Soil enzyme activities and microbial communities as bio indicators for soil recovery, health and quality in forest ecosystem in south Moravian region of the Czech Republic

Hanadi Abd Alrahman Ali Ananbeh

Doctoral thesis

Půdní enzymové aktivity a mikrobiálních komunit jako bioindikátorů pro obnova půdy, zdraví a kvalita v dubových lesích v jihomoravském regionu České republiky

Abstract:

Lesní ekosystém v Evropě je již mnoho desetiletí ovlivňován antropogenní činností. Pařezina neboli výmladkový les bylo nejčastěji používanou lesnickou praxí v Evropě a od počátku 20. století byly lesní porosty opuštěny nebo přeměněny na vysoké lesy. Obecně platí, že antropogenní činnosti včetně lesního hospodaření (zejména sklizeň biomasy) způsobují změny v chemických, biochemických a biologických vlastnostech půdy. To následně ovlivňuje zdraví a kvalitu půdy, což může vest ke změnám funkce ekosystému půdy včetně změny klimatu. Všechny způsoby těžby lesů mohou nepříznivě ovlivňovat vlastnosti půdy, ale jejich opuštění nebo přeměna na vysoké lesy může mít pozitivní dopad na jejich obnovu. Předkládaná práce se zabývala hodnocením funkčnosti, zdraví a kvality půdy v různě obhospodařovaných dubových lesích v jihomoravském regionu České republiky s využitím aktivity půdních enzymů a funkční rozmanitosti mikrobiálních komunit jako bioindikátorů zdraví a kvality půdy. Tato práce dále prokázala potenciál půdních proteinů jako antimikrobiálního činidla proti multirezistentním mikrobiálním patogenům (tj. MRSA) s použitím různých experimentálních protokolů.Naše výsledky dokazují, že systém intenzivního hospodaření v minulosti, jako je např. pařezení, přispěl k úbytku organických látek v půdě a opuštění tohoto způsobu hospodaření zlepšilo celkovou situaci, a to snížením vedlejších účinků hospodaření v dlouhém časovém období a pomoci při obnově půdy pod rozsáhle řízeným porostem. Na druhé straně, půdní proteiny extrahované z výmlatkového lesa vykazovaly vyšší potenciál jako antimikrobiální činidlo než půdní proteiny extrahované z vysokého lesa. Tento výsledek poskytuje silný důkaz, že metody řízení ovlivňují složení, strukturu a funkci mikrobiálních komunit v důsledku změn mikro a makroklimatických podmínek v daném místě.

Abstract:

Forest ecosystem in Europe has been affected by the anthropogenic activities for many decades. Coppicing was the most commonly used forest management practice in Europe and the coppice forests were abandoned or converted into high forests from the beginning of 20th century. In general, anthropogenic activities including forest management (especially biomass harvesting) cause modifications in soil chemical, biochemical, and biological properties that subsequently affects the soil health and quality which may affect the soil ecosystem functions including the climate change. However, all forests harvesting practices might have adverse effects on soil properties, but their abandoned or conversion into high forests can have positive impact on their recovery. The present thesis highlights the assessing of soil functionality, health and quality in differently managed sessile oak forest in the south Moravian region of the Czech Republic using soil enzyme activities and microbial community functional diversity as bio indicators for soil health and qualityy. In addition, this work proved the potential of soil proteins as antimicrobial agent against multi-resistant microbial pathogens (i.e. methicillin resistant staphylococcus aureus MRSA) using different experimental protocols. Our results provide evidence that the past intensive management system such as coppicing contributed to organic matter depletion in the soil and the abandonment of these forests has improved the overall situation, by reducing the side effects of the management within long time period and help the soil recovery under the extensively managed coppiced forest. On the other hand, the soil proteins extracted from the coppiced forest showed higher potential as antimicrobial agent than the soil proteins extracted from the high forest. This result provides strong evidence that the management practices affect the microbial community composition, structure, and function due to the changes in the micro and macroclimatic conditions in the managed site.

Keywords

půdní proteiny, aktivity enzymů, mikrobiální komunita

Keywords

enzyme activities, microbial community, Soil proteins

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 24. 6. 2019

Thesis defence

• Supervisor: prof. RNDr. Vojtěch Adam, Ph.D.

Mendel University in Brno

Faculty of AgriSciences

Doctoral programme / field:
Chemistry / Agricultural Chemistry