Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Agriculture is the largest anthropogenic source of nitrogen and phosphorous (P) leakage to Swedish coastal seas, causing eutrophication which threatens marine ecosystems. Constructing wetlands is one way to improve nutrient retention in the modern agricultural landscape. However, constructed wetlands can emit substantial amounts of methane (CH4). Methanotrophs facilitate aerobic oxidation of CH4, which transforms the CH4 into less potent carbon dioxide. However, the factors controlling the methanotrophs and their effect on CH4 emissions are poorly understood. The aim of this thesis was to investigate the effect of vegetation and nutrient status on the CH4 emissions and abundance of methanotrophs from constructed wetlands in agricultural areas in Sweden. Water samples for DNA extraction and quantification by qPCR and gas samples for concentrations of dissolved CH4 was taken at 34 wetlands in southwest and middle Sweden. At 5 of the wetlands CH4 fluxes were measured using floating chamber technique. At each wetland samples were taken at one point with and one without vegetation. In addition, water chemistry and nutrient status were measured.
The results show that vegetation had no effect on the abundance of methanotrophs or on the dissolved CH4 and CH4 fluxes. This contradicts previous studies and may be explained by even conditions throughout the wetland and the off-vegetative season. Of the nutrients and hydrochemical factors, P and the increased fraction of P in relation to carbon and nitrogen was significantly correlated to the abundance of methanotrophs, which is in line with previous studies. None of the studied variables were correlated to the dissolved CH4. The total fluxes corresponded to fluxes reported in previous studies and indicated that ebullitive fluxes can be large even during winter season. Except the relationship between increased abundance of methanotrophs and increased P concentrations, the lack of significant results in this study may indicate that the abundance of methanotrophs, dissolved CH4 and CH4 fluxes depend on multiple direct and indirect variables that interactively control CH4 emissions and the bacterial community involved in CH4 oxidation.

I Sverige är jordbruket den största mänskliga källan till läckage av kväve och fosfor till kustnära vatten, vilket orsakar övergödning och hotar marina ekosystem. Att bygga anlagda våtmarker är ett sätt att förbättra näringsretentionen i det moderna jordbrukslandskapet. I våtmarker kan det dock bildas och avgå en betydande mängs metangas (CH4). En särskild grupp av mikroorganismer, så kallade metanotrofer, omvandlar CH4 till den mindre starka växthusgasen koldioxid genom oxidation, men de faktorer som kontrollerar metanotroferna och deras påverkan på CH4-avgången är dåligt studerade. Syftet med det här masterarbetet var att undersöka effekten av våtmarksvegetation och näringsstatus på mängden metanotrofer och utsläppen av CH4 från konstruerade våtmarker i svenska jordbrukslandskap. Vattenprover för DNA-extraktion och kvantifiering av metanotrofer genom qPCR samt gasprover för CH4 löst i vatten togs på en plats med och en plats utan vegetation i 34 våtmarker i Halland och Mälardalen. I fem av våtmarkerna mättes också metangasavgången med hjälp av flytande kamrar. På alla platser mättes vattenkemi och koncentration av näringsämnen.
Resultaten visar en stor variation inom och mellan våtmarker, men vegetationen hade ingen signifikant effekt på varken mängden metanotrofer, löst CH4 eller CH4-avgång. Detta är i motsats till tidigare studier och kan möjligen förklaras av en jämn fördelning av näringsämnen i hela våtmarken samt att proverna togs när det inte var växtsäsong. Av de näringsämnen och vattenkemiska faktorer som mättes visade fosfor (P) samt en ökande mängd P i förhållande till kol och kväve ett signifikant, positivt samband till mängden metanotrofer men inga signifikanta samband till löst CH4 kunde påvisas. CH4-avgången som mättes i kamrarna var av samma storleksordning som tidigare studier rapporterat men visade också, tvärtemot vad tidigare studier antytt, att avgången kan vara stor även vintertid. Förutom korrelationen mellan P och metanotrofer antyder avsaknaden av signifikanta resultat och samband i den här studien att mängden metanotrofer och utsläppen av CH4 inte kan förklaras av en eller ett fåtal faktorer, utan sannolikt beror på flera både direkta och indirekta samverkande faktorer som kontrollerar CH4-avgång och mikrobsamhällena involverade i CH4-oxidation.