Hidrológiai Közlöny 2005 (85. évfolyam)

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

177 A nitrogénkötés szerepe a balatoni fitoplankton nitrogénellátásában 'Présing Mátyás, JTom Preston, 'Kovács W. Attila, uHesham M. Shafik, 'Kenesi Gyöngyi 'Magyar Tudományos Akadémia Balatoni Limnológiai Kutatóintézete, Tihany 'isotope Biochemistry Laboratory, Scottish Universities Research and Reactor Centre, Glasgow, UK }Botany Department, Faculty of Science, Suez Canal University, Ismailia, Egypt Kivonat l

4C és 1

5N technikával meghatároztuk a nyári fitoplankton szén-, ammónium-, urea- és nitrátfelvételét. A N

2-kötést az újonnan bevezetett l

5N

2 módszerrel mértük. A felvételek fényfllggését exponenciális telftési egyenletekkel Irtuk le, amelyeket a felületegységre eső napi felvételek számítására használtunk. A kinetikai jellemzők (Ks, V^) és az oldott nitrogénformák asszimilált mennyisége alapján a felvétel preferencia sorrendje a következő volt: ammónium > urea > nitrát. Augusztusban a cianobaktériumok tömeges elszaporodásának kezdetén az ammónium felvétele volt a legnagyobb, amelyet a nitrogénkötés követett. Szeptemberben, a cianobaktérium tömegprodukció összeomlása előtt, a regenerációnak köszönhetően ugyancsak ammóniumból vettek fel legtöbbet, de ebben az esetben az urea volt a második legfontosabb nitrogénforrás A nyugati medencében, ahol a cianobaktérium tömegprodukció nagy volt, a N

2-kötés mintegy hússzorosan meghaladta az egyetlen jelentős befolyó által hozott egész nyári külső terhelést. A regenerációból származó nitrogén általában biztosltja fitoplankton nitrogénigényét, de a nyári tömegprodukciók kialakulásakor ez kevés lehet. Nyáron, amikor a külső terhelés jelentéktelen, az egyetlen forrás, amely ezt kielégítheti, a légköri nitrogén, nitrogénkötés, nitrogén- és szénfelvétel, l

5N-módszer, cianobaktérium, külső és belső terhelés. tároztuk a nyári fitoplankton ammónium-, urea- és nitrátfelvételét, l

4C technikával az elsődleges termelését, továbbá a szén és a különböző nitrogén formák felvételének és a légköri nitrogén kötésének fényfiiggését (Présing el al 1999). Az általunk kidolgozott nitrogénkötési módszerben a vízminta és a felette lévő gáztérfogat arányát úgy alakítottuk ki, hogy az utóbbiban lévő nitrogén mennyisége akkor se csökkenjen 1-2 %-kal nagyobb mértékben, ha a több órás inkubáció alatt az algák csak kötésből fedezhetik nitrogénszükségletüket. A vízminták feletti levegő 1

5N

2 dúsítását egységesen 3-5 atom% körüli értékre igyekeztünk beállítani. Ez a koncentráció a dúsítatlan levegő standarddal szemben Kulcsszavak: Bevezetés Az eredetileg foszforlimitált Balatonban, elsősorban a tavaszi hirtelen felmelegedéskor és hosszantartó meleg nyarakon - amelyek az utóbbi években rendszeressé váltak - a fitoplankton nitrogénhiánya is előfordulhat. Ezekben az időszakokban a fitoplankton megnövekedett nitrogénigényét az alapvetően belső terhelésből származó nitrogén nem, vagy csak nehezen tudja fedezni. A számukra előnyös körülmények között, nyáron - nyár végén, rendszeresen elszaporodnak a légköri nitrogén kötésére képes cianobaktériumok, amelyek ebben az időszakban a tó fitoplanktonjának döntő hányadát adják. Feltehető, hogy számottevő nitrogénkötés a nyári cianobaktérium tömegprodukciók idején akkor fordul elő, ha a redukált nitrogénformák gyakorlatilag kifogynak a vízből. Míg a többi nitrogénforma asszimilációjáról részletes és pontos ismeretekkel rendelkezünk, a nitrogénkötési a datok értékelhetősége bizonytalan. A cianobaktériumok nitrogénkötésének meghatározása a rendelkezésre álló acetilén redukciós módszer természetéből, és hangsúlyozottan nem a működtetők hibájából adódóan, többszörösen alul- vagy felülbecsülheti a valódi értékeket. A módszer elvi alapja, hogy a nitrogenáz nemcsak az elemi nitrogént redukálhatja ammóniává, hanem az acetilént is etilénné. Elméletileg feltételezhető, hogy az acetilén redukció eredményének negyede a nitrogénkötés. Ez az elméleti 4:1 arány (

Peterson and Burris 1976) azonban a körülményektől függően gyakran eltér, és akár 2 és 25 (

Hardy et al 1973), más kutatók szerint 1,9 és 27 (Seitzinger and Garber 1987) között is változhat. Érthető, ha az egyszerűbb és olcsóbb acetilén redukciós eljárást már nem sokkal felfedezése után (

Graham et al 1980), de különösen az utóbbi évtizedekben (Montoya et al 1996) csak az 1

5N

2 módszerrel kalibrálva ajánlják használni. Tömegspektrométerünket sikerült a gázminták előkészítésére és adagolására alkalmas egységekkel (Roboprep-G és Gilson Sample Changer 221) bővítenünk. Ezzel lehetővé vált, hogy hazánkban először, az algák légköri nitrogénkötését közvetlenül - a vízből történő nitrogénfelvételhez hasonlóan - l

5N

2 izotóptechnikát alkalmazva határozzuk meg. Anyag és módszer 2003-ban a vízanalitikai méréseket a Siófoki- és Keszthelyi-medence közepén vertikális mintavevővel hetente-kéthetente gyűjtött mintákból végeztük, amelyekben meghatároztuk a Balaton-víz klorofill-a, ammónium-, nitrát- és urea-koncentrációját. Hogy a fitoplankton nitrogénellátásáról a lehető legrészletesebb és pontosabb adatokhoz jussunk, augusztus és szeptember elején 1

5N alkalmazásával meghabiztonsággal mérhető, és nem igényel sokat a jelölő N

2 gázból. Az algák légköri nitrogénkötését az ún. nyomjelzéses vagy tracer módszerrel lehet meghatározni, amelyekben olyan, lehetőleg rövid inkubációs időtartamot kell alkalmazni, ahol már mérhető izotópfelvétel történik, a felvételi sebesség már állandósul, de a rendelkezésre álló nitrogén mennyisége még nem csökken szignifikánsan. A kísérletileg befolyásolható paraméterek közül az inkubációs idő hosszát a minták keverése befolyásolja legjobban. A leggyorsabban akkor állandósult a nitrogénkötés sebessége, ha a gáz hozzáadása után a mintákat kb. 1 percig kézzel intenzíven ráztuk, és a kísérlet folyamán egyedi mágneses keverőkkel folyamatosan kevertük. Balatoni kísérleteinkhez kb. 130 ml légtérfogatú DuranSchott lombikokat használtunk, amelyekbe 100 ml vízmintát töltöttünk. Az edények fedelén szilikongumival záródó adagolót alakítottunk ki, amelyen keresztül a 99 atom % gázt injektáltuk, majd a kontroliból azonnal, a mintákból pedig különböző inkubációs idők (2-6 óra) után gázmintákat vettünk. Minden alkalommal legalább 3, egyenként l-l ml térfogatú mintát vettünk, majd 12 ml térfogatú, héliummal töltött gázminta csövekbe injektáltuk. A gázmintavételeket követően a vízmintákat izzított Whatman GF/C-n azonnal leszűrtük, 60 °C-on szárítottuk és megmértük azok összes nitrogéntartalmát és l

5N %-át. A gázminták l

5N

2 dúsítását levegő standarddal szemben a Roboprep-G előkészítő és Gilson Sample Changer 221 adagoló segítségével ugyanazzal a tömegspektrométerrel határoztuk meg. Eredmények A víz fizikai és kémiai jellemzése A Balaton-víz hőmérsékletének, klorofill-a és különböző nitrogén koncentrációinak változása az előző évekéhez hasonló tendenciát mutatott. A víz hőmérséklete június-augusztusban tartósan 24-25 °C felett volt, de esetenként a 26-