Microbial community composition in various soils and groundwater deposits and effects of long-term pesticide contamination

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-1838-7
Title: Microbial community composition in various soils and groundwater deposits and effects of long-term pesticide contamination
Author: Mattsson, Marja
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences, Department of Environmental Sciences
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: ABSTRACT The microbial community composition is among the most important factors to consider, when pesticide removal from the environment is planned by indigenous microbial consortia. The main interest of this study was to assess relationships between pesticide contaminations from the past, microbial community compositions, physico-chemical conditions, and pesticide dissipation. The microbial communities were studied by lipid biomarkers. Samples were collected from surface soils to deep drilling sediments and groundwater deposits, which had the long history of pesticides such as atrazine, 2,6-dichlorobenzamide, simazine, 1,1,1-trichloro-2,2-di(4-chlorophenyl)ethane (DDT), hexachlorobenzene (HCB), and pentachloroaniline (PeCA). The microbial lipid quantities and community compositions were generally dependent on organic matter (OM) content and soil type. Microbial biomass and cell numbers decreased with increasing depth and varied more on the top soil layers than in the deep sediments. Generally, the quantity of phospholipid fatty acids (PLFAs) was higher than that of glycolipid fatty acids (GLFAs) but lower than the quantity of neutral lipid fatty acids (NLFAs), when the amounts of main nutrients were balanced. However, in groundwater deposits and deep drilling sediments the phosphorous deficiency possibly caused higher GLFA quantities compared to PLFAs. The quantity of NLFAs seemed to increase with soil OM content and excess carbon. Microbes in all polluted samples seemed to be adapted to pesticides. Pesticide impacts on microbial community composition were few and no stress were found in the physiological indices of lipid profiles. The long-term contamination of atrazine in the groundwater, as well as DDT, HCB, and PeCA in surface soils seemed to mainly increase microbial activity compared to controls. The effects of DDT and its residues on microbial lipids were minor, though their persistence was high in soils with low OM content. HCB and PeCA were more persistent in soils with high OM content and their effects on microbial lipids were more numerous. The indigenous microbes of groundwater pipe A deposits were capable of atrazine biodegradation in aerobic conditions though nutrient levels were low, when C/N-ratio was near to optimal. Possibly Gram-positive bacteria and fungi were related to atrazine biodegradation.TIIVISTELMÄ Kun suunnitellaan torjunta-aineiden poistamista maaperästä ja pohjavedestä mikrobien avulla, on kohteen alkuperäisen mikrobiyhteisön rakenteen tunteminen tärkeää. Tämän tutkimuksen päätavoitteena oli selvittää vuorovaikutuksia kauan jatkuneen torjunta-aineiden aiheuttaman pilaantumisen, mikrobiyhteisön rakenteen, maaperän ja pohjavesiympäristön koostumuksen ja torjunta-aineiden hajoamisen välillä. Mikrobiyhteisön rakennetta tutkittiin lipidibiomarkkerien avulla. Tutkitut näytteet sisälsivät nykyisin EU-maissa kiellettyjä torjunta-aineita kuten atratsiini, simatsiini, 2,6-diklooribentsamidi, 1,1,1-trikloori-2,2-di(4-kloorifenyyli)etaani (DDT) ja sen hajoamistuotteet 1,1-dikloori-2,2-di(4-dikloorifenyyli)etaani (DDD) ja 1,1-dikloori-2,2-di(4-dikloorifenyyli)etyleeni (DDE), heksaklooribentseeni (HCB) ja pentakloorianiliini (PeCA, pentakloori-nitrobentseenin hajoamistuote). Maan orgaanisen aineen määrällä ja maalajilla oli suurin vaikutus mikrobien biomassaan ja mikrobiyhteisön rakenteeseen. Mikrobien biomassa ja solujen lukumäärä vähenivät syvyyden kasvaessa, vaikka mikrobimäärien vaihtelu oli syvällä vähäisempää kuin pintamaassa. Torjunta-aineiden vaikutus oli havaittavissa lähinnä mikrobipopulaatioiden adaptaationa torjunta-aineille. Lisäksi mikrobien aktiivisuus oli korkeampi pilaantuneissa maissa kuin puhtaissa. DDT ja sen hajoamistuotteet DDD ja DDE säilyivät vuosikymmeniä vanhojen taimitarhojen pintamassa. Hiekkamaassa, jossa orgaanisen aineen määrä oli pieni, DDT-pitoisuudet olivat suurempia ja vaikutukset mikrobiyhteisön rakenteeseen vähäisemmät kuin enemmän orgaanista ainetta sisältävässä maassa. PeCA ja HCB osoittautuivat yhtä pitkään säilyviksi kuin DDT, mutta toisin kuin DDT, niiden pitoisuudet olivat suurempia ja vaikutukset mikrobiyhteisöön lukuisammat niissä maissa, joissa oli enemmän orgaanista ainetta. Pohjaveden omat mikrobit, jotka oli otettu yhdestä pohjaveden näytteenottoputkesta, pystyivät laboratoriokokeissa hajottamaan atratsiinin nopeasti, kun muissa pohjavesiputkissa atratsiinin hajoaminen oli hidasta. Atratsiinin hajoaminen tapahtui hapen läsnä ollessa, vaikka ravinnetaso oli alhainen, mutta hiili-typpi suhde oli lähellä optimaalista. Gram-positiivisten bakteerien ja sienten määrät olivat korkeammat atratsiinia hajottaneessa mikrobiyhteisössä kuin muissa pohjavesiputkissa.
URI: URN:ISBN:978-951-51-1838-7
http://hdl.handle.net/10138/159386
Date: 2016-01-22
Subject: ympäristöekologia
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
microbia.pdf 600.1Kb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record