Development and application of propagule substitutes to reveal factors influencing the development of soil seed banks  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
67748
Type K
Principal investigator Matus, Gábor
Title in Hungarian Propagulum helyettesítők fejlesztése és alkalmazása a magbank kialakulását befolyásoló tényezők vizsgálatára
Title in English Development and application of propagule substitutes to reveal factors influencing the development of soil seed banks
Keywords in Hungarian magbank, területhasználat, talajtípus, terjedés biológia, gyeptársulások, kezelés
Keywords in English soil seed bank, land use, soil type, dispersal biology, grasslands, management
Discipline
Environmental biology, ecotoxicology (Council of Complex Environmental Sciences)100 %
Panel Ecology and evolution 1
Department or equivalent Department of Botany (University of Debrecen)
Participants Papp, Mária
Starting date 2007-07-01
Closing date 2011-12-31
Funding (in million HUF) 9.973
FTE (full time equivalent) 1.95
state closed project
Summary in Hungarian
A természetes magbank fejlődése, a növények generatív terjesztő képleteinek (magvak, termések, röviden: propagulumok) talajbeli vándorlása tárgyában számos tényező szerepét hangsúlyozták, de eddig nem történt kísérlet a propagulum méret és alak, illetve a talajfizikai vagy biotikus jellemzők hatásának számszerűsítésére. Az agrár- és terjedésökológiai kutatásokban a közelmúltban kezdődött a propagulum helyettesítők (nagyméretű műanyag szemcsék, üveggyöngyök) alkalmazása, viszont nem törekedtek tipikus propagulumokhoz hasonló méretű és fajsúlyú helyettesítők alkalmazására és alig van példa ilyenek természetes ökoszisztémák talajában való használatára.
Kutatási tervünk e hiányok részbeni pótlására vállalkozik. Célunk 1) tipikus propagulumokhoz hasonló fajsúlyú és megjelenésű, polimer alapanyagú propagulum helyettesítők kifejlesztése és 2) ezek hosszú távú terepkísérlet formájában történő alkalmazása talajbeli és felszíni mozgásának modellezésére. Természetközeli gyeptársulásokban kívánjuk tesztelni a) a propagulumok méretének és formájának, b) az eltérő talajtípusok makropórus szerkezet (pl. szemcseméret eloszlás, repedések, csatornák) eltéréseinek, illetve c) a területhasználat meghatározó tényezőjének, a legeltetésnek a hatását a talajbeli penetráció és felszíni terjedés távolságára és sebességére.
Az eredmények várhatóan közelebb visznek a magbankok kialakulásának és változásainak megértéséhez és jól hasznosíthatók lesznek populációdinamikai és populációgenetikai modellek fejlesztésében.
Summary
Several factors (e.g. propagules size and shape, soil physical characteristics) have been hypothetized to effect development of soil seed banks and to influence migration of propagules in soil. No attept was, however, made to describe numerically the effect of these factors on propagule dispersal in the soil profile. Seed mimics (e.g. plastic beads, glass pearls) have been started to use in agricultural research and dispersal ecology but the size and specific gravity of particles applied in these studies usually differs greatly from those of typical propagules. Application of seed mimics in natural ecosystems is hardly practicized.
The research proposal aims at filling some gaps of our knowledge. Our goal is 1) to develop polimer seed mimics, resemling to typical propagules in their specific gravity and appearance, and 2) to apply seed mimics in a long-term field experiment to model propagule dispersal in the soil and on its surface. The project aims at testing the effect of a) propagule size and shape, b) different soil types with contrasting macropore characteristics (e.g. distribution of particle size, preferential flow pathways) and c) the effect of grazing on range and speed of vertical penetration and surface dispersal of propagules in natural grassland ecosystems.
Results of the study can provide a better understanding for development and dynamics of soil seed banks and can be useful in developing models in grassland management or ibn weed control as well as in population dynamics and population genetics for higher plants.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A programban flóránk fajainak jellemző magméret és fajsúly tartományába eső, különböző méretű és formájú propagulum utánzó műanyag szemcséket fejlesztettünk és ezeket legelt és bekerített homoki és sziki gyepekbe helyeztük ki. Kifejlesztettük ezen szemcsék talajból történő visszanyerésének módszerét és az ehhez szükséges eszközöket, berendezéseket. Három éven át, félévente vett mintákon elemeztük, hogy a szemcsék visszanyerhetősége és talajbeli penetrációja miként függ a talajtípustól, a gyep legeltségétől, a szemcse méretétől és alakjától. Megállapítottuk, hogy a visszanyerhetőséget nem befolyásolta a vizsgálati terület talajtípusa és a szemcse mérete. A lapított szemcsék viszont ritkábban kerültek meg, mint a gömbölyűek. A penetráció lassú, a propagulumok zöme a felszínen maradt. Homokon több szemcse került a mélyebb rétegekbe, mint sziken, a penetráció mértéke a talaj mechanikai ellenállásával fordítottan volt arányos. A kisebb szemcsék penetrációja meghaladta a nagyobbakét. A szemcsék alakja nem volt hatással a penetrációra, a méret és alak hatása között sem találtunk összefüggést. Nem találtunk kapcsolatot a terület legeltsége és a penetráció mértéke közt. Tanulmányoztuk az időjárási fluktuációk és a legeléskizárás hatását a vizsgált gyepek összetételére, az egyes fajok borítására és fitomasszájára. Elvégeztük a talaj magkészletének analízisét is és új eljárást dolgoztunk ki Juncus fajok vegetatív állapotban történő azonosítására.
Results in English
The project aimed at developing propagule mimics (plastic beads) the specific gravity, size and shape of which falls in the range of seeds in Central European flora. These beads were deployed in grazed and ungrazed stands of sand and alkalic grasslands. We developed a methodology as well tools to sample these beads from the soil. Sampling twice a year within a three years’ period we studied the effect of soil type, grazing and bead size and shape on the beads’ recovery and penetration rates. We found that recovery rate is unaffected by soil type and bead size. Flattened beads were reclaimed with a lower rate than round ones. Most propagules persisted on the soil surface suggesting slow penetration. More beads penetrated to deeper soil horizons on sand than on solonetz, the penetration rate was negatively correlated with the soils’ mechanical resistance. Small beads penetrated with a greater chance than did the large ones. In contrast, no effect of shape on vertical bead displacement was found and no correlation was established between the effect of size and shape. Neither we found correlation between grazing status and the rate of penetrated beads. We also studied the effect of weather fluctuation and of grazing exclosure on vegetation composition and specific dominance (cover, phytomass) in the studied grasslands. Composition and dominance of soil seed banks was studied too and a new protocol to distinguish vegetative specimens of Juncus spp. has also been developed.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=67748
Decision
Yes





 

List of publications

  
Matus, G., Papp, M., Török, P., Valkó, O., Tóth, T.: Realistic seed mimics to model dispersal and seed bank development in grasslands, 41st Annual Conference of GfÖ, 5-9th Sept, 2011, Oldenburg, (lecture, C3-O4, p.108.), 2011
Matus, G., Papp, M.: Recent dispersal of two regional adventives in an East-Hungarian landscape, 41st Annual Conference of GfÖ, 5-9th Sept, 2011, Oldenburg, Germany (poster C3-P1, p. 112.), 2011
Valkó, O., Török, P., Matus, G., Tóthmérész, B.: Is regular mowing the most appropriate and cost-effective management maintaining diversity and biomass of target forbs in mountain hay-meadows?, Flora 207(4), 2012
Valkó, O., Török, P., Tóthmérész, B., Matus G.: Restoration potential in seed banks of acidic fen and dry-mesophilous meadows: Can restoration be based on local seed banks?, Restoration Ecology doi: 10.1111/j.1526-100X.2010.00679.x, 2010
Matus, G., Papp, M., Török, P.: Restoration potential of soil seed banks in dry acidic grasslands, 7th European Dry Grassland Meeting, Smolenice, Slovakia 28th May-1st June, 2010, Abstracts Volume, p. 45., 2010
G. Matus, M. Papp, T. Tóth, S. Kéki, P. Török, O. Valkó, E. Vida, A. Kelemen, T. Miglécz, B. Tatár: Application of plastic seed mimics to model seed bank formation of weeds in pastures in relation to soil type and land use, 15th European Weed Research Society Symposium, 12-15 July 2010, Kaposvár, Hungary, 2010
Török, P., Arany, I., Prommer, M., Valkó, O., Balogh, A., Vida, E., Tóthmérész, B., Matus, G.: Vegetation, phytomass and seed bank of strictly protected hay-making Molinion meadows in Zemplén Mountains (Hungary) after restored management, Thaiszia 19, (Suppl.)1: 67-78., 2009
Matus, G., Valkó, O., Török, P., Papp, M., Vida, E., Kelemen, A., Miglécz, T., Tatár, B., Kéki, S., Tóth, T.: Using propagule mimics to model seed bank formation in salinized soils, IUSS, Salinization Conference, Budapest, 2009
Valkó, O., Török, P., Kelemen, A., Tóthmérész, B., Matus G.: Possible role of soil seed banks in restoration of hay-making meadows, 2nd European Congress of Conservation Biology, 1-5 September, Prague, Czech Republic. Abstracts Volume p. 218., 2009
Valkó O., Török P., Papp M., Vida E., Kelemen A., Miglécz T., Tatár B., Kéki S., Tóth T., Matus G.: A talaj magkészlet fejlődésének modellezése: propagulum helyettesítők fejlesztése és tesztelése eltérő talajtípusokon, Magyar Ökológus Kongresszus, Szeged, 2009
Matus, G., Papp, M., Török, P.: Seed bank formation through a successional series in an inland sandy region, 2nd European Congress of Conservation Biology, 1-5 September, Prague, Czech Republic. Abstracts Volume p. 192-193., 2009
Török P., Papp M., Tóthmérész B., Matus G.: Lúdlegelést követően spontán regenerálódó homoki gyepek szekunder szukcessziója és magkészlete, Természetvédelmi Közlemények, 2009
Valkó O., Török P., Vida E., Arany I., Tóthmérész B., Matus G.: A magkészlet szerepe felhagyott hegyi kaszálórétek helyreállításában, Természetvédelmi Közlemények, 2009
Török, P., Matus, G., Papp, M., Tóthmérész, B.: Seed bank and vegetation development of sandy grasslands after goose breeding, Folia Geobotanika, 2009
Török, P., Papp, M., Tóthmérész, B., Matus, G.: Secondary succession and seed bank formation in overgrazed Pannonian sandy grassland, Proceedings of EURECO-GfÖ Meeting 09.14-20. 2008. Leipzig, Germany, 2008
Matus, G., Török, P., Arany, I., Vida, E., Tóthmérész, B., Valkó, O.: Resumed management in NE Hungarian mountain meadows – phytomass, diversity, reproduction and soil seed banks, Proceedings of EURECO-GfÖ Meeting 09.14-20. 2008. Leipzig, Germany, 2008
Török, P., Matus, G., Papp, M., Tóthmérész, B.: Secondary succession in overgrazed Pannonian sandy grasslands, Preslia 80: 73-85., 2008
Lukács B. A.,, Dorotovič, Cs., Hűvös-Récsi, A., Barina, Z., Matus, G.: Egzóta makrofiták a magyar flórában: a tatai Fényes-források és a váradszentmártoni Pece-patak vízhez kötött flórája és aktuális vegetációja, Aktuális Flóra- és Vegetációkutatás a Kárpát-medencében, VIII. Országos Konferencia 2008. február 29.- március 2., 2008
Sramkó, G., Gulyás, G., Matus, G., Rudnóy, Sz., Illyés, Z., Bratek, Z., Molnár, V.A.: Leaf width, nrDNA and cpDNA ITS sequence variation within Central European Bulbocodium vernum and B. vesicolor (Colchicaceae) populations: are there really two taxa?, Acta Biologica Hungarica 59(1): 103-114., 2008
Matus, G., Papp, M., Józsa, Á., Török, P.: Adatok a Secale sylvestre nyírségi elterjedéséhez és ökológiájához, Aktuális Flóra- és Vegetációkutatás a Kárpát-medencében, VIII. Országos Konferencia 2008. február 29.- március 2., Kitaibelia 13(1): 116., 2008
Török P., Papp M., Tóthmérész B., Matus G.: Homoki gyepek lúdlegelést követő regenerációja és magkészlete., V. Magyar Természetvédelmi Biológiai Konferencia, Nyíregyháza, 2008. november 6-9. Program és absztrakt kötet. p. 100., 2008
Koncz G., Papp M., Matus G., Török P., Kotroczó Zs., Krakomperger Zs., Tóthmérész B.: Milyen egy cseres-tölgyes erdő “emlékezete”: magkészlet vizsgálatok a Síkfőkút Projekten, V. Magyar Természetvédelmi Biológiai Konferencia, Nyíregyháza, 2008. november 6-9. Program és absztrakt kötet. p. 127., 2008
Valkó O., Török P., Vida E., Arany I., Tóthmérész B., Matus G.: A talaj-magkészlet szerepe felhagyott hegyi kaszálórétek helyreállításában, V. Magyar Természetvédelmi Biológiai Konferencia, Nyíregyháza, 2008. november 6-9. Program és absztrakt kötet. p. 149., 2008
Koncz G., Papp M., Matus G., Török P., Kotroczó Zs., Krakomperger Zs., Tóth, J.A., Tóthmérész B.: Egy észak-magyarországi cseres-tölgyes erdő lágyszárú szintjének magkészlete és struktúrájának változása 1973 óta, VIII. Aktuális Flóra- és Vegetációkutatás a Kárpát-medencében Országos Konferencia, Gödöllő, február 29-március 2., Kitaibelia 13(1): 112., 2008
Török P., Papp M., Matus, G., Tóthmérész B.: Túllegeltetett nyírségi homoki gyepek szekunder szukcessziója és magkészlete, VIII. Aktuális Flóra- és Vegetációkutatás a Kárpát-medencében Országos Konferencia, Gödöllő, február 29-március 2., Kitaibelia 13(1): 138., 2008
Koncz G., Papp M., Matus G., Török P., Kotroczó Zs., Krakomperger Zs., Tóth, J.A., Tóthmérész B.: Egy észak-magyarországi cseres-tölgyes erdő lágyszárú szintjének magkészlete és struktúrájának változása 1973 óta, Magyar Természetvédelmi Biológiai Konferencia, Nyíregyháza, 2008. november 6-9. Kitaibelia 13(1): 112., 2008



Back »