Erinevate taimeliikide mõju mikrobioloogilisele metaani- ja lämmastikuringele ning CH4 ja N2O emissioonidele riimveest mõjutatud rannikul

Abstract

Rannikualad on mitmekesised ökosüsteemid, mis kujunevad mitmete tegurite koosmõjul. Oma mitmekesisuse ning varieeruvusega pakuvad nad mitmeid elutähtsaid ökosüsteemi teenuseid. Tänapäeva üha intensiivistuv inimtegevus ning kliimamuutustega kaasnevad häiringud on suurendanud mõjusid rannikualadele. Erinevad taimed mõjutavad rannikumulla mikroobikooslusi, mõjutades sealseid mikrobioloogilisi metaani- ja lämmastikuringet. Mikrobioloogiliste aineringe häiringute tagajärjel võib aga keskkonda emiteerida kahjulikke kasvuhoonegaase, nagu metaani CH4 ning dilämmastikoksiidi N2O. Käesoleva magistritöö eesmärgiks oli uurida erinevaid riimveelisi rannikualasid Lääne-Eestis ja Ida-Hiinas ning seal kasvavate taimeliikide mõju mikrobioloogilisele metaani- ja lämmastikuringele. Erinevate metaani- ja lämmastikuringe protsesside toimumise potentsiaali määrati protsessile spetsiifiliste markergeenidega. Metaaniringes osalevaid mikroorganisme tuvastati järgmiseid geene kvantifitseerides: metaani tootvaid metanogeenid (mcrA) ning metaani tarbijaid metanotroofid (pmoA). Lämmastikuringes uuriti järgnevaid protsesse: lämmastiku fikseerimine (nifH), nitrifikatsioon (bakterite ja arhede amoA), denitrifikatsioon (nirS, nirK, nosZI, nosZII), dissimilatoorne nitraadi redutseerimine ammooniumiks (nrfA), anaeroobne ammooniumi oksüdatsioon (ANAMMOX spetsiifiline 16S rRNA geen) ning täielik ammooniumi oksüdeerimine (COMAMMOX spetsiifiline 16S rRNA geen). Lisaks uuriti lämmastiku- ja süsinikuringet ühendavat nitritist sõltuvat anaeroobset metaani oksüdeerimist (n-damo spetsiifiline 16S rRNA geen). Neist nelja protsessi vaheetappides – nitrifikatsioon (k.a COMAMMOX), denitrifikatsioon, DNRA ja nitrifitseerijate denitrifikatsioon, käigus võib eralduda keskkonda kahjulikku kasvuhoonegaasi N2O-d. Keskkonnategurite mõju rannikukoosluste mikroorganismidele hinnati metaani ja naerugaasi emissioonide kontsentratsioone mõõtes kambermeetodil ning nende olulisi seoseid geeni- ning keskkonnaparameetrite vahel erinevate statistiliste meetoditega (Spearmani korrelatsioonikoefitsent, ANOVA). Antud magistritöö tulemustest järeldus, et taimed mängivad olulist rolli kasvukeskkonna kujundamises ning seeläbi kahjulike kasvuhoonegaaside heitkoguste emiteerimises. Erinevad keskkonnatingimused määrasid uurimisalade koosluse struktuuri. Keskkonnatingimused soodustasid COMAMMOX-i protsessi läbiviivate mikroorganismide aktiivsust Spartina ja Scirpuse ning kare-kaislaga katsealal, kus mikroorganismide kohastumuste eelistuste kohta rannikusetetes teatakse vähe. ANAMMOX-i suurim 43 geneetiline potentsiaal Hiina katsealadel näitas, et üleliigne lämmastik redutseeriti nii, et minimaalselt eraldus kahjulikku dilämmastikoksiidi. Hiina uurimisala keskkonnatingimused soodustasid nitrifikatsiooni toimumist, seevastu Eestis emiteerus kahjulik N2O-d peamiselt mittetäieliku denitrifikatsiooni tulemina. Uurimisalad erinesid üksteisest peamiselt üldsüsiniku protsentuaalsuse ja anaeroobsete tingimuste poolest, mis pakkus soodsat elukeskkonda just nirK geeni omavatele mikroorganismidele. Suurimad emissioonide kontsentratsioone näidati vanema Spartina alterniflora´ga kaetud alal, kus metaani eraldus võrreldes Eesti alaga märkimisväärselt ligi neli korda rohkem. Eestis täheldati suuremaid metaanikoguseid lagedalt alalt, kus dilämmastikoksiidi emiteerus rohkem hariliku pillirooga (Phragmites australis) katsealalt. Metaani tarbivate mikroorganismide aktiivsus oli seotud metaani suuremate emissioonidega. Dilämmastikoksiidi korral täheldati oluline seos taimeliigi vanuse ning biomassiga, kus nooremad taimed leevendasid kasvuhoonegaasi emiteerumist atmosfääri. Seevastu taimede puhkeperioodil tuvastati tihe konkurents protsesside läbiviimiseks vajalike substraatide vahel mikroorganismidega, mille tõttu vähenesid kasvuhoonegaasi kogused. Lämmastiku- ja süsinikuringet ühendava n-damo suurimat geneetilist potentsiaal leiti pillirooga ja lagedalt mudaselt alalt, kus eelnimetatud protsess leevendas metaanikoguste paiskamist atmosfääri. Parema kaitse tagamiseks on oluline mõista rannikualades toimuvaid protsesse ning nende seoseid erinevate keskkonnaparameetritega. Taimede potentsiaali vahendada emissioonide vooge ning risosfääris toimuv suhe väärib tähelepanu, sest see võib muuta meie arusaama, kuidas taimed reageerivad lämmastikuühendite kasvule, soolsusele, merevee tõusu või muudele kliimamuutusest intensiivistuvatele teguritele. Uued teadmised ning varasemate teadmiste kinnitused aitavad mõista, kuidas toimub keerukas ranniku ökosüsteem mikroorganismide vaatevinklist ning kuidas seda on võimalik mõjutada taimedega.