Home About Browse Search
Svenska


Nitrogen removal by wetlands in a cold climate

understanding interactions between macrophytes and microorganisms

Choudhury, Maidul Islam (2018). Nitrogen removal by wetlands in a cold climate. Diss. (sammanfattning/summary) Uppsala, Sweden : Sveriges lantbruksuniv., Acta Universitatis Agriculturae Sueciae, 1652-6880 ; 2018:48
ISBN 978-91-7760-236-1
eISBN 978-91-7760-237-8
[Doctoral thesis]

[img]
Preview
PDF
1MB

Abstract

Nitrogen (N), a fundamental component of living organisms, has become one of the main global concerns for human society due to the myriad of negative effects of excessive N on ecosystems. Anthropogenic activities such as agriculture, industrial production, urbanisation and mining are major sources of N to freshwaters. Semi-natural and constructed wetlands planted with macrophytes are now widely used in many parts of the world to remove N from water. However, the potential of constructed wetlands for N removal under cold climatic conditions is still not well studied. We also have limited understanding of how macrophyte species and growth form richness as well as functional trait diversity affect N-cycling in constructed wetlands by influencing plant N accumulation, plant associated denitrification and abundance of denitrifying bacterial communities.

In mesocosm experiments and in situ studies, I investigated how species and growth form (emerging and submerged macrophytes and bryophytes) richness as well as plant functional trait diversity of macrophytes affect N-cycling in wetlands. Moreover, I tested the applicability of constructed floating wetlands for improved N removal at the local scale in a cold climate.

My results highlight that macrophytes are important for both main N removal pathways, viz. uptake and denitrification. Moreover, bacterial denitrification gene abundance on roots and shoots of macrophytes were an important predictor of the denitrification potential of macrophytes. Species and growth form richness of macrophytes enhanced N removal in wetlands. Moreover, I identified complementarity and a selection effect as important diversity related mechanisms, explaining the total N removal from water including plant N accumulation. Functional traits of macrophytes affected N-cycling in wetlands through direct and indirect pathways. The application of constructed floating wetlands at the local scale is feasible in a cold climate with denitrification as the main N removal pathway in these wetland type. Further in situ studies with high numbers of species and growth forms are needed to generalize my findings. Future studies should also consider plant secondary metabolites to better understand the function of the macrophyte-denitrifier interplay.

Authors/Creators:Choudhury, Maidul Islam
Title:Nitrogen removal by wetlands in a cold climate
Subtitle:understanding interactions between macrophytes and microorganisms
Alternative abstract:
LanguageAbstract
Swedish

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.

Series/Journal:Acta Universitatis Agriculturae Sueciae (1652-6880)
Year of publishing :2018
Depositing date:9 October 2018
Volume:2018:48
Number of Pages:57
Papers/manuscripts:
NumberReferences
IHallin, S., Hellman, M., Choudhury, M. I. & Ecke, F. (2015). Relative importance of plant uptake and plant associated denitrification for removal of nitrogen from mine drainage in sub-arctic wetlands. Water Research, 85, pp. 377-383.
IIChoudhury, M. I.*, McKie, B. G., Hallin, S. & Ecke, F. (2018). Mixtures of macrophyte growth forms promote nitrogen cycling in wetlands. Science of the Total Environment, 635, pp. 1436-1443.
IIIChoudhury, M. I.*, Hallin, S., Hubalek, V., Juhanson, J., Frainer, A., McKie, B. G. & Ecke, F. (2018). Plant traits explain uptake of nitrogen and plant associated denitrification in wetlands (manuscript).
IVChoudhury, M. I.*, Hallin, S., Hellman. M, Segersten, J. McKie, B. G. & Ecke, F. (2018) Potential of constructed floating wetlands (CFWs) for nitrogen removal in a cold climate (manuscript).
Place of Publication:Uppsala, Sweden
Publisher:Department of Aquatic Sciences and Assessment, Swedish University of Agricultural Sciences.
ISBN for printed version:978-91-7760-236-1
ISBN for electronic version:978-91-7760-237-8
ISSN:1652-6880
Language:English
Publication Type:Doctoral thesis
Full Text Status:Public
Agris subject categories.:M Aquatic sciences and fisheries > M40 Aquatic ecology
Subjects:Obsolete subject words > NATURAL SCIENCES
Obsolete subject words > INTERDISCIPLINARY RESEARCH AREAS > Water in nature and society
(A) Swedish standard research categories 2011 > 1 Natural sciences > 106 Biological Sciences (Medical to be 3 and Agricultural to be 4) > Ecology
Obsolete subject words > NATURAL SCIENCES > Biology > Terrestrial, freshwater and marine ecology > Freshwater ecology
Keywords:Aquatic plants, Biodiversity, Complementarity, Denitrification, Ecosystem function, Functional trait, Growth form, Gene abundance, Plant uptake, Selection effect
URN:NBN:urn:nbn:se:slu:epsilon-e-5035
Permanent URL:
http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:slu:epsilon-e-5035
ID Code:15696
Faculty:NJ - Fakulteten för naturresurser och jordbruksvetenskap
Department:(NL, NJ) > Dept. of Aquatic Sciences and Assessment
External funders:Swedish Agency for Innovation Systems
Deposited By: Maidul Islam Choudhury
Deposited On:09 Oct 2018 14:17
Metadata Last Modified:20 Aug 2019 08:10

Repository Staff Only: item control page

Downloads

Downloads per year (since September 2012)

View more statistics

Downloads
Hits