Keurusselän denitrifikaatioaktiivisuuden ajallinen ja paikallinen vaihtelu

Abstract

Vesien rehevöityminen on maailmanlaajuinen ongelma. Ihmisen toiminnan takia ravinteita, kuten typpeä ja fosforia, kulkeutuu vesiin paljon aiheuttaen mm. massiivisia leväkukintoja ja happikatoa orgaanisen aineen hajotessa. Tämä vähentää mm. vesien virkistysarvoa sekä kaupallista arvoa. Merissä typpi on rajoittava ravinne ja suurin osa typestä päätyy meriin jokivesien mukana. Järvissä tapahtuvassa denitrifikaatiossa typpi muuttuu kaasumaiseen muotoon, mikä vähentää merien typpikuormaa. Tutkimuksessamme mittasimme denitrifikaationopeutta kolmella eri mittauspisteellä Keuruunselällä vuosien 2013 ja 2014 aikana viitenä kertana. Jaoimme aineiston vuodenajan mukaan kesään, syksyyn ja talveen. Hypoteesinä oli, että denitrifikaationopeus muuttuu vuodenajan mukaan ollen suurempaa kesällä lämpimän veden aikaan kuin talvella kylmän veden aikaan ja ollen syksyllä pienintä hyvin hapettuneen veden aikaan. Arvelimme myös, että denitrifikaationopeus on suurinta jätevedenpuhdistamon purkuputken kohdalla, sillä siellä bakteereille on tarjolla eniten ravinteita ja lämpöä. Käytimme mittauksessa isotope pairing technique-menetelmää (IPT), jossa 15N-leimattua typpeä käytetään luonnollisen denitrifikaationopeuden määritykseen. Kenttätutkimuksessa vuodenajan vaikutus oli hypoteesimme mukaisesti tilastollisesti merkitsevä: denitrifikaatio oli nopeinta kesällä ja hitainta syksyllä. Talvella denitrifikaationopeus oli hitaampi kuin kesällä, mutta nopeampi kuin syksyllä. Denitrifikaationopeudessa oli tilastollisesti merkitsevä ero myös mittauspisteiden välillä: denitrifikaatio oli nopeinta jätevedenpuhdistamon purkuputken pään läheisyydessä ja hitainta purkuputkelta ylävirtaan päin. Kehitimme myös uuden menetelmän heliumpäätiön (helium headspace) tekoon. Kehittämämme menetelmä on nopeampi ja tarkempi kuin vanha tapa tehdä päätiö.

Eutrophication of water systems is a global problem. Due to anthropogenic activities, nutrients such as nitrogen and phosphorous are accumulated in water systems, causing massive algal blooms, deoxygenation and decrease of recreational and commercial values of water systems. In the oceans nitrogen is usually a limiting nutrient, and it is mostly transported there via inland streams and rivers. In microbial-driven denitrification process nitrogen is transformed into gaseous form and removed from the water system. This makes denitrification an ideal method of decreasing the marine nitrogen load. In our study we measured the denitrification rate in 3 sampling spots at the lake Keurusselkä. Samples were taken at five different times, of which one was in the winter, when the lake was covered with ice. We divided the data into three seasons: summer, autumn and winter. The hypothesis was that the denitrification activity was to be highest in the summer due to warmest water temperature and low oxygenation, lower at winter, when the water is cold and lowest at autumn, when the lake waters are most oxygenated. We used the isotope pairing technique (IPT) with 15N-labeled nitrogen to measure the denitrification rate at given season and sampling point. We found out that denitrification rate was highest in summer, second highest in winter and lowest in autumn. In addition, denitrification rate was highest at the sampling point nearest to the wastewater treatment plant’s outlet tube. We also developed a new method for making helium headspaces. The new method is faster and more accurate than the old method.