Hienojakoisten maanäytteiden inkuboinnit 2016-2017

Hienojakoisten maanäytteiden inkuboinnit 2016

Projektin tavoitteena oli laboratoriomittakaavassa ja suhteellisen nopeasti (10 viikkoa) arvioida erittäin hienoksi jauhetun kalkkikiven (hiukkaskoko 2,5 µm, Nordkalk C2), hienojakoisen turpeen (hiukkaskoko 4–8 µm, Vapo Oy) sekä näiden yhdistelmän vaikutusta happamien sulfaattimaiden metalli- ja happopäästöihin sekä bakteeriyhteisöön happipitoisessa ja hapettomassa ympäristössä. Kalkkikivijauhe nosti maan pH-arvoa turpeen toimiessa bakteerien energianlähteenä ja antioksidanttina

Kokeissa käytetyt maanäytteet otettiin huhtikuussa 2016 Risöfladanilta koekentän vierestä työntämällä halkaisijaltaan 15 cm näytteenottoputki kaivinkoneella 1,5 m syvyyteen. Inkubaatiokokeisiin maa otettiin 75–90 cm syvyydeltä. Kukin käsittely toistettiin kolmella eri näytteellä, jotka oli otettu muutaman metrin välein.

Projektissa sekoitettiin happaman sulfaattimaan kuiva-ainetta kohti manuaalisesti 1) 1 % erittäin hienojakoista kalkkikiveä, 2) 1 % hienojakoista turvetta ja 3) 1 % erittäin hienojakoista kalkkikiveä ja 1 % hienojakoista turvetta. Vertailunäytteenä käytettiin käsittelemätöntä hapanta sulfaattimaata. Hapen vaikutuksen selvittämiseksi kaikki näytteet valmistettiin sekä hapettomissa oloissa että runsashappisissa oloissa. Käsiteltyjä näytteitä säilytettiin (inkuboitiin) 10 viikkoa pimeässä lämpötilassa 10 oC.

Kymmenen viikon inkuboinnin jälkeen näytteistä mitattiin pH ja ne pakastettiin –20 oC lämpötilassa. Sulatetuista näytteistä analysoitiin rikin ja raudan esiintymismuodot ja eräiden metallien pitoisuudet. Mikrobiologisia analyysejä varten eristettiin maanäytteistä uutetuista ehjistä bakteerisoluista DNA. Eristetystä DNA:sta PCR-monistetttiiin 16S rRNA -geeni, jota käytetään bakteerien identifiointiin. PCR-monistuksen jälkeen näytteet lähetettiin sekvensoitaviksi, jonka jälkeen sekvensointidata analysoitiin käsiteltyjen ja käsittelemättömien maanäytteiden bakteeripopulaatioiden identifioimiseksi. Yhdistetty geokemiallinen ja sekvensointidata julkaistiin vuonna 2018 Science of the Total Environment -tiedelehden artikkelissa Chemical and microbiological evaluation of novel chemical treatment methods for acid sulfate soils.

Johtopäätöksenä voidaan todeta, että runsashappisissa oloissa tehdyt inkubaatiot muistuttavat tilannetta kuivana kesänä, jolloin asidofiiliset bakteerit ovat aktiivisimmillaan ja vertailunäytteiden alhainen pH-arvo mahdollistaa asidofiilisten bakteerien katalysoiman rautasulfidien hapettumisen. Hapettomissa oloissa tehdyt inkubaatiot puolestaan muistuttavat olosuhteita syksyn ja kevään välillä, jolloin maaperän raot ja halkeamat ovat veden vallassa, mikrobien aktiviteettti on matala eivätkä rautasulfidit hapetu. Asidofiilisten bakteerien havaittiin olevan läsnä myös maanäytteissä, jotka oli käsitelty erittäin hienoksi jauhetulla kalkkikivellä tai yhtä suurilla määrillä erittäin hienoksi jauhettua kalkkikiveä ja turvetta. Todennäköisesti ne olivat kuitenkin epäaktiivisia, koska maanäytteiden metalli- ja happopäästöt olivat vähäisiä. Pelkällä turvekäsittelyllä ei ollut vaikutusta sulfaattimaan metalli- ja happopäästöihin. Tämän tutkimuksen perusteella happaman sulfaattimaan käsittelyn on sekä nostettava pH-arvoa että lisättävä maan orgaanisen aineen (esim. turpeen) määrää, jos sen halutaan muuttavan mikrobiyhteisön koostumusta.