Minirterie van Verkeer en Waterrtaat Diredoraat-Ceneraal Rijkswaterstaat Directle Flevoland 1 I Werkdocument De werking van stro op algen Literatuurstudie I door Hella Zwarter 1993 - 7 Anw . Mlnlrterte van Verkecr en Waterstad Diredoraat-Ceneraal Rijkswaterstaat Werkdocument De werking van stro op algen Literatuurstudie door Hella Zwarter - 1993 7 Anw Lelystad, rnaart 1993 Werkdocumenten zijn als regel eerste versies van te schrijven rapporten (uittypen geschreven tekst) en daardoor uitsluitend bestemd voor intern gebruik; de verantwoordelijkheid voor de tekst berust bij de auteur. Postbus 600 8200 AP Lelystad Telex 40115 Telefax (03200) 34300 Deze literatuurstudie naar de werking van stro op algen is een onderdeel van mijn stageperiode van het H.L.0 milieubiologie te Amsterdam. Hierbij wil ik Thea Helmerhorst bedanken voor de prettige samenwerking bij het tot stand komen van dit verslag. SAMENVATTING In deze studie wordt een overzicht gegeven van de literatuur over de remmende werking van stro op de groei van algen. Uit ondenoeken is gebleken dat rottend gerstestro de grootste effectiviteit heeft op de algengroei. Rottende gerstestro produceert een actief bestanddeel dat de algengroei remt. De aard van dit actieve bestanddeel is nog niet bekend. Het stro wordt door bepaalde microflora gekoloniseerd. Deze microflora die op het stro leven kunnen nutrienten immobiliseren, hierdoor zijn deze nutrienten niet meer beschikbaar voor de algen. Een aantal microflora-soorten produceren stoffen die tijdelijk de algen remmen in hun groei (actief bestanddeel??). Maar deze stoffen bestaan echter maar een korte tijd en vormen niet een volledige verklaring voor de werking van stro op algen. Er is aangetoond dat door de aanwezigheid van stro de invertebratenpopulatie en het aantal watemlooien kan toenemen. Door een toename van het aantal wate~looienen algenetende invertebraten kan het aantal algen afnemen. De praktijk heeft uitgewezen dat het aantal algen niet afneemt in aanwezigheid van algenetende invertebraten. Al deze aspecten samen kunnen een verklaring vormen voor de werking van stro op algen, maar veel is nog onduidelijk en moet nader onderzocht worden. In Nederland mu de stro-methode goed toegepast kunnen worden in hoog eutroof water waar de grootste input van fosfaat het sediment is. Maar ook in havens, kleine meertjes en kanalen, waar algen een problem vormen, is de methode goed toepasbaar. SUMMARY In this study a resum6 is given of the literature about the inhibitory effect of barley straw on the growth of algae. Research has shown that rotting barley straw has the greatest effectivity on the growth of algae. Rotting barley straw produces an active chemical substance which has not been identified yet. The straw is colonized by certain microflora. These microflora can immobilize nutrients, therefore the nutrients are no longer available for the algae. A few species of the microflora produces chemicals which temporary inhibits the growth of the algae (active chemical substance??). But these chemicals excist only for a short period of time and do not fully explain the inhibitory effect of straw on algae. It has been demonstrated that the presence of straw the invertebhte population and the waterfleas increase. An increase of waterfleas and algae consuming invertebrates can decrease the algae. But experience has proven that the algae do not decrease in presence of algae consuming invertebrates. All these aspects together can form an explanation for the inhibitory effect of straw, but there is still a lot unclear which has to be examened. In the Netherlands the straw-method can be used well in highly eutrofic water where the sediment is the greatest input of phosphate but also harbours, little lakes and canals where algae can cause problems. VOORWOORD SAMENVATTING SUMMARY 1 INLEIDING 2 HET MECHANISME WAAROP DE WERKLNG VAN STRO IS GEBASEERD 2.1 Algemeen 2.1.1 Voorbereiding experimenten Gibson et a1. (1990) 2.2 Het effect op draadalgen 2.3 Incubatietijd 2.4 Herstel van de algengroei 2.5 Het effect van gefiltreerd strwextract 2.5.1 Filteren over een cellulose-acetaat of een GFlC filter 2.5.2 Filtreren over actief kool. 2.6 Het verschil in werking tussen geautoclaveerd stro en niet geautoclaveerd stro 2.7 Pesticiden 2.8 Microflora die bet stro koloniseren 2.9 Immobiliatie van nutrienten door microflora die het stro koloniseren 2.9.1 Het effect van waterstroming en de fosfaatconcentratie op de snelheid van immobilisatie 2.9.2 Het effect van de waterstromingssnelheid op de immobilisatie van fosfaten 3 EFFECTEN OP ANDERE ORGANISMEN 3.1 Muggelamen 3.2 Witvis en andere organismen 4 GEBRUIK EN ERVARING MET STRO IN NEDERLAND 5 GEBRUlK EN ERVARING MET STRO IN HET BUITENLAND 7 DISCUSSIE Algen zijn e n of meercellige organismen die in het oppervlaktewater leven. Algen komen in zeer diverse vormen voor en varieren van 2 pm tot f 300 pm. Algen in het Nederlandse zoete 0ppe~hktewater zijn op te delen in drie dominante groepen de groenwieren, de cyanobacterien (blauwwieren) en de diatomdn. Dan is er nog een groep overige algen waar oa. de pantserwieren, flagellaten en de euglena's in zitten. Door eutrofiering van het oppervlaktewater is het ecologisch evenwicht tussen algen, watervlooien, witvis en roofvis verstoord. Door deze verstoring kunnen de algen ongecontroleerd gaan groeien en overlast veroonaken zoals verminderd doorzicht van het water, een verlaagd zuurstofgehalte en stank. Naar aanleiding van verschillende artikelen in kranten en tijdschriften, waaronder de Waterkampioen (no.22, 1991) over de werking van stro op algen, is er door de directie Flevoland besloten om aan dit ondenverp, de werking van stro op algen, een literatuurstudie te wijden. In deze artikelen zijn positieve meldingen, het water zou weer helder worden en negatieve meldingen, het water is compleet dood. Het doel van deze literatuurstudie is om erachter te komen waarop de werking van stro op algen berust en of het bruikbaar is bij het beheer van eutroof oppervlaktewater in Nederland. Dat rottend stro de algengroei onder controle houdt, is bij toeval ontdekt door een Engelse boer. Naar aanleiding van deze toevallige ontdekking zijn er een aantal onderzoekers in Engeland een onderzoek gestart om een verklaring te vinden waarom algen in hun groei worden geremd in aanwezigheid van rottend stro. In de literatuur worden verschillende theonen besproken die aangeven hoe de algen worden geremd in hun groei in aanwezigheid van rottend stro. Barrett & Newman (1991) hebben aangetoond dat rottend stro een chemische stof produceert. Deze chemische stof heeft de eigenschap dat het algen remt in hun groei. De aard van de stof is nog niet bekend. Tussen microflora en de algen zou een competitie kunnen bestaan voor nutrienten en sporenelementen zodat door nutrientenlimitatie de groei van de algen wordt belemmerd. Stro wordt vaak bespoten met pesticiden. Deze pesticiden zouden verantwoordelijk kunnen zijn voor het effect op de algen. Aangezien stro effect heeft op algen kan het zeer goed mogelijk zijn dat het ook het effect heeft, positief of negatief, op andere organismen die in het water leven, zoals muggelarven en planten. Deze aspecten zullen in deze studie worden besproken. Verder is er onderzoek gedaan naar de ervaring en gebmik van rottend stro in Nederland en in het buitenland. 2 HET MECHANISME WAAROP DE WERKING VAN STRO IS GEBASEERD 2.1 Algemeen Het meest gebruikte stro is gerstestro. Gerstestro wordt in verschillende experimenten gebruikt omdat gerstestro sterk lijkt op watemet qua eigenschappen. Ook geniet gerstestro de voorkeur boven hooi of tarwestro omdat gerstestro in het algemeen een lager fosfaatgehalte heeft dan hooi of tanvestro. Tuinders geven daarentegen de voorkeur aan hooi omdat gerstestro bespoten wordt met pesticiden en de tuinders de psticiden liever niet in hun bewateringssysteem hebben. De vraag is, waarop berust de werking van stro op algen? Is het een mechanisme dat bemst op een chemisch proces of een biologisch proces of een combinatie van de Wee? Volgens Barrett & Newman (1991) berust de werking van stro op algen op een chemisch mechanisme. Het actieve bestanddeel dat daar verantwoordelijk voor geacht wordt, is tot op heden nog niet bekend. Het actieve bestanddeel is nog niet aangetoond maar het effect we). Zowel laboratorium als veldexperimenten met water waar het actieve bestanddeel zich bevindt, tonen aan dat het actieve bestanddeel remmende eigenschappen bezit. Er zijn testen uitgevoerd door Barrett & Newman (1991) met zowel unicellulaire als met draadalgen inclusief cyanobacterien (er is niet aangegeven welke soorten er precies gebruik? zijn) en al deze algen worden geremd in hun groei. De algen nemen het actieve bestanddeel snel op, maar de algen worden niet gedood maar alleen in hun groei geremd. Als de algen na behandeling in schoon water worden geplaatst dan herstellen ze en gaan weer groeien. Verder wordt het actieve bestanddeel alleen geproduceerd als het water aeroob is. Het actieve bestanddeel wordt snel geinactiveerd als het in contact komt met het sediment. 2.1.1 Voorbereiding experimenten Gibson er a1. (1990) De experimenten die beschreven staan in 2.2 tot en met 2.5.2zijn door Gibson er a1.(1990) uitgevoerd. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een stro-extract. Dit is bereid door 1 kilogram stro of hooi in 50 liter leidingwater bij een temperatuur van 20-25 "C over een tijd van drie maanden te laten incuberen. Voor het experiment in 2.2 is dan 100 gram stro nat gewichdliter gebruikt voor de andere experimenten is 40 gram stro nat gewichdliter gebruikt. Voor de groenwier Cladophora glomerata zijn batchcultures aangelegd met toegevoegde fosfor in de vorm van KH,PO, en stikstof in de vorm van Ca(NO,), in hoeveelheden die gelijk zijn aan de concentraties in het Chesterfield Canal. Voor de andere cultures is het DM medium van Thompson et al. (1988) gebruikt (zie tabel 1).Bij sommige experimenten met draadalgen is de hoeveelheid fosfor vijf maal verhoogd om er voor te zorgen dat fosfor in voldoende mate aanwezig is en niet de oorzaak zou kunnen zijn van enige groeiremming. De pH van de flessen met medium en stro en de flessen met alleen medium (controle) ligt van allemaal tussen de 7.8 en de 8.5. Tabel 1. De algen (allen groenwieren) die gebruikt zijn voor de experimenten uitgevoerd door Gibson et al.(1990). Taxon Vom Chlorella vulgaris eencellig Cladophora glornerata vertakte draden Klebsonnidiwn rivulare onvertakte draden Oedogoniwn sp. onvertakte draden Selenarfm capncornutum eencellig Sprirogyra sp. onvertakte draden Stigeocloniwn tenue vertakte draden Ulotrhix trentonense onvertakte draden 2.2 Het effect van rottend stro op draadalgen In dit experiment wordt het effect van rottend stro getest op vijf verschillende draadalgen. Uit het 50 liter vat (2.1.1) wordt 100 gram stro nat gewicht * 1.' aan steriel cultuurmedium toegevoegd. Dit mengsel wordt geincubeerd (24 uur bij 20 4°C) en wordt daarna gent met de vijf verschillende draadalgen. Voor elke algensoort worden vijf controles (algen medium) en vijf testen (algen medium stro) ingezet. Deze controles en testen worden geincubeerd totdat de algen in de controles substantionele groei vertonen. Dan worden de cultures gecontroleerd op fosfaat- en nitraatconcentraties en het chlorofyl-a gehalte wordt bepaald. De resultaten geven aan dat rottend stro effect heeft op de opbrengst van chlorofyl-a (zie tabel 2). + + + + I Tabel 2. De opbrengst van chlorofyl-a (pg*T1) van draadalgen (groenwieren) in aan- of afwezigheid van rottend gerstestro. De noten (*) geven in hoeverre de resultaten significant verschillen van de controles. * p<0.05,** p<0.01,*** pC0.001. Taxon Incubatietijd (dagen) Opbrengst met stro Opbrengst zonder stro Klebsomidiwn rivulare 7 17.8" 79.8 Oedogoniwn sp. 14 27.7"' 67.9 Spirogyra sp. 7 47.5"' 214 Stigeocloniwn tenue 7 36.9' 113 UIotrix rrentonense 14 38.2"' 170 2.3 Incubatietijd Om er achter te komen in hoeverre de incubatietijd van het rottend stro invloed heeft op de remmende werking, is er door Gibson et a1.(1990) gerstestro en hooi voor negen maanden ingezet. Er is een monster genomen aan het begin van het experiment en daarna elke maand. Deze monsters zijn toegevoegd aan C. glomerata cultures en na 4 weken zijn de chlorofyl-a, fosfaat- en nitraatconcentraties bepaald. Na twee maanden vertoont het extract van gerstestro enige inhibitie en daarna neemt de inhibitie geleidelijk toe tot een maximum na zes maanden (63% inhibitie van de controles). Dit is significant verschillend van de controles. Voor het hooi is er enige inhibitie geconstateerd na drie maanden en neemt af tot nu1 in de achtste maand. Het verschil tussen de controles en de testen zijn bij hooi niet significant verschillend van de controles. Hooi vertoont de remmende werking niet en gerstestro wel. 2.4 Herstel van de algengroei Gibson er al. (1990) heeft aangetoond dat rottend stro een actief bestanddeel produceert dat de algen niet dood maar remt in de groei. Er zijn dertig cultures met rottend stro met C. glomerara voor vier weken geincubeerd. De helft van deze cultures is overgebracht naar vers steriel medium. Daarna is nog eens vier weken gei'ncubeerd. De gemiddelde opbrengst van chlorofyl-a van de cultures met stro is 8.24 pgul" en de opbrengst van de cultures die zijn overgebracht naar vers medium is 74.5 pgUr'. Deze opbrengsten zijn significant verschillend en geven aan dat de algen niet worden gedood maar worden geremd in hun groei. 2.5 Het effect van gefiltreerd stro-extract 2.5.1 Filteren over een cellulose-acetaat of een GFIC filter Door stro te incuberen in een tank krijg je een extract. Voor dit experiment is stroextract gebmikt na een incubatietijd van zes maanden. Het extract wordt gefiltreerd door en GFIC filter (Whatman) of een 0.2 pm cellulose-acetaat filter. Het filtraat wordt aan cultures van C. vulgaris toegevoegd en geincubeerd voor zeven dagen in groeikamers. Voor de controles is gedestilleerd water gebmikt. Door het extract te filtreren over een GFIC filter of een cellulose filter blijft het remmend effect bestaan (zie tabel 3). De chlorofyl-a opbrengst verschilt significant van de controle (geen stro-extract). Dit geeft aan dat het actieve bestanddeel, dat wordt geproduceerd tijdens de decompositie van het stro, een g o d in water oplosbare stof is. Tabel 3. Gemiddelde opbrengst van chlorofyl-a (pg81-') van C. vulgarisin aanwezigheid van gefiltreerd rottend stro-extract en de gemiddelde concentraties van PO,-P en NO,-N (mg*l") in het medium aan het eind van de incubatietijd. (n = 10, NS= Niet Significant verschillend van de controle; *** significant verschillend van de controle p < 0.001) L GFIC filter 0.2 pm filter Controle Chlorofyl-a 32.7"' 34.5"' 600 PO,-P 0.189"' 0.185" 0.174 NO,-N 0.329NS 0.324NS 0.318 2.5.2 Filtreren over actief kool Naar aanleiding van het experiment in 2.5.1 is er een experiment opgezet om te kjken of het remmend effect geinactiveerd kan worden. Er zijn continue cultures van C. glomerata gebruikt. C. glomerata is gebruikt omdat ze niet uitspoelen zodat er dus geen beinvloeding is door flow rates. Door de continue cultures wordt medium + rottend stro-extract, 14 dagen lang, gepompt via filterkamers met een snelheid van 34 liter per uur. Die filterkamers bevatten 10 gram actief kool of geen actief kool. De resultaten van het gefiltreerde medium, met en zonder stro-extract, door een lege filtreerkamer verschillen significant @<0.001).De resultaten van het gefiltreerde medium, met en zonder stro-extract, door een filtreerkamer gevuld met actief kool met actief kool verschillen niet significant van elkaar (zie tabel 4). Hieruit kan'men de conclusie trekken dat het actieve bestanddeel wordt ge'inactiveerd door actief kool. Tabel 4. Gemiddelde opbrengst chlorofyl-a (pg*T1) (n = 5) van de continuecultuur C. glomerata in medium van rottend stro die of door een lege filterkamer gefiltreerd zijn of gefiltreerd zijn over 10 gram actief kool. 1 Gefiltreerd Actief kool Geen stro 24.1 19.3 Stro 3.03 19.8 1 2.6 1 - Het verschil in werking tussen geautoclaveerd stro en niet geautoclaveerd stro Door Hindmarsh (1992) is een experiment uitgevoerd dat verschillende soorten geautoclaveerd gerstestro test op het remmend effect op algen. Er worden vijf soorten Australisch stro en een Britse soort gebruikt en getest op cyanobacterie Microcystis aeruginosa. De Australische soorten worden alle geautoclaveerd en van het Britse soort wordt een test ingezet die niet geautoclaveerd en een test met we1 geautoclaveerd stro en er wordt een controle (geen stro) ingezet. Alle soorten stro worden 20 dagen, na autoclaveren, geincubeerd bij een temperatuur van 20 f 4"Conder normale daglnacht licht condities. De resultaten (zie tabel 5) van dit experiment geven aan dat na autoclaveren het remmend effect niet verloren gaat en dat niet alle soorten stro het remmend effect tonen. Door Gibson et a1.(1990) wordt een soortgelijk experiment uitgevoerd. Alleen hier wordt er e n soort stro gebruikt en drie verschillende soorten algen. Er wordt een controle (geen stro), geautoclaveerd stro en rottend stro ingezet. Dit experiment (zie tabel 6) toont aan dat door autoclaveren van het stro het effect van de remmende werking verloren is gegaan. Het gemiddelde celaantal (n=3) van Microcystis aeruginosa na vier dagen groei in een steriel gefiltreerd stro-extract van verschiilende soorten gerstestro. De waarden met dezelfde letter (a, b of c) gemerkt zijn niet significant verschillend met een betrouwbaarheid van 95% met de Duncans Multiple Range Test. Strosoort Controle I Geautoclaveerd n.v.t. A1 - Clipper A2 - Reseebee A3 - Schooner A4- Schooner A5 - Yerong BrAC - Atem ' + + + + + + I Cellenlml (x f SE)/(l@) I + 63.2 95.Pb + 93.3 347' 21gb -+ 28.7 + 0.26 3.03' + 0.49 1.25' 1.4SCf 0.18 20.5' + 18.2 Tabel 6 De opbrengst van chlorofyl-a (pg*l-') in aanwezigheid van rottend gerstestro, geautoclaveerd gerstestro of geen stro. *** significant verschillend van de controle met p < 0.001 2.7 Pesticiden Pesticiden (welke pesticiden en de concentraties zijn niet vermeld) worden toegepast op gerstestro in verxhillende stadia van ontwikkeling om de oogst te bevorderen. Residuen van de pesticiden kunnen vnj komen als het stro in het water wordt geplaatst en zouden verantwoordelijk kunnen zijn voor de remming van de algengroei. Door de stroming wordt de eventuele aanwezige pesticiden verdund en snel weggespoeld. De pesticiden zouden meteen remmende werking moeten laten zien, maar doordat het effect van rottend stro pas na twee maanden merkbaar is, is het onwaarxhijnlijk dat de pesticiden verantwoordelijk zijn voor de remming van de algengroei. Om het eventuele negatieve effect van de pesticiden weg te nemen kan er biologisch geteelde gerstestro gebruikt worden. Dit onbespoten stro heeft ook een grotere en snellere remmende werking dan bespoten stro (prsoonlijke med. M.Hindmarsh). Dat onbespoten stro een groter en sneller effect heeft op de algen, dan bespoten stro, kan wijzen op een biologische oorsprong van het remmend effect. In het onbespoten stro kunnen micro-organismen voorkomen die op het bespoten stro niet voorkomen omdat deze gedood zouden kunnen zijn door de pesticiden. 2.8 Microflora die het stro koloniseren Dat rottend gerstestro in water de algengroei remt is bevestigd in zowel veld- als laboratoriumexperimenten. Gibson er a1.(1990) concludeert dat het anti-algen effect waarschijnlijk veroorzaakt wordt door een actief bestanddeel dat vrijkomt uit het rottend stro. Maar er is geen bewijs dat dit van microbiile of plantaardige oorsprong is. Deze auteurs denken dat decompositie van het stro door micro-organismen essentieel is in het proces. Omdat gerstestro steeds meer wordt toegepast bij bestrijding van algen is het van belang om de oorzaak van de remmende werking van het stro op de algen te verklaren. Het doel van het onderzoek uitgevoerd door Pillinger et a1.(1992) is tweeledig: - Identificatie van de soorten schimmels die op het stro leven. Testen of deze. schimmels remmers produceren die zouden kunnen bijdragen aan het anti-algen effect van stro. De schimmels zijn geisoleerd uit vers en rottend gerstestro op malt-extract agarplaten volgens standaard mycologische procedures. Een ander compleet isolatie medium inclusief een stro incubatie-agar (10 g stro 1" bij 45°C) geeft dezelfde opbrengst. Elk stromonster heeft zijn eigen specifieke schimmelpopulatie. De volgende genera zijn geisoleerd: Absidia, Acremoniwn, Alternuria, Apiospora, Anhrobrrys, Borryris, Chaetomiwn, Cladosporium, Didymiwn, Fusariwn, Oedocephalwn, PeniciNiwn, Phialophora, Phoma, Rhizopus, Scopulariopsis, Stemphyliwn, Ulocladiwn en steriele soorten. Een aantal schimmels van de stromonsters zijn getest op productie van algengroeiremmende zones op agarplaten met Chlorella pyrenoidosa. C. pyrenoidosa is ook routinematig gebruikt om het anti-algen effect van de rottend stromonster te testen (methode Gibson et al. (1990)). Van de 29 schimmels (13 soorten) die geidentificeerd en getest zijn vertonen alleen Pycnidiophora dispersa en Zopflella leucotricha zones van inhibitie op agarplaten met C. pyrenoidosa. Twee typen van inhibitie zijn geobserveerd; zones geproduceerd door P. dispersa die blijven bestaan en zones ontstaan rondom de hyphae van Z. leucotncha, zodat de inhibitie het resultaat zou kunnen zijn van competitie. Maar na enige tijd koloniseerde de algen de inhibitiezone weer. Waarschijnlijk is het effect te danken aan het vrijkomen van een kortlevende inhibitor. P. dispersa en Z. leucorricha heeft effect op C.pyrenoidosa maar niet op andere soorten wals bijvoorbeeld A n a b a e ~en Oscillatoria. Deze gegevens geven aan dat de productie van algeninhibitors door specifieke schimmels niet volledig het anti-algen effect van rottend stro kan verklaren. 2.9 Immobilisatie van nutrienten door microflora die het stro koloniseren Wingfield et aL(1985) heeft met zijn experimenten aangetoond dat door microbiele immobilisatie de fosfaatconcentratie verminderd kan worden. Ook door Gibson er a1.(1990) is geconstateerd dat de fosfaat en nitraatwncentraties voor een groot deel worden verlaagd wordt maar dat er aan het eind van een experiment altijd genoeg nutrienten aanwezig zijn voor substantionele algengroei. De conclusie die hieruit getrokken kan worden is dat nutrientenlimitatie niet de oorzaak is voor het remmend effect. Sprenelementen die essentieel zijn voor de algengroei kunnen venuijderd zijn uit het water door microflora die in het stro leven. Maar het is zeer onwaarschijnlijk dat deze elementen limiterend kunnen zijn in een hoog eutroof systeem. Er zullen eerder sporenelernenten geproduceerd worden dan opgenomen door de microflora. Wigfield et a1. (1985) hebben met laboratoriumexperimenten aangetoond dat microflora op rottend stro de fosfaten kan verwijderen uit water met een snelheid tot 5 pg P*g-' droog stro*kl. Het fosfor dat geaccumuleerd is in de microbiile biomassa komt niet snel in het water t a g . Daarom zijn de micro6rganismen serieuze concurrenten van algen voor dit essentiele nutrient (Johannes,l964). Het gerstestro wordt in stukken van 1 tot 20 cm gesneden. Het stro wordt dan in stromend leidingwater geplaatst voor 72 uur om het opgeloste fosfor uit het stro te verwijderen. Dan wordt het 48 uur in bronwater geplaatst om de microflora de gelegenheid te geven het stro te koloniseren. Bij alle experimenten wordt bronwater gebruikt dat 1.1-7.6pg P*l-'; 5.3-20.2mg NO; bevat en met een hardheid van 385-404 mg CaCO, een alkaliteit van 199-215 mg CaCO,, Ph tussen de 7.6 en de 8.4, bij een temperatuur van 20°C (649-718 pS cm-'). Er is een stockoplossing van KH,P04 (0.4394 g in 1 liter gedestilleerd water) gebmikt voor alle experimenten. In deze experimenten worden geen algen gebruikt. In 1 ml zit 100 pg P. Het fosfor gehalte is bepaald volgens de methode Murphy en Riley en heeft een detectiegrens van 0.5 - 0.7 pg P*l-'. De monsters worden eerst gefiltreerd over GFIA filter om de vaste deeltjes weg te nemen omdat deze kunnen interfereren met de meting in de spectrofotometer. Immobilisatie van fosfaten hangt af van verschillende factoren: 1 2 3 4 de de de de hoeveelheid stro. temperatuur. tijd. hoeveelheid fosfaat. ad1 In vier chemostaten die in contact staan met de lucht zit 2 liter bronwater bij een temperatuur van 15 f 1°C en geroerd met een snelheid van 200 rpm. Na 24 uur wordt er respectievelijk 0; 5.0; 8.75; 13 gram stro drooggewicht, gesneden in stukjes van 1.0 - 1.5 cm exclusief knopen en bladmateriaal, in de kamers geplaatst. Na 50 uur wordt er 2 ml stockoplossing KH,P04(100 pg*I.') toegevoegd. Dit wordt dan elke 24 uur herhaald. monsters voor de P-analyse worden meteen na toevoegen van de stockoplossing, na een 0.5,1.5,3.0 en 24 uur genomen (zie figuur 1). Hoe meer stro, hoe sneller de immobilisatie van het fosfaat. Hoe verder in de tijd hoe duidelijker te zien is dat de immobilisatie afhangt van de hoeveelheid stro. Figuur overgenomen uil Wigfield er aL(1985). ad2 Voor dit experiment worden vier tanks gebruikt met 25 liter bronwater. Hierin wordt een hoeveelheid stro geplaatst zodat er 1 kg stro*m2 (droog gewicht) in zit. Dit stro wordt in stukjes gesneden van 4 - 6 cm. Er wordt een test ingezet bij 4 2"Cen bij 19 f 2"Cingezet met elk een controle. Na 24 uur wordt er 25 ml stockoplossing toegevoegd zodat de beginconcentratie 100 pg P*l-' is. Elke dag wordt het residue met 100 pg P*T1 verhoogd. Monsters worden genomen zoals bij ad1 (zie tabel 7). + Tabel 7. Het effect van de temperatuur op de fosfaat-immobilisatie in een statisch system. De uitkomsten zijn opgeloste fosfaat concentraties (pg*T1) gemeten 24 uur na dagelijks toevoegen van 100 fig P*l-'. stro . ad3 De eerste uren na het toevoegen van fosfor (100 pg*T1) is de immobilisatie het snelst, maar neemt geleidelijk af. Het al toegevoegde fosfaat is na 24 uur geimmobiliseerd. Dit effect hield ongeveer 21 dagen aan. Daama neemt de hoeveelheid fosfor weer geleidelijk toe in het systeem (zie figuur 1). f ad4 Uitvoering hetzelfde als ad2. Aan de tanks is 12.5 (50 pg P*T1), 25 (100 pg P*1-I), 50 ml (200 pg P*I-') stockoplossing toegevoegd. Daama is elke dag 25 ml stockoplossing toegevoegd (zie figuur 2). Monsters nemen als in adl. Figuur overgenornen uit Wigfield er a1.(1985). Hoe meer fosfaat er wordt toegevoegd, hoe hoger het immobilisatiepercentage na 24 uur. 2.9.1 Het effect van waterstroming en de fosfaatconcentraties op de snelheid van immobilisatie Ook heeft Wingfield et a1.(1985) experimenten uitgevoerd om de veldsituatie na te bootsen met betrekking tot de stroming van het water die in het veld natuurlijk aanwezig is. Bij een stroomsnelheid van 5 7 6 0 liter per uur en een concentratie P van 190 pg per liter is theoretisch 4.6 gram stro (droog gewicht) nodig om al het fosfor te immobiliseren. Er zijn twee kolommen, e n met 190 pg P*l-' en 6th met 950 pg P*T1. Er wordt geen controle ingezet omdat in de andere experimenten is gebleken dat de opname van fosfor door de apparatuur verwaarloosbaar is. Er worden monsters boven en onder in uit de kolom gehaald (zie figuur 3). lnllvvnl -..... =,-.a .o- 0 ,)D "9 . ,-I.. -.,IO "9 .I-' Figuur overgenomen uit Wigfield er aL(1985) Hoe hoger de concentratie fosfaat, hoe sneller de immobilisatie. 2.9.2 Het effect van de waterstromingssnelheid op de immobilisatie van fosfaten. In 100 ml buretten, die in contact staan met een reservoir, wordt 4.8 gram stro (d.g.) in stukjes van 15 - 20 cm gedaan. In het reservoir zit bronwater met 100 fig P*l-'. Dit wordt met verschillende snelheden door de buretten, van onder naar boven om "channelling" en "compaction" van het stro te voorkomen, gepompt met 15,30,60, 100 ml*min-'. Monsters worden bij de start genomen en dan na elke 30 minuten voor 3 uur. Dan wordt de flow gestopt en blijven de buretten 21 uur staan gevuld met de fosfaatoplossing. Dan wordt er weer een monster genomen en de flow wordt weer ingesteld nadat er is door gespoeld met verse fosfaatoplossing. Dan wordt er na elke 30 minuten gemeten. Dit is uitgevoerd bij een temperatuur van min. 16.4 19.6"C; max. 26.6 - 33.4"C. - Tabel 8 Het effect van de stroomsnelheid van water op de fosfor immobilisatie. Stroomsoelheid (mllmin) pg P h-' g-I d.g.stro ge'immobiliieerd % P ge'immobiliseerd 5.1 4.2 5.5 7.9 5.2 16.8 4.4 31.2 De absolute hoeveelheden fosfaat gelmmobiliseerd door het stro zijn berekend door het effluent van de kolommen met stro af te trekken van het effluent van de controles. Het percentage van het inkomend fosfaat dat gei'mmobiliseerd wordt door het stro neemt toe als de flow afneemt. De immobilisatie van fosfaten door micrc6rganismen is beperkt, als de maximum capaciteit is bereikt, dan worden de celresewes gemineraliseerd en komen er weer anorganische fosfaten in het milieu terug. Het is duidelijk dat microbiae immobilisatie van fosfaten niet overal een effectieve vermindering van de algengroei geeft. Dit onder meer door de complexiteit van het proces. Het meeste effect zal waarschijnlijk worden waargenomen in kleine eutrofe meren of reservoirs, waar de grootste input van fosfor, het sediment is. Het water moet niet te snel stromen, maar er moet we1 enige stroming aanwezig zijn omdat het stro zuurstof nodig heeft om het actieve bestanddeel te produceren. 3 EFFECTEN OP ANDERE ORGANISMEN Stro heeft een remmende werking op algen, maar heeft het ook een direct of indirect effect op andere organismen die in het oppewlaktewater leven? Als stro een negatief effect heeft op bepaalde organismen waardoor het biologisch evenwicht verstoort wordt, heeft het toepassen van stro dan we1 zin als beheersmaatregel? Het experiment van Street (1978,8) is in een ander kader dan alle ander experimenten die in deze stud'ie beschreven staan. Het heeft als doe1 het bewerkstelligen van een toename van het aantal chironomid larven die dienen als voedsel voor jonge eenden. Het eten van muggelarven is gunstig voor de ontwikkeling van jonge eendjes. In het water waar dit experiment plaats vond, was het organische gehalte van het sediment zeer laag (2% droog gewicht van het sediment). Door dit lage gehalte aan organische stoffen komen hier van nature weinig chironomid larven voor, materiaal voor dit experiment is gerstestro. Gerstestro lijkt sterk op wateniet. Door stro aan het water te toe te voegen wordt het proces van vemjking gesimuleerd wat normaal een natuurlijk proces is door het afstewen van net in lang bestaande 'wetlands'. Er is een vermindering van het aantal invertebraten waargenomen in het sediment op de behandelde plaatsen en de controle (onbehandelde) plaatsen na het toevoegen van het stro. De reductie is groter op de controleplaatsen (65% reductie), dan op de behandelde plaatsen (54% reductie), maar belangrijker is het feit dat op de behandelde plaatsen de reductie van chironomid larven verantwoordelijk is voor 41 % van de totale afname van de invertebraten en de controles maar 11% voor hun rekening nemen in de totale afname van het aantal invertebraten Street (1978,8). Naar aanleiding van deze resultaten zijn er in het laboratorium experimenten opgezet. Er zijn tanks met stro en zonder stro ingezet met een bekend aantal muggelarven erin. De volwassen muggen zijn gevangen en de muggelarven worden geteld aan het eind van een experiment. De experiment is twee keer herhaald. Deze twee experimenten hebben aangetoond dat in de tanks met stro er meer muggelmen dood zijn gegaan dan in de tanks zonder stro. Er is nog een derde experiment uitgevoerd om te bepalen of de dood van de larven veroorzaakt is door de fysieke aanwezigheid of door een chemische verandering in het water veroonaakt door het stro. In een tank met stroextract en in een tank zonder stro-extract (controle) zijn muggelarven gedaan. In de tank met stro-extract overleven minder muggelmen. Het lijkt erop dat het stro-extract een verandering in de waterkwaliteit veroorzaakt. I I In de eerste maanden na het toepassen van het stro is de totale bestaande invertebratenpopulatie in het sediment afgenomen waarvan de chiionomid larven in het bijzonder. Maar het stro zelf bevat een groter en een meer diverse invertebratengemeenschap Street (1978,9) (zie tabel 9). De uiteindelijke resultaten zijn dat het aantal muggelarven toeneemt door de aanwezigheid van stro. Deze resultaten zijn bevindingen in water met sediment dat een zeer laag organische gehalte heeft. In Nederland is het organische gehalte over het algemeen hoger en doen deze problemen zich misschien niet voor. Bij het toepassen van stro in de Nederlandse wateren is dit zeker een punt waar goed op gelet moet worden. Tabel 9 De invertebratenpopulatie in bladmateriaal (controle 1 en 2), submerge planten (Stanvort) en stro in het water (n=5). Subtraat Aantal organismen per m1 Aantal taxa Oud stro (9 mnd. incubatie) 6978 f 823 15 Vers stro ( 4% mnd. incubatie) 7325 f 1260 13 Stanvort 3751 f 1124 12 Controle 1 (wilgenbladeren) 1135 f 181 10 Controle 2 (Thypha bladeren) 1074 f 774 7 3.2 Witvis en andere organismen Barrett & Newman (1991) melden geen effect van het rottende stro op andere organismen zoals planten of vis. We1 is er enig vermoeden dat Lemna minor (Klein kroos) minder goed kan groeien zowel in laboratoriumexperimenten als in water waar rottend stro is toegevoegd (persoonlijke med., P.R.F. Barrett). Verder is de soort Chara ssp.(kranswieren) resistent voor het actieve bestanddeel, Barrett & Newman (1991). Door de toename van muggelamen in wateren waar stro is toegepast is het zeer waarschijnlijk dat de witvispopulatie ook toeneemt door het grote voedselaanbod. In e n geval, in East Anglia, zijn algen (vnl. Vaucharia dichotoma, draadalg behorend tot de groep groenwieren) voor vier jaar, door toevoegen van stro elke 6 maanden, onder wntrole gehouden. Tijdens deze periode is de populatie van brasem (Rurilus rutilus) in aantal flink toegenomen.@ersoonlijke med., P.R.F. Barrett) Ook is er een toename van het aantal watervlooien geconstatezrd maar ook als de wate~looien afwezig zijn worden de algen geremd in aanwezigheid van rottend stro ! (Barley straw - Algacide). 4 GEBRUIK EN ERVARING MET STRO IN NEDERLAND Tuinders hebben veel last van algen in hun waterbassins. De algen veroorzaken verstoppingen in de pomp- en sproeisystemen. De grootste boosdoeners zijn de draadalgen van de groep cyanobacteriEn. Verschillende vakbladen voor tuinders en bloemenkwekerijen hebben aandacht besteed aan de bestrijding van algen in de waterbassin. In deze artikelen wordt ook stro als oplossing voor het algen probleem vermeld (Groenren Fruit/Glasgroenten no. 28,19 juni 1992; vakblad voor de Bloemisterij no.34 21 augustus 1992). De reacties van de tuinders over het gebruik van stro zijn uiteenlopende van positief (het waterbassin is weer helder) tot negatief (geen effect waameembaar). Ook zijn er vermoedens geweest dat stro in Nederland, op kleine schaal in jachthavens is toegepast. Na contact te hebben gehad met verschillende jachthavens in Friesland en Groningen is gebleken dat deze vermoedens niet juist zijn. Een aantal van de jachthavenmeesters heeft gehoord van de toepassing van stro om de algengroei in te dammen. Maar hebben het zelf nog nooit toegepast. Ook de beheerder van het natuurterrein De Delen in Friesland heeft gehoord van de toepassing van stro om de algengroei te remmen. In dit natuurterrein wordt actief algen bestreden. Er wordt onder andere met schoon kwelwater doorgespoeld. Ook wordt er hooi gebruikt maar niet om de algengroei te remmen maar om een soort dam aan te leggen. Het hooi zou als neveneffect de remming van de algengroei kunnen hebben. + 5 GEBRUIK EN ERVARING MET STRO IN HET BUITENLAND In Groot-Brittannie en Ierland word het stro met succes toegepast in meer dan 50 meren, kanalen, rivieren. In bijna alle gevallen is de hoeveelheid algen tot w'n niveau gereduceerd dat de algen geen problemen meer opleveren. Experimenten in Australie en Nieuw Zeeland zijn ook zeer succesvol gebleken. In Australie zijn in een experiment de cyanobacterien al binnen &n week onder controle na toevoegen van stro. In Groot Brittannie is een soortgelijk experiment uitgevoerd en daar duurde het drie weken voor dat er resultaat is waargenomen. Deze experimenten zijn uitgevoerd om cyanobacterien onder controle te krijgen omdat cyanobacteri5n toxische stoffen produceert. Het vee drinkt van het toxische water met als gevolg dat er veel vee dood is gegaan. De venvachting is dat groenwieren niet w snel onder controle te krijgen zijn clan cyanobacterien (draadwieren) (persoonlijke me!. , P.R.F. Barren). 6 CONCLUSIES Rottend gerstestro remt de algengroei. Gerstestro wordt het meest gebruikt omdat gerstestro schijnbaar een groter remmend effect heeft dan hooi of een andere strosoort. Maar niet alle soorten gerstestro vertonen het remmend effect. Dit zou een verklaring kunnen zijn waarom bij sommige experimenten geen effect op de algen is waargenomen na het toevoegen van het gerstestro om de algengroei te remmen. Er zijn verschillende theonen over het mechanisme waarop de remmende werking van stro op algen is gebaseerd: - De microflora in het stro produceert een chemische stof die de algen remt in de groei. - Immobilisatie van nutrienten (fosfaten) door de microflora in het stro. Hierdoor zou er competitie kunnen ontstaan tussen de microflora en de algen voor bepaalde nutrienten. De immobilisatie van fosfaten hangt af van verschillende factoren: - de hoeveelheid stro - de temperatuur de hoeveelheid fosfaat - de tijd - Het stro zou als schuilplaats kunnen dienen voor algenetende organismen zoals watervlooien. Hierdoor neemt de graasdruk op de algen door onder andere watervlooien toe maar er is aangetoond dat als de watervlooien niet aanwezig zijn de algen ook in aantal afnemen.Bij een experiment in Engeland zijn groeikamers geplaatst met de groenwier Cladophora glomerata. In de groeikamers heeft een reductie van C. glomerata plaats gevonden na het toepassen van stro, deze reductie is niet het gevolg van meer algenetende invertebraten omdat deze niet in de groeikamers kunnen komen. Ook muggelarven nemen door aanwezigheid van stro toe. Vooral in het stro ontstaan zeer diverse invertebratenpopulaties. Door dit grotere voedselaanbod kan het aantal witvis toenemen. - Het is niet waarschijnlijk dat pesticiden waarmee het stro bespoten wordt verantwoordelijk kunnen zijn voor de remmende werking van stro op algen. Er is geconstateerd door Hindmarsh dat onbespoten stro een groter effect heeft op algen dan bespoten stro. Dit zou kunnen komen doordat op het onbespoten stro meer of andere soorten microflora voorkomen dan op bespoten stro. Dit gegeven mu kunnen wijzen op een biologisch effect. - Cyanobacterien (blauwalgen) reageren zeer snel op het actieve bestanddeel dat vrijkomt uit rottend stro. In Australie binnen 10 dagen en in Engeland na ongeveer drie weken. De groenwieren zijn naar venvachting minder snel onder wntrole te krijgen dan cyanobacterien. Het effect op de groenwieren zal na ongeveer drie maanden merkbaar zijn. Volgens =ndmarsh blijft na autoclaveren van het stro de remmende werking van stro behouden, het aantal cellenlml is lager dan bij de wntrole. Naar aanleiding van de resultaten van het experiment van Hindmarsh kan geconcludeerd worden dat niet alle soorten gerstestro het remmend effect vertonen. De ene soort is beter dan de ander. Volgens Gibson et a1.(1990) heeft het autoclaveren van het stro geen effect op de chlorofyl-a opbrengst, de hoeveelheid chlorofyl-a blijft hetzelfde. Met andere woorden de remmende werking van stro gaat verloren na autoclaveren. Voor zover is aangetoond heeft het rottend stro geen effect op andere organismen. Er zijn we1 aanwijzingen dat Lemna minor (Klein kroos) minder goed kan groeien in de aanwezigheid van rottend stro en Chara ssp. W s w i e r ) zijn resistent voor het actieve bestanddeel. 7 DSCUSSIE De v m g is welke van de in de conclusie genoemde theori&n verantwoordelijk is voor de remmende werking van stro op algen. Een wmbinatie van de theonen lijkt het meest waarschijnlijke. Door de aanwezigheid van stro in het water kan er een diverse populatie invertebraten ontstaan en het aantal wate~looienkan toenemen. Het stro zou ook als schuilplaats kunnen dienen voor roofvis. Door een toename van het aantal wate~looienneemt de graasdruk op de algen toe. Er is ook een nadeel, door een toename van het aantal muggelarven kan het aantal witvis ook toenemen. Dit is een nadeel omdat witvis, vooral Brasem, de grond omwoelt op zoek naar voedsel. Hierdoor wordt neergeslagen fosfaat weer opgelost en neemt het doorzicht van het water af. Fosfaat is een belangrijk nutriEnt voor algen dus door omwoeling van de grond door witvis kan het aantal algen toenemen. Op rottend stro leven micro-organismen die het fosfaat en nitraat kunnen immobiliseren zodat het nadelige effect, meer fosfaat in het water door omwoeling van de bodem, door een toename van het aantal witvis deels gecompenseerd kan worden. En als er meer roofvis is door de aanwezigheid van stro als schuilplaats neemt de predatiedruk op witvis toe. Door de aanwezigheid van stro kan er een natuurlijke biologisch evenwicht ontstaan. Dit zijn de indirecte gevolgen van rottende stro. Een direct gevolg is dat rottend stro een actief bestanddeel produceert die de algen remt in hun groei. Dit actief bestanddeel wordt waarschijnlijk geproduceerd door de microflora die op het stro leeft. Een combinatie van deze indirecte en directe gevolgen van stro zouden e n verklaring kunnen vormen voor de werking van stro op algen. Volgens M. Hindmarsh heeft de gerstestro-behandeling veel te bieden in het beheersen van de algengroei in hoog eutroof water in Nederland. Het kan goed toegepast worden in havens, kleine meertjes en kanalen. Naar aanleiding van deze studie is er e n voorlopig voorschrift op gesteld die als richtlijn gebmikt kan worden om stro toe te passen om de algengroei onder controle te houden. V o o r l o ~ ivoorschrift ~ Doel: Er moet een adequate hoeveelheid van het actieve bestanddeel geproduceerd worden en verspreid door het water tijdens de periode dat de algengroei optreedt. - Gerstestro heeft het meeste effect op de algen. - Onbespoten stro geniet de voorkeur boven bespoten stro. - Het stro moet in de herfst of in het zeer vroege voorjaar worden gehtroduceerd. Zo krijgt het de tijd om te rotten en het actieve bestanddeel kan worden geproduceerd, voordat de algen beginnen te groeien. - Het stro moet elke 6 maanden ververst worden om de toevoer van het actieve bestanddeel te handhaven (het liefst in de lente en in het najaar). - Het stro moet in kleine porties (tot 20 kg) verdeeld worden. Het liefst in balen of bij elkaar gebonden in netten ed., zodat het niet verspreid in het water ligt of wegspoelt . - 100 g stro per m3 is bij verschillende experimenten gebruikt en bij deze concentratie is er geen afname van de hoeveelheid zuurstof in het water geconstateerd. - Omdat het actieve bestanddeel kort in het water bestaat is het aan te bevelen om op een aantal punten stro te plaatsen om een betere verspreiding van het actieve bestanddeel te krijgen. - Omdat het water in en om het stro goed van zuurstof moet voorzien zijn (rottingsproces), is het verstandig (indien mogelijk) om de strobalen bij stromingen en golfbewegingen te plaatsen. - Als er een hoge dichtheid algen aanwezig is, is het waarschijnlijk dat het actieve bestanddeel wordt geabsorbeerd door de algen die dicht bij het stro zitten. Hierdoor kunnen de algen die verder weg van het stro zitten ongecontroleerd gaan groeien. Onder deze omstandigheden zal het effect zeer klein zijn totdat de algen dood gaan of worden venvijderd. 1 Varen in groentesoep (Walgen van algen), Waterkampioen no. 22, 1991. 2 Algen in bassin biologisch te lijf, Groenten no. 28, 19 juni 1992. 3 Barley straw as an inhibitor of algal growth I: studies in the Chesterfield Canal, I.M. Welch, P.R.F. Barrett, M.T. Gibson & I. Ridge. Journal of Applied Phycology 2: 231-239,1990. 4 Barley straw as an inhibitor of algal growth 11: laboratory studies. M.T.Gibson, I.M. Welch, P.R.F. Barrett & I. Ridge, Journal of Applied Phycology 2: 241-248, 1990. 5 Barley straw as an inhibitor of algal growth UI: the role of fungal decomposition, J.M. Pillinger, J.A. Cooper, I. Ridge & P.R.F. Barrett, Journal of ~ h ~ c o0:l 1-3, o ~ 1992. ~ 6 Aquatic Weeds Research Unit Progress Report P.R.F. Barrett and J.R. Newman. 7 An integrated approach to blue-green algae control. Dr Michael Hindmarsh. 1992. 8 Research on the improvement of gravel pits for waterfowl by adding straw. M. Street, 1978. 9 The importance of invertebrates and straw, M. Street,1978/79. 10 Microbial immobilization of phosphorus as a potential means of reducing phosphorus pollution of water. G.I.Wingfield, M.P. Greaves, J.M. Bebb and M. Seager, 1985. 11 Algenprobleem: de oplossing bestaat niet. vakblad voor de Bloemisterij no.34 21 augustus 1992. 12 Barley straw - Algacide, The Churchill Fellowship Study Tour (England). M. Hindmarsh, 199?. + FruitIGlasgroenten - 1991.
© Copyright 2024 ExpyDoc