Anoxic sediments and their potential to favour bacterial wood decay

Abstract

Historische Bauwerke an europäischen Küsten und Flussläufen sind häufig auf Fundamenten aus hölzernen Pfählen gegründet. Diese Holzgründungskonstruktionen können von Pilzbefall betroffen werden, solange die Holzpfähle jedoch im wassergesättigten Sediment stehen und sehr geringe Sauerstoffkonzentrationen vorliegen ist das Holz vor Pilzbefall geschützt. Allerdings können Bakterien das Holz besiedeln und ebenfalls zu seiner Zersetzung führen. Neuere Untersuchungen haben gezeigt, dass bakteriell befallenes Holz bereits in etwa hundert Jahren an Festigkeit verliert. Die bisherigen Kenntnisse über die beteiligten Bakterienarten sowie deren Wachstumsbedingungen sind jedoch unzureichend. Hauptziel der vorliegenden Untersuchung war die Charakterisierung der Umweltbedingungen, die den bakteriellen Holzbefall in Pfahlgründungskonstruktionen fördern. Im Einzelnen sollte geklärt werden: i.) welche Rolle gelöster Sauerstoff beim bakteriellen Holzbefall spielt ii.) ob erhöhte Stickstoffkonzentrationen in dem Medium, das das Holz umgibt, den bakteriellen Holzbefall begünstigen und iii.) ob Sulfatzugabe zum Sediment einen Schutz gegen eine Besiedelung des Holzes mit Bakterien darstellen würde. Diesen Fragen wurde in drei verschiedenen Untersuchungen nachgegangen. Teil I: Probenahmen in der Umgebung von Fundamentpfählen Messung der chemischen Zusammensetzung von Sedimenten und Sedimentwasser wurden in der Umgebung von Fundamenten mit hölzernen Pfählen in den Niederlanden, Deutschland und Italien durchgeführt. Die chemische Zusammensetzung des Sediments war vorwiegend durch die Art des Sedimentes bestimmt, während die Zusammensetzung des Sedimentwassers durch den unterschiedlich starken Einfluss von Meerwasser geprägt war. Generell lagen anoxische Bedingungen vor. Alle Probenahmestellen wiesen bakteriellen Holzbefall jedoch unterschiedlicher Intensität auf. Holzabbauende Bakterien können anscheinend unter zahlreichen Umweltbedingungen aktiv sein, das heißt sie haben eine weite ökologische Amplitude. Teil II: Chemische Untersuchungen bakteriell befallenen Pfahlgründungskonstruktionen An zwei unterschiedlich stark befallenen Holzfundamenten in Amsterdam mit vergleichbaren Sedimentprofilen erfolgte ein Vergleich der physiko-chemischen Sedimentwassereigenschaften. Sauerstoff- und Redoxpotential-Messungen deuteten auf sauerstofffreie Bedingungen an beiden Standorten hin. Saisonale Veränderungen im Kalzium- und Sulfatgehalt des Sedimentwassers waren an dem stärker bakteriell befallenen Fundament deutlicher ausgeprägt. Im Vergleich mit dem stärker befallenen Standort zeigte das Porenwasser an dem weniger befallenen Standort eine signifikant höhere Gesamtstickstoffkonzentration auf. Teil III: Untersuchungen zum bakteriellen Holzbefall in Mikrokosmen-Experimenten In drei Mikrokosmen-Experimenten wurde bakterieller Holzbefall etabliert und manipuliert. 1.) Veränderung der Sauerstoffversorgung des Systems 2.) Veränderung der N- (NH4+ und NO3-), PO43- und SO42- - Konzentration im Sediment und 3.) Zugabe von Glukose und Sulfat zum Sediment. In Mikrokosmen wurde Sauerstoff mit Optoden sowie die CO2-, N2O- und CH4-Produktion gemessen. Der Holzbefall wurde durch lichtmikroskopische Bestimmung klassifiziert. 1.) Nach 150 Tagen war bei allen Behandlungsformen das Holz befallen. Sauerstoffkonzentrationen größer Null wurden nur in einer Variante im Sediment gemessen. 2.) Bei N- und PO43- -Zugabe zum Sediment konnte nach 155 Tagen kein bakterieller Befall festgestellt werden. Durch die Zugabe wurde allerdings der pH Wert verändert. Holz, welches von Sediment mit einem geringen Stickstoffgehalt umgeben ist, unterliegt einer höheren Wahrscheinlichkeit bakteriellen Befall aufzuweisen, verglichen mit Holz, welches von Sediment mit höherer Stickstoffkonzentration umgeben ist. 3.) Glukose- und Sulfatzugabe zum Sediment verhinderte bakteriellen Holzbefall an holzähnlichem Testmaterial (Kapokfasern) während des Untersuchungszeitraumes von 28 Tagen. Bakterieller Holzbefall tritt unter sehr verschiedenen Umweltbedingen mit unterschiedlichen Befallsgeschwindigkeiten auf. Die Anwesenheit von sehr geringen Sauerstoff-konzentrationen beschleunigt den bakteriellen Befall, scheint jedoch keine Voraussetzung dafür zu sein. Es wird vermutet, dass Holz unter stickstoffarmen Bedingungen anfälliger für bakteriellen Holzbefall ist als unter eutrophierten Bedingungen. Diese Zusammenhänge wurden nur anhand sandiger Sedimenten gewonnen.