Hidrológiai Közlöny 2000 (80. évfolyam)

5-6. szám - XLI. Hidrobiológus Napok: "Vízi ökoszisztémák (taxonómia, biodíverzitás, biomonitorozás, élőhelyek frakmentációja, inváziós fajok biológiája)" Tihany, 1999 október 6-8.

339 Parti pufferzóna szerepe a folyó völgyi nitrogén-anyagcserében a Tisza mentén Oláh Mariann

1, Tóth János Attila

1, Oláh János

2, Bodea Teodóra u 1 KLTE, Ökológiai Tanszék, 4010. Debrecen, Egyeten tér 1,

2 HAKI, 5541. Szarvas Kivonat: Kulcsszavak.: A Tisza mentén hat ártéri ökoszisztémában (égerláp, holtág, kukoricaföld, mocsárrét, Populus-Salix galénaerdö és h\poreon) határoztuk meg a bakteriális denitrifikáció szezonális és vertikális elterjedését, a denitrifikáló baktérium közösség sűrűségét és a talajvíz tápanyagtartalmát két méteres mélységig. Az égerlápban tél végi, kora tavaszi és nyári maximumot találtunk, míg a galéria-erdő csak tavaszi maximumot mutatott. A denitrifikációs aktivitás mindig a felső egy méterre korlátozódott. A téli, hideghez, adaptálódott baktériumok sűrűsége 10' g"

1 felett volt, míg a nyári, nagyobb fajlagos aktivitású baktériumok sűrűségére jóval alacsonyabb értéket, 10

6 g '-ot találtunk, de mind a kettő a talaj felső egy méterére koncentrálódott. A befolyásoló környezeti tényezők közül a nedvességtartalom bizonyult a legmeghatározóbbnak Parti pufferzóna, denitrifikáció, nitrogéneltávolítás, nedvesföld. Bevezetés A felszíni és felszín alatti vizek nitrát-szennyezése - az intenziven müveit mezőgazdasági területekről - széleskörű probléma az iparosodott országokban (Strebel és mtsai, 1989). Régóta ismert tény, hogy a felszántott és erdőtlen mezőgazdasági területekről bemosódott, nagy menynyiségben alkalmazott műtrágya végső soron a vízbázisokhoz kerül (Frissel, 1978). Ma már széles körben elfogadott, hogy a vizek szennyezettségi állapotát jelentősen súlyosbítja a folyó-ártér rendszerben lezajló természetes pulTer-folyamatok (a vegetáció nitrogén-felvétele és visszatartása, a mikrobiális nitrogén-átalakítás és a denitrifikáció) eltűnése. A modem ipari mezőgazdasági tájban csak egy vékony, műveletlen, természetesen ott élő növényzettel benőtt parti sávot láthatunk a folyó és a mezőgazdasági területek között, amit puffer zónának nevezünk (Hill, 19%). Az USA-ban, Európában és Ausztráliában az elmúlt tíz évben jelentős kutatások folytak a pufferzónák nitrogén-eltávolító képességének mennyiségi és minőségi meghatározására. A mocsaraktól (Koch és mtsai, 1992; Hanson és mtsai, 1994; Seitzinger, 1994) az erdőkig (Pinay és mtsai, 1994) széles körben vizsgálták a különböző méretű és típusú megjelenési formákat. A vizsgálatok szerint jelentős mennyiségű nitrogén-eltávolítás lehetséges a növényzet nitrogén-felvételével és denitrifikációval. Az ártéri erdőkben a nitrogén-bevétel 70-90 %-os visszatartását figyelték meg (Welter és mtsai, 1994). Ezen adatok akkumulációja, valamint hasonló tanulmányok a foszfor visszatartására és anyagcseréjére vezetett oda, hogy néhány országban már meghatározott méretű és vegetációjú puffer zónák létesítése a mezőgazdasági és ipari vízgyűjtőn fontos részévé vált a fölös nitrogén eltávolítását célzó általános intézkedéseknek. Anyag és módszer A Tisza folyót kísérő pufferzónák nitrogén-eltávolító képességének mennyiségi és minőségi meghatározására vállalkoztunk. A terepmunka 1992-ben januártól decemberig tartott a Kiskunsági Nemzeti Park tőserdei területén, közel Lakitelek településhez. Ez volt az az időszak, amikor a mezőgazdaságban jelentős változások kezdődtek. Ebben az évben, az 1988-ban felhasznált 617 10

31 nitrogént tartalmazó műtrágya felhasználás 124 1 0

3 t-ra csökkent és mint következmény a folyók nitrát-tartalma is ezzel egyidőben csökkenésnek indult (Oláh és Oláh, 1996). 1. táblázat. Talajvízszint (m), talajvíz nitrát-tartalma (NOj-N mg dm ') és kora tavaszi felszíni réteg denitrifikáció (N

:ü-N /lg dm'

3 nap'), a vizsgák ökoszisztémákban Paraméter Szőlőskert Égertóp Holtig Kukorica mid Mocsér rét Galeri a erdó Hvporeon Talajvízszint, m 5-6 0-0.5 0 3-4 0.5-2 1-2 0 NOj-N, mg dm'

5 4,2-39.1 0,1-3,6 0-1,1 3,1-11,0 0,1-3,1 0,1-1,1 0,2-3,6 Denitrifikáció N

20N ng dm'

3 nap"' 2161 0,6 28,3 1182 2372 1,4 csárrét és hyporcon A mintavételi helyeken a felszín agyagos, szervesanyagban gazdag, különösen az égerlápban, a mocsárréten és a holtág-üledékben. Az ártéri nedvesfold mozaikokat a homokháti talajvíz áramlás, az áradások közvetett hatása és az esővíz felszíni elfolyása közötti összetett kölcsönhatások tartják fenn. 1968 és 1988 között 1.5 m körüli talajvízszint esést figyelhettünk meg a magyar Alföldön, ami az ártéri nedvesföldek lassú, de tartós kiszáradásának köszönhető 2. táblázat: Talaj tápanyagok (12 mérés átlaga) NedvesSzerves Total N Total N,0-N Total P Vizsgált ség C NH.-N ökoszisztéma tartalom mg g ' mgg' fgg' figdm

J mg g 1 % SJ-». sz.a. sz.a. S/H 1. I .gcr láp 69 182 4,57 22 13,8 0,13 2. Holtág 78 99 3,91 56 0.2 0,6 3, Kukorica föld 17 30 0,71 12 1,1 0,28 4, Mocsárrét 44 114 3,54 13 49,2 0,1 5, Galéria erdő 38 65 2,02 24 98,8 0,05 6. Hyporeon 22 10 0,15 10 0,5 0,19 Töserdő majdnem a magyar Alföld közepén helyezkedik el a Tiszavölgy holocén eróziós vonalán. A völgy morfológiáját és geológiáját meghatározta a pleisztocén jégkorszak, valamint a holocén eolikus és folyási folyamatok A kanyargó és vándorló holocén folyó erodálta és kimélyítette a jelenlegi széles völgyet és hordalékkal építette fel az árteret A következő hat rendszerben folytak vizsgálatok: égeres (Alnus glutinosa) láp, holtág, ártéri (Populus-Salix) galéria erdő, szántóföld, moA Kiskunsági Nemzeti Park által fenntartott 94 állandó kútból, hordozható vákuumszivattyúval nyert mintáktól határoztuk meg a nitrát koncentrációkat és a talajvízszintet. A hat ártéri ökoszisztéma fentebb említett mintavételi helyein, a talajvíz és az időlegesen létesített 20 cm átmérőjű motoros talajfúró mintavevő készülékkel fúrt lyukakban 50, 100, 150 és 200 cm-es mélységekből nyert talaj furatot analizáltuk. Mind a hat nedvesföld-rendszer felszín alatti rétegéből vett talaj vagy üledék mintában mértük a mikrobiális denitrifikáció sebességét és nagyságát kora tavasszal, részletes vertikális méréseket pedig az éger-lápban három alkalommal (február, április és július), a mocsárréten pedig egyszer (július) végeztünk. Évszakos összehasonlítások nyolc alkalommal történtek az éger-lápban és az ártéri galéria erdőben. A mikrobiális denitrifikációt az ú.n. acetilén inhibíciós eljárással mennyiségesítettük. A módszer lényege, hogy az. acetilén gátolja a denitrifikációs folyamat utolsó lépését, a N

20 redukcióját N

2-é, s az egységnyi idő alatt felhalmozódó N

20-mennyiségét gázkromatográfiásán, elektronbefogási detektor segítségével határoztuk meg (Yoshinari and Knowles, 1976). Az acetilén gátló hatása a N

20 redukciójára N

2-é nem mindig tökéletes, különösen akkor nem, ha az alacsony koncentrációban van jelen. Továbbá az acetilénnek nagyon kis koncentrációi gátolják a nitrifikációs folyamatokat is, így az acetilén inhibíciós módszerrel nyert denitrifikáció értéke mindig egy alulbecsült érték azokban a régiókban, ahol a nitrifikáció fontos nitrátforrása a denitrifikációnak. Az MPN (Most Probable Number) hígításos módszert alkalmaztuk a heterotróf denitrifikáló baktériumok számlálására. Júliusban az éger-láp mintavételi helyen az 1 m-es mélységből nyert talajmintát gazdagítási kísérletnek vetettük alá, Annak a meghatározásához, hogy az adott helyen az elekrondonor vagy az elektronakceptor, vagy esetleg mind a kettő limitálja a folyamatot, nitrátot, glükózt és nitrát plusz glükózt, valamint desztillált vizet adtunk a mintákhoz és kontroll mellett meghatároztuk a demtinfkáció nagyságát, mindenben azonos körülmények között. A denitrifikáció meghatározása után a talajmintákat 1 M-os KCl-lal rázattuk a N0

3 és NH4 meghatározása céljától. A gravimetriás talaj-nedvességtartalom meghatározását 105 °C-on történő szárításos módszerrel végeztük, A szervcsanygot pedig izzításos módszerrel határoztuk meg, A víz és talajminták kémiai analízise standard módszerekkel történt, az ammóniát a indofenolkék módszerrel, a nitrátot pedig a nátrium-szalicilátos módszerrel határoztuk meg (Felföldi, 1987)