Distribution of Microorganisms, Biomass ATP, and Enzyme Activities in Organic and Mineral Particles of a Long-Term Wastewater Irrigated Soil

The aim of the study was to elucidate the spatial distribution of soil microorganisms and enyzme activities in a long-term wastewater treated soil. Soil was sampled from a plough layer of the Ah horizon of a sandy Haplic Luvisol which was either (1) irrigated with municipal wastewater for almost 100 years, or (2) no more irrigated since 20 years, or (3) never received wastewater. The samples were fractionated by wet sieving to obtain seven size fractions of organic and mineral soil particles, and a separate silt+clay fraction. The individual soil samples contained between 1.2% (never irrigated) and 4.1% (long-term irrigated) organic particles by weight, but these particles harboured up to 47.8% of the total soil carbon and 41.7% of nitrogen, and thus represented an important storage of energy and nutrient for microorganisms. In total, however, the highest C and N amounts were accumulated in the silt+clay fraction, whereas coarser mineral particles which dominanted by weight in the Haplic Luvisol were low in C and N. The highest numbers of bacteria, actinomycetes and fungi per gram of the individual soil fractions were found in organic particles of the long-term irrigated soil. Less nutrient-dependent oligotrophic bacteria were for the most part associated with the silt+clay fraction, irrespective of the soil treatment with wastewater. Similar to microbial counts, also the ATP content, as a measure of active microbial biomass, and the activities of β-glucosidase, β-acetylglucosaminidase, and proteinase were higher in the long-term irrigated soil than in that which was never irrigated. In most cases slightly enhanced values of microbiological and biochemical parameters were still detectable 20 years after the wastewater irrigation was terminated. The values of the individual parameters decreased in all soil samples under testing in general gradually with decrease in size of the organic soil particles. In conclusion, the coarse soil organic particles > 5 mm and the silt+clay fraction < 0.05 mm represent the sites with the highest microbial inhabitance, ATP contents and enzyme activities in the Ah horizon of an Haplic Luvisol. Long-term wastewater irrigation resulted in an increase of microbial counts, total biomass and soil enzyme activities. Verteilung von Mikroorganismen, Biomasse-ATP und Enzymaktivitaten in organischen und mineralischen Partikeln eines langzeitig mit Abwasser berieselten Bodens Die Untersuchungen hatten zum Ziel, den Einfluss einer langzeitigen Abwasserverrieselung auf die raumliche Verteilung der Bodenmikroorganismen und enzymatischer Aktivitaten im Boden zu beleuchten. Es wurden Proben aus dem Oberboden (Ah-Horizont) eines sandigen Haplic Luvisol untersucht. Die einzelnen Bodenstandorte wurden (1) seit ca. 100 Jahren mit mechanisch vorgeklartem Kommunalabwasser berieselt, (2) seit ca. 20 Jahren nicht mehr berieselt, (3) niemals berieselt. Die entnommenen Bodenproben wurden einer Nasssiebung unterzogen. Auf diese Weise konnten sieben Fraktionen von organischen und mineralischen Partikeln unterschiedlicher Grose gewonnen werden. Die Bodenproben enthielten zwischen 1,2% (unberieselt) und 4,1% (ca. 100 Jahre berieselt) organische Partikel nach Gewicht. Jedoch waren in diesen Partikeln bis zu 47,8% des Bodengehalts an Kohlenstoff bzw. 41,7% an Stickstoff und somit auch ein bedeutendes Energie- und Nahrstoffreservoir fur Mikroorganismen enthalten. In absoluten Zahlen waren allerdings die hochsten C- und N-Gehalte in der jeweiligen Schluff+Ton-Fraktion akkumuliert. Die groberen mineralischen Partikel, die ihrem Gewicht nach in den Bodenproben dominierten, enthielten nur kleine Mengen an C und N. Die hochsten Zahlen an Bakterien, Actinomyceten und Pilzen per Gramm der gesiebten Bodenfraktionen wurden in den organischen Partikeln der Bodenproben aus dem langzeitig berieselten Standort festgestellt. Die an Nahrstoffkonzentrationen wenig anspruchsvollen oligotrophischen Bakterien waren uberwiegend mit der Schluff+Ton-Fraktion der jeweiligen Bodenprobe assoziiert. Ahnlich wie die Mikrobenzahlen waren auch der ATP-Gehalt als ein Masstab fur aktive mikrobielle Biomasse und die Aktivitaten von β-Glucosidase, β-Acetylglucosamidase und Protease im berieselten Boden hoher als im Boden des unberieselten Standortes. Etwas abgeschwacht waren die Erhohungen der einzelnen Parameter auch noch 20 Jahre nach der Beendigung der Bodenberieselung feststellbar. Die Werte der einzelnen biologischen und biochemischen Parameter zeigten in den untersuchten Bodenproben fast immer eine mit der sinkenden Grose der organischen Partikel einhergehende rucklaufige Tendenz. Man kann insgesamt feststellen, dass die organischen Partikel > 5 mm und die Schluff+Ton-Partikel < 0,05 mm in den untersuchten Bodenproben aus einem Haplic Luvisol die Mikrohabitate mit der hochsten mikrobiellen Besiedlung, dem hochsten ATP-Gehalt und den hochsten enzymatischen Aktivitaten darstellen. Eine langzeitige Abwasserverrieselung bewirkte deutliche Erhohungen der mikrobiellen Besiedlungsdichte und der biochemischen Aktivitaten des Bodens.