Effects of copepods, diatoms and their interactions on denitrification in marine sediments: an experimental approach
Stock, W. (2013). Effects of copepods, diatoms and their interactions on denitrification in marine sediments: an experimental approach. MSc Thesis. Universiteit Gent, Faculteit Wetenschappen: Gent. 36 pp.
|
Thesis info:
- De Troch, Marleen, promotor
- Willems, Anne, co-promotor
- Sabbe, Koen, co-promotor
- De Troch, Marleen, co-ordinator
- Heylen, Kim, co-ordinator
|
| Available in | Author |
|
Document type: Dissertation
|
| Keywords |
Algae > Diatoms
Aquatic communities > Benthos > Meiobenthos
Chemical reactions > Denitrification
Interactions
Sediment > Soil parent materials > Marine sediments
Copepoda [WoRMS]
Marine/Coastal |
| Abstract |
Onder invloed van de menselijke activiteit is gedurende de laatste eeuw de stikstofbelasting in aquatische systemen sterk toegenomen. In kustgebieden, zoals estuaria, is de stikstoftoevoertot zelfs vertienvoudigd. Aangezien estuaria meestal stikstof gelimiteerd zijn, zijn ze bijzonder gevoelig voor een verhoogde N input. Eutrofiëring vormt tegenwoordig in veel estuaria dan ook een belangrijk probleem. Het is een complex proces, die de structuur van de estuariene gemeenschap sterk kan verstoren. Het beter begrijpen van de stikstofcyclus in estuaria onder sterk antropogene druk is daarom een belangrijke onderzoeksvraag.Denitrificatie is een anaeroob proces binnen de stikstofcyclus, die grote hoeveelheden stikstof uit estuaria kan verwijderen. Prokaryoten zetten tijdens dit proces nitriet (NO2-) en nitraat (NO3-) om tot stikstofgas (N2) en distikstofmonoxide (N2O). Terwijl stikstof een overwegend inert gas is, is distikstofmonoxide een potentieel broeikasgas en mede verantwoordelijk voor de aantasting van de ozonlaag. Dissimilatore nitraatreductie naar ammonium (DNRA) is een ander nitraat reducerende proces. Hierbij wordt nitraat omgezet naar ammonium (NH4+). Via dit anaeroob proces, wordt, in tegenstelling tot denitrificatie, de reactieve stikstof in het systeem behouden. In estuaria worden DNRA en denitrificatie voornamelijk verwezenlijkt door de benthische microbiële gemeenschap. Het belang van beide reacties is afhankelijk van zowel de fysicochemische (omgeving) als biologische factoren. Deze laatste zijn vaak minder goed bestudeerd dan de fysicochemische factoren. Er zijn dan ook weinig gegevens over het belang van diatomeeën (kiezelwieren) en meiofauna (meercelligen die door een 1 mm zeef gaan maar achterblijven op een 38 µm zeef) op de stikstoffluxen in marien sediment, niettegenstaande de hoge abundantie en het belang van beide groepen in marien sediment. Deze masterproef had als doel het belang van de kleinschalige biologische interacties tussen bacteriën, diatomeeën en meiofauna (Copepoda, Crustacea) op denitrificatie te onderzoeken. Hiertoe werden labo experimenten ingericht waarin, verschillende combinaties gemaakt werden van de verschillende organismen. Sediment, copepoden en diatomeeën werden verzameld in de Paulinapolder (Westerschelde, Nederland). Om de denitrificerende gemeenschap van het studiegebied te identificeren werden denitrificerende bacteriën van het ingezamelde sediment geïsoleerd en geïdentificeerd.Er werd verondersteld dat de kleinschalige biologische interacties, onderzocht in deze studie een belangrijke impact zouden hebben op denitrificatie. Het mechanisme hierachter zou waarschijnlijk een, door de interacties, geïnduceerde verandering in de denitrificerende bacteriële gemeenschap zijn.De isolatie campagne leverde drie denitrificerende isolaten op. Deze werden geïdentificeerd door sequenering van een fragment van het 16S gen. De drie isolaten bleken één en dezelfde soort te zijn, een Marinobacter species. Gezien er slechts één denitrificeerder geïsoleerd werd, kon de dentrificerende gemeenschap van het studiegebied niet geïdentificeerd worden. Meer denitrificerende isolaten van de Paulinapolder kunnen hoogst waarschijnlijk bekomen worden door een uitgebreidere isolatie campagne uit te voeren, met geoptimaliseerde media en isolatiecondities.Om de biologische interacties tussen diatomeeën, copepoden en bacteriën te kunnen ontrafelen werden microcosmos experimenten ingericht waarin (1) diatomeeën, (2) copepoden, (3) copepoden en diatomeeën, (4) de afvalproducten van copepoden of (5) zeewater aangerijkt met nitraat werden toegevoegd aan het sediment. Er werd tevens een blanco behandeling gemaakt door enkel gefilterd, natuurlijk zeewater aan het sediment toe te voegen.Het sediment werd zeven en een halve dag lang geïncubeerd onder twee lichtregimes (continu donker en 12u licht/ 12u donker). Bij het begin en op het einde van de incubatie werden de concentraties van de nutriënten (fosfaat, ammonium, nitraat, nitriet en silica) bepaald. Na de incubatieperiode werd het denitrificatie potentieel van elke microcosmos bepaald. Hiervoor werd een overmaat aan nitraat en glucose toegevoegd aan het sediment, overgebracht in een fles, die vervolgens anaeroob geïncubeerd werd. De snelheid waarmee het nitraat verbruikt werd en distikstofoxide die gevormd werd in de fles werden bepaald. De nitraatconsumptie was een mate voor de nitraatreductie activiteit (zowel door DNRA als door denitrificatie). De N2O productie was een mate voor denitrificatie. Gedurende de incubatieperiode (7.5 dagen) van de experimentele behandelingen verhoogden vooral de ammonium- en fosfaatconcentratie door de afbraak van organisch materiaal. Ze verschilden tevens tussen de verschillende behandelingen, maar niet tussen de verschillende lichtregimes. Er was meer ammonium en fosfaat aanwezig in de behandelingen met copepoden of deze waarbij excretieproducten van copepoden werden toegevoegd. Daaruit kon worden afgeleid dat de aanwezigheid van copepoden en hun afvalproducten leidt tot een belangrijke toename in de elementen fosfor en stikstof die zeer belangrijk en vaak limiterend zijn in estuaria.Daarnaast bleken de behandelingen ook een belangrijk effect te hebben op het denitrificatiepotentieel met name de 2O productie. De verschillen tussen de behandelingen waren veel minder uitgesproken voor de nitraatconsumptie . Hieruit kon geconcludeerd worden dat een lagere denitrificatie deels gecompenseerd werd door een hogere DNRA activiteit. Het lichtregime had geen significant effect op het denitrificatie potentieel. De N2O productie was laag in de behandelingen met extra copepoden of met toegevoegde excretieproducten van copepoden. De copepoden hadden dus een negatieve invloed op denitrificatie. De laagste N2O productie werd echter gevonden in het sediment waar zowel copepoden en diatomeeën werden aan toegevoegd. Diatomeeën op zich bleken echter geen invloed te hebben op de N2O productie, maar konden het negatief effect van copepoden op de gasproductie wel versterken. Door hun aanwezigheid en activiteit was meiofauna dus in staat om denitrificatie negatief te beïnvloeden. Deze resultaten tonen voor de eerste maal meiofauna een impact heeft op denitrificatie. De hypothese, waarin gesteld werd dat de kleinschalige biologische interacties een effect kunnen hebben op denitrificatie in marien sediment, werd hierdoor bevestigd. |
|
