Lämmastikuringega seotud mikrobioloogiliste protsesside potentsiaal põllumajandusliku reostuse eemaldamisel vabaveelises tehismärgalas

Abstract

Väetiste kasutamise suurenemine põllumajanduses avaldab ulatuslikku negatiivset mõju veekogudele, põhjaveele ning sellega seoses ka joogiveele. Üleliigsete toitainete jõudmist veekeskkondadesse on võimalik takistada või vähendada kasutades tehismärgalasid. Käesoleva magistritöö eesmärgiks oli määrata erinevate lämmastikuringe protsesside (nitrifikatsioon, dissimilatoorne nitraadi redutseerimine ammooniumiks, denitrifikatsioon, anaeroobne ammooniumi oksüdeerimine ja nitritist sõltuv anaeroobne metaani oksüdeerimine) geneetiline potentsiaal ja hinnata nende protsesside omavahelist seost ning sõltuvust keskkonnaparameetritest vabavoolulises tehismärgalas Prantsusmaal Rampilloni piirkonnas. Kümnest proovivõtukohast üle tehismärgala koguti proove viiel ajahetkel vahemikus mai 2014 kuni mai 2017. Setteproovidest eraldatud DNA-st määrati reaalaja PCR meetodil arhede ja bakterite spetsiifiliste 16S rRNA ja nitrifikatsiooni (amoA geenid), dissimilatoorse nitraadi redutseerimise ammooniumiks (nrfA geen), denitrifikatsiooni (nir ja nosZ geenid), anaeroobse ammooniumi oksüdeerimise (spetsiifiline 16S rRNA geen) ja nitritist sõltuva anaeroobse metaani oksüdeerimise (spetsiifiline 16S rRNA geen) markergeenide arvukused. Geenikoopiate arvude ja nende omavaheliste suhete puhul testiti statistiliselt oluliste seoste esinemist märgala setteproovide keemiliste ja gaasiparameetritega ning analüüsiti erinevusi märgala erinevate osade ja hooajaliste muutuste alusel. Töö tulemustest võib järeldada, et tehismärgala settekoosluses oli kõrgem bakterite 16S rRNA geenide osakaal võrreldes arhede 16S rRNA geenidega. Mõlemate geenide arvukus setetes oli ajas muutuv ning bakterite arvukuse tõus ja arhede arvukuse langus võis olla mõjutatud kõrgemate lämmastiku ja orgaanilise süsiniku sisaldustest samal perioodil. Märgalal tuvastati nii bakterite kui arhede poolne nitrifikatsiooni potentsiaal ning kui arhede amoA geenide arvukus oli märgala lõikes ühtlane, siis bakterite amoA geenide arvukus oli kõrgem märgala madalamatel aladel. 54 Dissimilatoorse nitraadi redutseerimise ammooniumiks geneetilise potentsiaali esinemist tuvastati vaid märgala kesk- ja lõunaosa setetes ning selle protsessi osakaal märgala lämmastikuringe protsessides ei olnud väga kõrge. Rampilloni tehismärgalas võib uuritud lämmastikuringe protsesside geneetilise potentsiaali alusel järeldada, et lämmastikühendite eemaldamisel on peamine roll denitrifikatsioonil, kuid teatud kõrgema veetasemega piirkondades võivad sellesse panustada ka suhteliselt hiljuti avastatud anaeroobne ammooniumi oksüdeerimine ja nitritist sõltuv metaani oksüdeerimine. Nitriti redutseerimise geneetiline potentsiaal ületas dilämmastikoksiidi redutseerimise potentsiaali, mis viitab sellele, et Rampilloni tehismärgala on N2O allikas ning mida kinnitavad ka N2O emissiooni mõõtmise tulemused. Denitrifikatsiooniga seotud nitriti redutseerimise geneetiline potentsiaal nir geenide alusel oli suhteliselt ühtlane kogu tehismärgala ulatuses, samas dilämmastikoksiidi redutseerimise potentsiaal nosZ geenide arvukuse alusel oli kõrgem madalamate märgala osade setetes. Mõlemat tüüpi nir geenid olid seotud üldlämmastiku ja orgaanilise süsiniku väärtustega ning mõlemat klaadi nosZ geenid olid seotud orgaanilise aine ja orgaanilise süsiniku väärtustega, samas erinevat tüüpi nir ja nosZ geenid olid seotud ka erinevalt keemiliste parameetritega ning nosZI ja nirK geenide arvukused olid kõrgemad madalama veetasemega märgala osas. Seega üldises plaanis ei tuvastatud suuri erinevusi erinevaid nir ja nosZ geene omavate organismide keskkonna eelistamisel, aga teatud erinevused esinevad siiski. Põllumajandusliku hajureostuse eemaldamisega seotud lämmastikuringe protsesse on tehismärgalades uuritud juba varasemalt, eriti nitrifikatsiooni ja denitrifikatsiooni, kuid mitte nii paljude protsesside koos esinemist ja seetõttu aitavad antud magistritöö tulemused kaasa vabaveeliste tehismärgalades toimuvate lämmastikuringe protsesside ja neid mõjutavate tegurite mõistmisele.