Mitigation of allelopathic effects of Empetrum nigrum on grass species by Andosol soil in comparison with non-volcanic soils

Abstract

Allelopathy is a mechanism in which plants release compounds into their environment that subsequently causes harmful effects to other organisms. The dwarf shrub Empetrum nigrum L is a species of interest in allelopathy and has been extensively studied in mainland Scandinavia as been shown to inhibit the early development of various plant species, especially fast growing herbaceous plants and affect associated soils. In the central highlands of Iceland, ecosystems are degraded due to high grazing pressures and recover slowly when protected from grazing. The allelopathic activity of Empetrum may contribute to its slow recovery. However, our understanding of Empetrum’s role in Icelandic ecosystems is limited. Icelandic ecosystems are characterized by volcanic soils, primarily Andosols, which vary significantly from non-volcanic soils in mainland Scandinavia. As a result, the allelopathic effects of Empetrum might be different in Icelandic soils compared to non-volcanic soils in mainland Scandinavia.This study is a step towards a better understanding that role by asking whether the allelopathic impact of Empetrum leaves are mitigated by Empetrum-associated soils and if the Andosols differ in that respect from non-volcanic soils. To address the research question, I conducted a bioassay experiment using Empetrum-associated Andosols from a highland site in Auðkúluheiði and non-volcanic soils from Northern-Norway and the Faroe Islands. The experiment involved evaluating the root elongation and seed germination Festuca richardsonii seeds, a fast-growing grass species in Iceland. The seeds were tested in all soils under two conditions: with and without the addition of Empetrum leaves. The germination and root elongation of F. richardsonii seeds were not affected by Empetrum-associated soils alone, contrary to predictions. Interestingly, all soils mitigated the inhibiting effects of Empetrum leaves on seed germination but no root elongation. However all soils mitigated the effects of Empetrum on both root elongation and seed germination to the same extent. This indicates that Empetrum affects the early development of fast growing grass species to the same extent in Andosols as non-volcanic soils, particularly root elanogation. The cover of Empetrum in Auðkúluheiði was found to be 11 – 25%. Considering that the results show that Empetrum mitigates its effects on both andosols and non-volcanic soils in the same way, it suggests that Empetrum could be a contributing factor to the slow recovery of ecosystems in the Icelandic North-western highlands.

Bælilíf (e. allelopathy) er hugtak sem felur í sér að plöntur losi efnasambönd út í umhverfi sitt sem hamla þroska, vöxt og lifun annarra lífvera. Krækilyng (Empetrum nigrum L.) sem hindrar vöxt, þroska og lifun annarra plantna, þá sérstaklega á fyrri þroskastigum. Það losar einnig mikið magn bæliefna í jarðveg sinn, sem veldur breytingum á samsetningu hans, örveruflóru og næringarinnihaldi. Bæliáhrif krækilyngs eru vel rannsökuð og þekkt á meginlandi Skandinavíu en enn sem komið er, er takmörkuð þekkingu á hlutverki krækilyngs í íslenskum vistkerfum sem byggja á gjörólíkum jarðvegi sem myndast í gjósku (e. tephra) og kallast Andosol. Virkni bæliefna er háð jarðvegsgerð og því er ekki víst að bæliefni krækilyngs hafi sömu áhrif í Andosol jarðvegi og það gerir í öðrum gerðum jarðvegs á meginlandi Skandinavíu. Við ofbeit á sér stað breyting á tegundasamsetningu gróðurs. Hægvaxta tegundir sem leggja hlutfallsega stórt hlutfall auðlinda sinna í framleiðslu fenólsambanda auka hlutdeild sína, eins og til dæmis krækilyng. Obeit veldur einnig margs konar breytingum á vistkerfisferlum og getur leitt til vistkerfishnignunar. Slík hnignuð vistkerfi jafna sig hægt þegar þau eru vernduð fyrir beit. Það á sérstaklega við á miðhálendi Íslands, þar sem vistkerfi virðast vera föst í hnignandi ástandi. Möguleiki er á því að krækilyng geti átt þátt í því. Í þessari rannsókn var kannað hvort bæliáhrif krækilyngs í íslenskum Andosol jarðvegi séu sambærileg bæliáhrifum þess í öðrum jarðvegsgerðum. Til að svara rannsóknarspurningunum voru lífmælingar framkvæmdar á túngvingulsfræjum (Festuca richardsonii), en túnvingull er algeng grastegund á Íslandi. Spírun og rótarvöxtur voru mæld í fimm jarðvegstegundum frá þremur löndum (Íslandi, Noregi og Færeyjum) bæði með og án krækilyngsblaða. Niðurstöður leiddu í ljós að krækilyngstengdur jarðvegur hefur lítil áhrif á bæði spírun og rótarvöxt túnvingulsfræja. Niðurstöður leiddu einnig í ljós sambærileg bæliáhrif krækilyngs í öllum jarðvegsgerðum. Til viðbótar drógu allar jarðvegsgerðir úr áhrifum krækilyngs á spírun en ekki rótarvöxt. Þessar niðurstöður gefa til kynna að krækilyng hefur sömu áhrif á fyrri þroskastig grastegunda í Íslenskum Andosol jarðvegi og það gerir í öðrum gerðum jarðvegs á meginlandi Skandinavíu, þá sérstaklega á rótarvöxt. Ennfremur var áætlað að þekja krækilyngs á Auðkúluheiði væri um 11 – 25%. Þessi þekja gefur til kynna að áhrif krækilyngs geti átt þátt í að móta vistkerfisferla og hefta bata íslenskra vistkerfa á norðvesturhálendinu eftir langvarandi beit.