Hidrológiai Közlöny 2005 (85. évfolyam)

6. szám - XLVI. Hidrobiológus Napok: Szélsőséges körülmények hatása vizeink élővilágára, Magyarországi kisvízfolyások ökológiai viszonyai Tihany, 2004. október 6–8.

155 Fotokémiai és bakteriális bontás hatása az oldott szervesanyagok minőségére Tóth Noémi

1

2, Szentes Gabriella

3,V.-Balogh Katalin

2 'Veszprémi Egyetem Limnológia Tanszék, Veszprém, 2MTA Balatoni Limnológiai Kutatóintézet, Tihany Veszprémi Egyetem Föld és Környezettudományi Tanszék, Veszprém Kivonat: Kísérletesen vizsgáltuk az oldott szerves szén (DOC) fotolitikus és mikrobiális bonthatóságát a Zala-folyóból 2004. augusztus 9én vett vízmintákban. A fotokémiai bontás tanulmányozásához a vízmintákat laboratóriumban egy hétig ultraibolya sugárzás hatásának tettük ki kvarc edényekben Nap szimulátor alkalmazásával. A biológiai hozzáférhetőség vizsgálatához a sterilre szűrt (0,2 Hm) vízmintához eredeti baktérium inokulumot adtunk, a lombikokat laboratóriumban négy héten át 24 °C-on sötétben inkubáltuk. A kísérletek kezdetén és végén meghatároztuk a bakterioplankton abundanciát, a DOC koncentrációt, a DOC huminanyagoknak (fulvosavak és huminsavak) és nemhuminanyagoknak tulajdonítható hányadát valamint molekulaméret összetételét. Tanulmányoztuk továbbá az eredeti víz és a kapott frakciók humin természetét optikai és fluoreszcens mérésekkel. A DOC csökkenést a mikrobiális ill. a fotolitikus bontásnak tulajdonítottuk. Eredményeink szerint a Zala-folyó vizében a bakterioplankton számára sötétben a DOC fö frakciói közül a huminsavak, a molekulaméreteket tekintve a legnagyobb molekulatömegű (> 10000 D) frakció a leghozzáférhetőbb, és eközben a szervesanyagok humintulajdonságai -mint a szín és a fluoreszcencia intenzitás- szignifikánsan nem változnak. A fotolízis közvetlen és közvetett hatására a DOC bomlása rövidebb idő alatt végbemegy, molekulatömeg összetétele változik, a szerves vegyületek tulajdonságai jelentősen módosulnak, szín- és fluoreszcencia intenzitásuk, perzisztenciájuk csökken, mely folyamatok a bakterioplankton szaporodását is stimulálják, fotolízis, bakteriális bontás, DOC, huminanyagok, molekulaméret, szín, fluoreszcencia Kulcsszavak: Bevezetés Korábbi vizsgálatok igazolták, hogy a Balaton oldott szervesanyagainak túlnyomó része allochton eredetű, és hogy a tavat ért szervesanyag terhelés fö forrása a Zala-folyó a Kis-Balaton tározókon való áthaladásnak köszönhetően. Arra is fény derült, hogy a Zala folyóból a Balatonba jutó oldott szervesanyagok (DOM) fiziko-kémiai (humin-természetü) tulajdonságai megváltoznak a tóban való tartózkodás során, mely változások hátterében elsősorban két folyamat, nevezetesen a fotokémiai és bakteriális bomlás áll (V.Balogh et al. 2003). Ismert ugyanis, hogy a Nap-sugárzás, elsősorban annak ultraibolya (UV) tartománya elősegíti mind a huminanyagok szerkezetének és molekula-tömegének, mind optikai tulajdonságainak transzformációját (Strome & Miller, 1978; Allard et al., 1994; Kulovaara, 1996). Ugyanakkor a DOM biológiai hozzáférhetősége a heterotrof baktériumok, mint fö fogyasztók számára egyértelműen függ annak kémiai összetételétől és molekulaméretétől, de természetesen környezeti tényezőktől is (Amon & Benner 1996). Utóbbi megállapítással összhangban egyenes arányosságot mutattunk ki a DOC humintermészete (Pt-szín) és biológiai hozzáférhetősége között, vagyis a DOC a Zalafolyó torkolatában jobban hozzáférhető a bakterioplankton számára, mint a Balaton Siófoki-medencéjében (Tóth et al. 2004). Nincsenek azonban ismereteink arról, hogyan változnak meg a szervesanyagok tulajdonságai az említett folyamatok következtében. Munkánk célja ezért az volt, hogy vizsgáljuk, miként változik a Zala-folyóban az oldott szervesanyagok minősége a fotokémiai és bakteriális bontás hatására. Anyag és módszer A Zala-folyóból 2004. augusztus 9-én vettünk vízmintát. A DOC biológiai hozzáférhetőségének (bakteriális bontás) meghatározásánál Servais et al. (1989) valamint Waiser and Robarts (2000) módszerét követtük. A vizet elsőként planktonhálón (50 |im), majd tridesztillált vízzel 3-szor átöblített 0,2 nm-es polikarbonát filteren sterilre szűrtük. Ebből 144 ml-t 14 párhuzamban 500 ml-es, előzőleg autoklávozott Erlenmeyer lombikokba töltöttünk, amelyekhez 16 ml baktérium inokulumot adtunk (1 : 10 arány). Az inokulum az eredeti vízmintából, izzított GF/C filteren (nominális pórusméret 1,2 |im) átszűrt víz volt. A lombikokat rázógépen 24 °Con sötétben inkubáltuk 4 hétig. A mérés során a 14 lombik tartalmát elegyítettük, csak az inkubáció alatt volt a vízminta praktikus okokból, a megfelelő keveredés biztosítása miatt külön lombikokban. A fotolitikus bontásnak kitett vízmintát előzőleg GF/5 filteren (nominális pórusméret 0,45 nm) szűrtük, majd laboratóriumban mesterségesen előállított sugárzásnak tettük ki egy hétig Nap szimulátort alkalmazva (UV-A, UV-B ill. VIS fénycsövek). Kontrollként azonos körülményeken sötétben tartott minta szolgált. A Nap szimulátorunk által kibocsátott fényintenzitások a következők: UV-B 0,260 mW cm"

2, UV-A 0,434 mW cm'

2, PAR 704 nmol m'

2 sec"

1. A PAR sugárzás intenzitásának méréséhez LI-COR, az UV sugárzáséhoz VLX 3W típusú radiométereket használtunk. Ezen intenzitásértékek megfelelnek egy átlagos nyári nap délelőttjén mérhető értékeknek. Mindkét kísérlet kezdetén és végén meghatároztuk a vízmintákban a bakterioplankton abundanciát és biomasszát epifluoreszcens mikroszkópi technikával akridinnarancs fluorokrom alkalmazásával, a mikroszkóp típusa Nikon Optiphot volt. A baktérium biomassza becslésekor kiszámítottuk a baktériumsejtek térfogatát, az abundancia értékek alapján megkaptuk az összes térfogatot, amit nedves tömegre (biomassza) számítottunk át (10

9 nm

3 = 1 mg). Mértük a kísérleti víz (összes DOC), a szervesanyagok huminanyag frakcióinak (huminsavak, fulvosavak) és molekulaméret frakcióinak DOC koncentrációját, ehhez Elementar High TOC szerves szén analizátort használtunk. A huminfrakciókat kisnyomású folyadékkromatográfiás XAD-módszerrel (Standard Methods, 1995) izoláltuk, melyhez Pharmacia oszlopot, XAD-7 gyantatöltetet és Masterflex pumpát alkalmaztunk. A méretfrakciókhoz frontális ultraszüréssel jutottunk, ehhez Amicon cellát és Millipore membránfiltereket használtunk. A membránfilterek nominális molekulatömeg cut off értéke (NMWCO) 10000, 3000, 1000 és 500 Dalton volt. Vizsgáltuk továbbá a kísérleti vízminták szervesanyagainak fluoreszcencia intenzitását Hitachi F4500 fluoreszcens spektrofotométerrel és mértük a huminanyagoknak tulajdonítható színkoncentrációt (Pt-egység) Cuthbert & del Giorgio (1992) módszere szerint Shimadzu UV 160A spektrofotométerrel. Eredmények és megbeszélésük A baktériumok abundanciájának és biomasszájának változása a bakteriális és fotolitikus bontás során Az egy hónapos inkubáció végére a baktériumok abundanciája (/. táblázat) 1,78*10

5 sejt ml '-ről 9,02*10

s sejt ml '-re nőtt, azaz a baktériumszám megnégyszereződött. Az UV hatásnak kitett vízmintákat vizsgálva érdekes eredményt kaptunk, miszerint egy hét után a kontroll mintában, amit UV fény nem ért, a baktériumszám 5,28* 10

5 sejt ml"

1 volt, míg az UV kezelés hatására az abundancia ennek több