اثر نمکهای کربنات کلسیم و سولفات کلسیم بر جذب باکتری سودوموناس فلورسنس در جریان غیراشباع

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد گروه خاک‌شناسی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان

2 استاد گروه خاک‌شناسی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان

3 دانشیار گروه خاک‌شناسی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان

چکیده

خاک بستر مناسبی برای رشد و انتقال ریزجانداران مختلف است. اخیراًَ انتقال ریزجانداران بیماری‌زا در خاک و تأثیر خاک بر میزان جذب و انتقال آنها به‌دلیل احتمال آلودگی آبهای سطحی و زیرزمینی و بیماری‌های ناشی از آنها، مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. خاکهای مناطق خشک و نیمه‌خشک از جمله ایران به خاطر داشتن مقادیر بالای کانی‌های کربناته و سولفاته به‌وی‍ژه آهک و گچ می‌توانند در جذب و پالایش باکتری‌های مختلف نقش داشته باشند. در این پژوهش اثر مقادیر مختلف دو نمک کربنات کلسیم و سولفات کلسیم بر جذب و پالایش باکتری سودوموناس فلورسنس در ستون‌های شنی در شرایط رطوبتی غیراشباع بررسی شد. تیمارهای آزمایشی شامل چهار سطح 0، 5، 10 و 20 درصد نمک کربنات کلسیم و سه سطح 0، 5 و 10 درصد سولفات کلسیم در ترکیب با شن بودند. آزمایش‌ها در سه تکرار انجام شد و طرح آماری به‌کار رفته کاملاً تصادفی در قالب فاکتوریل بود. مخلوط‌های مورد نظر به‌طور یکنواخت در ستون‌های پیرکس به‌طول 20 سانتی‌متر و قطر 7 سانتی‌متر ریخته شد و شرایط ماندگار غیراشباع روی آنها اعمال گردید. سوسپانسیونی با غلظت 106 باکتری در سانتی مترمکعب روی ستون‌ها اعمال شد و تا حجم آب خروجی 5 برابر حجم آب منفذی (PV) ستون‌ها آبشویی ادامه یافت. بلافاصله پس از اتمام آبشویی، میزان باکتری باقی‌مانده در لایه‌های 5- 0، 10-5، 15-10 و 20-15 سانتی‌متری اندازه‌گیری شد. نتایج نشان داد اثر تیمارهای کربنات و سولفات کلسیم بر میزان پالایش باکتری درلایه‌های 5-0، 10-5 و 15-10 سانتی‌متری ستون‌ها در سطح آماری 1 درصد و در لایه 20-15 سانتی‌متری در سطح 5 درصد، معنی‌دار شد. همچنین اثر متقابل تیمارهای کربنات کلسیم×سولفات کلسیم بر میزان پالایش فیزیکی سطح 1 درصد، معنی‌دار بود. نیمرخ غلظت باکتری باقی‌مانده و ضریب پالایش، به خوبی کاهش میزان پالایش باکتری با عمق را نشان داد؛ به‌طوری که ضریب پالایش تیمارهای کربنات کلسیم و کربنات کلسیم×سولفات کلسیم در سطح 1 درصد معنی‌دار بود. پالایش فیزیکی، اعوجاج منافذ و کاهش سرعت ظاهری آب منفذی در تیمارهای کربنات کلسیم و سولفات کلسیم را می‌توان از عوامل مهم در پالایش باکتری در شرایط رطوبتی غیراشباع در تمام لایه‌ها ذکر کرد. بنابراین می‌توان گفت وجود نمکهای کربنات کلسیم و سولفات کلسیم در خاک می‌تواند عامل مهمی در پالایش باکتری و در نتیجه کاهش آلودگی منابع آبی باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Pseudomonas Fluorescens Adsorption Affected by ‌Calcium Carbonate and Calcium Sulfate under Unsaturated Flow Conditions

نویسندگان [English]

  • Kambiz Rostami 1
  • Aliakbar Mahboubi 2
  • Mohammadreza Mosaddeghi 3
  • Aliakbar Safari Sinegani 3
1 M.sc. Graduate, Dept. of Soil Science, College of Agriculture, Bu-Ali Sina University, Hamadan
2 Prof., Dept. of Soil Science, College of Agriculture, Bu-Ali Sina University, Hamadan
3 Assoc. Prof., Dept. of Soil Science, College of Agriculture, Bu-Ali Sina University, Hamadan
چکیده [English]

Soil is a suitable medium for the growth and transport of different microorganisms. Recently, an increasing interest has been shown in the transport and fate of microorganisms in porous media due to the concern for potential outbreaks of diseases caused by surface and groundwater contamination. Soils in arid and semi-arid regions as in Iran contain considerable amounts of sulfates and carbonates which may influence the adsorption and filtration of bacteria. This research was carried out to determine the adsorption and filtration of Pseudomonas fluorescens through sand columns mixed with different amounts of calcium carbonate and calcium sulfate under unsaturated flow conditions. Four levels of calcium carbonate: 0, 5, 10, and 20 %w/w and three levels of gypsum: 0, 5, and 10 %w/w were mixed with sand and the treatments were arranged in a (completely randomized) factorial design with three replicates. The prepared mixtures were poured homogenously into Pyrex pyrex cylinders with height of 20 cm and internal diameter of 7 cm.  A constant concentration (106 CFU m-1) of cylinders 20 cm high and 7 cm in internal diameter. A constant concentration (106 CFU m-1) of bacteria suspensions was supplied at the upper boundary limit of the columns in a steady state flow and was followed for five pore volumes (PV). The bacteria concentration was measured at 0-5, 5-10, 10-15, and 15-20 cm sections of the columns immediately after leaching. The results showed that calcium sulfate and calcium carbonate were able to significantly influence the filtration of bacteria in all measured sections. The combination of carbonate sulfate and calcium carbonate treatments also significantly increased the physical filtration of bacteria along the columns. The retained bacterial profiles and the filtration coefficient obviously showed that the bacteria were held mostly in the upper layers of the columns. Enhanced physical filteration, tortuosity, and reduced apparent pore water velocity are known to be important in bacterial filtration under unsaturated conditions along the column layers. Therefore, these results imply that soils with calcium carbonate and calcium sulfate may play an important role in bacterial filtration and, thereby, in reducing the pollution of water resources.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Pseudomonas fluorescens
  • Adsorption
  • Filtration
  • Unsaturated Flow Conditions
  • Pore Volume
  • Pollution
1- Gerba, C. P. (1985). Microbial contamination of the subsurface, Ward, C. H., Gigar, W., and McCarty, P. L. (Eds.), Ground Water Quality., John Wiley and Sons Inc., NY .

2- Warnemuende, E., and Kanwar, R. S. (2002). “The effect of swine manure application on bacterial quality of leachate from intact soil columns.” Trans. ASAE., 45(6), 1849-1857.

3- Unc, A., and Goss, M. J. (2003). “Movement of faecal bacteria through the vadose zone.” Wat. Air Soil Pollut., 149, 327-337.

4- Jewett, D. C., Hibert, T. A., Logan, B. E., Arnold, R. C., and Bales, R. C. (1995). “Bacterial transport in laboratory columns  and  filters: Influence of ionic strength and pH on collision efficiency.” Wat. Res., 7, 1673-1680.

5- Rostami, k., Mahboubi, A. A., Mosaddeghi, M. R., and Safari Sinegani, A. A. (2005). “Pseudomonas fluorescens transport in saturated sand and sand-gypsum mixtures.” Proc. Intern. Con. Human Impacts on Soil Quality Attributes,Isfahan,Iran, 12-16.

6- David, K. P., and Mills, A. L. (2001). “Transport of Escherichia Coli in sand columns with constant and changing water contents.” J. Environ. Qual., 30, 238-245.

7- Wollum, A. G., andCassel, D. K. (1978). “Transport of microorganisms in sandy columns.” Soil Sci. Soc. Am. J., 42, 72-76.

8- Bitton, G., Lahav, N., and Henis, Y. (1974). “Movement and retention of Klebsiella aerogenes in soil columns.” Plant and Soil., 40, 373-380.

9- Pieper, A. P., Ryan, J. N., Harvey, R. W., Amy, G. L., Illangasekare, T. H., and Metage, D. W. (1997). “Transport and recovery of bacteriophage PRD1 in an unconfined sand aquifer: Effect of sewage-derived organic matter.” Environ. Sci. Technol., 31, 1163-1170.

10- Jang, L. K., change, P. W., Findley, J., and Yen, T. F. (1983). “Selection of bacteria with favorable transport properties through porous rock for the application of microbial enhanced oil recovery.” Appl. Environ. Microbiol., 46, 1066-1072.

11- Scholl, M. A., Mills, A. L., Herman, J. S., and Hornberger, G. M. (1990). “The influence of mineralogy and solution chemistry on the attachment of bacteria to representative aquifer minerals.” J. Contamin. Hydrol., 6, 321-336.

12- Goldschmidt, J., . Zohar, D., Argamon, Y., and Kott, Y. (1973). Effects of dissolved salts on the filtration of coliform bacteria in sand dunes,Pergamon Press,New York,NY. 147.

13- Abu-Ashour, J., Joy, D. M., Lee, H., Whiteley, H. R., and Zeline, S. (1988). “Movement of bacteria in unsaturated soil columns with macropores.” Trans. ASAE., 41 (4), 1043-1050.

14- Buchter, B., Hinz, C., Gefller, M., and Flühler, H. (1966). “Heterogeneous flow and solute transport in an unsaturated stony soil monolith.” Soil Sci. Soc. Am. Proc., 59, 14-21.

15- Macleod, F. A., Lappin-Scott, H. M., and Costerton, J. W., (1988). “Plugging of a model rock system by using starved bacteria.” Appl. Environ. Microbiol., 54, 1365-1372.

16- Reynolds, P. J., Sharma, P., Jenneman, G. E., and McInereny, H. J. (1989). “Mechanisms of microbial movement in subsurface materials.” Appl. Environ. Microbiol., 55, 2280-2286.

17- Sharma, M. M., Chang, Y. I., and Yen, T. F. (1985). “Reversible and irreversible surface charge modifications for facilitating transport through porous media.” Colloids Surf., 16, 193-206.

18- Klute, A., and Dirksen, C. (1986). Hydraulic conductivity and diffusivity: laboratory methods, Klute, A. (Ed.) Methods of soil analysis: PartI.Physical and mineralogical methods, 2nd Ed., Agronomy Monograph,ASA,WI.

19- Powelson, D. K., Simpson, J. R., and Gerba, C. P. (1990). “Virus transport and survival in saturated and unsaturated flow through columns.” J. Environ. Qual., 19, 396-401.

20- Lance, J. C., and Gerba, C. P. (1984). “Virus movement in soil during saturated and unsaturated flow.” Appl. Environ. Microbiol., 47, 335-337.