Comparative analysis of soil ecosystems of protected and artificially created beech forests
Authors
,
Zaimenko N.V.2,
Demchenko E.M.1,
Mikhailyuk T.I.1*,
Didyk N.P.2,
Ellanska N.E.2,
Kharitonova I.P.2,
Benderychek T.Yu.2,
Melnyk V.I.2
2 M.M. Gryshko National Botanical Garden, NAS of Ukraine, 1 Tymiryazevska Str., Kyiv 01014, Ukraine
Section:
Ecology, Cenology, Conservation of Algae and their Role in NatureIssue:
Vol. 33 No. 4 (2023)Pages:
292-308DOI:
https://doi.org/10.15407/alg33.04.292Abstract
Peculiarities of soil ecosystems (algae, microbiocenosis, agrochemical and agrophysical characteristics) of the Uholsko-Shirokoluzhanskyi beech relict forests of the Carpathian Biosphere Reserve, as well as artificial European beech (Fagus sylvatica L.) plantations located on the botanical and geographical plots "Ukrainian Carpathians" of the M.M. Gryshko National Botanical Garden of NAS of Ukraine. Soil samples were collected from May to September during 2020–2021. The species composition of soil microalgae, the number of ecological and trophic groups of microorganisms, agrophysical and agrochemical characteristics of soils were analyzed. The predominance of green algae with a significant diversity of green flagellates and the complete absence of cyanobacteria are typical features of forest soils. The small number of detected species (12 in beech relict forests and 15 in artificial beech plantations) indicates shaded forest ecosystems which are typical for beech forests. Despite common features, the species composition of soil algae of both phytocenoses is quite different. The soils under the beech relict forests are characterized by a significant predominance of green algae, among which essential number of Trebouxiophyceae representatives with aerophytic ecology were found. It indicates the mountainous nature of the soil algal flora. Soils under artificial beech plantations are characterized by a richer species diversity and predominance of Chlorophyceae representatives, which is typical for lowland forests. A characteristic feature of protected and artificially created beech forests was the relative high number of micromycetes. Correlation analysis of research results showed a positive relationship between algal diversity and the abundance of two eco-trophic groups of microorganisms: actinomycetes and ammonifiers. In addition, the growth of algal diversity was positively correlated with the content of Ca and Mg, and negatively with the content of P.
Keywords:
Fagus sylvatica, relic forests, artificial plantations, soil ecosystems, algae, microbiocenosis, biodiversity, mineral nutrition, transformation of organic matterFull text
References
Aleksakhina T.Y., Shtina E.A. 1984. Soil algae of forest biogeocenoses. Moscow: Nauka. 150 p. [Алексахина Т.И., Штина Э.А. 1984. Почвенные водоросли лесных биогеоценозов. Москва: Наука. 150 с.].
Algae: Reference book. 1989. Ed. S.P. Wasser. Kyiv: Nauk. Dumka. 608 p. [Водоросли: Справочник. 1989. Ред. С.П. Вассер. Київ: Наук. думка. 608 с.].
Algae of Ukraine: diversity, nomenclature, taxonomy, ecology and geography. 2006. Eds P.M. Tsarenko, S. Wasser, E. Nevo. Ruggell: A.R.G. Gantner Verlag K.-G. Vol. 1. 713 p.
Algae of Ukraine: diversity, nomenclature, taxonomy, ecology and geography. 2011. Eds P.M. Tsarenko, S. Wasser, E. Nevo. Ruggell: A.R.G. Gantner Verlag K.-G. Vol. 3. 511 p.
Andreyuk E.I., Kopteva Zh.P., Zanina I.I. 1990. Cyanobacteria. Kyiv: Nauk. Dumka. 197 p. [Андреюк Е.И., Коптева Ж.П., Занина И.И. 1990. Цианобактерии. Київ: Наук. думка. 197 с.].
Bischoff H.W., Bold H.C. 1963. Phycological studies. IV. Some soil algae from Enchanted Rock and related algal species. Univ. Texas Publ. 6318: 1–95.
Borisova O.V., Palamar-Mordvintseva H.M., Tsarenko P.M. 2016. Flora of algae of Ukraine. Vol. 12. Charophyta. Issue 2. Mesostigmatophyceae, Klebsormidiophyceae, Coleohetophyceae, Charophyceae. Kyiv. 281 p. [Борисова О.В., Паламар-Мордвинцева Г.М., Царенко П.М. 2016. Флора водоростей України. Т. 12. Харофітові водорості. Вип. 2. Класи мезостігматофіцієві, клебсормідієфіцієві, колеохетофіцієві, харофіцієві. Київ. 281 с.].
Darienko T.M. 2000. On the species composition of soil algae of the reserves of the Mountain Crimea (Ukraine). Algologia. 10(1): 54–62. [Дариенко Т.М. 2000. О видовом составе почвенных водорослей заповедников Горного Крыма (Украина). Альгология. 10(1): 54–62].
Demchenko E.N. 1999. New species of algae for the flora of Ukraine from forest soils of Ukrai-nian Polesie. Algologia. 9(2): 40–41. [Демченко Э.Н. 1999. Новые для флоры Украины виды водорослей из лесных почв Украинского Полесья. Альгология. 9(2): 40–41].
Demchenko E.N., Mikhailyuk T.I., Rybchinsky O.V. 1998. Soil algae of the main stages of secondary succession on the right bank massif of the Kaniv Nature Reserve (Ukraine). Algologia. 8(4): 400–410. [Демченко Э.Н., Михайлюк Т.И., Рыбчинский О.В. 1998. Почвенные водоросли основных стадий вторичной сукцессии на правобережном массиве Каневского природного заповедника (Украина). Альгология. 8(4): 400–410].
Ettl H., Gärtner G. 2014. Syllabus der Boden-, Luft- und Flechtenalgen. 2nd ed. Munich: Spektrum Akad. Verlag. 773 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-39462-1 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3949288
Hollerbach M.M., Shtyna E.A. 1969. Soil algae. Leningrad: Nauka. 228 p. [Голлербах М.М., Штина Э.А. 1969. Почвенные водоросли. Ленинград: Наука. 228 с.].
Kirpenko N.I. 2013. Allelopathic interactions of freshwater algae. Kyiv: Nauk. Dumka. 255 p. [Кирпенко Н.И. 2013. Аллелопатическое взаимодействие пресноводных водоростей. Киев: Наук. думка. 255 с.].
Kopiy M., Oliferchuk V., Kopiy L. 2016. Species diversity of soil micromycetes in the territory of the Novorozdilsky Sulfur Quarry. Sci. Bull. UNFU. 26(3): 278–287. [Копій М., Оліферчук В., Копій Л. 2016. Видове різноманіття мікроміцетів грунту території Ново-роздільського сірчаного кар'єру. Наук. вісн. НЛТУ. 26(3): 278–287]. https://doi.org/10.15421/40260346
Kostikov I.Yu. 1991. Algae in the soils of broad-leaved forests of the Right Bank Forest-Steppe of Ukraine. Algologia. 1(3): 42–50. [Костиков И.Ю. 1991. Водоросли почв широко-лиственных лесов Правобережной Лесостепи Украины. Альгология. 1(3): 42–50].
Kostikov I.Yu., Darienko T.M. 1996. On the composition of soil algae in the Mountain Crimea (Ukraine). Algologia. 6(3): 285–294. [Костиков И.Ю., Дариенко Т.М. 1996. О составе почвенных водорослей Горного Крыма (Украина). Альгология. 6(3): 285–294].
Kostikov I.Yu., Romanenko P.O., Demchenko E.M., Darienko T.M., Mikhailyuk T.I., Rybchinskiy O.V., Solonenko A.M. 2001. The soil algae from Ukraine (history and methods of investigation, classification system, floristics. Kyiv: Phytosociocenter. 300 р. [Костіков І.Ю., Романенко П.О., Демченко Е.М., Дарієнко Т. М., Михайлюк Т.І., Рибчинський О.В., Солоненко А.М. 2001. Водорості ґрунтів України (історія та методи дослідження, система, конспект флори). Київ: Фітосоціоцентр. 300 с.].
Matvienko O.M., Dogadina T.V. 1978. Yellow-green algae - Xantophyta. Determinant of freshwater algae of the Ukrainian SSR. X. Kyiv: Nauk. Dumka. 511 p. [Матвієнко О.М., Догадіна Т.В. 1978. Жовтозелені водорості - Xantophyta. Визначник прісноводних водоростей Української РСР. X. Київ: Наук. думка. 511 с.].
Mazor G., Kidron G. J., Vonshak A., Abeliovich A. 1996. The role of cyanobacterial exopoly-saccharides in structuring desert microbial crusts. FEMS Microbiol. Ecol. 21(2): 121–130. https://doi.org/10.1111/j.1574-6941.1996.tb00339.x
Melnyk V.I., Dzyba A.A., Kharchyshyn V.T., Savchuk R.I. 2010. Introduction of European beech (Fagus sylvatica L.) in green belt of Kyiv. Plant Introduct. 1: 20–25. [Мельник В.І., Дзиба А.А., Харчишин В.Т., Савчук Р.І. 2010. Інтродукція бука європейського (Fagus sylvatica L.) в зелену зону м. Києва. Інтродукція рослин. 1: 20–25.]
Mikhailyuk T.I., Kondratyuk S.Ya., Nyporko S.O., Darienko T.M., Demchenko E.M., Voytsekhovych A.O. 2011. Lichens, bryophytes and terrestrial algae of granite canyons of Ukraine. Kyiv: Alterpress. 398 p. [Михайлюк Т.І., Кондратюк С.Я., Нипорко С.О., Дарієнко Т.М., Демченко Е.М., Войцехович А.О. 2011. Лишайники, мохоподібні та наземні водорості гранітних каньйонів України. Київ: Альтерпрес. 398 с.].
Mukha V.D. 2004. Natural-anthropogenic evolution of soils. Moscow: Kolos. 271 p. [Муха В.Д. 2004. Естественно-антропогенная эволюция почв. Москва: Колос. 271 с.].
Pecheneva S.Ia. 1998. Agrochemical analysis methods. Havrysh. 4: 24–26. [Печенева С.Я. 1998. Методы агрохимического анализа. Гавриш. 4: 24–26].
Rinkis G.Ya., Nollendorf V.F. 1982. Balanced nutrition of plants with macro- and microelements. Riga: Zinatne. 202 p. [Ринькис Г.Я., Ноллендорф В.Ф. 1982. Сбалансированное питание растений макро- и микроэлементами. Рига: Зинатне. 202 c.].
Romanenko P.A. 1999. Soil algae of alder slate in the Chernogora mountain range of the Carpathian Biosphere Reserve (Ukrainian Carpathians). Algologia. 9(2): 123–124. [Романенко П.А. 1999. Почвенные водоросли ольхового сланика Черногорского массива Карпатского биосферного заповедника (Украинские Карпаты). Альгология. 9(2): 123–124].
Saint Martin J.P., Pestrea S., Mansour B., Notonier R. 1999. Diatomees associees aux tapis microbiens: Une cle pour la comprehension des constructions microbiennes anciennes? Cryptogam. Algologie. 20(2): 108–109.
Sakevich O.Y., Usenko O.M. 2008. Allelopathy in hydroecosystems. Kyiv: Logos. 342 p. [Сакевич О.Й., Усенко О.М. 2008. Алелопатія в гідроекосистемах. Київ: Логос. 342 с.].
Shynder O. 2018. Natural plant communities on the territory of M.M. Gryshko National Botanical Garden of the NAS of Ukraine. In: Landscape architecture in botanical gardens and arboretums: Mat. conf. (Kyiv-Uman'). Pp. 337–342. [Шиндер О.І. 2018. Природні угруповання на території Національного ботанічного саду ім. М.М. Гришка HAH України. В кн.: Ландшафтна архітектура в ботанічних садах і дендропарках: Мат. конф. (Київ - Умань). С. 337–342.]
Sirenko L.A., Kondratyeva N.V. 1998. The role of Cyanophyta in nature. Algologia. 8(2): 117–131. [Сиренко Л.А., Кондратьева Н.В. 1998. Роль Cyanophyta в природе. Альгология. 8(2): 117–131].
Taras U.M. 2014. The use of indicators of the species diversity of soil micromycetes in the assessment of environmental disturbance due to the action of anthropogenic factors. Sci. Bull. UNFU. 24(8): 136–139. [Тарас У.М. 2014. Застосування показників видового різноманіття мікроміцетів ґрунту при оцінювання порушення навколишнього середовища внаслідок дії антропогенних факторів. Наук. вісн. НЛТУ. 24(8): 136–139]. https://doi.org/10.1017/S1047951113000991 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24020943
Yeremeev R. 2020. Ecological problems of modernity. In: Ecology. Human health. Problems and prospects of humanity: Mat. conf. Kharkiv. Pp. 59–63. [Єрємєєв Р. 2020. Екологічні проблеми сучасності. В кн.: Екологія. Здоров'я людини. Проблеми та перспективи людства: Мат. конф. Харків. C. 59–63].
