Die Entfernung von überschüssigem Stickstoff ist ein entscheidender Schritt bei der ökologischen Wiederherstellung eutropher Seen. Mikrobiell vermittelte dissimilatorische Nitratreduktionsprozesse in Seen stellen einen wichtigen Mechanismus zur Stickstoffentfernung dar. Seeökosysteme sind jedoch einer zunehmend komplexen und schwerwiegenden Bedrohung durch invasive Unterwassermakrophyten und Mikroplastikverschmutzung ausgesetzt.
Die Unterschiede zwischen invasiven und einheimischen Unterwassermakrophyten in Bezug auf die Sekretion organischer Wurzelsubstanz und die Stickstoffassimilationseffizienz können die dissimilatorischen Nitratreduktionsprozesse in Sedimenten verändern. Es ist offensichtlich, dass Mikroplastik die physikochemischen Eigenschaften von Sedimenten direkt verändern und indirekt die Geschwindigkeit dissimilatorischer Nitratreduktionsprozesse und die Wechselwirkungen des Systems beeinflussen kann, indem es die Gesundheit der Unterwassermakrophyten beeinflusst. Es ist jedoch nicht klar, ob die Vielfalt invasiver Unterwassermakrophyten die dissimilatorischen Nitratreduktionsprozesse in Sedimenten im Zusammenhang mit der Mikroplastikkontamination beeinflusst.
Unter der Leitung von Prof. Xing Wei hat Gao Xueyuan, ein Doktorand des Botanischen Gartens Wuhan der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, ein Kreuzexperiment zur Zugabe von Polystyrol-Mikroplastik (PS-MPs) und der Vielfalt invasiver Unterwassermakrophyten durchgeführt, um deren Auswirkungen auf die physikochemischen Eigenschaften des Sediments, die Struktur der mikrobiellen Gemeinschaft und die potenziellen Raten der verschiedenen dissimilatorischen Nitratreduktionsprozesse zu analysieren. Die Ergebnisse sind veröffentlicht im Zeitschrift für Gefahrstoffe.
Die Ergebnisse zeigten, dass Denitrifikationsprozesse empfindlicher auf die Diversität invasiver Unterwassermakrophyten reagierten als auf die dissimilatorische Nitratreduktion zu Ammonium (DNRA) und Anammox. Die Zugabe von PS-MPs schien jedoch die Wirkung der Diversität invasiver Unterwassermakrophyten auf die dissimilatorischen Nitratreduktionsprozesse zu beeinträchtigen.
Die Zugabe von PS-MPs veränderte die physikochemischen Bedingungen des Sediments erheblich, was zu einem deutlichen Rückgang des pH-Werts des Sediments, erhöhten Nitrat- und Ammoniakkonzentrationen und anderen bemerkenswerten Veränderungen führte. Darüber hinaus induzierte die Zugabe von PS-MPs Veränderungen in der mikrobiellen Gemeinschaft des Sediments.
Mit zunehmender Konzentration von PS-MPs nahm die Anzahl einzigartiger Gattungen in der mikrobiellen Gemeinschaft zu. Die endemischen Gattungen der mikrobiellen Gemeinschaft nahmen zu, die Alpha-Diversität nahm zu und führte zu einer stabileren Struktur der mikrobiellen Gemeinschaft. Die durch PS-MPs induzierten physikochemischen Veränderungen in der Sedimentumgebung schufen eine günstigere Umgebung für die Denitrifikation und verstärkten so den Wettbewerbsvorteil dieses Prozesses gegenüber DNRA weiter. Darüber hinaus hemmte die Zugabe von PS-MPs die Anammox.
Insgesamt zeigte sich, dass die Reaktion dissimilatorischer Nitratreduktionsprozesse auf die Diversität invasiver Unterwassermakrophyten prozessspezifisch war. Die Einbeziehung von PS-MPs führte jedoch zu einem nicht synergistischen Effekt, der den Ausdruck des Modelleinflusses der Diversität invasiver Unterwassermakrophyten auf dissimilatorische Nitratreduktionsprozesse schwächte.
Die Ergebnisse dieser Studie erweitern das Verständnis invasiver untergetauchter Makrophyten in Seeökosystemen und der Auswirkungen der Mikroplastikansammlung auf funktionelle mikrobielle Gemeinschaften und Stickstoffkreislaufsysteme im Sediment.
Mehr Informationen:
Xueyuan Gao et al., Beeinflusst die Vielfalt invasiver Unterwassermakrophyten dissimilatorische Nitratreduktionsprozesse in Sedimenten mit unterschiedlichen Mikroplastikarten?, Zeitschrift für Gefahrstoffe (2024). DOI: 10.1016/j.jhazmat.2024.134510