Spatial variability linking carbon resource heterogeneity and microorganisms; causes and consequences

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Organiskt kol och mikroorganismer har ofta en mycket hög spatiell variation i jorden. Dessutom är mikroorganismer ofta begränsade av mängden kol även om detta beror på den den relativa koncentrationen av kväve, fosfor och organiskt kol i systemet. Man kan dock anta att mikroorganismers biomassa och aktivitet kan samvariera med halten organiskt kol i jordar som har en förhållandevis låg halt organiskt kol i jämförelse med kväve och fosfor. I denna avhandling har jag fokuserat på samvariationen mellan mikrobiella parametrar, och miljögiftskol (polycykliska aromatiska kolväten, PAH) i ett kreosotförorenat område i Södra Sverige och naturligt löst organiskt kol (DOC) i våtmarker i Norra Sverige. Jag har också fokuserat på dessa parametrars rumsliga mönster dels för att undersöka om dom överlappar och dels för att rumsliga analyser i sig kan ge viktig informatioon om dynamiken i det underjordiska ekosystemet. Praktiska aspekter på hur dessa samband och spatiella mönster påverkar förutsättningarna för naturlig bionedbrytning av PAH ämnen och miljöriskerna med PAH ämnen diskuteras också. PAH ämnen anses vara mycket toxiska gentemot en rad olika organismer. Trots detta fanns det ett tydligt mönster där den bakteriella diversiteten, biomassan och aktiviteten var högre vid höga PAH koncentrationer. Det verkade alltså som om miljögiftskolet var en energikälla som stimulerade mikroorganismerna istället för att undertrycka dem. Genom en närmare analys av det mikrobiella samhällets sammansättning visade det sig att gram negativa bakterier dominerade vid höga PAH koncentrationer medan gram positiva bakterier och svamp påverkades negativt av PAH. Det hela kompliceras av att en gen som styr nedbrytningen av PAH molekyler och som var vanlig inom hela området, endast finns i gram postiva bakterier, vilket tyder på att en eller flera PAH nedbrytande gram positiva bakterier är vanliga inom området. De flesta uppmätta parametrar uppvisade tydligt icke slumpmässiga rumsliga mönster. Mikrobiell PAH nedbrytning å andra sidan uppvisade istället ett fullständigt slumpmässigt oförutsägbart rumsligt mönster. PAH bionedbrytning avvek också genom att den inte samvarierade med mikrobiella eller fysiokemiska markparametrar. En viktig slutsats var att en/flera ej uppmätta markparametrar simultant påverkade PAH bionedbrytningen och att det snarare var kreosoten än PAH föroreningarna som var den viktigaste kolkällan för det mikrobiella samhället. Å ena sidan visar dessa resultat att det bör finnas goda möjligheter till naturlig självrening av jorden via mikrobiell bionedbrytning. Å andra sidan blir det svårt att stimulera denna självrening eftersom de markegenskaper som påverkar PAH bionedbrytning ej kunde identifieras. I torvjorden påverkades den mikrobiella aktiviteten av vattnets flödeshastighet men inte av koncentrationen eller kvaliteten på det lösta organiskt kolet (DOC). Detta berodde troligtvis på att den mikrobiella aktiviteten i torvjorden, som består av 50-70% kol, ej var kolbegränsad. Mikrobiell aktivitet i åvattenpover uppvisade däremot ett liknande mönster som i kreosotjorden med ett tydligt beroende av DOC koncentration och DOC kvalitet, troligtvis p.g.a. att mikroorganismerna i åvattnet var kolbegränsade. Slutgiltigen så visade jag att miljörisker med PAH föroreningar var beroende av 1) den rumsliga variationen av halten organiskt kol i marken; 2) den rumsliga variationen av PAH koncentrationer och 3) val av riskmodell.