بررسی اثر تیمارهای خاک بر منحنی رخنه باکتری اشریشیاکلی آزاد شده از کودهای آلی مختلف

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد خاکشناسی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا همدان

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

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

4 استادیار دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی کردستان

5 مربی دانشکده بهداشت محیط، دانشگاه علوم پزشکی کردستان

چکیده

کودهای حیوانی منبع باکتری‌های بیماری‌زا هستند که می‌توانند سلامتی انسان را به شدت به خطر اندازند. در این تحقیق از ستونهای دست‌نخورده خاک، با بافت لوم‌رسی‌شنی و شن‌لومی، برای بررسی اثر بافت و ساختمان خاک بر پالایش و انتقال باکتری اشریشیاکلی آزاد شده از کود گاوی، کود مرغی و لجن فاضلاب استفاده شد. ستونهای خاک دست‌نخورده به ارتفاع 25 سانتی‌متر و قطر 16 سانتی‌متر، با کودهای آلی ذکر شده، به میزان 10 تن در هکتار (بر حسب وزن خشک) تیمار شد. با ایجاد جریان غیراشباع ماندگار، اثر  تیمار‌های خاک و کود بر انتقال باکتری اشریشیاکلی، با اندازه‌گیری تغییرات غلظت باکتری در آب ورودی و زهاب خروجی تا چهار برابر حجم آب منفذی (PV) بررسی شد. با وجودی که سطوح جذب خاک لوم‌رسی‌شنی زیادتر از خاک شن‌لومی بود، ولی میزان باکتری عبور یافته از آن، بیشتر از خاک شن لومی‌ بود. در مقابل، خاک شن‌لومی باکتری بیشتری را پالایش کرد. شدت آلودگی زهاب ستونهای خاک تیمار شده با کود مرغی، بیشتر از کود گاوی و لجن فاضلاب بود؛ ولی در بیشتر موارد، اختلاف بین تیمار کود گاوی و لجن فاضلاب از نظر شدت آلودگی زهاب، ناچیز بود. به احتمال زیاد ساختمان ضعیف‌تر و پیوسته نبودن منافذ خاک شن‌لومی، عامل پالایش بیشتر باکتری اشریشیاکلی در ستونهای این خاک بود. در حالی‌ که به نظر می‌رسد وجود جریان ترجیحی در خاک لوم‌ رسی‌ شنی به علت ساختمان‌سازی بیشتر و پیوسته بودن منافذ درشت، عامل پالایش کمتر باکتری اشریشیاکلی در این خاک و حضور زود هنگام (0/1 حجم آب منفذی) آن در زهاب بود. نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که ساختمان خاک و جریانهای ترجیحی (در اثر وجود منافذ درشت)، در انتقال باکتری اشریشیاکلی از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند، به طوری که اهمیت آنها بر فرآیند انتقال باکتری در خاکهای دست‌نخورده بیشتر از بافت و سطوح جذب می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Breakthrough Curve of Escherichia Coli Released from Organic Manures as Influenced by Soil Properties

نویسندگان [English]

  • Sattar Zandsalimi 1
  • Ali Akbar Mahboubi 2
  • Mohammad Reza Mosaddeghi 3
  • Manochehr Rashidian 4
  • Mozaffar Firozmanesh 5
1 M.Sc., Soil Science, Department of Soil Science, College of Agriculture, Bu-Ali Sina University
2 Associate Prof., Department of Soil Science, College of Agriculture, Bu-Ali Sina University
3 Assistant Prof., Department of Soil Science, College of Agriculture, Bu-Ali Sina University
4 Assistant Prof., Department of Medical Sciences, Medical Sciences University of Kurdestan
5 Instructor, Department of Environmental Public Health, Medical Sciences University of Kurdestan
چکیده [English]

Organic manures are the source of many pathogenic bacteria which could be dangerous for human health. In this study, the effects of soil texture and structure on transmitting and filtering of manure-borne Escherichia Coli were investigated. The intact soil samples (25 cm in height and 16 cm in diameter) were taken from a sandy clay loam soil and a loamy sand soil. Three manures including: cow manure, poultry manure and sewage sludge were applied on the surface of the soil cores at the rate of 10 Mg ha-1 on dry basis. With controlled steady-state unsaturated water flow, the influent and effluent concentration of Escherichia Coli were determined vs. time up to four pore volumes (PV). In spite of greater adsorptive sites of sandy clay loam soil, more bacteria have been transmitted and polluted the effluent of the soil. The loamy sand soil filtered more Escherichia Coli compared with the sandy clay loam soil. The effluent contamination of poultry manure-treated columns was greater than the cow manure and that of treated sewage sludge. In the majority of the columns, the difference between cow manure and sewage sludge was negligible. The filtration of Escherichia Coli in loamy sand soil was greater due to weaker structure and discontinuity of pores which are responsible for physical filtering. In sandy clay loam soil, the stable structure and preferential pathways are believed to cause funneling of the bacteria towards the bottom of the columns and the early appearance of Escherichia Coli in the drain water. The results demonstrated the importance of soil structure and preferential (macroporous) flow in bacteria transport which could diminish the impacts of soil texture and adsorptive sites on the transmission mechanisms.

کلیدواژه‌ها [English]

  • soil structure
  • Preferential Flow
  • Escherichia Coli Bacteria
  • Cow manure
  • Poultry Manure
  • sewage sludge
1-Hagedorn, C.,  Hansen, D.T., and Simonson, G.H. (1978). “Survival and movement of fecal indicator bacteria in soil under conditions of saturated flow.” J. Environ. Qual., 7,55-59.

2-Bitton, G., and Harvey, R.W. (1992). Transport of pathogens through soils and aquifers, In: Environmental microbiology, Mitchell, R., ed.,Wiley-Liss,New York, 103-124.

3-Shrestha,S., Kanwar,R.S., Cambardella,C., Moorman,T.B., and Loynachan,T.E. (1997). Effect of swine manure application on nitrogen and bacterial leaching through repacked soil columns, ASAE Paper No. 97-2164,St. Joseph,MI, ASAE.

4-Reddy, K.R., Khaleel, R., and Overcash, M.R. (1981). “Behavior and transport of microbial pathogens and indicator organisms in soils treated with organic wastes.” J..Environ. Qual., 10, 255-266.

5- Abu-Ashour, J., Joy, D.M., Lee, H., Whiteley, H.R., and Zelin, S. (1998). “Movement of bacteria in unsaturated soil columns with macropores.” Trans., 41, 1043-1050.

6- McMurry, S.W., Coyne, M.S., and Perfect, E. (1998). “Fecal coliform transport through intact soil blocks amended with poultry manure.” J. Environ. Qual., 27,86- 92.

7-Paterson, E., Kemp, J.S., Gammack, S.M., FitzPatrick, E.A., Cresser, M.S., Mullins, Ch.E., and Killham, K. (1993). “Leaching of genetically modified Pseudomonas fluorescens through intact soil microcosms: Influence of soil type.” Biol. Fertil. Soils, 15, 308–314.

8-Tate, R.L. (1978). “Cultural and environmental factors affecting the longevity of Escherichia Coli in Histosols.” Appl. Environm., Microbio., 35, 925-929.

9- Gerba, C.P., and Bitton, G. (1984). Microbial pollutants: Their survival and transport pattern to groundwater, In: Groundwater pollution microbiology, Bitton, G., and Gerba, C.P., eds., John Wiley & Sons, Inc.,New York, 65-88.

10-Smith, M.S., Thomas, G.W., White, R.E, and Ritonga, D. (1985). “Transport of Escherichia Coli through intact and disturbed soil columns.” J. Environ. Qual., 14,87-91.

11-Shelton, D.R., Pachepsky, Y.A., Sadeghi, A.M., Stout, W.L., Karns, J.S., and Gburek, W.J. (2003). “Release rates of manure-borne coliform bacteria from data on leaching through stony soil.” J. Vadose Zone, 2, 34–39.

12- Lindqvist, R., and Bengtsson, G. (1995). “Diffusion-limited and chemical-interaction-dependent sorption of soil bacteria and microspheres.” Soil Biol. Biochem., 27, 941–948.

13- Crane, S.R., Westerman, P.W., and Overcash, M.R. (1981). “Dieoff of fecal indicator organisms following land application of poultry manure.” J. Environ. Qual., 9, 531- 537.

14- Darnault, C.J.G., Steenhuis, T.S., Garnier, P., Kim, Y.J., Jenkins, M.B., Ghiorse, W.C., Baveye, P.C., and Parlange, J.Y. (2004). “Preferential flow and transport of Cryptosporidium parvum ocysts through the vadose zone: experiments and modeling.” J. Vadose Zone, 3, 262–270.

15- Kirkham, M. B. (2005). Principles of soil and plant water relations, Elsevier Academic Press, 500.

16- نوروزی، ج. (1382). روشهای کاربردی در شناسایی باکتری ها، چاپ اول، مؤسسه فرهنگی انتشاراتی حیان، تهران.

17-ولی‌زاده، م.، و مقدم، م.(1380).طرحهای آزمایشی در کشاورزی، چاپ ششم، انتشارات پریور، تبریز.

18- Kinoshita, T., Bales, R.C., Yahya, M.T., and Gerba, C.P. (1993). “Bacteria transport in a porous media: Retention of Bacillus and Pseudomonas on silica surfaces.” Water Res., 27,1295-1301.

19- Hekman, W.E., Van Veen, J.A., and Van Elsas, J.D.(1995). “Transport of bacterial inoculants through intact cores of two different soils as affected by water percolation and the presence of wheat plants.” FEMS Microb. Ecol., 16, 143–158.

20- Unc, A., and Goss, M.J. (2003). “Movement of faecal bacteria through the vadose zone.” Water Air Soil Pollu., 149,327–337.

21- Unc, A., and Goss, M.J. (2004). “Transport of bacteria from manure and protection of water resources.” Applied Soil Ecol., 25,1-18.

22- Tan, Y., Bond, W.J., and Griffin, D.M. (1992). “Transport of bacteria during unsteady unsaturated soil water flow.” J. Soil Sci. Soc. Am., 56, 1331-1340.

23-Huysman, F., and Verstraete, W. (1992). “Water-facilitated transport of bacteria in unsaturated soil columns: Influence of inoculation and irrigation methods.” Soil Biol. Biochem., 25,91-97.

24- Lo, K.W., Jin, Y.C., and Viraraghavan, T. (2002). “Transport of bacteria in heterogeneous media under leaching conditions.” Environ. Eng. Sci., 1, 383-395.

25-Warnemuende, E., and Kanwar, R. S. (2002). The effects of swine manure application on bacteria quality of leachate from intact soil columns, ASAE Paper No. 00-2053,St. Joseph,MI, ASAE.

26-Jamieson, R.C., Gorden, R.J., Sharples, K.E., Stratton, G.W., and Madani, A. (2002). “Movement and persistence of feacal bacteria in agricultural soils and subsurface drainage water: A review.”Can.Biosys.Eng., 44,11-19.

27-Bengtsson, G., Lindqvist, R., and Piwoni, M.D. (1993). “Sorption of trace organics to colloidal clays, polymers, and bacteria.” J. Soil Sci. Soc. Am., 57,1261–1270.