Rozprawy doktorskie
Permanent URI for this collection
Strona w budowie
Browse
Browsing Rozprawy doktorskie by Subject "bioróżnorodność"
Now showing 1 - 4 of 4
Results Per Page
Sort Options
Item Ocena możliwości wykorzystania mikroorganizmów do poprawy efektywności wybranych fitotechnologii w remediacji gleb i odpadów zanieczyszczonych metalami(Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa - Państwowy Instytut Badawczy w Puławach, 2022) Siebielec, SylwiaSkładowiska odpadów pohutniczych oraz gleby skażone takimi pierwiastkami, jak cynk, ołów, kadm i arsen stanowią ważny środowiskowy problem na obszarach o dużym zagęszczeniu przemysłu hutniczego. Jedną z możliwości ograniczania negatywnego wpływu takich obszarów na środowisko i człowieka są działania remediacyjne z wykorzystaniem fitoremediacji. Polegają one na tworzeniu trwałej pokrywy roślinnej, ograniczającej dyspersję metali, co może być oparte na udziale zarówno roślin remediacyjnych, jak i roślinności spontanicznej. Rola mikroorganizmów w zasiedlaniu składowisk odpadów pohutniczych przez rośliny może być również znacząca, co nie zostało jednak w pełni rozpoznane. Bioróżnorodność mikroorganizmów rodzimych jest ponadto niezwykle istotna dla możliwości wyjaśnienia roli bakterii i grzybów w zasiedlaniu tego typu gleb i składowisk oraz jest źródłem szczepów mikroorganizmów przystosowanych do warunków stresowych i potencjalnie wspomagających rośliny. Celem głównym badań było rozpoznanie roli mikroorganizmów w fitoremediacji gleb i składowisk odpadów pohutniczych zanieczyszczonych metalami (ołów, kadm, cynk, arsen) oraz możliwości ich wykorzystania do zwiększenia efektywności zabiegów fitoremediacyjnych. Do osiągniecia celu głównego niezbędna była realizacja celów szczegółowych: (1) ocena wieloletniego wpływu fitostabilizacji składowiska odpadów z huty cynku i ołowiu w Piekarach Śląskich na aktywność enzymatyczną i metaboliczną bakterii; (2) identyfikacja i pozyskanie mikroorganizmów potencjalnie przydatnych w fitoremediacji; (3) ocena interakcji pomiędzy różnorodnością i aktywnością mikroorganizmów a rozwojem roślinności spontanicznie zasiedlającej niezrekultywowane składowiska odpadów pohutniczych; (4) ocena możliwości dodatkowego wspomagania fitoremediacji składowisk odpadów pohutniczych przez zastosowanie odpornych na skażenie pierwiastkami chemicznymi bakterii, wyizolowanych z różnych zanieczyszczonych obiektów. Zakres pracy został podzielony na trzy zadania badawcze. Każde zadanie odpowiadało poszczególnym celom szczegółowym oraz hipotezom badawczym postawionym w niniejszej dysertacji. Pierwsze zadanie badawcze obejmowało badania próbek glebowych pochodzących ze składowiska żużli w Piekarach Śląskich, zrekultywowanego w 1996r. przy wykorzystaniu osadów ściekowych i odpadowego wapna oraz wyselekcjonowanych odmian traw. Dotychczasowy monitoring badanego obiektu wskazywał na to, iż zastosowane metody rekultywacji zapewniają trwałe zagospodarowanie składowiska oraz ograniczenie ryzyka związanego z wtórną emisją zanieczyszczeń. Nie były jednak dostępne dane dotyczące aktywności biologicznej podłoża oraz występowania grup bakterii o funkcjach kluczowych dla odporności ekosystemu zrekultywowanego składowiska, takich jak bakterie wiążące azot lub biorące udział w przemianach fosforu. Badania udowodniły, iż zastosowana metoda rekultywacji zapewnia trwałość funkcjonowania ekosystemu utworzonego na hałdzie odpadów, charakteryzującego się dużą różnorodnością mikroorganizmów, co dodatkowo wpływa na odporność pokrywy roślinnej na czynniki chemiczne i pogodowe. Aktywność i liczebność różnych grup mikroorganizmów były najwyższe na poletkach, na których zastosowano kombinacje osadu i wapna. Z uwagi na fakt, że zrekultywowane hałdy nie są regularnie nawożone, kluczowe dla utrzymania wegetacji ograniczającej rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń są procesy mikrobiologicznego udostępniania azotu. Bakterie z rodzaju Azotobacter występowały wyłącznie na poletkach, na których zastosowano osad ściekowy w połączeniu z wapnem. Ponadto łączne zastosowanie osadu ściekowego i wapna zapewniało największą liczebność bakterii amonifikacyjnych. Wykazano również bardzo wyraźny przyrost różnorodności metabolicznej i genetycznej mikrobiomu gleb po zastosowaniu kombinacji osadów i wapna. Z poletek wyizolowano oraz zidentyfikowano bakterie biorące udział w przemianach i wiązaniu azotu oraz solubilizacji fosforu, które potencjalnie posiadają również inne mechanizmy wspomagania rozwoju roślin. Na podstawie uzyskanych danych można wnioskować, że stymulacja różnorodności i aktywności mikrobiologicznej na rekultywowanych gruntach jest konieczna dla osiągnięcia efektywności zabiegów. W drugim zadaniu badawczym przyjęto założenie, że naturalne procesy zarastania składowisk przez rośliny mają duże znaczenie dla możliwości wyjaśnienia roli mikroorganizmów w zasiedlaniu hałd pohutniczych oraz ich interakcji z roślinami w procesach fitoremediacyjnych. W związku z tym, z dwu niezrekultywowanych składowisk odpadów pohutniczych, znajdujących się w rejonie Piekar Śląskich, pobrano materiał roślinny oraz glebę ryzosferową spod roślin reprezentujących gatunki dominujące w naturalnych procesach zasiedlania. W próbkach glebowych oznaczone zostały właściwości chemiczne oraz ogólna liczebność bakterii i grzybów oraz liczebność poszczególnych grup bakterii. Do identyfikacji molekularnej bakterii wykorzystano analizę sekwencjonowania następnej generacji (NGS), a różnorodność metaboliczną określono za pomocą metody Biolog®EcoPlates. Dodatkowo przeprowadzono biotest polegający na ocenie poziomu biosorpcji pierwiastków przez mikroorganizmy w strefie korzeniowej roślin. Zadanie wykazało, że udział bakterii dotychczas niesklasyfikowanych w glebie spod roślin był wysoki, szczególnie w odpadzie żużlowym na obszarze kontrolnym bez roślin. Świadczy to o specyficznej strukturze populacji bakterii na składowisku żużli. Procesy zasiedlania składowisk przez rośliny przekształcają mikrobiom gleby w bardziej zbliżony do charakterystycznego dla gleb. Można też zakładać, że interakcja roślin i mikroorganizmów stymuluje procesy wspomagania rozwoju roślin, podobne do zachodzących w glebach. Actinobacteriota były najliczniejszym typem bakterii, stanowiącym nie mniej niż 25% całkowitej liczebności a spośród rodzajów bakterii najliczniej występowały Blastococcus, Nocardioides i Pseudonocardia. Badania wykazały, że interakcje między roślinami a mikroorganizmami prowadzą do akceleracji aktywności mikroorganizmów i zmian w potencjale wykorzystania różnych substratów węgla. Interakcje te prowadzą również do uruchamiania składników pokarmowych, w tym fosforu, potasu i azotu. Można przypuszczać, że te zjawiska umożliwiają przetrwanie roślinności w tym skażonym chemicznie i ubogim w składniki środowisku. Badania wykazały również istotny statystycznie wkład mikroorganizmów w biologiczne uwstecznianie pierwiastków śladowych. Trzecie zadanie badawcze obejmowało ocenę efektywności wybranych szczepów bakterii w optymalizacji zabiegów fitostabilizacji odpadów pohutniczych. Zastosowane szczepy bakterii uprzednio wyizolowano ze zrekultywowanego składowiska w Piekarach Śląskich oraz zanieczyszczonych gleb w Hiszpanii. W doświadczeniu wazonowym przetestowano wpływ szczepów bakteryjnych na rozwój traw i rozpuszczalność pierwiastków w odpadzie żużlowym, do którego wprowadzono również powszechnie stosowane w fitostabilizacji dodatki doglebowe (kompost, fosforan wapnia, tlenek żelaza). Wszystkie testowane szczepy poprawiały jako samodzielny zabieg rozwój i plon życicy wielokwiatowej. Były również efektywne w dodatkowym wspomaganiu rozwoju roślin na żużlu z dodatkiem kompostu oraz fosforanu wapnia. Badania wykazały, że istnieje możliwość dalszej poprawy skuteczności fitostabilizacji składowisk poprzez zastosowanie wybranych szczepów bakterii. Lepszy rozwój biomasy roślin na składowisku po ich zastosowaniu oznacza w praktyce większą trwałość i efektywność remediacji oraz ograniczenie dyspersji potencjalnie toksycznych pierwiastków ze składowiska. Podsumowując, wyniki badań skłoniły do opracowania następujących wniosków końcowych: (1) Zastosowanie osadów ściekowych i wapna odpadowego w zabiegach remediacyjnych składowisk odpadów pohutniczych trwale odbudowuje aktywność biologiczną podłoża i funkcje gleby związane z aktywnością mikroorganizmów, zapewniając odporny na warunki środowiskowe ekosystem. (2) Interakcje pomiędzy mikrobiomem gleby a roślinami zasiedlającymi składowiska odpadów pohutniczych są kluczowe dla przywrócenia aktywności i różnorodności biologicznej oraz zapewnienia warunków dla wzrostu i rozwoju roślin na składowiskach, zarówno w podejściu fitostabilizacyjnym, jak i w naturalnych procesach zasiedlania składowisk przez rośliny. (3) Zastosowanie wyselekcjonowanych i odpornych na zanieczyszczenia szczepów bakterii może zwiększać efektywność zabiegów fitostabilizacji wspomaganej, poprzez wspomaganie rozwoju roślin oraz wpływ na biodostępność składników nawozowych i pierwiastków śladowych. Zastosowane zabiegi inokulacji odpadów pohutniczych pozytywnie wpływają na plon roślin w warunkach kontrolowanych, sygnalizując ich znaczny potencjał w optymalizacji procesów fitostabilizacyjnych.Item Różnorodność flory segetalnej i glebowego banku nasion w zbożach jarych w gospodarstwach ekologicznych i konwencjonalnych w województwie lubelskim(Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa - Państwowy Instytut Badawczy w Puławach, 2016) Berbeć, Adam KleofasCelem pracy było porównanie różnorodności gatunkowej flory segetalnej i glebowego banku nasion w gospodarstwach ekologicznych i konwencjonalnych oraz ocena wpływu zabiegów agrotechnicznych na różnorodność flory segetalnej i zapas nasion w glebie. Badania przeprowadzono w latach 2012-2014 w uprawach zbóż jarych w gospodarstwach położonych na terenie województwa lubelskiego, w okresie od 10 czerwca do 5 lipca. Metodą pozyskania informacji i danych był wywiad bezpośredni z rolnikiem, analizy chemiczne gleby i badania jakościowo - ilościowe flory segetalnej oraz glebowego banku nasion. Glebowy bank nasion oznaczano metodą pośrednią (kiełkowania) przez okres 12 miesięcy. Na podstawie danych o składzie gatunkowym i liczebności chwastów i ich nasion wyliczono indeksy różnorodności Shannona i dominacji Simpsona oraz przeprowadzono inne analizy statystyczne (porównanie median, analiza korelacji i analiza skupień). Badania wykazały większą różnorodność gatunkową i liczebność flory segetalnej oraz glebowego banku nasion w gospodarstwach ekologicznych w porównaniu do konwencjonalnych. Tylko w roku, w którym warunki pogodowe uniemożliwiły wielu rolnikom przeprowadzenie zabiegów regulacji zachwaszczenia (2013 r.), nie stwierdzono istotnych statystycznie różnic. O składzie gatunkowym zbiorowisk segetalnych decydował stosowany system gospodarowania oraz warunki glebowo-siedliskowe. Wykazano, że zmiany jakościowe w zbiorowiskach chwastów i glebowym banku nasion zachodzą wolniej niż zmiany ilościowe. Ponadto flora segetalna w ekologicznym systemie gospodarowania cechowała się większym wzajemnym podobieństwem w latach w porównaniu do systemu konwencjonalnego. Stwierdzono większe podobieństwo składu gatunkowego glebowego banku nasion w badanych gospodarstwach województwa lubelskiego niż zbiorowisk segetalnych występujących w łanie. W obu systemach produkcji rolnej dominowały te same gatunki, w łanach zbóż jarych: włośnica sina (Setaria pumila), chwastnica jednostronna (Echinochloa crus-galli) i perz właściwy (Elymus repens), a w glebowym banku nasion: chwastnica jednostronna (Echinochloa crus-galli) i miotła zbożowa (Apera spica-venti). Gospodarstwa województwa lubelskiego, zarówno ekologiczne, jak i konwencjonalne są ostoją cennych gatunków roślin segetalnych, czego potwierdzeniem jest obecność w nich gatunków zagrożonych wyginięciem, np. miłka letniego (Adonis aestivalis), kurzyśladu błękitnego (Anagallis foemina), stokłosy żytniej (Bromus secalinus), mysiurka drobnego (Myosurus minimus), rzadkich: kąkolu polnego (Agrostema githago), przetacznika Dillena (Veronica dillenii), chłodka drobnego (Arnoseris minima), wilczomlecza drobnego (Euphorbia exigua), bodziszka krwistego (Geranium sanguineum), groszka bulwiastego (Lathyrus tuberosus), dzwonka jednostronnego (Campanula rapunculoides) oraz objętych ochroną prawną kocanek piaskowych (Helichrysum arenarium). Przeprowadzone badania dostarczają wiedzy na temat przyrodniczej wartości gospodarstw ekologicznych i konwencjonalnych województwa lubelskiego oraz wpływu różnych zabiegów agrotechnicznych na różnorodność flory segetalnej i glebowego banku nasion. Wykazano, że mechaniczna regulacja zachwaszczenia (bronowanie) oraz stosowanie międzyplonów są zabiegami, które pozwalają na utrzymanie populacji chwastów poniżej progu szkodliwości, a jednocześnie nie wpływają negatywnie na ich różnorodność biologiczną.Item Różnorodność owadów prostoskrzydłych (Orthoptera) w zbożach ozimych w gospodarstwach ekologicznych i konwencjonalnych w woj. lubelskim(Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa - Państwowy Instytut Badawczy w Puławach, 2016) Radzikowski, PawełRóżnorodność owadów prostoskrzydłych traktowana jest jako dobry wskaźnik do oceny jakości agroekosystemów, zarówno łąkowych jak i polnych. Liczebność i różnorodność tych owadów zależy od jakości siedliska, sposobu jego użytkowania oraz struktury otoczenia. Celem prowadzonych badań była ocena różnorodności owadów prostoskrzydłych (Orthoptera) w agrocenozach zbóż ozimych na 14 powierzchniach ekologicznych oraz 14 konwencjonalnych zlokalizowanych we wschodniej części województwa lubelskiego. Badania prowadzono w latach 2012-2015 przy użyciu dwóch metod zbioru owadów: czerpaka entomologicznego i pułapek ziemnych. Do oceny różnorodności wykorzystano takie wskaźniki jak: liczba gatunków, liczba osobników, wskaźnik dominacji Simpsona oraz wskaźnik różnorodności Shannona-Weinera. Przeanalizowano sposób użytkowania badanych powierzchni na podstawie ankiet przeprowadzonych z rolnikami, a także strukturę krajobrazu w promieniu 500 m od badanych działek. W agrocenozach zbóż uprawianych ekologicznie stwierdzono istotnie więcej gatunków i osobników, a także wyższe wartości wskaźnika różnorodności i istotnie niższą wartość wskaźnika dominacji owadów prostoskrzydłych. W systemie ekologicznym najważniejszymi czynnikami skorelowanymi dodatnio z bioróżnorodnością były liczba lat w systemie ekologicznym, nawożenie naturalne, stosowanie zróżnicowanego płodozmianu oraz uprawa pszenicy. Najważniejszym czynnikiem skorelowanym ujemnie z bioróżnorodnością w systemie konwencjonalnym była dawka nawożenia mineralnego (NPK), a w szczególności azotu, chemiczne zabiegi ochrony roślin oraz powierzchnia działki. Intensywny wariant upraw ekologicznych charakteryzował się wyższymi wartościami wskaźników bioróżnorodności niż ekstensywny, natomiast odwrotnie w przypadku systemu konwencjonalnego, ekstensywny wariant wykazywał tu wyższe wartości niż intensywny. Istotny wpływ na wskaźniki różnorodności owadów prostoskrzydłych miała także struktura krajobrazu. W otoczeniu pól ekologicznych krajobraz był bardziej zróżnicowany. Duży udział w strukturze użytkowania gruntów miały łąki, zadrzewienia i tereny podmokłe. Wokół pól konwencjonalnych stwierdzono natomiast większy udział gruntów ornych. Wykazano dodatnią korelację różnorodności krajobrazu z różnorodności owadów prostoskrzydłych.Item Wpływ symulowanej powodzi na bioróżnorodność strukturalną i funkcjonalną mikrobiomu wybranych mad rzecznych(Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa - Państwowy Instytut Badawczy w Puławach, 2020) Furtak, KarolinaCelem prezentowanej rozprawy doktorskiej była ocena zmian bioróżnorodności strukturalnej i funkcjonalnej społeczności bakterii glebowych zachodzących pod wpływem krótkotrwałej powodzi. W ramach realizacji celu badawczego przeprowadzono doświadczenie microcosm, podczas którego w kontrolowanych warunkach zasymulowano 14-dniową powódź wobec wybranych mad rzecznych z zastosowaniem wody rzecznej. Materiał badawczy stanowiły trzy gatunki mad rzecznych pobrane z naturalnych terenów zalewowych rzeki Wisły w województwie lubelskim, stanowiące łąki położone w obszarze Małopolskiego Przełomu Wisły. Gleby w formie bloków wraz z roślinnością umieszczono w pojemnikach, a następnie zalano wodą pobraną z Wisły na poziomie 5 cm ponad powierzchnię gleby. Do analiz pobrano świeże próbki gleb, wodę z Wisły oraz próbki glebowe po 7 i 14 dniach zastoju wody. W trakcie doświadczenia wykonano kompleksowe analizy jakości gleb tj., oznaczono parametry fizykochemiczne, aktywność enzymatyczną, potencjał metaboliczny mikroorganizmów oraz zróżnicowanie strukturalne społeczności bakterii glebowych. Stwierdzono istotny statystycznie spadek wartości pH i aktywności fosfataz, przy jednoczesnym wzroście aktywności dehydrogenaz w wyniku wystąpienia warunków zalania. Analiza NGS 16S rRNA pozwoliła na wykrycie licznych niezidentyfikowanych sekwencji bakterii w badanych glebach. W następstwie powodzi w madach rzecznych wzrosła liczebność rodzin bakterii anaerobowych oraz fakultatywnie anaerobowych. Zaobserwowano wzrost zróżnicowania strukturalnego społeczności bakterii oraz ich potencjału metabolicznego w warunkach stresu hydrologicznego. Uzyskane wyniki pozwoliły na potwierdzenie hipotezy badawczej, że warunki ekstremalnej wilgotności w glebie doprowadzają do istotnych różnic w składzie oraz funkcji społeczności bakterii glebowych.