Grassland Reconstruction of a loess old-field by sowing the dominant grass besides other target species
DOI:
https://doi.org/10.56617/tl.3972Keywords:
abandoned cropland, loess meadow steppe, grassland restoration, Festuca valesiaca, fescue grassland, secondary succession, habitat reconstructionAbstract
Drastic reduction of the extent of grasslands threatens natural communities. Loess meadow steppes are especially vanishing world-wide due to agricultural intensification. In Hungary, only a few loess steppic grasslands remained intact, hence, gathering knowledge about the efficient ways of extending their area is of paramount importance. In this paper, we present the results of a reconstruction experiment conducted at one of the largest native Pannonic loess meadow steppes, at Tompapuszta loess grassland (Körös–Maros National Park) and at an adjacent old-field abandoned in 2009. The old-field was treated in 2011 by sowing the dominant grass species, Festuca valesiaca. Additionally, other 28 species were sown in a three-year-long time period. The used seeding mixtures were harvested from the native loess grassland. The successional progress was monitored by coenological relevés on 4×4 m permanent plots. Four years after the first sowing, the sown grass species became the most abundant species. However, the vegetation was heterogeneous and consisted of high number of early successional species. In the 9th year after the sowing, the number of weed species declined, while the cover of target species and diversity increased greatly. Despite, the sown grassland was still unlike the natural loess grassland in many aspects. The biggest difference was in the cover of the sown Festuca species, which reached 2.86 times higher value on the sown grassland. Moreover, species richness and diversity was significantly lower compared to the natural loess grassland. Also, several substantial target species were extremely rare at the reconstruction site. According to the applied PCoA, there was great dissimilarity between sown and reference sites. Reconstruction of loess old-fields by sowing the dominant grass at high seeding rate can result in a seemingly similar grassland to a native loess meadow steppe just in ten years. Yet, it may take much longer time to approach the diversity and recreate the complex structure of primary grasslands.
References
Bartha S. 2007: Kompozíció, differenciálódás és dinamika az erdőssztyep biom gyepjeiben, Az egyensúlytól távol: degradáció, szukcesszió, invázió. In: Illyés E., Bölöni J. (szerk.): Lejtősztyepek, löszgyepek és erdőssztyeprétek Magyarországon. Magánkiadás, Budapest. pp. 72–103.
Bartha S., Dancza I., Házi J., Horváth A., Margóczi K., Molnár Cs., Molnár Zs., Óvári M., Purger D., Schmidt D. 2010: A parlagszukcesszió állandó és változó jellegzetességei. In: Molnár Cs., Molnár Zs., Varga A. (szerk.): „Hol az a táj szab az életnek teret, Mit az Isten csak jókedvében teremt”. Válogatás az első tizenhárom MÉTA-túrafüzetből 2003–2009, MTA ÖBKI, Vácrátót. pp. 480−482.
Bartha S., Csathó A. I., Virágh K., Szentes Sz., Csathó A. J., Sutyinszki Zs., Horváth A., Ruprecht, E. 2011: A Tompapusztai löszgyep mikrocönológiai értékelése I. Florális diverzitás és koordináltság. Crisicum 7: 45–55.
Bartha, S., Szabó, G., Csete, S., Purger, D., Házi, J., Csathó, A. I., Campetella, G., Canullo, R., Chelli, S., Tsakalos, J. L., Ónodi, G., Kröel-Dulay, Gy., Zimmermann, Z. 2022: High-resolution transect sampling and multiple scale diversity analyses for evaluating grassland resilience to climatic extremes. Land 11(3): 378. DOI: https://doi.org/10.3390/land11030378
Bates, D., Mächler, M., Bolker, B., Walker, S. 2015: Fitting Linear Mixed-Effects Models Using lme4. Journal of Statistical Software 67(1): 1–48. DOI: https://doi.org/10.18637/jss.v067.i01
Bengtsson, J., Bullock, J. M., Egoh, B., Everson, C., Everson, T., O’Connor, T., O’Farrell, P. J., Smith, H. G., Lindborg, R. 2019: Grasslands – more important for ecosystem services than you might think. Ecosphere. 10: e0258. DOI: https://doi.org/10.1002/ecs2.2582
Blumenthal, D. M., Jordan, N. R., Svenson, E. L. 2005: Effects of prairie restoration on weed invasions. Agriculture, Ecosystems and Environment 107: 221–230. DOI: https://doi.org/10.1016/j.agee.2004.11.008
Borhidi A. 2003: Magyarország növénytársulásai. Akadémia Kiadó, Budapest. p. 610.
Bölöni J., Molnár Zs., Kun A. (szerk.) 2011: Magyarország élőhelyei. A hazai vegetációtípusok leírása és határozója. ÁNÉR 2011. MTA ÖBKI, Vácrátót. p. 441.
Braun-Blanquet, J. 1964: Pflanzensoziologie, Grundzüge der Vegetationskunde. Springer-Verlag, Berlin.
Cousins, S. A. O., Lindborg, R. 2008: Remnant grassland habitats as source communities for plant diversification in agricultural landscapes. Biological Conservation 141: 233–240. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biocon.2007.09.016
Cramer, V. A., Hobbs, R. J., Standish, R. J. 2008: What’s new about old fields? Land abandonment and ecosystem assembly. Trends in Ecology and Evolution 23(2): 104–112. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tree.2007.10.005
Csathó A. 1986: A battonya–kistompapusztai löszrét növényvilága. Környezet- és Természetvédelmi Évkönyv 7: 103–115.
Csathó A. I. 2009: A mezsgyék természetvédelmi jelentősége és védelmük időszerűsége. Természetvé-delmi Közlemények 15: 171–181.
Csathó A. I., Csathó A. J., Házi J., Juhász M., Sallainé Kapocsi J., Selmeci M., Sutyinszki Zs., Szentes Sz., Virágh K., Bartha S. 2011: Parlagszukcesszió a Csanádi-löszháton – a battonya-tompapusztai löszpusztarét-bővítés florisztikai és cönológiai vizsgálatának előzetes eredményei. In: VII. Magyar Természetvédelmi Biológiai Konferencia. Program és absztrakt-kötet. Magyar Biológiai Társaság, Budapest. p. 69.
Csathó A. I., Virágh K., Csathó A. J., Szentes Sz., Sutyinszki Zs., Juhász M., Házi J., Sallainé Kapocsi J., Bartha S. 2012: Lösz-parlagszukcesszió komplex vizsgálatának előzetes eredményei Battonya-Tompapusztán. In: Bartha S., Mázsa K. (szerk.): 9. Magyar Ökológus Kongresszus. Keszthely, 2012. szeptember 5-7. Programfüzet. Előadások és poszterek összefoglalói. p. 36.
Csathó A. I., Csathó A. J., Csete S., Guller Zs. E., Házi J., Molnár Cs., Purger D., Szabó G., Zimmermann Z., Bartha S. 2021: A battonyai Tompapusztai-löszgyep és bővítési területének hosszú távú cöno-lógiai vizsgálata XI. – Kutatási jelentés, Körös–Maros Nemzeti Park Igazgatóság, Szarvas. p. 196.
Csathó A. J., Csathó A. I. 2009: A battonya-tompapusztai Külső-gulya flóralistája. Crisicum 5: 51–70.
Csontos, P., Tamás, J., Kovács, Zs., Schellenberger, J., Penksza, K., Szili-Kovács, T., Kalapos, T. 2022: Vegetation dynamics in a loess grassland: plant traits indicate stability on species presence, but directional change when cover is considered. Plants 11(6): 763. DOI: https://doi.org/10.3390/plants11060763
Danyik T. 2011: Feljegyzés a Tompapusztai löszgyepen végzett mezőgazdasági és vizsgálati tevékenységekről a 2011-es évben. – Kézirat, Körös–Maros Nemzeti Park Igazgatóság, Szarvas. p. 3.
Deák B., Török P., Kapocsi I., Lontay L., Vida E., Valkó O., Lengyel Sz., Tóthmérész B. 2008: Szik- és lösz-gyep-rekonstrukció vázfajokból álló magkeverék vetésével a Hortobágyi Nemzeti Park területén (Egyek-Pusztakócs). Tájökológiai Lapok 6(3): 323–332.
Deák B., Valkó O., Török P., Tóthmérész B., Tischew S., Kapocsi I., Radócz Sz., Miglécz T., Tóth K., Kele-men A., Krimer A. 2010: Fajgazdag magkeverékek fejlesztése természetvédelmi gyeprekonstrukci-ós programokhoz. Debreceni Egyetemi Kiadó, Debrecen. p. 12.
Deák, B., Tóthmérész, B., Valkó, O., Sudnik-Wójcikowska, B., Moysiyenko, I. I., Bragina, T. M., Apostolova, I., Dembicz, I., Bykov, N. I., Török, P. 2016: Cultural monuments and nature conservation: a review of the role of kurgans in the conservation and restoration of steppe vegetation. – Biodiversity and Conservation 25(12): 2473–2490. DOI: https://doi.org/10.1007/s10531-016-1081-2
Deák B., Valkó O. 2015: Gyepesítési módszerek alkalmazása a természetvédelmi gyakorlatban – Kevés-fajos és sokfajos magkeverékek, spontán gyepregeneráció és szénaráhordás. In: Török P., Tóthmérész B. (szerk.): Ökológiai szemléletű gyeptelepítés elmélete és gyakorlata. Ökológiai Mezőgazdasági Kutatóintézet Közhasznú Nonprofit Kft. (ÖMKi), Budapest. pp. 37–38.
Dengler, J., Becker, T., Ruprecht, E., Szabó, A., Becker, U., Beldean, M., Bita-Nicolae, C., Dolnik, C., Goia, I., Peyrat, J., Sutcliffe. L. M. E., Dan Turtureanu, P., Uğurlu, E. 2012: Festuco-Brometea communities of the Transylvanian Plateau (Romania) – a preliminary overview on syntaxonomy, ecology, and biodiversity. Tuexenia 32: 319–359.
Durka, W., Michalski, S. G., Berendzen, K. W., Bossdorf, O., Bucharova, A., Hermann, J., Hölzel, N., Kollmann, J. 2017: Genetic differentiation within multiple common grassland plants supports seed transfer zones for ecological restoration. Journal of Applied Ecology 54: 116–126. DOI: https://doi.org/10.1111/1365-2664.12636
Gornish, E. S., dos Santos, P. A. 2016: Invasive species cover, soil type, and grazing interact to predict long-term grassland restoration success. Restoration Ecology 24(2): 222–229. DOI: https://doi.org/10.1111/rec.12308
Froud-Williams, R. J., Ferris, R. 1987: Germination of proximal and distal seeds of Poa trivialis L. from contrasting habitats. Weed Research 27: 245–250. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1365-3180.1987.tb00760.x
Habel, J. C., Dengler, J., Janišová, M., Török, P., Wellstein, C., Wiezik, M. 2013: European grassland ecosystems: threatened hotspots of biodiversity. Biodiversity Conservation 22: 2131–2138. DOI: https://doi.org/10.1007/s10531-013-0537-x
Herczeg E., Baráth N., Wichmann B. 2011: Morfotaxonómiai és cönológiai adatok a Tompapusztai lösz-gyep Festuca taxonjaihoz. Crisicum 7: 77–90.
Hoekstra, J. M., Boucher, T. M., Ricketts, T. H., Roberts, C. 2005: Confronting a biome crisis: global disparities of habitat loss and protection. Ecology Letters 8: 23–29. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1461-0248.2004.00686.x
Horváth F., Dobolyi Z. K., Morschhauser T., Lőkös L., Karas L., Szerdahelyi T. 1995: Flóra adatbázis 1.2. Taxonlista és attribútum-állomány. MTA ÖBKI, Vácrátót. p. 267.
Horváth A., Illyés E., Molnár Zs., Molnár Cs., Csathó A. I., Bartha S., Kun A., Türke I. J., Bagi I., Bölöni J. 2011: H5a – Löszgyepek, kötött talajú sztyeprétek. In: Bölöni J., Molnár Zs., Kun A. (szerk.): Mag-yarország élőhelyei. Vegetációtípusok leírása és határozója. ÁNÉR 2011. MTA ÖBKI, Vácrátót. pp. 174–181.
Hölzel, N., Buisson, E., Dutoit, T. 2012: Species introduction – a major topic in vegetation restoration. Applied Vegetation Science 15: 161–165. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1654-109X.2012.01189.x
Hufford, K. M, Mazer, S. J. 2003: Plant ecotypes: genetic differentiation in the age of ecological restoration. Trends in Ecology and Evolution 18(3): 147–155. DOI: https://doi.org/10.1016/S0169-5347(03)00002-8
Illyés E., Molnár Zs., Csathó A. I. 2007: Lejtősztyepek, löszgyepek, erdőssztyepek és a löszfalnövényzet jelenlegi állapota és az ahhoz vezető hatások. In: Illyés E., Bölöni J. (szerk.): Lejtősztyepek, lösz-gyepek és erdőssztyeprétek Magyarországon. Magánkiadás, Budapest. pp. 104–113.
Joó K. (2001): Kalandozás a dél-tiszántúli kunhalmokon. Természet Világa (Természettudományi Közlöny) 132(4): 184–185.
Klimešová, J., Danihelka, J., Chrtek, J., de Bello, F., Herben, T. 2017: CLO-PLA: a database of clonal and bud bank traits of Central European flora. Ecology 98: 1179. DOI: https://doi.org/10.1002/ecy.1745
Komoly C., Türei D., Csathó A. I., Pifkó D., Juhász M., Somodi I., Bartha S. 2012: Fűvetés hatása a parlag-fű (Ambrosia artemisiifolia L.) tömegességére egy tiszaalpári fiatal parlagon. Természetvédelmi Közlemények 18: 283–293.
Krauss, S. L., Sinclair, E. A., Bussell, J. D., Hobbs, R. J. 2013: An ecological genetic delineation of local seed-source provenance for ecological restoration. Ecology and Evolution 3(7): 2138–2149. DOI: https://doi.org/10.1002/ece3.595
Lencová, K., Prach, K. 2011: Restoration of hay meadows on ex-arable land: commercial seed mixtures vs. spontaneous succession. Grass and Forage Science 66: 265–271. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1365-2494.2011.00786.x
Lepš, J., Doležal, J., Bezemer, T. M., Brown, V. K., Hedlund, K., Arroyo, I. M., Jörgensen, H. B., Lawson, C. S, Mortimer, S. R., Peix, G. A., Barrueco, R. C., Ignacio, S. R., Šmilauer, P., van der Putten, W. H. 2007: Long-term effectiveness of sowing high and low diversity seed mixtures to enhance plant community development on ex-arable fields. Applied Vegetation Science 10: 97–110. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1654-109X.2007.tb00508.x
Miglécz T., Tóth K. 2011: Alkalmazható-e gyepesítés gyomok visszaszorítására? A Hortobágyi Nemzeti Parkban végzett gyeprekonstrukciók tapasztalatai. Tájökológiai Lapok 9(2): 243–259.
Mijnsbrugge, K. V., Bischoff, A., Smith, B. 2010: A question of origin: Where and how to collect seed for ecological restoration. Basic and Applied Ecology 11(4): 300–311. DOI: https://doi.org/10.1016/j.baae.2009.09.002
Molnár Zs. 1998: Másodlagos löszpusztagyepek fejlődése felhagyott szántókon II. A fajkészlet. Crisicum 1: 84–99.
Molnár Á. P. 2020: Javaslatok természetvédelmi gyeprekonstrukciók tervezéséhez két Körös–Maros közi védett terület példáján. Crisicum 11: 127–151.
Molnár, Zs., Bölöni, J., Horváth, F. 2008: Threatening factors encountered: Actual endangerment of the Hungarian (semi-)natural habitats. Acta Botanica Hungarica 50: 199–217. DOI: https://doi.org/10.1556/ABot.50.2008.Suppl.10
Mortimer, A. M., Putwain, P. D., Howard, C. L. 1993: The abundance of brome grasses in arable agriculture – comparative population studies of four species. In: Brighton Crop Protection Conference, Weeds. Proceedings of an international conference. Brighton, UK. pp. 505–514.
Oksanen, J., Blanchet, F. G., Friendly, M., Kindt, R., Legendre, P., McGlinn, D., Minchin, P. R., O’Hara, R. B., Simpson, G. L., Solymos, P., Stevens, M. H. H., Szoecs, E., Wagner, H. 2020: Vegan: Community Ecology Package. R package version 2.5–7. https://CRAN.R-project.org/package=vegan
Pärtel, M., Bruun, H. H., Sammul, M. 2005: Biodiversity in temperate European grasslands: origin and conservation. Grassland Science in Europe 10: 1–14.
Prach, K., Pyšek, P. 1994: Clonal plants – What is their role in succession? Folia Geobotanica 29: 307–320. DOI: https://doi.org/10.1007/BF02803803
Prach, K., Pyšek, P. 2001: Using spontaneous succession for restoration of human-disturbed habitats: Experience from Central Europe. Ecological Engineering 17: 55–62. DOI: https://doi.org/10.1016/S0925-8574(00)00132-4
R Core Team 2021: R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statisti-cal Computing. Development. Vienna, Austria. https://www.R-project.org/.
Ruprecht, E., Szabó, A. 2012: Grass litter is a natural seed trap in long-term undisturbed grassland. Journal of Vegetation Science 23: 495–504. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1654-1103.2011.01376.x
Sackville Hamilton, N. R. 2001: Is local provenance important in habitat creation? A reply. Journal of Applied Ecology 38: 1374–1376.
Sala, O. E., Paruelo, J. P. 1997: Ecosystem services in grasslands. In: Daily, G. C. (szerk.): Nature’s services: societal dependence on natural ecosystems. Island Press, Washington. pp. 237–249.
Török, P., Deák, B., Vida, E., Valkó, O., Lengyel, Sz., Tóthmérész, B. 2010: Restoring grassland biodiversity: Sowing low-diversity seed mixtures can lead to rapid favourable changes. Biological Conservation 143: 806–812. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biocon.2009.12.024
Török, P., Miglécz, T., Valkó, O., Kelemen, A., Tóth, K., Lengyel, Sz., Tóthmérész, B. 2012: Fast restoration of grassland vegetation by a combination of seed mixture sowing and low-diversity hay transfer. Ecological Engineering 44: 133–138. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2012.03.010
Török P., Miglécz T., Valkó O. 2015: Természetközeli állapotú gyepek szerepe az ökológiai folyamatok fenntartásában. In: Török P., Tóthmérész B. (szerk.): Ökológiai szemléletű gyeptelepítés elmélete és gyakorlata. Ökológiai Mezőgazdasági Kutatóintézet Közhasznú Nonprofit Kft. (ÖMKi), Budapest. pp. 7–10.
Tóth, K., Hüse, B. 2014: Soil seed banks in loess grasslands and their role in grassland recovery. Applied Ecology and Environmental Research 12(2): 537–547. DOI: https://doi.org/10.15666/aeer/1202_537547
Valkó O., Deák B., Kapocsi I., Török P. 2015: Gyeprekonstrukciós projektek a Hortobágyi Nemzeti Parkban. In: Török P., Tóthmérész B. (szerk.): Ökológiai szemléletű gyeptelepítés elmélete és gyakorlata. Ökológiai Mezőgazdasági Kutatóintézet Közhasznú Nonprofit Kft. (ÖMKi), Budapest. pp. 103–110.
Valkó, O., Deák, B., Török, P., Kelemen, A., Miglécz, T., Tóth, K., Tóthmérész, B. 2016: Abandonment of croplands: problem or chance for grassland restoration? Case studies from Hungary. Ecosystem Health and Sustainability 2(2): e01208. DOI: https://doi.org/10.1002/ehs2.1208
Volenec, Z. M., Dobson, A. P. 2020: Conservation value of small reserves. Conservation Biology 34(1): 66–79. DOI: https://doi.org/10.1111/cobi.13308
Walker, K. J., Stevens, P. A., Stevens, D. P., Mountford, J. O., Manchester, S. J., Pywell, R. F. 2004: The restoration and recreation of species-rich lowland grassland on land formerly managed for intensive agriculture in the UK. Biological Conservation 119: 1–18. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biocon.2003.10.020
Ward, J. H. Jr. 1963: Hierarchical Grouping to Optimize an Objective Function. Journal of the American Statistical Association 58: 236–244.
Wickham, H., Averick, M., Bryan, J., Chang, W., McGowan, L. D., François, R., Grolemund, G., Hayes, A., Henry, L., Hester, J., Kuhn, M., Pedersen, T. L., Miller, E., Bache, S. M., Müller, K., Ooms, J., Robin-son, D., Seidel, D. P., Spinu, V., Takahashi, K., Vaughan, D., Wilke, C., Woo, K., Yutani, H. 2019: Welcome to the tidyverse. Journal of Open Source Software 4(43): 1686. DOI: https://doi.org/10.21105/joss.01686
Wilson, J. B., Peet, R. K., Dengler, J., Pärtel, M. 2012: Plant species richness: the world records. Journal of Vegetation Science 23: 796–802. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1654-1103.2012.01400.x
WFO 2022: World Flora Online. http://www.worldfloraonline.org/. (Utolsó hozzáférés dátuma: 2022.12.18.).
Wódkiewicz, M., Dembicz, I., Moysiyenko, I. I. 2016: The value of small habitat islands for the conservation of genetic variability in a steppe grass species. Acta Oecologia 76: 22–30. DOI: https://doi.org/10.1016/j.actao.2016.08.001
Zólyomi, B., Fekete, G. 1994: The Pannonian loess steppe: differentiation in space and time. Abstracta Botanica 18: 29–41.
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2022 Guller Zsófia Eszter, Házi Judit, Bartha Sándor, Molnár Csaba, Purger Dragica, Szabó Gábor, Zimmermann Zita, Csathó András István
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
A folyóirat Open Access (Gold). Cikkeire a Creative Commons 4.0 standard licenc alábbi típusa vonatkozik: CC-BY-NC-ND-4.0. Ennek értelmében a mű szabadon másolható, terjeszthető, bemutatható és előadható, azonban nem használható fel kereskedelmi célokra (NC), továbbá nem módosítható és nem készíthető belőle átdolgozás, származékos mű (ND). A licenc alapján a szerző vagy a jogosult által meghatározott módon fel kell tüntetni a szerző nevét és a szerzői mű címét (BY).
