Relationships between microbial activity and biomass in soils of mountain altitudinal gradient

Stopień rozkładu materii organicznej w glebie w dużej mierze zależy od temperatury, zawartości wody, dostępności pierwiastków biogennych, ale przede wszystkim od aktywności mikroorganizmów glebowych. Te mikroskopijnych rozmiarów organizmy bytujące w glebie, pod wpływem uwalnianych przez siebie enzymów rozkładają materię organiczną, czego efektem jest powstanie próchnicy. Ponadto mikroorganizmy przekształcają ogromne ilości związków organicznych, wzbogacając tym samym glebę w substancje czynne. Metody badania środowiska glebowego wiążą się niejednokrotnie z identyfikacją mikroorganizmów. W związku z tym, częstym przedmiotem badań jest proces oddychania, przeprowadzany przez wszystkie mikroorganizmy glebowe. Do pomiarów tempa respiracji używane są metody mikroskopowe, biochemiczne i molekularne. Jedną z najbardziej popularnych, łatwych w stosowaniu i nie wymagających dużych nakładów finansowych jest metoda respiracji indukowanej substratem (SIR). Polega ona na pomiarze CO2 wydzielonego przez drobnoustroje po dodaniu glukozy. Ilość wydzielonego w ten sposób CO2 jest wprost proporcjonalna do wielkości biomasy mikroorganizmów. Pomiar ten koreluje się z wynikiem respiracji bazowej – oddychania podstawowego mikroorganizmów, który daje obraz ich aktywności. Celem pracy było zbadanie zależności pomiędzy biomasą i aktywnością mikroorganizmów glebowych. Gleby do badania pobrane zostały z terenów Beskidów Zachodnich, z pięciu gór – Pilsko, Polica, Romanka, Kudłoń i Radziejowa. Wyznaczono trzy wysokości 600, 900 i 1200 m n.p.m., z których pobierane były próby. Na każdej wysokości zebrano trzy próby, w sumie pobrano 45 prób, które poddano licznym badaniom fizykochemicznym. W celu zbadania aktywności mikroorganizmów glebowych użyto metody pomiaru respiracji bazowej, natomiast jako miarę ich biomasy wykorzystano metodę pomiaru respiracji indukowanej substratem. Istotne statystycznie różnice biorąc pod uwagę gradient wysokościowy wykazały wyniki pomiarów suchej masy gleby i materii organicznej w suchej masie gleby, a także całkowitej pojemności wodnej i zawartości rozpuszczalnego azotu. Również bioróżnorodność gatunkowa roślin zmierzona współczynnikiem Shannona-Wiennera H’ wykazała istotne statystycznie różnice między wysokościami. Brak natomiast było różnic istotnych statystycznie w pomiarach całkowitego węgla, azotu, rozpuszczalnego węgla organicznego, a także w pomiarze całej gamy pierwiastków biogennych. Wyniki przeprowadzonych badań wykazały brak istotnych statystycznie różnic w zależności między aktywnością i biomasą mikroorganizmów glebowych pomiędzy trzema wysokościami. Powodów w tak licznym braku statystycznie istotnych różnic można szukać m. in w ujednoliceniu terenów (lasy), z których pobierane były gleby, a także w podobieństwie podłoża skalnego (flisz karpacki).

The degree of decomposition of organic matter in the soil mostly depends on temperature, water content, availability of biogenic elements, but primarily on the activity of soil microorganisms. These microscopic organisms inhabit the soil, under the influence of enzymes released by themselves, they decompose organic matter, and the result of that process is humus. Moreover, a huge amount of microorganisms convert organic compounds, enriching thereby the soil with the active ingredients. Methods of testing soil environment are often associated with the identification of microorganisms. Therefore, the extensively studied process performed by all soil microorganisms is breathing. For the measurement of the rate of respiration microscopic, biochemical and molecular methods are used. One of the most popular, easy to use and that does not require large financial outlays is the method of substrate-induced respiration (SIR). It involves measuring the evolved by microorganisms CO2 after the addition of glucose. The amount of CO2 isolated in this way is directly proportional to the size of the microbial biomass. This measurement is correlated with the result of basal respiration - the microorganisms’ basic respiration, which gives an image of their activity. The aim of the study was to examine the relationship between biomass and activity of soil microorganisms along an altudinal climatic gradient. The soils for the study were collected from the area of Western Beskidy from five mountains – Pilsko, Polica, Romanka, Kudłoń and Radziejowa. There were three elevations tested - on 600, 900 and 1200 m above sea level. At each height three samples were collected, giving altogether 45 samples. They were subjected to numerous physical and chemical analysis. The method of measuring basal respiration was used in order to investigate the activity of the soil organisms and the substrate-induced respiration method was used as a measure of biomass. Significant differences, with taken into account the height gradient, were obtained in the measurements of dry mass of soil and organic matter in the dry weight of soil, the total capacity of the water and in the content of soluble nitrogen. The biodiversity of plants measured by the H’ factor (Shannon-Wiener’s) showed statistically significant differences between the elevations. However, no differences were statistically significant in measurements of total carbon, nitrogen, dissolved organic carbon, and in the measurement of a wide range of biogenic elements. Results of study showed no statistically significant differences in the relationship between the activity and biomass of the soil microorganisms on three altitudes. Reasons for such a large lack of statistically significant differences can be searched inter alia in the studied areas (forests), from which the soils were collected, as well as similarity in bedrock (Carpathian flysch).