Soil crusts and disturbance benefit plant germination, establishment and growth on nutrient deficient sand

The influence of cyanobacterial soil crusts combined with mechanical soil disturbance on germination, establishment, growth and nutrition of Lepidium sativum seedlings on nutrient poor sand was analyzed under controlled conditions in a growth chamber. Marked release of nitrate and ammonia into the soil was only found in established and older (aging) crusts. Analyses of the 15N signatures of the crust and the seedling biomass revealed, that there was clear evidence that the established seedlings took up considerable amounts of the released nitrogen. This positively affected plant performance. Mechanical disturbance of the crust led to a temporal increase of nitrogen release but later to a considerable decrease of the released nitrogen components. Undisturbed crusts had a low stimulating effect on seed germination. In contrast and independent of the presence or absence of crusts mechanical soil disturbance led to significantly higher seed germination rates. It is concluded that the occurrence of small-scale disturbance events of moderate intensity at an intermediate frequency, which is the typical disturbance regime in many natural soil crust habitats, seems to be necessary for the successful coexistence of crust organisms and higher plants in nutrient poor environments.

ZusammenfassungIn einem Klimakammerexperiment wurde der Einfluß einer cyanobakteriellen Bodenkruste und gleichzeitiger mechanischer Bodenstörungen auf die Ernährung, Keimung, Etablierung, Wachstum und Ernährungszustand von Lepidium sativum-Keimlingen untersucht. Hierbei wurde festgestellt, daß nur ältere Krusten nennenswerte Mengen an Nitrat und Ammonium in das Substrat abgeben. Die Analyse der 15N-Signaturen der Lepidium-Pflanzen ergab klare Hinweise darauf, daß etablierte Keimlinge die von der Kruste abgegebenen Stickstoffverbindungen in erheblichem Umfang aufnehmen. Alle gemessenen Wachstumsparameter wurden hierdurch positiv beeinflußt. Mechanische Störung führte zwar zu einem kurzfristigen Anstieg der Stickstoff-Freisetzung der Kruste, langfristig jedoch zu einem deutlichen Absinken der Stickstoff-Freisetzung. Die Anwesenheit ungestörter Krusten wirkte sich nur wenig fördernd auf die Samenkeimung aus. Unabhängig von der Anwesenheit der Bodenkruste führten Bodenstörungen zu signifikant höheren Keimungsraten. Es kann daher gefolgert werden, daß für eine erfolgreiche Koexistenz von biologischen Krusten und höheren Pflanzen das Auftreten kleinräumiger Bodenstörungen mäßiger Intensität und mittlerer Frequenz, also Bedingungen, wie sie natürlicherweise an vielen Standorten biologischer Bodenkrusten auftreten, notwendig sind.