Nitrogen removal by wetlands in a cold climate: understanding interactions between macrophytes and microorganisms

Kväve (N), en grundläggande beståndsdel i levande organismer, har blivit ett av de största globala problemen för det mänskliga samhället på grund av den myriad av negativa effekter som uppkommer i ekosystem med förhöjda N-nivåer. Antropogena aktiviteter så som jordbruk, industriell produktion, urbanisering och gruvdrift är stora källor till N i sötvatten. På många platser världen över använder man nu seminaturliga och anlagda våtmarker planterade med makrofyter för att avlägsna N från vattnet, men hur väl anlagda våtmarker fungerar för bortförsel av N i kalla klimat är fortfarande inte ordentligt undersökt. Kunskapen om hur makrofyternas artrikedom, mångfalden av växtformer och makrofyternas funktionella egenskaper påverkar växternas upptag av N, denitrifierande bakteriesamhällen och den associerade denitrifikationen i anlagda våtmarker är också dålig. Genom mesokosmexperiment och in situ-studier undersökte jag hur artrikedom, växtformens (övervattensväxter, elodeider och mossor) mångfald liksom mångfalden av makrofyternas funktionella egenskaper påverkar N-cykeln i våtmarker. Jag undersökte också hur konstgjorda, flytande våtmarker fungerar för en ökad bortförsel av N på en lokal skala i ett kallt klimat Mina resultat visade att makrofyter är viktiga för de huvudsakliga borttagningsvägarna för N, dvs. upptag och denitrifikation. Resultaten visade också att antalet gener från olika denitrifierande bakterier på rötter och skott hos makrofyter var en viktig indikator för denitrifikationspotentialen hos makrofyterna. Artrikedom och mångfald av växtformer hos makrofyter ökade bortforsling av N i våtmarker. Jag upptäckte också att komplementaritet och en selektionseffekt är viktiga förklaringsmekanismer för variationer i den totala bortforslingen av N inklusive ackumulering av N i växterna. Funktionella egenskaper hos makrofyterna påverkade N- cykeln i våtmarker både direkt och indirekt. Det går att använda konstruerade flytande våtmarker på en lokal skala i kalla klimat och den huvudsakliga bortforslingen av N sker genom denitrifikation. Fler in situ-studier med stor artrikedom och en mångfald av växtformer behövs för att generalisera mina resultat. Framtida undersökningar borde också överväga att undersöka sekundära metaboliter hos makrofyter för en bättre förståelse av samspelet mellan växterna och denitrifierande bakterier.