Hidrológiai Közlöny 2010 (90. évfolyam)
6. szám - LI: Hidrobiológus Napok: „Új módszerek és eljárások a hidrobiológiában” Tihany, 2009. szeptember 30–október 2.
136 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2010. 90. ÉVF. 6.. SZ. Kulcstényezők az alga-békalencse versenyben Szabó Sándor, Kotroczó Zsolt, Vincze György, Hörcsik Zsolt, János István Nyíregyházi Főiskola Biológia Intézet H4401. Nyíregyháza, PF: 166, szabos@nyf.hu Kivonat: Az algák és az úszó (free-floating) vízinövényzet fényért és a tápelemekért folyó kompetíciójának aszimmetrikus volta magyarázatot ad arra, hogy miért hozhat lére az egyik vagy a másik csoport önstabilizáló körülményeket. Bár az úszó vízinövényzet algákra gyakorolt árnyékoló hatása nyilvánvaló, viszont nem ismerjük az algák úszó növényekre gyakorolt gátló hatásának kulcstényezőit. Bizonyítást nyert, hogy akváriumi körülmények között a púpos békalencse (Lemna gibba), mint vizsgált úszó vízinövény növekedését az egysejtű zöldalgák (Scenedesmus conspicua, Chlorella sp., Chlamydomonas sp.) erősen gátolták. A vizsgált algák a tápoldat nitrogén-, foszfor-, vas- és mangán-koncentrációját drasztikusan csökkentették, emellett a közeg pH értékét 10 fölé emelték. Ezt követően a vizsgált tápelemek visszapótlásával és a pH semlegesítéssel a békalencsék növekedése ismét helyre állt. Következésképpen a kompetícióban az algák békalencsékre gyakorolt gátló hatása a pH emelés és a tápanyagok (N, P, Fe, Mn) elvonása révén jött létre. A békalencsék növekedésgátlásában szerepet játszó öt limitáló tényező közül a nitrogénelvonás volt a legerősebb (72 %), a pH emelés volt a második (52%), majd pedig a P>Fe>Mn tápelemek elvonása (51 %, 47 %, 18 %-os növekedésgátlás). Kulcsszavak: Lemna, alga, kompetíció, tápelemek, pH. Bevezetés A békalencse fajok kedvezőnek tűnnek a szennyvíztisztító tavakban való használatra (Zirschky & Reed 1988, Alaerts et al. 1996). E növénycsoport nagy mennyiségű növényi tápanyagot képes a vízből kivonni. Biomasszájuk egyszerű módszerrel lehalászható, és számos helyen felhasználható. A folyamat során nagymennyiségű szennyező anyagtól lehet tehermentesíteni a befogadó természetes vizeket. A tórendszerben azonban intenzív vízvirágzás léphet fel. Ezen mikroorganizmusok (fonalas és egysejtű zöldalgák) mind a fényért, mind a tápelemekért folyó verseny következtében erősen gátolják a békalencsék növekedését. Emiatt ha már megszűnt az összefüggő békalencse takaró, akkor nehéz a tavat újra visszatelepíteni békalencsékkel (Zirschky & Reed 1988). Korábbi kutatásainkban vizsgáltuk az egyes mikroorganizmusok (cyanomaktériumok, zöldalgák kovaalgák) békalencsékre gyakorolt hatását, és a kompetíció alatti tápelem-dinamikát (Szabó et al. 1998, 1999, 2003, Roijackers et al., 2004). Az algák gátló hatása erősebbnek bizonyult mind a békalencse borítás mind pedig a víz tápelemkoncentráció csökkenésével. Az eredmények arra engednek következtetni, hogy az algakompetíció alatt egyes tápelemek (N, P, Fe) a békalencsék számára limitáló tényezővé válhatnak. Ennek tényleges bizonyítása a tápelem-visszapótlásos kísérletekkel vitelezhető ki, ha más egyéb zavaró hatásokat (fizikai gátlóhatás, allelopátia) teljesen ki tudunk küszöbölni. Vizsgálatainkban célunk, hogy megtaláljuk az alga-békalencse versenyben a tényleges limitáló tényezőket, valamint kimérjük ezek erősségét. Anyag és módszer A kísérlethez púpos békalencsét (Lemna gibba) használtunk. A növényeket Barkó és Smart (1985) által, kifejlesztett tápoldaton preinkubáltuk, majd NH4NO3 és K 2HP0 4 törzsoldat hozzáadásával 15 mgN f'-re és 2,5 mgP l" 1 -re egészítettünk ki. A tápoldat mikroelem ellátását Tropica oldattal biztosítottuk. A növényeket 180 pmól m' 2 s" 1 megvilágításon, 16/8 óra foto-perióduson, 25 C° hőmérsékleten preinkubáltuk. A planktonikus és epifita algákat alacsony (10-20%) borítású Lemna kultúrákról gyűjtöttünk. Az algákat a 10 napon keresztül a fenti tápoldaton és megvilágításon neveltük. Lemna-alga kukultúrák A kultúrákhoz 2 1 tápoldatot tartalmazó műanyag akváriumokat használtunk. Minden akváriumot 30 ml zöldalga szuszpenzióval inokuláltunk. A kultúrákban a kiindulási Lemna biomassza 0,lg volt. A kontroll Lem«a-kultúrákban a békalencsék optimális növekedését Szabó és mtsi. (2003) módszere segítségével biztosítottuk. Az algakezelésnek kitett Lemna kultúrákban a tenyészedények felszíne szabadon maradt, így az algák optimálisan növekedhettek. 10 napon keresztül kétnaponta mértük a békalencsék nedvestömegét, vizsgáltuk a tápoldat kémiai összetételét (pH, N, P, Fe, Mn). A kísérlet végén a békalencséket learattuk, megmértük a száraz és nedves tömegüket, a növényi mintán ICP AAS-el és Vario EL elem-analizátorral elemanalízist végeztünk (Szabó et al. 1999). Az algakezelésnek kitett tápoldatot dekantáltuk, algaszűrőn szűrtük, majd a szűrletet (48 1) tápelemvisszapótlásos kísérlethez használtuk fel. Tápelem visszapótlásos kísérlet A kísérlethez 2 l-es sötét falú akváriumot használtunk, melyben a Lema-alga kokultúrás kísérletből származó alga-kezelésnek kitett tápoldat szűrletét (21) helyeztük. Hogy megbizonyosodjunk, hogy az alga-Lemna kompetícióban egy adott tápelem (pl. N) ténylegesen mennyire limitáló, az adott tápelem kivételével az összes többi kémiai összetevő koncentrációját az eredeti BS tápoldatben levő szintre egészítettük ki. (1. táblázat). A kezelés során a tápelemeket az alábbi formában használtuk: NH NO , K HPO , FeSO , MnCl . A közeg pH értékét 4 3 2 4 4 2 ° r 0,1 M HCl és KOH oldattal állítottuk be. A kontroll kultúra tápelem-visszapótlása során a tápelemek koncentrációja a kiindulási BS tápoldatéval lett azonos. 1. táblázat. A tápelem-visszapótlásos kísérlet tápoldatainak kémiai összetétele Tápelem (mg 1"') Kezelések N P Fe Mn Kontroll 15 2.5 0.7 0.4 algakezelt * 0.17 0.011 0.009 0.002 N hiány 0.17 2.5 0.7 0.4 P hiány 15 0.011 0.7 0.4 Fe hiány 15 2.5 0.009 0.4 Mn hiány 15 2.5 0.7 0.002 pH: 10,2 15 2.5 0.7 0.4 pH: 9,6 15 2.5 0.7 0.4 Megjegyzés: * Az algakezelt oldat pH-ját 10,2-re állítottuk. Az akváriumokba 0,1 g nedves-tömegű békalencsét helyeztünk. A kultúrák tenyésztése során Szabó és mtsi. (2003) módszere révén minimalizáltuk az algák kompetitív hatását, továbbá az intraspecifkus kompetíciót. Kétnaponta mértük a békalencsék nedves-tömegét, a kísérlet végén a békalencséket learattuk, megmértük a száraz és nedves tömegüket, valamint a növények klorofilltartalmát és kémiai összetételét. Eredmények Lemna-alga kokultúrák A kontroll kultúrákban a békalencsék exponenciális növekedést mutattak (növekedési ráta 0,264 nap '). A békalencsék növekedési rátája a kezelés 6. napjáig emelkedett, majd állandó szinten maradt. (/. ábra). Az algakezelés hatására a békalencséken mért összes változó szignifikánsan (P<0,05-0.001) csökkent. Az összes klorofill tartalom (pg akvárium" 1) jelezte az algák gátlóhatását legérzékenyebben. A békalencsék növekedési rátája 55 %-kal, az összklorofill tartaloma 91 %-kal, a klorofillkoncentrációja 63 %-kal csökkent a kontrollhoz viszonyítva. A növekedési ráta a kísérlet alatt fokozatos csökkenést mutatott, és a kísérlet utolsó napján 74-%-kal volt alacsonyabb, mint a kontrollkultúráé. Az algakezelésnek kitett tápoldatokon a Scenedesmus conspicua zöldalga volt a domináns (>95 %) faj. Az algák biomasszája a kísérlet végén 292-324 mg 1"' volt a tápoldatban.
