اثر مقادیر مختلف کربنات و سولفات کلسیم بر حرکت باکتری سودوموناس فلورسنس در ستون های شنی غیراشباع

چکیده

در سال‌‌های اخیر حرکت باکتری‌‌های بیماری‌زا در خاک به عنوان عاملی در آلودگی آب‌های سطحی و زیرزمینی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. خاک با ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی خود عامل مهمی در انتقال و پالایش باکتری‌ها محسوب می‌شود. کربنات کلسیم و سولفات کلسیم دو کانی مهم خاک در مناطق خشک و نیمه ‌خشک هستند که تأثیر آنها بر حرکت باکتری‌ها در خاک مورد بررسی قرار نگرفته است. در این پژوهش اثر کربنات کلسیم با مقادیر صفر، ۵، ۱۰ و ۲۰ درصد و سولفات کلسیم با مقادیر صفر، ۵ و ۱۰ درصد (در مخلوط با شن) بر حرکت باکتری سودوموناس فلورسنس در ستون‌های شنی با شرایط رطوبتی غیراشباع بررسی شد. طرح مورد استفاده، فاکتوریل دو فاکتوره در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار بود. مخلوط‌های مذکور را در سیلندرهای پیرکس به طول و قطر به ترتیب ۲۰ و ۷ سانتیمتر ریخته و شرایط ماندگار جریان غیراشباع در آنها ایجاد شد. سپس سوسپانسیون با غلظت ۱۰و۶ باکتری سودوموناس فلورسنس در سانتیمتر مکعب به صورت تزریق پله‌ای روی ستون‌ها اعمال شد. غلظت باکتری در سوسپانسیون خروجی تا حجم تجمعی خروجی ۵ برابر حجم آب منفذی (PV) اندازه‌گیری شد. مقدار کربنات کلسیم و سولفات کلسیم بر میزان باکتری خروجی مؤثر بودند. بیشترین میزان خروجی باکتری مربوط به نمونه شاهد (شن) و کمترین میزان خروجی مربوط به سطح ۲۰ درصد کربنات کلسیم بود. افزایش مقدار کربنات کلسیم سبب کاهش معنی‌دار میزان خروج باکتری از ستون‌های شن شد. اثر کربنات کلسیم بر آلودگی زه‌آب ستون‌ها در حجم‌های آب خروجی PV25/0، PV5/0، PV1، PV5/2 و PV5 در سطح آماری ۱ درصد معنی‌دار شد، ولی اثر تیمار سولفات کلسیم برای هیچ یک از حجم‌های آب خروجی در سطح آماری ۵ درصد معنی‌دار نشد. منحنی‌های رخنه به خوبی نشان‌دهنده کاهش میزان خروج باکتری با افزایش مقدار سولفات کلسیم و به ویژه کربنات کلسیم بود. نتایج این تحقیق حاکی از قدرت بالای کانی‌های کربناته و سولفاته در پالایش باکتری‌های بیماری‌زاست، به‌طوری‌که می‌توانند موجب کاهش انتقال باکتری و آلودگی آب‌های زیرزمینی شوند.

مقدمه

در بسیاری از کشورها، آلودگی آب‌های سطحی و زیرزمینی به دلیل استفاده نادرست از این منابع موجب نگرانی‌های زیادی شده است بطوری که آلودگی‌های آب‌های سطحی و زیرزمینی در گستره وسیعی از جهان، زندگی انسان و سایر جانداران را با خطر مواجه کرده است. عدم استفاده صحیح از کودهای دامی در بیشتر کشورها آلودگی‌هایی را به همراه داشته است. همچنین دفع نامناسب و کاربرد غیراصولی فاضلاب‌ها نیز به این مشکلات افزوده است. در بین انواع ریزجانداران، باکتری‌های بیماری‌زای گوناگونی وجود دارند که به روش‌های مختلف از جمله دفع نامناسب فاضلاب‌های شهری و صنعتی و استفاده نامناسب از کودهای دامی در کشاورزی، می‌توانند باعث آلودگی آب‌های سطحی و زیرزمینی و شیوع انواع بیمـاری‌های عفونی شوند.

چگونگی انتقال باکتری‌ها در محیط‌های متخلخل وعوامل مؤثربر آن موضوع پژوهش‌های فراوانی در سال‌های اخیر شده است. پژوهش‌های زیادی در مورد انتقال و سرنوشت ریزجانداران در محیط‌های متخلخل به منظور شناخت عوامل آلوده‌کننده و مؤثر بر شیوع بیماری‌ها صورت گرفته است. عوامل مختلفی بر انتقال باکتری‌ها در نیمرخ خاک مؤثرند، از جمله این عوامل، و یژگی ‌های فیزیکی و شیمیایی خاک، عوامل اقلیمی و ویژگی باکتری‌ها مانند اندازه، نوع و توانایی حرکت باکتری در سیال هست. خاک می‌تواند به عنوان پالاینده عمل کرده و بر انتقال باکتری‌‌ها تأثیر بگذارد. ویژگی‌های فیزیکی و شیمایی خاک و محیط‌های متخلخل مانند pH ،تخلخل، سرعت جریان آب، و یژگی‌های منافذ درشت، ماده آلی، بافت، دما، شرایط رطوبتی، قدرت جذبی و مقدار عناصر غذایی بر مقدار جذب و انتقال باکتر ی‌ها در خاک و محیط‌های متخلخل اثر می‌گذارند .

در پژوهش‌های انجام شده در مورد حرکت باکتری‌ها در خاک، به تأثیر ویژگی‌هایی مانند میزان رطوبت خاک توجه زیادی شده است. در مطالعه که (۲۰۰۱.,al et, David ) روی حرکت باکتری سودوموناس فلورسنس در ستون‌های شن (کوارتز) با شرایط رطوبتی مختلف انجام دادند، به این نتیجه رسیدند که هر چه میزان رطوبت به شرایط اشباع نزدیک‌تر باشد حرکت باکتری راحت‌تر صورت می‌گیرد. آنها مشاهده کردند که در شرایط رطوبتی اشباع و نزدیک به اشباع، میزان جذب باکتری در  طول ستون‌های شن کاهش می‌یابد. مقدار باکتری استخراج شده بیشتر در قسمت‌های بالایی ستون‌ها مبین غالب بودن پالایش فیزیکی در نگهداری باکتری در ستون‌های شن بود. (۱۹۹۱., al et, elsas Van ) نیز اثر رطوبت بر میزان انتقال باکتری سودوموناس فلورسنس سویه R2f را مورد بررسی قرار دادند .

نتایج نشان داد که در محیط‌هایی که میزان رطوبت کمتر از اشباع است، انتقال باکتری‌ها کمتر صورت می‌گیرد (۱۹۷۴ Bitton,et  al.,)  عامل مهم مؤثر بر حرکت باکتری کلبسیلا آیروژنز در خاک شنی را میزان رطوبت آن دانستند. از جمله عوامل مهم مؤثر بر انتقال باکتری، بافت و توزیع اندازه ذرات خاک است. نتایج (۱۹۸۳.,al et,Jang ) نشان داد که حرکت باکتری‌ها در خاک‌های سبک نسبت به خاک‌های سنگین (در صورت نبود جریان ترجیحی در خاک‌های سنگین) راحت‌تر صورت می‌گیرد.

یکی از عوامل مؤثر بر جذب باکتری‌ها در خاک، سطح ویژه ذرات تشکیل دهنده خاک است. معمولاً هر چه سطح ویژه ذرات خاک بیشتر باشد، میزان جذب باکتری بیشتر خواهد بود. خاک‌های با بافت سنگین به خاطر داشتن سطح ویژه بیشتر و با توجه به نوع غالب کانی‌های تشکیل دهنده، توانایی بیشتری در جذب باکتری‌ها دارند . علاوه بر سطح ویژه، وجود ذرات با اندازه بزرگتر می‌تواند موجب پیدایش منافذ درشت و جریان ترجیحی در خاک شود که خروج باکتری‌ها از خاک را افزایش می‌دهد. جریان از درون منافذ درشت و پیوسته و کانال‌ها، جریان‌های انگشت مانند، مجاری حاصل از فعالیت جانوران خاکزی، کانال‌های ریشه‌های قدیمی، خاک‌ورزی و تغییرات فیزیکی ساختمان خاک (انقباض و انبساط) از عوامل مهم ایجاد جریان‌های ترجیحی‌اند.

(۱۹۶۶.,  Buchter,et al ) عامل انتقال سریع آلاینده‌ها در خاک‌های غیراشباع را جریان ترجیحی دانستند. ذرات خاک با توجه به نوع بار الکتریکی  می‌توانند در جذب یا دفع باکتری مؤثر باشند. نوع و مقدار بار الکتریکی ذرات خاک تعیین‌کننده نوع و قدرت جذب گونه‌های مختلف در خاک است . بار الکتریکی خالص بیشتر باکتری‌ها منفی است. بنابراین در خاک‌های که بار وابسته به pH دارند، در pH های پایین جذب بیشتری از باکتری‌ها در خاک پیش‌بینی می‌شود (۱۹۷۳al.,. ,et Goldschmidt) با بررسی تأثیر pH  بر حرکت باکتری‌ها در خاک به این نتیجه رسیدند که در pH های خنثی تا اسیدی در مقایسه با شرایط قلیایی ، جذب باکتری‌ها بر روی سطوح ذرات خاک بیشتر صورت می‌گیرد . PH خاک بر pH آب نفوذی در خاک تأثیر می‌گذارد. با توجه به اینکه باکتری‌ها بیشتر در pH خنثی تا اسیدی زندگی می‌کنند، تأثیر pH بر جذب باکتری‌ها به ویژگی‌های خاک نیز بستگی دارد (۱۹۸۸., .(Abu- Ashour, et  alمعمولاً سطوح با بار مثبت دارای توان جذب باکتری بیشتری نسبت به سطوح با بار منفی‌اند  ( ۱۹۹۰.,al et Scholl ). گرید عوامل مهم و مؤثر بر انتقال باکتری‌ها در محیط‌های متخلخل، اندازه و چگالی آنهاست (۱۹۸۸., Macleod et, al  &  ۱۹۹۳.,al  .(Camper et,کاهش اندازه باکتری‌ها سبب کاهش پالایش فیزیکی و افزایش انتقال آن‌ها می‌شود ( ۱۹۸۹., et al  Reynolds,). سرعت جریان آب عامل مهمی در انتقال باکتری است ، به طور ی‌که کاهش سرعت نیوتونی عامل مهمی در کاهش میزان انتقال باکتری در محیط‌های متخلخل محسوب می‌شود.  چرا که ، داریم :

در این معادله :

V: سرعت متوسط آب منفذی (سرعت ظاهری یا نیوتونی) ،

Q: شدت جریان دارسی و

θ: مقدار رطوبت حجمی است.

خاک‌های بسیاری از نواحی خشک و نیمه خشک از جمله ایران دارای مقادیر چشمگیری کانی‌های کربنات کلسیم و سولفات کلسیم هستند (۱۹۶۹., al  Raw-Al, et ) مؤسسه بررسی و نقشه‌برداری از خاک‌های آهکی و گچی، ۱۹۵۱ .

اطلاعات چندانی در مورد تأثیر این دو کانی بر انتقال باکتری‌ها در خاک وجود ندارد. این پژوهش اثر این دو کانی بر فرآیند حرکت باکتری سودوموناس فلورسنس در ستون‌های شنی با شرایط رطوبتی غیر اشباع را بررسی می‌کند .

 متن کامل مقاله: اثر مقادیر مختلف کربنات و سولفات کلسیم بر حرکت باکتری سودوموناس فلورسنس در ستون ‌های شنی غیراشباع