Bioavailability of organic matter in a freshwater estuarine sediment: long-term degradation experiments with and without nitrate supply

Abstract

Organic carbon degradation experiments were carried out using flow-through reactors with sediments collected from an intertidal freshwater marsh of an eutrophic estuary (The Scheldt, Belgium). Concentrations of nitrate, nitrite, dissolved inorganic carbon (DIC), dissolved organic carbon, methane, dissolved cations (Ca 2? , Mg 2? , Na ? and K ? ), total dissolved Fe, phosphate and alkalinity were measured in the outflow solutions from reactors that were supplied with or without the terminal electron acceptor nitrate. Organic carbon mineralization rates were computed from the release rates of DIC after correcting for the contribution of carbonate mineral dissolution. The experiments ran for several months until nitrate reducing activity could no longer be detected. In the reactors supplied with nitrate, 10-13% of the bulk sedimentary organic carbon (SOC) was mineralized by the end of the experiments. In reactors receiving no nitrate, only 3-9% of the initial SOC was mineralized. Organic matter utilization by nitrate reducers could be described as the simultaneous degradation of two carbon pools with different maximum oxidation rates and half-saturation constants. Even when nitrate was supplied in non-limiting concentrations about half of the carbon mineralization in the reactors was due to fermentative processes, rather than being coupled to nitrate respiration. Fermentation may thus be responsible for a large fraction of the DIC efflux from organic-rich, nearshore sediments.

Electron donors and acceptors influence anaerobic soil organic matter mineralization in tidal marshes

“…Using flow-through reactors and intertidal marsh sediments, Pallud et al (2007) found that nitrate reduction led to faster rates of organic matter decomposition versus sulfate reduction. In another study, supplying nitrate also led to greater mineralization than in control treatments with no terminal electron acceptor additions (Abell et al, 2009); the authors suggest that this increase occurred because denitrifiers were able to access soil organic carbon that was not available to the fermenting microbial community. The results of our field transplant experiments were also equivocal, but overall they support the hypothesis that the dominant TEA pathway can influence carbon mineralization rates.…”

“…Among studies that have manipulated the TEA pathway through substrate amendments, some report greater rates of carbon mineralization in the presence of NO 3 À compared to methanogenesis (Pallud et al, 2007;Abell et al, 2009) or SO 4 2À compared to methanogenesis (Reddy and Graetz, 1988;Weston et al, 2006;Pallud et al, 2007). However, in a comparison of 10 different wetland soils, D'Angelo and Reddy (1999) did not observe a difference in organic carbon mineralization rates under denitrifying, sulfate-reducing or methanogenic conditions.…”

Sulfetos volatilizáveis por acidificação e metais extraídos simultaneamente na avaliação de sedimentos de água doce

“…25 A fermentação é uma das vias mais eficientes de transformação microbiológica da matéria orgânica aquática sedimentar, fornecendo substrato para os subsequentes processos anóxicos, responsáveis pela etapa final de degradação do carbono orgânico. 26 Esta decomposição anaeróbia dos compostos orgânicos em sedimentos, a qual utiliza em menor escala os óxi-hidróxidos de ferro e manganês, e principalmente os sulfatos como receptores de elétrons, é acompanhada de um aumento na alcalinidade com a produção de HCO 3 -, HS -, HPO 4 2-, FeS 2 , N-amoniacal e precipitação de CaCO 3 , principalmente sob a forma de aragonita e calcita gerados biogenicamente. O CO 2 produzido nesta decomposição é o precursor do ânion bicarbonato, principal responsável pela alcalinidade.…”

“…28,29 A oxidação por nitratos é mais efetiva com respeito à matéria orgânica mais lábil, localizada na superfície dos sedimentos de fundo, fornecendo alcalinidade pela formação de CO 2 , além de N 2 e água. 26 Devido à natureza destes últi-mos compostos e das características da degradação anaeróbia, esses processos terminais são mais lentos do que os primeiros. 29 Após o consumo total destes receptores de elétrons, verifica-se a mineralização estritamente anaeróbia da matéria orgânica via metanogênese, nas regiões mais profundas da matriz.…”

“…29 Após o consumo total destes receptores de elétrons, verifica-se a mineralização estritamente anaeróbia da matéria orgânica via metanogênese, nas regiões mais profundas da matriz. 25,26,29,30 Os principais substratos da metanogênese são os acetatos, CO 2 e H 2 , que são convertidos a CH 4 e CO 2 , 31 por uma classe de microorganismos antigamente denominada como arqueobactérias, mas que atualmente recebeu um domínio à parte, o Archaea, sendo os seus integrantes chamados de arqueias, por não poderem ser enquadrados no domínio Bacteria, tampouco no Eukarya, dadas as suas especificidades genéticas. 32 As arqueias metanogênicas podem ser subdivididas em dois grupos, as acetoclásticas e as hidrogenotróficas.…”