Mikrobiell biomassa och diversitet som indikatorer på

Mikrobiell biomassa och diversitet som indikatorer på avskiljningen av organiskt material och näring i våtmark för avloppsvatten. Analys av mikrobiell biomassa och diversitet har provats som indikatorer på avskiljningseffekter för avloppsvatten i våtmark. Pilotförsök med fyra olika våtmarksväxter i Kina har visat på korrelation mellan avloppsparametrar och nämnda indikatorer.

Av: Jörgen Hanaeus

För att utveckla detaljkunskapen om separation av avloppsvattenkomponenter i våtmark har mikrobiellt biomassekol (MBC) och Shannons diversitetsindex (SDI) uppmätts i substratet

hos 16 pilotvåtmarksytor. Dessa utgjordes av fyra ytor med våtmarksväxterna Phragmites australis, Hymenocallis littoralis, Canna indica och Cyperus flabelliformis respektive, i fyra replikat. Ytorna belastades satsvis med hushållsavloppsvatten under större delen av 2011.

För två av växtarterna erhölls signifikant större MBC. MBC i substratet och SDI på nivån 15-20 cm korrelerade med avskiljningen av BOD och ammonium- samt nitratkväve och kan därför bedömas vara användbara indikatorer för dessa parametrars avskiljning från avloppsvatten i våtmarker.

Artikeln

Analysen MBC, mikrobiellt biomassekol, anses ge ett mått på biomassemängden i ett substrat. Analysen SCI, Shannons diversitetsindex, mäter antalet arter och fördelningen av dessa i ett substrat så att en jämnare fördelning (mindre dominans) får ett högre värde.

Dessa mått har inte provats på avloppsvattenvåtmarker, vilket därför är ett syfte med artikeln. Vidare är förhoppningen att öka förståelsen för processer i denna våtmarksmiljö och deras effekter på avloppsvattnets näringsinnehåll.  Fyra olika växtarter Phragmites australis (bladvass), Hymenocallis littoralis(strandspindellilja), Canna indica och Cyperus flabelliformis (parasollsäv) och deras mikrobiella miljöer har testats i pilotskala.

Försök

Försöken har utförts i Guangzho, Kina, där årsmedeltemperaturen är 21 °C och årsnederbörden varierar mellan 1230 och 2491 mm varav 85 % faller mellan april och september. Sexton våtmarkssektioner i pilotskala konstruerades; vardera med ytan 2×1 m² och djupet 0,7 m. De fylldes med ett substrat av flodsand och krossad granit med diametern ca 5 mm till höjden 55 cm. Vattennivån hölls 15 cm ovanför substratet.

Fyra våtmarksarter Phragmites australis, Hymenocallis littoralis, Canna indica och Cyperus flabelliformis planterades som monokulturer med en täthet av 4 plantor per m² i mars 2011.

Avloppsvatten från en slamavskiljare som servade ett område med studentbostäder (300 pe) pumpades en gång i veckan till substratens överyta och dränerades från överkanten av motsatt sida i våtmarksbehållarna. Flödet motsvarade 28 mm/d och nominell uppehållstid blev 7 d.

Fem provtagningsomgångar för vattnet genomfördes: i mars (vår), maj och juli (sommar), oktober och december (vinter).  Vattnet analyserades map BOD₅, COD_Cr, Tot-P, löst P, Tot-N, NH₄-N och NO₃-N och reningseffekten beräknades som skillnaden mellan in- och utgående halter vid varje provtagningstillfälle.

Två provtagningsomgångar för MBC genomfördes; i juli resp december 2011 i substratets översta (0-5 cm) lager och i ett djupare (15-20 cm) lager. De fyra replikatens prover blandades och även DNA-analyser utfördes för bestämning av bakterieslag. Vidare utfördes PCR DGGE-analyser (polymer chain reaction – denaturing gradient gel electrophoresis) som ett led i diversitetsbestämningen. Även statistisk analys (ANOVA) genomfördes som ingång till korrelationsberäkningar.

Resultat

Reningseffekterna var stabila över försöksperioden mars-december och på nivån 70 % för alla växtslagen. Även om det rena växtupptaget är begränsat bidragande till näringsseparationen, skapar växterna aeroba och anaeroba miljöer i olika omfattning, men här har det inget stort genomslag på reningsresultatet.  MBC blev högst i ytskiktet för H.littoralis och C.indica. Det troddes bero på de förstnämndas höga växthastighet och de senares höga volym av bladfällning. MBC var alltid högre sommartid än vintertid.

Diversiteten (SDI) var högre i ytskiktet än i underliggande lager för alla växtarter och även högre sommartid än vintertid. Högst för C. flabelloformis. De vanligaste bakteriegrupperna  i våtmarkerna var Cyanobacteria, Proteobacteria, Chloroflexi och Acidobacteria.

Korrelationsarbetet visade att MBC korrelerade positivt med reningseffekten för BOD₅, NH₄-N och NO₃-N. Detsamma gällde för SDI och den högsta korrelationskoefficienten, 0,92, erhölls för SDI/BOD₅. Negativ korrelation på nivån – 0,8 erhölls däremot för båda indexen relativt avskiljningen av löst fosfor.

Slutsatser

Både MBC och SDI bedömdes vara gångbara som indikatorer på avskiljningen av organiskt material och kväve i avloppsvåtmarker.

Källa: Zhang, Y.¹⁾, Carvalho, P.²⁾, Lv, T.²⁾, Arias, C.²⁾, Brix, H.²⁾ & Chen, Z.¹⁾ (2016): Microbial density and diversity in constructed wetland systems and the relation to pollutant removal efficiency. Water Science&Technology  73.3, pp 679-686.

Hela artikeln går att köpa här.

Författarna från:

1)    College of Life Science, South China Normal University, Guangzhou 510631, China.

2)    Department of Bioscience, Aarhus University, Aarhus C8000, Denmark

Kontakt:  chenzhh@scnu.edu.cn