ORIGINAL PAPER
The influence of long-term land reclamation on the microbiological properties of post−mining soils
1
Poznań University of Life Sciences, Department of Soil Science and Land Protection, Szydłowska 50, 60-656, Poznań, Poland
2
Poznań University of Life Sciences, Department of General and Environmental Microbiology, Szydłowska 50, 60-656, Poznań, Poland
3
Poznań University of Life Sciences, Department of Mathematical and Statistical Methods, Wojska Polskiego 28, 60-637, Poznań, Poland
Submission date: 2020-06-03
Final revision date: 2020-07-29
Acceptance date: 2020-09-03
Online publication date: 2021-02-10
Publication date: 2021-02-10
Corresponding author
Agnieszka Mocek-Płóciniak
Wydział Rolnictwa i Bioinżynierii/Katedra Mikrobiologii Ogólnej i Środowiskowej, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Szydłowska 50, 60-656, Poznań, Polska
Wydział Rolnictwa i Bioinżynierii/Katedra Mikrobiologii Ogólnej i Środowiskowej, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Szydłowska 50, 60-656, Poznań, Polska
Soil Sci. Ann., 2020, 71(4), 359-370
KEYWORDS
ABSTRACT
The aim of the study was to analyse the enzymatic activity of dehydrogenases, urease, alkaline phosphatase and proteases in post−mining soils. Moreover determined the count of heterotrophic bacteria, moulds, actinobacteria and bacteria of the Azotobacter sp. genus. The research was conducted between 2015 and 2017 in experimental areas of the Pątnów dump, which belongs to the Department of Soil Science and Land Reclamation, Poznań University of Life Sciences. Soil samples for analysis were collected at depths of 0−30 cm and 30−60 cm. The first factor under analysis was two simplified crop rotation systems, i.e. a rapeseed and cereal system (alternating cultivation of wheat and winter rapeseed) and a forage and cereal system (the cultivation of alfalfa with grasses for four years followed by the growing of winter wheat for the next two years). The second factor under analysis was three sub−blocks with increasing mineral fertilisation levels: 0NPK, 1NPK and 2NPK. The research results were analysed by means of one−way analysis of variance. Homogeneous groups were identified with the Tukey test at a significance level α=0.05. The Statistica 13.1 program was used for statistical calculations. The post−mining soils were classified as Calcaric Regosols (IUSS Working Group WRB, 2015). The microbiological activity of the soils exhibited high variability both in the growing season and in the subsequent years of the research. The forage and cereal crop rotation system had better effect on the soil microbiological and biochemical activity than the other system. Therefore, feed and cereal crop rotation is recommended for the reclamation of soils in internal post-mining dumps.
REFERENCES (60)
1.
Badura, L., 2006. Rozważania nad rolą mikroorganizmów w glebie. (Consideration of role of microorganisms in soil). Zeszyty Naukowe Uniwersytetu Wrocławskiego 89(546), 13−23.
2.
Barabasz, W., Vořišek, K., 2002. Bioróżnorodność mikroorganizmów w środowiskach glebowych. (Biodiversity of microorganisms in soil environments). [In]: Aktywność drobnoustrojów w różnych środowiskach. Red. W. Barabasz. Wydawnictwo Akademii Rolniczej w Krakowie, 26−27.
3.
Baran, S., 2000. Ocena stanu degradacji i rekultywacji gleb. (Assessment of soil degradation and reclamation). Przewodnik do ćwiczeń. Wydawnictwo Akademii Rolniczej w Lublinie.
4.
Bender, J., Gilewska, M., 2004. Rekultywacja w świetle badań i wdrożeń. (Reclamation in the light of investigations and implementation). Roczniki Gleboznawcze – Soil Science Annual 55(2), 29−46.
5.
Bielińska, E.J., 2001. Aktywność enzymatyczna gleby w sadzie wiśniowym w zależności od metody jej pielęgnacji. (The effect of the soil care method on its enzymatic activity in a cherry orchard). Rozprawy Naukowe 251, Akademia Rolnicza w Lublinie, 251.
6.
Bielińska, E.J., Węgorek, T., Głowacka, A., 2000a. Zmiany aktywności enzymatycznej utworów ilastych na zalesionym zwałowisku kopalni siarki. (Changes in the enzymatic activity of clay formations in an afforested sulphur mine spoil tip). Roczniki Akademii Rolniczej im. Augusta Cieszkowskiego w Poznaniu 317(56), 401−410.
7.
Bielińska, E.J., Baran, S., Domżał, H., 2000b. Zastosowanie wskaźników enzymatycznych do oceny wpływu rocznych zabiegów agrotechnicznych na poprawę właściwości gleby lekkiej. (The use of enzymatic indicators to assess the influence of annual agrotechnical treatments on the improvement of properties of light soil). Folia Universitatis Agriculturae Stetinensis 211(84), 35–40.
8.
Bielińska, E.J., Węgorek, T., Ligęza, S., Futa, B., 2004. Aktywność enzymatyczna piaskowych industrioziemów zalesionych robinią akacjową (Robinia pseudoacacia L.) zależnie od wystawy stoku zwałowiska (Enzymatic acivity of sandy anthrosols afforested with blacklocust (Robinia pseudoacacia L.) depending on slope exposure of the dumping ground). Roczniki Gleboznawcze – Soil Science Annual 55(2), 69−75.
9.
Bielińska, E.J., 2005. Ocena stanu środowiska glebowego ogrodów działkowych z terenów o różnym oddziaływaniu antropopresji poprzez badanie aktywności fosfataz (An assessment of the condition of the soil environment in allotment gardens in areas with different influence of human pressure by testing the phosphatase activity). Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych 505, 51−58.
10.
Bielińska, E.J., Mocek-Płóciniak, A., 2009. Fosfatazy w środowisku glebowym. (Phosphatases in the soil environment). Monografia naukowa. Poznań, Wydawnictwo Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu.
11.
Bielińska, E.J., Futa, B., Mocek-Płóciniak, A., 2014. Enzymy glebowe jako bioindykatory jakości i zdrowotności gleby. (Soil enzymes as bioindicators of soil quality and health). Monografia naukowa. Lublin, Wydawnictwo Libropolis.
12.
Błońska, E., Lasota, J., Zwydak, M., 2017. Relacje pomiędzy aktywnością enzymatyczną a właściwościami gleb i sposobem użytkowania. (The relationship between soil properties, enzyme activity and land use). Leśne Prace Badawcze 78(1), 39–44. https://doi.org/10.1515/frp-20....
13.
Ciarkowska, K., Gambuś, F., 2004. Aktywność dehydrogenaz w glebach zanieczyszczonych metalami ciężkimi w rejonie Olkusza. (The dehydrogenase activity in soils contaminated by heavy metals in the area of Olkusz). Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych 501, 79–85.
14.
De Mora, A.P., Ortega-Calvo, J.J., Cabrera, F., Madejon, E., 2005. Changes in enzyme activities and microbial biomass after “in situ” remediation of a heavy metal –contaminated soil. Applied Soil Ecology 28(2), 125−137. https://doi.org/10.1016/j.apso....
15.
Drzymała, S., 1998. Zasady pobierania i przygotowania próbek glebowych do badań mikrobiologicznych. (The rules for collecting and preparing soil samples for microbiological tests). [W:] Ekologiczne aspekty mikrobiologii gleby. Katedra Mikrobiologii Rolnej Akademii Rolniczej im. Augusta Cieszkowskiego w Poznaniu, 65−71.
16.
Fenglerowa, W., 1970. Simple method for counting Azotobacter in soil samples. Acta Microbiologica Polonica 14(2), 203−206.
17.
Furczak, J., Turska, B., 2006. Wpływ różnych systemów uprawy soi na rozwój mikroorganizmów i zawartość fenoli w glebie płowej. (Influence of different soybean cultivation systems on development of microorganisms and phenols content in loess soil). Acta Agrophysica 8(1), 59−68.
18.
Galus-Barchan, A., Paśmionka, I., 2014. Występowanie wybranych mikroorganizmów w glebie na obszarze Puszczy Niepołomickiej ze szczególnym uwzględnieniem grzybów pleśniowych. (The occurrence of selected microorganisms in the soil under forest with particular reference to mould fungi). Polish Journal of Agronomy 17, 11–17.
19.
Gilewska, M., 1991. Rekultywacja gruntów pogórniczych na przykładzie KWB “Konin”. (The reclamation of post−mining land. A Case Study of Brown Coal Mine “Konin”). Roczniki Akademii Rolniczej im. Augusta Cieszkowskiego w Poznaniu. Rozprawy Naukowe 211.
20.
Gilewska, M., Płóciniczak, A., 2004. Aktywność enzymatyczna gleb powstających z gruntów pogórniczych. (Enzymatic activity of soils originating from post mining soils). Roczniki Gleboznawcze – Soil Science Annual 55(2), 123−129.
21.
Gilewska, M., Płóciniczak, A., 2007. Aktywność fosfatazy zasadowej w glebach rozwijających się z gruntów pogórniczych. (The alkaline phosphatase activity in soils orginating from post mining grounds). Oficyna Wydawnictwa Uniwersytetu Zielonogórskiego, Zeszyty Naukowe 133(13), 116−122.
22.
Grabińska-Leniowska, A., 1999. Laboratory exercises in general microbiology. Warsaw Technical University, 233.
23.
IUSS Working Group WRB, 2015. World Reference Base for soil resources 2014. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. Update 2015. World Soil Resources Report, No. 106. FAO, Rome.
24.
Jodełka, J., Jankowski, K., Jakubczak, A., 2008. Sezonowe zmiany liczebności drobnoustrojów w strefie ryzosferowej łąki nawożonej doglebowo i dolistnie. (Seasonal changing of the microorganisms in the rhizosphere level of the meadow fertilized to the soil or as foliar). Łąkarstwo w Polsce 11, 67−76.
25.
Jodełka, J., Jankowski, K., Sosnowski, J., 2011. Effect of nitrogen fertilization on microbial properties of meadow soil. Romanian Agricultural Research 28, 181−186.
26.
Kabała, C., et al., 2019. Polish Soil Classification, 6th edition – principles, classification scheme and correlations. Soil Science Annual 70(2), 71−97. https://doi.org/10.2478/ssa-20....
27.
Karczewska, A., 2008. Ochrona gleb i rekultywacja terenów zdegradowanych. (Soil protection and land reclamation in degraded areas). Wydawnictwo Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu.
28.
Kayzer, D., Borowiak, K., Budka, A., Zbierska, J., 2009. Study of interaction in bioindication research on tobacco plant injuries caused by ground level ozone. Environmetrics 20, 666−675. https://doi.org/10.1002/env.97....
29.
Kayzer, D., Frankowski, P., Zbierska, J., Staniszewski, R., 2018. Evaluation of trophic parameters in newly built reservoir using canonical variates analysis. [In:] Zielinski, W., Kuchar, L., Michalski, A., Kazmierczak, B., (ed.), XLVIII Seminar of Applied Mathematics, Book Series: ITM Web of Conferences 23, UNSP 00019, 1−6. https://doi.org/10.1051/itmcon....
30.
Kayzer, D., 2019. A note on testing hypothesis concerning interaction with special references to graphical presentation in space of canonical variates. Biometrical Letters 56(1), 89−104. https://doi.org/10.2478/bile-2....
31.
Koper, J., Piotrowska, A., 1996. Aktywność enzymatyczna gleby płowej w zależności od uprawy roślin w zmianowaniu i monokulturze. (Enzymatic activity of lessive soil as effect of plant cultivated in monoculture and in crop rotation). Roczniki Gleboznawcze – Soil Science Annual 47(3/4), 89–100.
32.
Koper, J., Piotrowska, A., 1999. Aktywność enzymatyczna gleby jako parametr jej żyzności wywołany systemem uprawy. (Soil enzymatic activity as a factor of its fertility caused by the tillage system). Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych 467(1), 127−134.
33.
Koper, J., Piotrowska, A., Siwik-Ziomek, A., 2008. Aktywność dehydrogenaz i inwertazy w glebie rdzawej leśnej w okolicy zakładów azotowych Anwil we Włocławku. (Dehydrogenase and invertase activities in a rusty soil in the neighbourhood of the Włocławek nitrogen plant „Anwil”). Wydawnictwo Anwil Włocławek [In:] Proceedings of ECOpole 2(1), 197−202.
34.
Krămer, S., Green, D.M., 2000. Acid and alkaline phosphatase dynamics and their relationship to soil microclimate in a semiarid woodland. Soil Biology and Biochemistry 32(2), 179−188. https://doi.org/10.1016/S0038-....
35.
Kucharski, J., 1997. Relacje między aktywnością drobnoustrojów a żyznością gleby. (The relations between microbial activity and soil fertility). [W:] Drobnoustroje w środowisku. Występowanie, aktywność i znaczenie. Praca zbiorowa. Red. W. Barabasz. Akademia Rolnicza w Krakowie, 327–347.
36.
Kucharski, J., Wałdowska, E., 2001. Mikrobiologiczne skutki wieloletniego nawożenia gnojowicą. (The microbiological effects of long-term fertilisation with liquid manure). Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych 476, 205−210.
37.
Lejeune, M., Caliński, T., 2000. Canonical analysis applied to multivariate analysis of variance. Journal of Multivariate Analysis 72(1), 100−119. https://doi.org/10.1006/jmva.1....
38.
Lemanowicz, J., Koper, J., 2010. Changes of available content and soil phosphatases activity in result of mineral fertilisation. Soil Science Annual 61(4), 140−145.
39.
Marinari, S., Mancinelli, R., Campiglia, E., Grego, S., 2006. Chemical and biological indicators of soil quality in organic and conventional farming systems in Italy. Ecological Indicators 6(4), 701−711. https://doi.org/10.1016/j.ecol....
40.
Martin, J.P., 1950. Use of acid, rose bengal and streptomycin in the plate method for estimating soil fungi. Soil Science 69, 215−232. https://dx.doi.org/101097/0001....
42.
Mocek-Płóciniak, A., 2010. Wykorzystanie aktywności enzymatycznej do oceny wpływu antropogenicznych zmian wywołanych przez metale ciężkie w środowisku glebowym. (Utilisation of enzymatic activity for the evaluation of the impact of anthropogenic changes caused by heavy metals in soil environment). Nauka Przyroda Technologie 4(6), #86.
43.
Mocek-Płóciniak, A., 2018. Właściwości fizyczno−chemiczne oraz mikrobiologiczne gleb kształtujących się na składowisku popiołów i żużli elektrownianych. (The physicochemical and microbiological properties of soils developing in landfills with ash and slag from power plants). Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu. Rozprawy naukowe 499, 180.
44.
Natywa, M., Sawicka, A., Wolna-Maruwka, A., 2010. Aktywność mikrobiologiczna i enzymatyczna gleby pod uprawą kukurydzy w zależności od zróżnicowanego nawożenia azotem. (Microbial and enzymatic activity in the soil under maize crop in relation to differentiated nitrogen fertilisation). Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie 10(2), 111−120.
45.
Natywa, M., Selwet, M., Ambroży, K., Pociejowska, M., 2013. Wpływ nawożenia azotem i deszczowania na liczebność bakterii z rodzaju Azotobacter w glebie pod uprawą kukurydzy w różnych fazach rozwoju rośliny. (The effect of nitrogen fertilization and irrigation on the number of Azotobacter in the soil under maize at different stages of plant development). Polish Journal of Agronomy 14, 53−58.
46.
Niewiadomska, A., Kleiber, T., Klama, J., Swędrzyńska, D., 2010. Wpływ zróżnicowanego nawożenia azotowego na dynamikę składu mikrobiologicznego gleby i aktywność enzymatyczną dehydrogenaz pod trawnikiem. (The effect of varied nitrogen fertilization on dynamics of soil microbiological composition and enzymatic activity of dehydrogenases under lawns). Nauka Przyroda Technologie 4(6), #90.
47.
Podgaiski, L.R., Rodrigues, G.G., 2010. Leaf−litter decomposition of pioneer plants and detritivore macrfaunal assemblages on coal ash disposals in southern Brazil. European Journal of Soil Biology 46, 394−400. http://doi.org/10.1016/j.ejsob....
48.
Saarsalmi, A., Smolander, A., Kukkola, M., Moilanem, M., Saramaki, J., 2012. 30−Year effects of wood ash and nitrogen fertilization on soil chemical properties, soil microbial processes and stand growth in a Scots pine stand. Forest Ecology and Management 278, 63−70. https://doi.org/10.1016/j.fore....
49.
Schinner, F., Ohlinger, R., Kandeler, E., Margesin, R., 1995. Methods in Soil Biology. Springer Verlag−Berlin Heidelberg.
50.
Schmidt, A., Haferburg, G., Sineriz, D.M., Buchel, G., Kothe, E., 2005. Heavy metal resistance mechanisms an actinobacteria for survival in AMD contaminated soils. Chemie der Erde 65, 131−144. https://doi.org/10.1016/j.chem....
51.
Skwaryło-Bednarz, B., 2008. Ocena właściwości biologicznych gleby pod uprawą szarłatu (Amaranthus cruentus L.). (Evaluation of biological properties of soil under cultivation of amaranth (Amaranthus cruentus L.). Acta Agrophysica 12(2), 527−534.
52.
Sosnowski, J., Jankowski, K., 2013. Ocena liczebności mikroorganizmów glebowych spod uprawy mieszanek Festulolium braunii z roślinami motylkowatymi nawożonych zróżnicowanymi dawkami azotu. (Assessment of the numbers of microorganisms from soil under the mixtures of Festulolium braunii with legume plants fertilized with varying levels of nitrogen). Fragmenta Agronomica 30(4), 129−137.
53.
Spychalski, W., Mocek, A., Gilewska, M., 2005. Potassium forms in soils formed from post−mining lands. Nawozy i nawożenie 3(24), 124−132.
54.
Starzyk, J., Niewiadomska, A., Wolna-Maruwka, A., Swędrzyńska, D., 2013. Zmiany liczebności Azospirillum i Azotobacter w glebie pod uprawą kukurydzy (Zea mays L.) z zastosowaniem różnych nawozów organicznych. (Changes in the number of Azospirillum and Azotobacter in soil under maize cultivation (Zea mays L.) with different organic fertilizers). Fragmenta Agronomica 30(4), 147–155.
55.
Symanowicz, B., Kalembasa, S., Skorupka, W., Niedbała, M., 2014. The changes of enzymatic activity of soil under eastern galega (Galega orientalis L.) after NPKCa fertilization. Plant, Soil and Environment 60(3), 123−128. http://doi:10.17221/905/2013-P....
56.
Tripathi, S., Chakraborty, A., Chakrabarti, K., Bandyopadhyay, B.K., 2007. Enzyme activities and microbial biomass in coastal soils of India. Soil Biology and Biochemistry 39, 2840−2848. https://doi.org/10.1016/j.soil....
57.
Vogeler, I., Vachey, A., Deurer, M., Bolan, N., 2008. Impact of plants on the microbial activity in soils with high and low levels of copper. European Journal of Soil Biology, 44(1), 92−100. https://doi.org/10.1016/j.ejso....
58.
Xiang, S.R., Doyle, A., Holden, P.A., Schimel, J.P., 2008. Drying and rewetting effects on C and N mineralization and microbial activity in surface and subsurface California grassland soils. Soil Biology and Biochemistry 40(9), 2281−2289. https://doi.org/10.1016/j.soil....
59.
Yang, L., Li, T., Li, F., Lemcoff, J. H., Cohen, S., 2008. Fertilization regulates soil enzymatic activity and fertility dynamics in cucumber field. Scientia Horticultureae 116(1), 21−26. https://doi.org/10.1016/j.scie....
60.
Zhao, Y., Wang, P., Li, J., Chen, Y., Ying, X., Liu, S., 2009. The effect of two organic manures on soil properties and crop yields on a temperate calcareous soil under a wheat−maize cropping system. European Journal of Agronomy 31(1), 36−42. https://doi.org/10.1016/j.eja.....
| eISSN: | 2300-4975 |
| ISSN: | 2300-4967 |
We process personal data collected when visiting the website. The function of obtaining information about users and their behavior is carried out by voluntarily entered information in forms and saving cookies in end devices. Data, including cookies, are used to provide services, improve the user experience and to analyze the traffic in accordance with the Privacy policy. Data are also collected and processed by Google Analytics tool (more).
You can change cookies settings in your browser. Restricted use of cookies in the browser configuration may affect some functionalities of the website.
You can change cookies settings in your browser. Restricted use of cookies in the browser configuration may affect some functionalities of the website.
