Kan in een

de

vegetatie-

successie

worden geremd

Kan in een

kal krij ke

natte

duinvallei

door een

microbiële

mat?

Jelmer Elzinga Laboratorium voor Plantenecologie Rijksuniversiteit Groningen augustus 1997 - april 1998

—- -

Dankwoord

Hierbij wil 1k Ab Grootjans bedanken voor zijn begeleiding tijdens dit onderwerp. Ook Erwin Adema heeft mij veel huip geboden. Voor de begeleiding met de microbiële technieken wil ik Hans van Gemerden en zijn AJO's Sander Heijs en Henk Jonkers bedanken. Nelly van Eck

dank 1k voor de vele watermonsters die ze heeft geanaiyseerd en ook de anderen van het lab dank ik voor de huip die ze hebben verleend. Verder wil ik mijn medestudenten bij

plantenecologie bedanken omdat ze het verblijf op het BC veraangenaamd hebben. Ook de stagiaires hebben gewenst of ongewenst mijn humeur gedurende dit onderzoek opgevrolijkt en ik vergeet ze dan ook niet.

1872 ₇₈₃₀

Rjksunhsjtejt Gronjng

BIbl,otk

KerkIaa, ₃₀ — Postbus ₁₄ 9750 AA HAREN

D69 Kan in een kalkrijke natte

duinvallei de vegetatie-successie worden vertraagd door een

microbiöle mat?

Effecten van een microbiële mat op de groei van Carex nigra en Littorella uniflora

De invloed van een microbiöle mat op de vestiging van kiemplanten

Doctoraalverslag

Door: Jelmer A. Elzinga

Begeleiders: A.P.Grootjans, H. van Gemerden Rijksuniversiteit Groningen

Laboratorium voor Plantenecologie

Augustus 1997 - april1998

Inhoudsopgave

Summary 4

DEELI ₅

Eufecten van een microbiële mat op de groei van Carex nigra en Littorella uniflora

Inleiding ₇

Hypotheses ₈

Vraagstelling ₉

Materiaal en methode ₁₀

De opstelling ₁₀

Analyses io

Watermonsters ₁₁

Microelectroden ₁₁

Bacterietellingen ₁₂

Biomassa ₁₂

Resultaten ₁₃

Watermonsters ₁₃

Microelectroden ₁₇

Bacterietelingen ₁₇

Biomassa ₁₈

Discussie ₂₀

Verandering in watersamenstelling ₂₀

Microelectrodemetingen ₂₁

Biomassa en stikstof-fosforbepaling ₂₂

Bacterietellingen ₂₃

Dc opstelling ₂₃

Conclusies ₂₄

Bijlagen ₂₅

I.!. Samenstelling watermonsters (grafieken) ₂₆

1.2. Aantallen bacteriën (grafieken) ₃₈

1.3. Diepteprofielen van de zuurstofconcentratie 40

1.4. Diepteprofielen van de redoxpotentiaal 46

1.5. Samenstelling kunstmatig grondwater ₄₉

1.6. MPN methode voor bacterietellingen ₅₀

1.7. Samenstelling media voor bacterietellingen ₅₂

1.8. Samenstelling watermonsters (tabellen) ₅₅

1.9. Aantallen bacterien (tabel) ₆₁

1.10. Stikstof/fosforbepaling ₆₂

1.11. Drooggewichten spruit en worteldelen ₆₃

2

•'

DEELII 65

De invloed van een microbiële mat op de vestiging van kiemplanten

Inleiding 67

Hypotheses 68

Vraagstelling 69

Materiaal en methode 69

Proefopzet 69

Data-analyse 70

Resultaten 71

Overleving kiemplanten 71

Abiotiek en biomassa 71

Discussie 74

Overleving kiemplanten 74

Biomassa-ontwikkeling 75

Conclusies ⁷⁶

Literatuurlijst 77

Bijlagen ⁷⁹

11.1. Overleving kiemplanten (tabel) 80

11.2. Overleving kiemplanten (grafieken) 82

11.3. Diepteprofielen van redoxpotentiaal 87

11.4. Diepteprofielen van zuurstofconcentratie 88

Sununary

In wet dune slacks a pioneer situation can exist for a long time. One of the causes for this slow-down of the succession could be the existence of a microbial mat. The upper layer of the mat, consisting of algae and cyanobacteria, develops a tough layer due to excretion of

extracellular polymeric substances. Moreover the CO2 fixation and sulfate reduction cause the pH to raise and therefore calcium carbonate is precipitating which strenghtens the top layer

still more. Due to respiration of heterotrophic bacteria the oxygen concentration in the soil is diminishing. The redox potential will decrease and sulfate will be used as an electron- acceptor. It is then reduced to toxic sulfide.

It is assumed that pioneer species can cope better with these circumstances than later species appearing in the vegetation when the microbial mat is absent. This investigation consists of two experiments.

The first one examines if growth of Carex nigra, a later species, and Littorella unWora, _a pioneer species is affected by a microbial mat. For this purpose plants of these species were grown in the glasshouse in mesocosms filled with sand with a microbial mat and without one on top. The soil was kept moist with artificial ground water. It appears as expected from literature that Littorella uniflora is leaking oxygen by the roots in the soil, a process called Radial Oxygen Loss. Although this has a positive effect on soil oxygen concentration and redox potential there is no evidence found that Littorella could grow better in microbial mats than Carex nigra. Probably this is due to the experimental design which was not reducing enough. The mineral composition of the water supply to the mesocosms changed considerably due to the influence of a pump. Oxygen caused a nitrifying process in which the ammonia in the water changed to nitrate. Instead of sulfate reducing probably nitrate was reduced in the mat which caused the redox potential to stay relatively high.

The second experiment investigated the dependence of survival of seedlings on the presence of a microbial mat. Seedling of pioneer species and later successional species were planted with there roots in tiny holes in the microbial mat while others were just put on the surface. During 15 weeks the survival of these 8 species was counted and compared to the survival in pots with only sand. Parnassia palustris appeared to be affected by the microbial mats in both treatments. Samolus valerandi was affected stronger if the seedling were put just on the surface as Centaurium littorale, Juncus alpino-articulatus and Pedicularis palustris which were only affected in this situation. Seedlings of Agrostis stolonifera, Carex oederi and Calamagrostis epigejos could establish themselves well in all situations. S. valerandi possibly caused toxic sulfide to disappear in the microbial mat by Radial Oxygen Loss but generally in the pots with microbial mats sulfide was present. In this experiment there is no clear

distinction between later and earlier successional species but more experiments are needed to clarify the role of the life history of the plants.

4

DEEL I

Effecten van een microbiële mat op de groei

van Carex nigra en Littorella uniflora

Inleiding

Tussen de duinen in Nederland liggen op veel plaatsen natte duinvalleien. Veel van deze valleien bevatten allerlei zeldzame plantensoorten. In goed ontwikkelde duinvalleien komen plantengemeenschappen voor die specifiek zijn voor kalkrijke voedselarme omstandigheden.

Vegetaties als Samolo-Littorelletum en Juncobaltici-Schoenetum zijn hier voorbeelden van Deze gebieden zijn ecologisch gezien zeer interessant omdat deze gemeenschappen in Nederland elders vrijwel niet meer worden gevonden. In de meeste duinvalleien vindt echter een successie plaats van de gewenste zeldzame pioniersoorten (Rode lijstsoorten) naar ongewenste niet-zeldzame plantensoorten (Grootjans et al., 1995); er vindt verruiging van de terreinen plaats. Op enkele plekken lijkt deze successie echter langzamer te verlopen dan op andere plaatsen. Eén van die plaatsen is de Buiten-Muy, een natte kalkrijke duinvallei op Texel. Hier lijken de pioniersoorten zich a! 75 jaar te kunnen handhaven zonder dat latere successie- soorten de vegetatie gaan overheersen. Over de oorzaken van deze successie- vertraging zijn verschillende ideeën geopperd:

Lammerts et a!., 1995 lieten zien dat successievertraging vooral optreedt in valleien die gevoed worden door kalkrijk grondwater. Dc hogere pH die het kalkrijke water veroorzaakt, bevordert de afbraak van organische stof; o.a. door de toenemende activiteit van

denitrificerende bacteriën

Hiernaast bevordert de hydrologische situatie nog een andere factor die de trage successie kan verkiaren. In kalkrijke natte duinvalleien met een pioniersvegetatie kunnen microbiele matten voorkomen. Dit complex van algen en bacteriën kan op verschillende manieren het bodemmilieu beInvloeden.

Microbiële matten

De structuur die ontstaat als microbiële organismen, zoals algen en bacteriën zandkorreltjes aan elkaar kitten, wordt een microbiële mat genoemd. De microben bovenin de mat scheiden extracellulaire polymeren (EPS) uit waardoor de zandkorreltjes aan elkaar kunnen kitten.

Hierdoor ontstaat duidelijk een versteviging van de toplaag van de bodem waardoor erosie minder kans krijgt. Een bijkomende versteviging kan ontstaan door kalkaizetting. Door CO2 fixatie en sulfaatreductie stijgt de pH bovenin tot soms we! een waarde van 10. Bij deze pH kan kalk niet meer in oplossing blijven en slaat neer (Grootjans et al., 1995).

Microbiële matten kunnen in allerlei systemen voorkomen maar groeien vooral in natte gebieden. Met name op het wad kan men grote oppervlaktes aan microbiële mat aanschouwen.

Naast dit mariene milieu kan zich in vochtige kalkrijke duinvalleien ook vaak een microbiële mat vormen.

Hoewel het meeste onderzoek aan microbiële matten in de zoute systemen is gedaan, zijn de algemene processen in de mat ook op het zoetwatermilieu van toepassing. De organismen die een microbiële mat domineren zijn onder te verdelen in een paar groepen (Van Gemerden,

1993). Bovenin zijn cyanobacterien te vinden. Deze organismen leggen koolstof vast door fotosynthese. Hierbij wordt zuurstof geproduceerd.

De cyanobacterien kunnen op deze manier overdag voedsel produceren voor heterotrofe organismen die meestal wat dieper leven (Van den Ende & Van Gemerden, 1994). Omdat deze organismen zuurstof verbruiken, kan binnen enkele millimeters de zuurstof opraken waardoor anoxische omstandigheden ontstaan. Sulfaat-reducerende bacteriën kunnen dan goed groeien. Ze gebruiken de afvalstoffen van de andere bacteriën als voedsel en sulfaat als electronacceptor, dat als gevolg daarvan in sulfide wordt omgezet. Dc sulfide wordt dan weer

door kleurloze of purperen zwavelbacteriën geoxydeerd tot sulfaat voordat het voor cyanobacterien giftige sulfide de toplaag kan bereiken (Van den Ende & Van Gemerden, 1994). Deze bacteriën bevinden zich dan ook globaal in de laag tussen de cyanobacterien en de sulfaatreduceerders. Indien er ijzer in het bodemwater is opgelost, zal bet sulfide zich met de ijzerionen verbinden tot FeS. Deze stof slaat neer en kleurt de bodem zwart. Door het reduceren en oxyderen van zwavel is er een sterke cyclus van deze stof tussen de

verschillende compartimenten.

Naast koolstof kunnen cyanobacteriën ook stikstof vastleggen, waardoor het systeem voedselrijker kan worden. Tijdens oxische omstandigheden zijn er bacteriën die ammonium, ontstaan als gevoig van de afbraak van organische stof, omzetten in nitraat: nitrificatie (Engelaar et al., 1995). Andere bactenën kunnen onder anaerobe omstandigheden dit nitraat omzetten in vluchtige stikstof (denitrificatie) waardoor het systeem weer voedselarmer wordt.

Al deze veranderingen in het milieu zouden de successie kunnen beInvloeden omdat niet alle planten aangepast zijn aan de verschillende omstandigheden die een microbiële mat veroorzaakt. Men gaat er vanuit dat pioniersoorten aangepast zijn aan een stevige toplaag, giftig sulfide en een lage nitraatconcentratie terwiji latere successiesoorten dat minder zijn.

Sommige soorten zouden zelfs de microbiële mat kunnen beInvloeden en daardoor de omstandigheden voor zichzelf verbeteren. Littorella unflora bijvoorbeeld lekt zuurstof via de wortels in de bodem (Christensen et al., 1994). Deze plant zorgt er zo voor dat er rondom de wortels een hogere redoxpotentiaal heerst waardoor nutriënten in opneembare vorm kunnen worden omgezet en giftig sulfide wordt geoxydeerd.

In dit onderzoek zal worden gekeken of microbiële matten invloed hebben op plantengroei.

Een vergelijking zal worden gemaakt tussen een zuurstoflekkende pioniersoort (Lirtorella unjflora) en een niet zuurstoflekkende soort van latere successiestadia (Carex nigra)

Hypotheses

De anaërobe omstandigheden die een microbiële mat veroorzaakt, zijn in het algemeen

ongunstig voor planten. Vooral de wortelademhaling vermindert door bet gebrek aan zuurstof, waardoor de wortels te weinig energie krijgen om nutriënten uit de bodem te halen. Sommige soorten zijn hierop aangepast. Zij kunnen zuurstof vanuit de spruit transporteren naar de wortels waardoor de nutrintenopname op peil blijft. Littorella unflora is zo'n soort.

Naast zuurstoftransport naar de wortels kan er ook zuurstof uit de wortels naar de omringende bodem weglekken. Dit wordt "Radial Oxygen Loss" genoemd. Door de zuurstof die dan rond de wortels zit kan bet wortelmilieu gunstiger voor nutrientenopname worden. Ten eerste kan ammonium met zuurstof worden omgezet in nitraat door nitrificatie (Reddy et al., 1989 en Engelaar et al.,1995). Veel planten nemen bij voorkeur nitraat op als stikstofbron in plaats van ammonium (Engelaar et al., 1995). Omdat Carex nigra voorzover bekend geen zuurstof lekt zal deze soort in de microbiële mat minder goed nutriënten op kunnen nemen en dus slechter groeien.

Door de zuurstof kan ook sulfide in de bodem worden geoxideerd tot sulfaat. Dit gebeurt in samenwerking met bacteriën omdat het proces abiotisch langzaam verloopt. Dit kan de

nutriëntenopname aanzienlijk bevorderen, want sulfide is giftig voor de meeste planten.

Aangezien van Littorella uniflora bekend is dat het een sterke zuurstoflekker is (Christensen et al., 1994), mag verwacht worden dat deze plant geen last heeft van een microbiële mat of in

8

ieder geval minder dan Carex nigra die geen zuurstof lekt. Zowel de groei als de nutrientenopname (N en/of P) zullen waarschijnlijk bij Carex nigra dan ook door de microbiele mat verminderen.

Als Carex nigra veel last ondervindt van de anoxische omstandigheden van de microbiële mat zal de plant zijn wortels bij voorkeur op de zuurstofrijkere plaatsen laten groeien. De verwachting is dus dat Carex meer wortels in het bovenste aërobe deel zal laten groeien als er een microbiële mat aanwezig is.

Vraagstelling

De hoofdvraag is als volgt geformuleerd: kan een microbiële mat invloed hebben op de successie in een kalkrijke natte duinvallei. Deze vraag kan in verschillende vragen worden opgesplitst. Dc vraag of er al bij de vestiging van planten invloeden zijn, zal in deel 2 van dit versiag worden beantwoord. In dit onderzoek wordt gekeken of een microbiële mat invloed heeft op de groei van planten. Daarvoor worden de volgende deelvragen gesteld:

Is er een effect van een microbiële mat op de massatoename van de planten?

Verandert de spruit-wortelverhouding onder invloed van een microbiële mat?

Verandert de N-P verhouding in de planten?

Zijn eventuele effecten verschillend tussen een zuurstoflekkende pioniersoort en een niet-zuurstoflekkende soort uit de latere successie?

Materiaal en methode

De opstelling

Voor het experiment zijn glazen accubakken (1 25 cm, b 18 cm, h 22 cm) gebruikt, zodat eventuele verkleuring en gasvorming gezien kunnen worden en bovendien is glas gasdicht.

Om algengroei aan de binnenkant te voorkomen zijn de bakken Iichtdicht gemaakt met een PVC afscherming. Onder in de bakken is 5 cm grind aangebracht met daarin een drainage- buisje (PVC, 0 12 mm, 3 mm gaatjes). Via de drainagebuis kan overtollig water via een bevel uit de bak stromen, waardoor het waterpeil in de bakken constant op ongeveer dezelfde hoogte als de bodem kan worden gehouden. Op bet grind is zanddicht nylon gaas gelegd om

verstopping van de drainagebuis te voorkomen. Tot 4 cm onder de rand zijn de bakken gevuld met kalkrijk zand afkomstig van bet strand van Texel. Bakken die later geen microbiële mat kregen, zijn bedekt met een zwart stukje plastic met kleine gaatjes om algengroei te

voorkomen. De andere zijn bedekt met een Iaag microbiële mat afkomstig van de Buiten-Muy op Texel.

De bakken werden bevloeid met artificieel grondwater dat qua samenstelling lijkt op het grondwater in een kalkrijke natte duinvallei (zie bijlage 1.5). Via een druppelsysteem, waarbij via kraantjes voor elke bak de druppeisneiheid was te regelen, werd geprobeerd de bakken per dag met ongeveer 0.5 literte bevloeien. De druk op de kraantjes kon hetzelfde blijven omdat ze in verbinding stonden met een lichtdichte emmer waarin m.b.v een pompje en een

overloopslang de hoogte van de waterspiegel gelijk bleef. Het pompje pompte water uit een voorraadvat van 60 liter naar de emmer, terwiji het te veel gepompte via de overloopslang terugliep in het vat.

Omdat de emmer op een verhoging stond zorgde de zwaartekracht voor de druk op de kraantjes.

Nadat de microbiële matten zich hersteld hadden, zijn ondertussen opgekweekte planten geplant. Van Littorella uniflora zijn 10 plantjes (met een gemiddeld drooggewicht van 0.21g) per bak geplant in bakken met en zonder mat. Voor Carex nigra zijn 4 planten (met een gemiddeld drooggewicht van 1 .27g) per bak gebruikt. Er zijn voor elke situatie vijf bakken gebruikt. Er waren 6 situaties, dus in totaal 30 bakken:

-kaal zand (met anti-algen plastic) B -microbiële mat M

-Carex nigra (en anti-algenpiastic) C -Littorella uniflora (en anti-algen plastic) L -Carex nigra en microbiële mat MC

-Littorella unjflora en microbiële mat ML

De bakken hebben van begin juli tot half oktober in de buitenkas gestaan, waarna ze tot de oogst eind november in de binnenkas hebben gestaan omdat het buiten te koud en te donker werd. In de kas stonden de planten onder lampen bij 15°/25° C.

Analyses

Aan de bakken zijn verschillende factoren gemeten. Er zijn watermonsters genomen uit de worteizone en bet effluent om verschillen in nutriënten in de bodem aan te tonen.

Om verscbillen in diepte-profiel te laten zien, zijn microelectrodes gebruikt waarmee zuurstofconcentratie, redoxpotentiaal en sulfideconcenteratie konden worden gemeten. Aan

10

het eind van het experiment zijn bacterietellingen gedaan en zijn de planten geoogst. De planten zijn daarna gedroogd en de NP verhouding is bepaald om te kijken naar verschillen in groei en nutrientengehaltes.

Watermonsters

Van half september tot half november zijn om de twee weken watermonsters genomen. Er zijn per bak twee monsters genomen; én in de wortelzone en één van het effluent (het water van de drainagebuis en de hevel dat uit de bak stroomt). Voor de eerste monsters waren in elke bak zogenaamde Rhizon Soil Moisture Samples geplaatst. Deze poreuze buisjes waren 10 cm

lang en zo schuin geplaatst dat ze van 0-5 cm diep in de bodem zaten. Aan bet uiteinde van de buisjes zat een slangetje waar aan het eind een naald was bevestigd. Door nu een reageerbuis

met een zelfdichtend rubber stopje vacuum te zuigen en vervolgens de naald door de stop te steken werd het water uit het buisje en de bodem gezogen.

Het effluent werd gewoon opgevangen als het uit de hevel druppelde. Omdat de hevel soms met lucht gevuld raakte, werd met een slang deze lucht uit de hevel gezogen waardoor het water weer stroomde. Als het waterniveau in de bak te laag was, werd nadat het monster van de wortelzone genomen was, het niveau verhoogd door de druppelaar verder open te zetten. Er werd van bet influent (bet water dat in de bak druppelt) ook een monster genomen om te vergelijken wat er veranderd was in de watermonsters.

Van de monsters zijn met behulp van een auto-analyzer de concentraties CO2. HC03, NH4, N01, S042 en PO4 bepaald. De resultaten zijn getoetst op significante verschillen tussen de verschillende situaties in de bakken met een niet parametrische toets. Eerst is met behulp van een Kruskall-Wallis toets gekeken of er significante verschillen waren. Vervolgens is met behuip van non-parametrische multipele comparisons volgens de methode van Dunn gekeken met a =^0.05 of voor het onderzoek relevante verschillen significant waren (Zar,

1996).

Microelectroden

Met behuip van microelectroden konden van elke bak profielen van de zuurstofconcentratie, de redoxpotentiaal en de sulfideconcentratie worden gemeten. Deze metingen zijn drie keer gedaan met een tussentijd van een maand. De microelectroden zijn dun zodat de bodem niet sterk verstoord wordt bij het meten. Met behuip van een micromanipulator konden de

elektroden tot op 0.1 mm nauwkeurig naar beneden worden gedraaid. Om niet teveel metingen te hoeven doen is van de bovenste mm, waar de grootste veranderingen optreden, om de 0.2 mm gemeten. Dieper worden de afstanden steeds groter tot van 5 cm tot 10 (12) cm elke cm werd gemeten omdat daar in bet algemeen de verschillen steeds kleiner werden.

Dc referentie-electroden die gebruikt zijn, zijn Ag/AgC1 electroden met een doorsnede van 12 mm. Deze electroden verstoren dus wel de bodem maar om dit te beperken werden ze aan de zijkant van de bakken in bet zand gestoken. Met behulp van ijkingen konden de

meetwaarden van de electroden worden omgezet in kwalitatieve gegevens. Voor meer informatie over de microelectroden zie Adema 1997.

Ter vergelijking zijn ook nog enkele metingen gedaan op Texel in de Buiten-Muy.

11

1

Bacterietellingen

Van elke situatie is een bak bemonsterd voor bacterietellingen. Met behulp van metalen buizen (0 2,5 cm)zijn monsters gestoken. Door middel van een slicer zijn de monsters

verdeeld in plakjes van 0-10 mm 10-30 mm 30-60 mm. Elk plakje is ongeveer 10 x

voorverdund in geautoclaveerd artificieel grondwater. Vervolgens is elke voorverdunning op verdunningsplaten steeds tien keer verder verdund. Op elke plaat is dit acht keer gedaan._In deze verdunningsplaten is voedingsoplossing (zie bijlage 1.7) gedaan waarin de

bacteriesoorten die geteld worden goed kunnen groeien en een indicator kunnen omzetten. Er is gekozen voor het tellen van sulfaatreduceerders en kleurloze zwavelbacterien omdat deze makkelijk zijn te tellen, omdat ze vrij goed tegen zuurstof kunnen en omdat _{ze in}

gereduceerde omstandigheden vrij veel voorkomen. Met het computerprogramma MPN.exe zijn de scores op de platen omgerekend naar aantallen bacteriën. Voor een meer uitgebreide methode zie bijlage 1.6.

Biomassa

Aan het einde van het experiment zijn de planten geoogst. Eerst is de bovengrondse biomassa afgeknipt. Vervolgens zijn met behulp van een mes de wortels van 0_- 1 cm en I - 6cm apart uit de bak gehaald. Met behulp van een zeef en water zijn de wortels vervolgens uit het _zand gespoeld. Ook de wortels dieper dan 6 cm zijn zo gescheiden van het zand en grind. Al deze verschillende onderdelen zijn gedroogd en vervolgens gewogen. Aan de hand hiervan kan bepaald worden of er ook verschillen in groei zijn opgetreden en of dit op verschillende dieptes ook gebeurd is.

De wortels en spruit zijn vervolgens weer samengevoegd en gemalen voor de bepaling van de N/P verhouding. Het stikstofgehalte is vervolgens bepaald met de Kjeldahl-methode volgens Deys. Het P-totaalgehalte is met de "blauwkleuring volgens molybdeenblauw"

bepaald.

12

•u

Resultaten

Watermonsters

Hieronder zal van elke stof die in de watermonsters is gemeten besproken worden wat de resultaten laten zien. Voor de meetwaarden wordt verwezen naar bijlage 1.8. de grafieken staan in bijlage 1.1

Co2

In bijna alle gevallen is het zo dat de CO2 -concentratie in de worteizone in de bakken met planten hoger is dan in bakken zonder planten. De verschillen zijn echter maar zelden significant. Zowel de bakken met alleen zand als de bakken met een microbiele mat hebben ongeveer dezelfde concentratie CO2 als het influent (omdat er steeds maar één meting aan het influent is gedaan kan dit niet statistisch getest worden). Wat ook opvalt is dat de bakken met Carex vaak een hoger CO2 gehalte hebben dan de bakken met Littorella maar dit is nergens significant. Deze verschi!Ien komen in de metingen van het effluent veel duidelijker naar voren. De CO2 gehaltes zijn dan nog iets hoger geworden. Er worden hier wat vaker

significante verschillen gevonden. Carex heeft het vaakst een significant hogere waarde zowel in het zand als met mat. Voor verschillen tussen pianten met en zonder microbiële mat zijn geen aanwijzingen gevonden.

HCO3

Bij bicarbonaat worden dezelfde patronen als bij de CO2 gevonden. Ook bier hebben de bakken met planten een verhoogd HCO gehalte en ook hier Carex meestal het hoogst, dat weer het meest naar voren komt in het effluent.

NH4

Het valt op dat het influent in bet algemeen zeer weinig ammonium bevat (gemiddeld 0.05 mg/I) met een enkele keer een uitschieter (16-9), terwiji in het kunstmatig grondwater 9.00 mg/i is gedaan. In de worteizone en het effluent is bet ammoniumgehalte ook Iaag en zijn geen duidelijke verschillen tussen de behandelingen zichtbaar. Er worden wel enkele significante verschillen gevonden maar deze zijn bij elke meting weer anders.

NO3

In tegenstelling tot ammonium Iaat nitraat we! duidelijk verschillen zien. In bakken met planten is het nitraat verminderd of zelfs helemaal verdwenen, terwiji het zand en de microbiële mat het nitraat nog we! in de worte!zone en het effluent hebben. Significante verminderingen worden telkens tussen zand en planten gevonden. Tussen de soorten planten worden geen significante verschillen gevonden. Bij bet zand is zowe! in de worteizone als in het effluent het gehalte nog ongeveer even hoog als in het influent. De microbiële mat ver!aagt het geha!te we! enigszins maar niet significant. Ook bij deze stof is weer geen verschil te zien tussen p!anten met en zonder biomat. Wat opvalt is dat bet influent meer nitraat bevat dan oorspronkelijk in bet water is gedaan. In bet kunstmatig grondwater zat 3.1 mg/I in en bij de metingen aan bet influent gemiddeld 30 mg/i.

P043

Ook bij PO4 verschillen de gehaltes op de verschillende meetdagen in het influent nogal. In de worteizone zijn de concentraties vrij laag. Er zijn in de worteizone geen verschillen te zien tussen de bakken. In het effluent is echter wel een verschil. De bakken met zand en microbiële mat hebben meer fosfaat doorgelaten dan de bakken met planten. Alleen tussen zand en Littorella zijn deze verschillen significant. Tussen de planten onderling is weer geen verschil.

De gehaltes liggen in de bakken zonder planten meestal rond de 0.3 mg/I wat hoger is dan in het influent (oorspronkelijk 0.0475 mg/i).

so42..

Hetgehalte aan sulfaat in het influent is vrijwel constant rond de 100 mg/I. Dit is jets minder dan de hoeveelheid die is toegevoegd aan het artificiële grondwater. In het effluent en de worteizone van alle bakken zit meestal jets meer, maar er zijn geen verschillen tussen de bakken onderling. De Kruskal-WaIlis toets liet in de meeste gevallen al zien dat er geen significante verschillen tussen behandelingen aanwezig was

14

Tabel I.!. Voor het onderzoek relevante verschillen tussen bakken in de worteizone.

De verschillen zijn significant volgens de niet-parametrische toets van Kruskal-Wallis met a—0.05

Stof datum significante verschillen

CO2 3-9 Geen

16-9 Geen

30-9 MaKMat+Carex

21-10 MatcMat+Carex, Mat<>Mat+Littorella 4-11 Zand.c'Littorella

18-11 Geen

HC03 3-9 Zand<>Carex -

ZandoCarex, ZandcLittore11a

-

-

Zand<>Carex

-

MatcMat+LittoreI1a

ZandcCarex, Zand<>Littorella

Geen 16-9

30-9 21-10 4-11 18-11

NH

16-9 Geen 30-9 Geen

21-10 Carex<>Mat+Carex 4-11 Geen

18-1 1 LittorellaoMat+Littorella

NO

ZandCarex

ZandCarex, Zand.o.Littorella Zandc.Carex, Zand<>Littorella Geen

ZandoLittore11a Zandc'.Littore11a 16-9

30-9 21-10

4-1 1 18-11

P043 3-9 Geen

16-9 Zandcz>Carex 30-9 Geen

21-10 Geen 4-11 Geen

18-11 Zandc'Littore11a

Q4__

16-9 Geen 30-9 Geen 21-10 Geen 4-11 Geen

Tabel 1.2. Voor het onderioek relevante verschillen tussen bakken in het effluent.

De verschillen zijn significant volgens de niet-parametrische toets van Kruskal-Wallis met a=0.05

Stof datum significante verschillen

CO2 3-9 CarexoMat+Carex, MatcMat+Littore1Ia, Mat+Carex'cMat+Littorella

16-9 Geen

30-9 ZandCarex, Mat<>Mat+Carex 21-10 MatcMat+Carex

4-11 Zandc.Carex, Mat<>Mat+Carex

18-1 1 Zand<>Carex, Mat<>Mat+Carex HCOI 3-9 Zand<>Carex

Zand<>Carex

ZandcCarçMat<>Mat+Carex ZandczCarex, Mat<>Mat+Carex ZandoCarex, Mat<>Mat+Carex ZandoCarex, Mat<>Mat+Carex 16-9

30-9 21-10 4-11 18-11

NH ³⁹ G

-

16-9 Geen

30-9 Zandc>Carex 21-10 Carexcz>Mat+Carex

--

4-11 Carexc'Littorella

18-11 Geen

iQ

16-9

ZandCar,and<>Littore11a

30-9 21-10 4-11 18-11

Zand<>Carex. Zand<>Littorella Zand<>Littorella

-Zand<>Carex,Zand<>Littore I Ia Zand<>Carex. Zand<>Littorella

PQ_

- 16-9

Zand<>Littorella, Mat<>Mat+Littorel I a Zand<>Littorella

ZandoLittorella ZandcLittore1Ia

-

30-9 21-10

4-11 MatoMat+Littorella

18-11 Geen 3-9 Geen 16-9 Geen 30-9 Geen Geen Geen

Mat<>Mat+Carex 21-10

4-11 18-1 1

16

Microelectroden

De resultaten zullen worden besproken aan de hand van de grafieken in bijiage 1.3_{en 1.4.}

Zuurstof

Doordat de ijking van de elektrodes bij de metingen van 9-9 niet goed is gegaan en omdat de bakken door storing in de watertoevoer vrij droog waren zullen deze metingen niet worden besproken. In bijiage 1.3 worden de metingen van 23-10 en 19-1 1 getoond. In de eerste centimeter zijn tussen de bakken met en zonder microbiële mat verschillen te zien. Aan het opperviak worden bij een mat hogere zuurstofwaarden gevonden. Bovendien _{gaan in de} bakken met mat deze waardes sneller naar nul. Het gehalte wordt als nul beschouwd als de waardes op ongeveer hetzelfde niveau blijven. Door verschuiving van de gevoeligheid _{van de} meetapparatuur is de gemeten nulwaarde vaak anders dan nul.

Dieper dan 1 cm zijn er alleen nog verschillen met bakken met Littorella. In deze bakken_gaat de zuurstofconcentratie enorm fluctueren. Er zijn uitschieters tot ongeveer dezelfde waarde als boven in het profiel. De fluctuaties zijn het kleinst in de bakken met microbiële mat. In deze bakken gaat de zuurstof concentratie bovenin bij ±4 mm naar nul om na 10 mm te gaan fluctueren. Er is steeds gemeten met twee verschillende microelectroden. De profielen _van deze twee komen telkens goed overeen.

Redoxpotentiaal

Voor de redoxpotentiaal zullen ook alleen de metingen van 23-10 en 19-11 worden beschouwd. In bijlage 1.4 staan de grafieken.

Er zijn niet veel grote verschillen tussen de bakken geconstateerd. Wat wel opvalt is dat in de bakken met Litrorella de redoxpotentiaal niet daalt en soms zelfs iets lijkt te stijgen. Meestal was het redoxprofiel bij Littorella jets schokkerig. In alle bakken bleef de redoxpotentiaal ondanks een vaak dalende lijn toch vrij hoog. Bovenin liggen de potentialen rond de 400_mV, onderin komt de potentiaal nauwelijks lager dan 250 mV.

Sulfide

In geen van de bakken is sulfide aangetroffen.

Bacterietellingen

Omdat van elke situatie maar één bak is bemonsterd, kon niet statistisch getoetst worden. De resultaten geven dus vooral een indicatie van het aantal bacteriën onder de verschillende omstandigheden. In bijiage 1.2 staan de resultaten van bijiage 1.9 grafisch weergegeven. In de bakken zonder microbiele mat zitten minder sulfaatreducerende bacterien. Toch zitten in de bak met Carex tot 55000 bacteriënlcm3. Dit is ongeveer net zoveel ais in bakken met

microbiële mat en Littorella. In bakken met microbiële matten zitten in de bovenste 10_{mm de} meeste sulfaatreduceerders.

Kleurloze zwavelbacteriën zijn maar in drie bakken gevonden waarvan twee met microbiele mat.

— spruit

wortels bovengronds 0-1 cm

1-6 cm

—

Biomassa

Uit de meetgegevens aan de drooggewichten van de planten (zie bijiage 1.11 en figuur I. 1) blijkt duidelijk dat Carex meer biomassa heeft geproduceerd. Van een verschil in groei van de hele plant of gedeeltes onder invloed van een microbiële mat is bij Carex geen enkele

aanwijzing gevonden. Bij Littorella worden wel verschillen gevonden. Het gewicht van de spruit is significant lager in bakken met microbiele mat. Ook het totaalgewicht is lager en de verdeling spruit/wortel is afgenomen.

De verdeling van biomassa van de wortels over verschillende dieptes is voor de soorten verschillend, maar de microbiële mat zorgt niet voor een verschuiving van wortels.

Er zijn enkele verschillen in stikstof- en fosforgehaltes gevonden (figuur 1.2). Zie voor de waardes bijlage 1.10. Alleen tussen de soorten zijn significante verschillen aanwezig bij het fosfor en stikstofgehalte. Littorella bevat meer stikstof dan Carex. Voor fosfor geldt dat Littorella alleen in de microbiële mat significant meer fosfor bevat dan Carex.

Dc NIP verhouding is echter voor drie behandelingen hetzelfde. Alleen de Littorella in de microbiële mat heeft significant een lagere NIP waarde vergeleken met de Littorella in het zand.

15

I0 a)

5

.2 ⁰

a)a) a)0 0

15 20

25

Carex Mat + Carex Littorella Mat + Litt.

Figuur 1.1 Biomassa van de planten in de verschillende bakken. De gemiddeldes van de verschillende plantendelen in steeds vijf bakken zijn weergegeven.

18

4-w -ca) D)

— stikstof

j fosfor

0.30

0.25

0.20

0.15

0.10

0.05

0.00

Figuur1.2. Het stikstof en fosforgehalte van de planten. De gemiddeldes en de standaarddeviaties van telkens vijf bakken zijn weergegeven.

Carex Mat + Carex Littorella Mat + Litt.

Discussie

Verandermg in watersamenstelling

In dit hoofdstuk wordt geprobeerd de waarnemingen te verkiaren ook a! zijn niet alle verschillen significant. Omdat bij CO2. HC03 en nitraat de grafieken (bijiage 1.1) bij elke waarneming dezelfde trends laten zien, is dit een sterke aanwijzing dat de verschil!en wel reëel zijn.

De verhoogde CO2 gehaltes bij de planten worden veroorzaakt door de ademhaling van de wortels. In het effluent is daarom ook het CO2 gehalte hoger dan in de worteizone, omdat dat water langer rondom de wortels is geweest en omdat zich onderin de meeste wortels

bevonden. Dit b!ijkt uit de bepalingen van het drooggewicht van de wortels na de oogst. Uit deze metingen blijkt ook dat Carex veel meer wortels heeft dan Littorella. Dit verklaart waarom er in de bakken met Carex meer CO2 wordt gevonden dan bij Littorella.

Een microbiële mat heeft geen invloed op het CO2 gehalte en dus niet op de worte!ademhaling.

Voor HC03 geldt precies hetzelfde als voor CO2 ^. Deze stoffen zijn namelijk gekoppeld via de evenwichtsreactie CO2 + H20 HC03 + H.

Het influent bevatte veel minder ammonium bevat dan de bedoeling was, omdat het ammonium in de oplossing wordt omgezet in nitraat. Dit gebeurt pas a!s het voorraadvat met de oplossing een tijdje onder de pomp heeft gestaan; verse oplossing bevat nog we! voldoende ammonium en nitraat. De pomp zorgt ervoor dat er voortdurend Iucht in de oplossing wordt gepompt, waardoor er een overmaat aan zuurstof oplost die de ammonium oxydeert, vo!gens de volgende reactievergelijkingen:

NH4 +02 4 N02 NO2 +02 =N03

Deze nitrificatie kan a!Ieen door bacteriën worden uitgevoerd. De eerste stap door Nit rosomas, de tweede stap door Nitrobacter. Dc omstandigheden in de voorraadvaten, 25° C, vee!

zuurstof en het continu gevuld zijn van de vaten, bevorderen waarschijn!ijk de groei van de bacteriën. Licht dat het vat kan binnendringen zorgt er misschien voor dat algen organische stof produceren waar de nitrificerende bacterien van kunnen leven. Dc extra hoevee!heid N03 (±27 mg/i) die hierdoor is ontstaan in het influent, komt overeen met het aantal mM NH4 dat verdwijnt (±0.4 mM). 27 mg N03 =0.43 mM.

Hoewel de bakken hierdoor te veel nitraat hebben gekregen, zijn er toch steeds

weerkerende trends in de metingen. Dc bakken met zand doen niets met de NO3- waardoor het gewoon weer uitspoe!t. Er vindt dus geen denitrificatie plaats in het zand. Dc microbië!e mat doet wel wat met de N03. Er vindt hier waarschijnlijk we! denitrificatie plaats. Toch _{zou ook} vast!egging van nitraat in biomassa van de mat de vermindering kunnen verk!aren, want de omstandigheden in de bakken zonder mat zijn in de diepte vrijwel hetze!fde zoals blijkt uit de microe!ectrodemetingen. Metingen aan denitrificerende bacteriën en aan stikstof ,dat de bakken als gas verlaat, zouden hier uitsluitsel over kunnen geven.

Planten nemen het nitraat we! op. Er is echter geen verschil tussen p!anten met microbië!e mat en zonder. In beide bakken wordt vrijwel aI!e nitraat opgenomen. Uit de oogst blijkt dat er

geen stikstofdeficiëntie is opgetreden. Of er misschien door de extra zuurstof, ingebracht door wortels, denitrificatie optreedt zou wederom uit tellingen van denitnficeerders of gasmetingen moeten b!ijken.

Omdat de toevoer van fosfaat zeer onregelmatig is verlopen, wat blijkt uit de metingenaan 20

het influent, kunnen geen harde uitspraken worden gedaan. Wel lijkt het alsof de planten fosfaat hebben opgenomen, wat men ook zou verwachten, en het zand en de microbiële mat de fosfaat gewoon laten lopen. Over het fosfor-gehalte in de planten zal in het hoofdstuk over de oogst worden gesproken.

Uit de metingen aan sulfaat in de watermonsters zijn geen verschillen tussen de

verschillende bakken gebleken. Dit is niet wat op grond van de theorie over microbiële matten wordt verwacht. Men verwacht dat in een microbiële mat sulfaatreducerende bacteriën sulfaat reduceren tot sulfide en de sulfaatconcentratie afneemt. Een gedeelte van de ontstane sulfide zou door zwavelbacteriën weer in sulfaat kunnen worden omgezet. Dc zwavelbacteriën zitten echter vaak in het profiel boven de sulfaatreduceerders en omdat het water van boven naar beneden door het profiel loopt, verwacht men dat er toch een vermindering van de sulfaat optreedt en sulfide ontstaat. Dc sulfidemetingen hebben geen sulfide in de bakken aangetoond.

Uit deze gegevens zou men kunnen concluderen dat er geen sulfaatbactenën aanwezig waren.

Uit de bacterietellingen blijkt inderdaad dat er naar verhouding weinig sulfaatreducerende bacteriën in de mat aanwezig waren.

Micro-electrodemetingen

De gegevens van de electrodemetingen zijn niet statistisch getoetst. Hiervoor waren de

gegevens niet constant genoeg door fluctuaties in de meetapparatuur. Omdat er toch duidelijke trends in de resultaten te zien zijn, kunnen er wel conclusies uit worden getrokken.

Zuurstof

Een microbiële mat verandert de omstandigheden in de bakken wat betreft zuurstof maar weinig. Alleen in de bovenste cm treden veranderingen op.

Ten eerste ontstaat er door de ademhaling van algen zuurstof aan het oppervlak. Dit kan zelfs zo veel zijn dat de 100% verzadiging van water voor zuurstof ruimschoots wordt overschreden. Deze ligt bij 25 C op 257.5 pmol/l.

Ten tweede gaan de waardes in de bakken met microbiële mat sneller naar nul. Dit hoeft voor de planten weinig te betekenen, tenzij de planten vooral in de eerste millimeters hun wortels hebben. Dit is echter niet het geval zoals bij de bepaling van de biomassa naar voren komt. In de diepere delen zijn geen verschillen meer tussen het zand en de microbiële mat.

Zeer opvallend zijn de bewijzen voor lekkage van zuurstof door Littorella met de wortels.

Door deze radial oxygen loss wordt het zuurstofprofiel na een diepte van 1 cm zeer onregelmatig. Er komt op sommige plekken veel zuurstof in het profiel tot soms dezelfde waarden als bovenin. In bakken zonder microbiele mat is deze onregelmatigheid groter. Dit is ook wel logisch, want in een microbiële mat zullen zich meer zuurstofconsumerende bacterjen bevinden die de zuurstofpieken afvlakken. De veronderstelling dat Carex nigra geen

zuurstoflekker is, is juist want anders zou ook bij deze plant wel onregelmatigheid in het profiel optreden.

Redoxpotentiaal

De redoxpotentialen in de bakken zijn over het algemeen erg hoog vergeleken met de potentiaal in een natuurlijke mat. Waarschijnlijk komt dit omdat de opstelling niet geschikt was voor de groei van de microbiële mat. Zie hiervoor het hoofdstukje over de opstelling.

Ondanks dit is de invloed van de zuurstoflekkage van Littorella wel te zien. In bakken met Littorella daalt de redoxpotentiaal niet of stijgt zelfs een beetje en ook het onregelmatige van het zuurstofprofiel is nog terug te zien in het profiel van de redoxpotentiaal.

21

Sulfide

Doorhet ontbreken van gereduceerde omstandigheden is het niet waarschijnlijk dat er veel sulfaat in sulfide wordt omgezet. Dit verklaart ook waarom er met de sulfide-electrode geen sulfide is gevonden.

Biomassa en stikstof-fosfor bepaling

Uit de gegevens blijkt dat Carex geen last heeft van een microbiële mat maar Littorella wel.

Dit komt niet overeen met wat wordt verwacht. De vermindering in groei van Littorella in de microbiële mat Iigt grotendeels aan een verminderde spruitgroei. Deze negatieve invloed van een microbiële mat op de groei van Littorella zou echter wel eens niet waar kunnen zijn. In de bakken met gewoon zand is namelijk een anti-algenmatje gebruikt waardoor wortels van uitlopers niet in de bodem groeiden maar op het matje bleven liggen. Het is mogelijk dat de wortels op deze manier voordelen ondervonden door een hogere temperatuur, een betere positie t.o.v. de toevoer van nutriënten via het influent of door meer zuurstof. Het kan dus zijn dat de anti-algenmat een positief effect op de groei van Littorella heeft gehad waardoor het lijkt alsof de microbiële mat een negatieve invloed heeft. Er zou een man ier moeten

worden gevonden om dit eventuele effect te voorkomen.

Dc microbiële mat heeft geen invloed gehad op de verdeling van wortels over de diepte. Er is geen bewijs gevonden dat de wortels vooral bovenin groeien, dus de iets diepere penetratie van zuurstof in het profiel van een bak zonder microbiële mat biedt geen voordelen.

Dc N/P verhouding kan iets zeggen over nutriënten limitatie. N of P gebrek kunnen ermee aangeduid worden. Een verhouding onder de 14 zou volgens Koerselman & Verhoeven, op N-deficiëntie wijzen. Volgens Pegtel et a!., 1996, is een verhouding van 10:1 echter een gemiddelde waarde in allerlei plantensoorten. Als dit getal als basis wordt genomen is in deze proef geen sprake van een stikstof tekort aangezien alle waardes rond de 10 liggen.

Koerselman & Verhoeven nemen een waarde van 16 als indicatie voor P tekort. Dit is in ieder geval niet het geval bij de planten.

De P en N worden echter niet onafhankelijk van elkaar opgenomen. Een gebrek in de ene nutrient kan niet tot uiting komen in de verhouding als de andere nutrient ook minder wordt opgenomen (Pegtel et a!., 1996). Daarom moet ook naar de nutriëntengehaltes apart worden gekeken. N en P gehaltes liggen voor o.a. Carex nigra in resp. De ranges 0.5-1.8% en 0.07- 0.24% (Pegtel et al., 1996). De gevonden waarden wijzen dus niet op dig tekort.

Toch zijn er wel verschillen tussen de soorten bakken. Littorella bevat zowel in het zand als in de mat meer fosfor en stikstof. Blijkbaar kan Littorella onder beide omstandigheden de

nutriënten beter opnemen dan Carex. Carex heeft echter wel meer biomassa geproduceerd dus een echt gebrek treedt niet op. Dc N/P verhouding voor Littorella in de microbiële mat is hoger dan die voor Litorella in het zand. Aangezien de geproduceerde biomassa in de mat lager is kan dit toch wijzen op een P gebrek. Dit is niet wat verwacht werd; omdat Littorella een pioniersoort is, was juist verwacht dat Carex het minder goed zou doen met microbiCle mat.

22

-I

Bacterietellingen

De bacterietellingen geven aan dat er zich in de bakken zonder microbiële mat weinig

bacteriën bevonden. Toch bevatte vooral de bak met Carex nogal wat bacteriën. Dit is niet zo verwonderlijk, want de zuurstofprofielen geven ook immers a! aan dat zich jets dieper in de bakken zonder mat ook een anaerobe situatie beyond. In de bakken met microbiële mat bevonden zich de meeste sulfaatreduceerders in de bovenste 10 mm. Dit komt overeen met metingen aan microbiële matten in mariene systemen waar de meeste bacteriën in de bovenste

5 mm zaten (Van den Ende & Van Gemerden, 1994).

In bakken met Littorella bevonden zich onderin weer veel minder sulfaaatreduceerders. Dit komt waarschijnlijk omdat Littorella zuurstof Iekt, waardoor de zuurstofconcentratie en de redoxpotentiaal omhoog gaan en de sulfaatreducerende bacteriën er zich niet meer

thuisvoelen.

Naar verhouding zijn er weinig sulfaatreducerende bacteriën gevonden. Dit verklaart misschien ook waarom er geen sulfide is gevonden met de microelectroden. Er was in de bakken ook weinig zwarte neersiag van FeS te zien. Omdat er blijkbaar weinig sulfide is geproduceerd, is het verklaarbaar waarom er bijna geen kleurloze zwavelbacterien zljn gevonden.

De opstelling

De opstelling is nog niet helemaal goed om een homogene kalkrijke natte duinvallei te simuleren.

Ten eerste liepen de druppelaars niet regelmatig en per bak niet gelijk zodat de

omstandigheden per bak niet hetzelfde waren. Vooral toen de opstelhng naar de kas was verhuisd gingen de druppelaars onregelmatig lopen. Misschien kwam dit door

temperatuurgevoeligheid van de kraantjes of de vorming van neerslag in de druppelaars.

Ten tweede werkte het hevelsysteem niet goed. Vaak kwam er !ucht in de buis waardoor de afvoer njet werkte. Vooral als een bak te weinig water kreeg door een verstopte druppelaar raakte de hevel leeg. Als dan de watertoevoer weer werd verhoogd, kon de hevel het water niet meer afvoeren. In de kas werd dit erger omdat er meer verdamping optrad. Deze

verdamping zou ook de concentratie in de bakken kunnen verhogen wat verklaart waarom de sulfaatconcentratie in de watermonsters hoger is dan in het influent.

Het artificieel grondwater dat de bakken bevloeit, verandert van samenstelling. Vooral de nitraat en ammoniumconcentraties verschillen van de beginsituatie. Er is te veel nitraat en juist te weinig ammonium. De veranderingen kunnen verklaard worden door een pomp die erg veel zuurstof in het influent heeft gepompt. Ook bet feit dat het water van boven naar beneden door de bakken stroomt zou wel eens nadelig kunnen zijn voor de groei van de microbiële mat. In het voorjaar, wanneer op Texel de microbiële mat goed groeit, is er sprake van een kwe!situatie. In de bakken zou het water bovenin weleens zo met zuurstof verzadigd kunnen raken dat anaërobe bacteriën er dieper nog last van hebben en er weinig reductie optreedt. Uit de electrodemetingen blijkt dat zuurstof we! verdwijnt, maar de redoxpotentiaal hoog blijft.

Dit kan komen doordat in plaats van sulfaat eerst nitraat als electronenacceptor wordt

gebruikt. Eigen!ijk zou er dus gereduceerd water van beneden naar boven moeten stromen in de bakken. Om te voorkomen dat het water door een pomp wordt belucht, zou men een opstelling zonder pomp moeten maken of een pomp moeten gebruiken die geen !ucht in het water brengt. Het beste zou een pompsysteem zijn waarbij per bak de toevoer van het water bepaald kan worden.

Conclusies

Effecten van een microbiële mat op planten

Er zijn weinig aanwijzingen gevonden dat planten een nadelige invloed hebben ondervonden van een microbiële mat tijdens de groei. Littorella lijkt bij de groei een nadeel te hebben ondervonden maar dit komt waarschijnlijk door een positieve invloed op de groei van de plant in de controle bakken door een anti-algenmat.

Effecten van planten op de microbië)e mat

Er zijn we! enkele effecten van planten op de microbiële mat gevonden, echter alleen_van Littorella. Uit de zuurstofprofielen blijkt overduidelijk dat deze plantesoort via de wortels zuurstof lekt. Dit heeft tot gevoig dat er dieper dan 1 cm minder sulfaatreducerende bacteriën voorkomen en de redoxpotentiaal hoog blijft.

Successievertraging door de microbiële mat

Uit dit onderzoek blijkt niet dat een microbiële mat de successie vertraagt. Littorella kan echter wel dege!ijk de omstandigheden in de microbiële mat veranderen. Het onderzoek_zou dan ook herhaald moeten worden onder meer reducerende omstandigheden met een sterker ontwikke!de microbiële mat, waardoor eventuele negatieve factoren als sulfide concentratie sterker zijn. De eventuele positieve invloed die de zuurstoflekkage dan heeft, zou naar verhouding waarschijnlijk sterker zijn.

24

DEEL I

Bij lagen

Bijiage I.!. Weergave van concentraties van verschillende stoffen in de worteizone en het effluent van de mesocosms. De staafdiagranimen geven de gemiddeldes per soort bak op een datum weer met de standaardafwijking. Voor dit onderzoek relevante significante (p <0.05) verschillen zijn met dwarsbalkjes aangegeven.

worteizone

3-9 16-9

•0

eo

8

iI.ii

30-9 21-10

100

80

60

20

0

4-11 _18-11

26

100

80

40

20

Zand Carex Littojela BIonat Mat,Car.Mat.Litt Inikient

100

20

Zend Cu-en UtrsIa Oloinat Mat*Car.Mat.UIL k*.snt Zand C,x LIttor.la 8Eonat Mat,Cw.Mat+Lltt. b*ien(

0C.

C.)

effluent CO2

3-9

1

16-9

eo

60

40

:A.A

30-9

0

C.)

c5

C.)

4-11 ^18-11

100.

.11k

Zand Cwex UtrsI. øomit MaI.CwiA.1+Ut InIkisi ^Zand Cwsx U,torelIa Bionial MatCw.Mat+L*t. Inhluent

28

600

3-9

worteizone HC03

500J

__

!200

IIh

1200]

100j

Oh

Zand cw,z IJlors 840mM IMI.Car. Wt,L*. Inhluint

E

0

C.) 200

E

00

I

30-9

4-11

16-9

21-10

18-11

-J

600

500

400

300

Zand duo LIItIIS 840mM Ms5.Gw.M+4.*I,*aIi

500

200

500

I

¶00

3-9

30-9

effluent HC03

16-9

21-10

18-11

Zand c.r.x LuM Bin t.Car. t..&*. Wjs't

500.

I

4-11

Zind Csx Litce. Boomat MaI.Car.Mst+IJtt. N*Int Zind Cwsx Litrel Blomut M.t+Car.Mt+Uft. tnauent

-U

3-9

worteizone NH4

16-9

0.35

0.30

z 0.15

0.10

0.05

0.00

42

025

020 0.15

0.10

0.06

CN II.1JI k*af 0.00

30-9

L Bon* hI.Ca,. t&rn k*ai

21-10

0.35

0.30

z 0.15

0.10

0.05

0.00

0.40

0.35

0.30

0.25

0.20

0.15

0.10

0.05

I-

CSx Utlo(eIl emma, Mat.CwMat+Utt.I,*jent

4-11 18-11

0.35

0.30

0.15

0.10

0.05

0.00

0.40

0.35

0.30

0.25

0.20

0.15

0.10

0.06

0.00

Zano Catex Lma 5oniatM$t.CarMat+Lfll. n0uen emm.t MaI.CIrMSI.USL U*JSflt

30

0.35

0.30

z 0.15

0.10

0.05

0.00 —

0.35

0.30

025

I

0.06

0.00

effluent NH4

21-10

0.35]

0.30]

0.25]

0.20]

0.15]

0.10!

:1 IIiii_

0.35

0.30

0.2$

0.20

0.15

0.10

0.06

Zind Csx L*.Ia Bon M.t+Cw.Mst+USL In*nt

3-9 16-9

I

025

020

0.15

0.10

0.05

Zi cws L*w, Bn.* kI.Gw I.1.It. Inftjsn 000

30-9

L

Zand CImx Le1a BIIIat Ma$+Gw.Mat,Utt. Inhluent

4-11

0.40

18-11

Zand Carex LIIrea Blornet Mat+Car.Mat+Litt. In*.aent

0.00 —

Zand Cw Lrs1 Biomal MitsCu.Mat.U tnBiaeiW

32

50 45 40

,30

20

IS I0

E

•0z

0

45.

40.

)30.

25

10

3-9

30-9

4-11

worteizone N03

16-9

21-10

18-11

4 Zad Csx Uttorula Blomat .Cw. .LNt. Il*,u,

3-9

effluent N03

16-9

30-9

Zasid Cws L5Els BEon* I.Cai. kt.Ut. W**nS

21-10 0C,

z

0C,

z

0z

Zid C.rsx Uttorela Bioniat Ma*.Cw. Mat+Utt. h*jeqtt

4-11

50 45 40 35 30 25 20 15 10 S 0

50 45 40 35 30 25 20 15 10

Zwd Csx Uttorel. Biotnat Mal+Cw.Mat+UIt. Iqdtuetl

18-11

Zend Cwex Littorela Biomat Mat+C.Mat.Utt. Irñjent Zad Catex Littoral. Binat Mat.Cw. Mat.Utt. Ir1kjeil

0.8

0.6

E .4,,o ^0.4

a-

0.2

0.0

3-9 16-9

Zand ca,sx Lo., Bàom.t t.Ca, *js.

30-9

Zand C...x 8ao..sI It..ca, I..4. u,*js.

21-10

worteizone PO4

1.0

0.8

0.6

0.4

02

00

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

1.0

0.8

0.6

0.4

02

0.0

— - ^—

1.0

0.8

0.6

E '4o ^0.4

a-

02

0.0

1.0

0.6

.4o_a- ^0.4

02

0.0

Zand Ca,ex Litloreua Bioinat Mat+Car.Mat..Ufl. Ifl6ulflt

4-11

Zand CWux L81oe1 Boqn.t MaI.Car.M8L..IJtt. Inkjunt

18-11

Zand Cio L8ula Blomut Mul.Car.hSsI+L8t. Ii*j.nt ZIfld Cwex Urul. Dóon..tMat+Cw.M.t+Lifl. k*jun

34

O.6

3-9

30-9

effluent PO4

16-9

21-10

Z.nd Carex LJII.I$ Blomsi Mst+Cs,.Mst,UIt. Inhluent 1.0

Zand Csi.x LJIo,s Bn t.Cw, t..L*. k*jsle

0.8

0.6 . ,

0.4

: .

0a-

0a-

0.8

06

]LL

4-11

1.0

0.8

0.6

18-11

36

I3

E

0Cl)

E

0Cl)

3-9

4-11

worteizone SO42'

16-9

21-10

18-11 30-9

Zaiid Ca.z LRa Bm.t Mst.CM.Msj+UL I

225 200 175

)100

Cl)

50 25

effluent SO42

3-9 16-9

225 200 175 150 125 100 15 50 25 U)

30-9 21-10

225 200

175 150 125 100 75 50 25

4-11 18-11

0Cl)

225 200 175 150 125 100 75

50 25

Bijlage 1.2. Aantallen bacteriën op verschillende dieptes in de bakken. De aantaHen zijnweergegeven op een logaritmische schaal.

38

I

3OO

Zand

Sulfaatreducerende bacteriën

1.O 1..i t..2 1...3 I..4 1.6 1.4 I..7

A

1..O t.2 1.3

4

AwlaJbacteflön (n/cm3)

Mat+Carex

Carex

Mat

Mat + Uttorella

1

l.*O I..l ^l..2 I.3 1..4 l..6 l..4 I..?

Aantai bactedn (n/cm3)

l..O 1..I I..2 1..3 1..4 l..5 I..4 I..7 AantalbacteiiOn (n/cm3)

E

1oo

1.C 11 1.2 1.3 I..4 ..6 I..4 t..7

Aantalbacteuién (n/cm3)

1.i t..2 l...3 l..4 l..4 l..4 I..?

Aantalbc*sflên (n/cm3)

Zand

Kleurloze zwavelbacteriën

Carex

l..O l..l ^l..2 l.3 l..4 l..5 l.a l..1 Aantal bactonèn (n/cm3)

1..O l..l ^11.2 1.14 1.14 1.14 1.14 I..?

Aantal bactern (n/n3)

1.14 11.1 I.2 11.3 l.a I..6 .a ^11*7

Aantalbactein (IVan3) 0-10

30-60 0-10

10-30

30-60

0-10

10-30

30-60

Litlorella Mat

1.43 1.41 14.2 1.43 l.a ^1.43 1..4 11.7

Aantai bactedén (nlcm3)

1.43 I•4l 1.42 11.3 i.a l.a 11.6 I..?

Aantaibactedn (n/cm3)

E

a ^10-30

30-60

Mat + Carex Mat + Littorella

0-10

10-30

30-60

14.0 11.1 1.42 1.43 14.4 14.5 14.4 14.7

Aantal bactedn (n/cm3)

Bijlage 1.3. Diepteprofielen van de zuurstofconcentratie in de mesocosm op twee momenten.

Dc grafieken links en rechts geven metingen weer die tegelijk maar met verschillende electrodes gedaan zijn. Per soort bak is bovenaan het profiel over 10 centimeter weergegeven en daaronder de eerste centimeter. In elke grafiek staan metingen aan vijf bakken. Tussen haakjes staat in de legenda welke meting het in de reeks was.

10 20

10

• ¹⁰

I0

70 00 00 110

40

E

I

E

I

Microbéle mat0.95.05.33 23-10 Mucrobéte mat z 23-10

M5(11) M4(14) M3(21)

M 2 (23) M 1 (24)

Zand 0.95.05.33 23-10 Zand 23-10

—.— B 4 (3)

—0— B 3 (5) .—.-— B 5(18)

B 1 (27) B 2 (30)

100 200 200 100 II

E

I

200 300 200 200

—

200 —

Csr.x nigta 0.95.05.33 23-10 Carsx nigra z 23-10

I

::1 -

C

C 1 (2) C 4(12) C 5(17) C 3 (20) C 2 (25)

Zut,t (anoIl)

I

I

I

Zss30f (

Mat + Carex nigra 0.95.05.33 23-10

0 I0 20 30 40 50

70

•0 30

150

-u

Mat+Carexnigia z 23-10

I0 20 30 40

50

10 so 30 100

0o

—o— MC 4(4)

—s—- MC 2(6)

—,— MC 5(7) MC 3(22)

100 200 400

S

200

Zuwsbf(1inaêl)

0 — — 130 200 450 -—

Z50ts00teno