K., Kiss, R., Kelemen, A., Miglécz, T., Sonkoly, J., Tóthmérész, B.: Dynamics in vegetation and seed bank composition highlight the importance of post-restoration management in sown grasslands, Restoration Ecology 29(S1): e 13192, 2021 | | Kiss, R., Deák, B., Tóthmérész, B., Miglécz, T., Tóth, K., Török, P., Lukács, K., Godó, L., Körmöczi, Zs., Radócz, Sz., Kelemen, A., Sonkoly, J., Kirmer, A., Tischew, S., Švamberková, E., Valkó, O.: Establishment gaps: biodiversity hotspots to support the colonization of target species in species-poor grasslands, Restoration Ecology 29(S1): e13135., 2021 | | Kiss, R., Deák, B., Török, P., Tóthmérész, B., Valkó, O.: Grassland seed bank and community resilience in a changing climate, Restoration Ecology 26 (S2): S141-S150., 2018 | | Török, P., Helm, A., Kiehl, K., Buisson, E., Valkó, O.: Beyond the species pool: Modification of species dispersal, establishment and assembly by habitat restoration., Restoration Ecology 26 (S2): S65-S72., 2018 | | Fekete, R., Mesterházy, A., Valkó, O., Molnár V., A.: A hitchhiker from the beach – The spread of a maritime, halophyte species (Cochlearia danica L.) along salted continental roads., Preslia 90: 23-37., 2018 | | Valkó, O., Tóth, K., Kelemen, A., Miglécz, T., Sonkoly, J., Tóthmérész, B., Török, P., Deák, B.: Cultural heritage and biodiversity conservation – Plant introduction and practical restoration on ancient burial mounds., Nature Conservation 24: 65-80., 2018 | | Valkó, O., Kelemen, A., Miglécz, T., Török, P., Deák, B., Tóth, K., Tóth, J.P., Tóthmérész, B.: Litter removal does not compensate detrimental fire effects on biodiversity in regularly burned semi-natural grasslands., Science of the Total Environment 622-623: 783-789., 2018 | | Kiss, R., Sonkoly, J., Török, P., Tóthmérész, B., Deák, B., Tóth, K., Lukács, K., Godó, L., Kelemen, A., Miglécz, T., Radócz Sz., Tóth, E., Balogh, N., Valkó, O.: Germination capacity of 75 herbaceous species of the Pannonian flora and implications for restoration., Acta Botanica Hungarica 60: 357-368., 2018 | | Deák, B., Valkó, O., Török, P., Kelemen, A., Bede, Á., Csathó, A.I., Tóthmérész, B.: Landscape and habitat and filters jointly drive richness and abundance of grassland specialist plants in terrestrial habitat islands., Landscape Ecology 33: 1117-1132., 2018 | | Deák, B., Tölgyesi, Cs., Kelemen, A., Bátori, Z., Gallé, R., Bragina, T.M., Abil, Y.A., Valkó, O.: The effects of micro-habitats and grazing intensity on the vegetation of burial mounds in the Kazakh steppes., Plant Ecology and Diversity 10: 509-520., 2017 | | Godó, L., Tóthmérész, B., Valkó, O., Tóth, K., Radócz, S., Kiss, R., Kelemen, A., Török, P., Švamberková, E., Deák, B.: Ecosystem engineering by foxes is mediated by isolation in grassland fragments., Ecology and Evolution 8(14): 7044-7054., 2018 | | Valkó, O., Venn, S., Zmihorski, M., Biurrun, I., Labadessa, R., Loos, J.: The challenge of abandonment for the sustainable management of Palaearctic natural and semi-natural grasslands., Hacquetia 17(1): 5-16., 2018 | | Fantinato, E., Sonkoly, J., Silan, G., Valkó, O., Tóthmérész, B., Deák, B., Kelemen, A., Miglécz, T., Del Vecchio, S., Bettiol, F., Buffa, G., Török, P.: Pollination and dispersal trait spectra recover faster than growth form spectrum during the spontaneous succession in sandy old-fields, Applied Vegetation Science 22 (3): 435-443., 2019 | | Kelemen, A., Tölgyesi, C., Valkó, O., Deák, B., Miglécz, T., Fekete, R., Török, P., Balogh, N., Tóthmérész, B.: Density-dependence of plant-plant interactions triggered by grazing, Frontiers in Plant Ecology doi: 10.3389/fpls.2019.00876, 2019 | | Torma, A., Császár, P., Bozsó, M., Deák, B., Valkó, O., Kiss, O., Gallé, R.: Species and functional diversity of arthropod assemblages (Araneae, Carabidae, Heteroptera and Orthoptera) in grazed and mown salt grasslands, Agriculture, Ecosystems and Environment 273: 70-79., 2019 | | Valkó, O., Labadessa, R., Palpurina, S., Burrascano, S., Ushimaru, A., Venn, S.: Conservation and diversity of Palaearctic grasslands – Editorial to the 5th EDGG special issue in Hacquetia, Hacquetia 18 (2): 149-152., 2019 | | Valkó, O., Kiss, R., Tóthmérész, B., Miglécz, T., Kelemen, A., Török, P., Tóth, K., Lukács, K., Godó, L., Radócz, Sz., Sonkoly, J., Körmöczi, Zs., Tóth, E., Kapocsi, I., Deák, B.: Gyeptelepítés lépésről lépésre, a magtermesztéstől a fajgazdag gyepek létrehozásáig., A Hortobágyi Természetvédelmi Kutatótábor 45 éve, pp. 55-75., 2019 | | Kovácsné Koncz, N., Béri, B., Deák, B., Kelemen, A., Tóth, K., Kiss, R., Radócz, Sz., Miglécz, T., Tóthmérész, B., Valkó, O.: Meat production and maintaining biodiversity: Grazing by traditional and crossbred beef cattle breeds in marshes and grasslands, Applied Vegetation Science doi: 10.1111/avsc.12475, 2020 | | Sonkoly, J., Valkó, O., Balogh, N., Godó, L., Kelemen, A., Kiss, R., Miglécz, T., Tóth, E., Tóth, K., Tóthmérész, B., Török, P.: Germination response of invasive plants to soil burial depth and litter accumulation is species specific, Journal of Vegetation Science 31: 1081-1089., 2020 | | Labadessa, R., Deák, B., Valkó, O.: No need for grazing exclusion – Sheep grazing supports the recovery of grasslands even from the early successional stages, Tuexenia 40: 429-443., 2020 | | Varga, K., Csízi, I., Monori, I., Valkó, O.: Threats and challenges related to grazing paddocks: Recovery of extremely overgrazed grassland after grazing exclusion, Arid Land Research and Management 35(3): 346-357., 2021 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
