جداسازی باکتری‌های کارا در رسوب زیستی کربنات‌کلسیم (MICP) و ارزیابی توانایی آنها در کنترل فرسایش بادی خاک‌های شور اطراف دریاچه ارومیه

آب و خاک

مقاله 11، دوره 34، شماره 1 - شماره پیاپی 69، فروردین 1399، صفحه 143-154   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.v34i1.69069

نویسندگان

مریم معین فر؛ میرحسن رسولی صدقیانی؛ محسن برین^* ؛ فرخ اسدزاده

دانشگاه ارومیه

چکیده

در این پژوهش، به­منظور شناسایی و جداسازی باکتری­های بومی با توانایی رسوب زیستی کربنات­کلسیم (MICP)، 25 نمونه خاک از جنوب استان آذربایجان­غربی جمع­آوری شدند. بعد از مراحل غربالگری اولیه باکتری‌ها، پنج باکتری بومی با توانایی بالای هیدرولیز اوره و همچنین مقاوم به­شوری جداسازی شد. جهت بررسی کنترل فرسایش بادی آزمونی به صورت فاکتوریل در قابل طرح کاملاً تصادفی در دو فاکتور و سه تکرار که فاکتور اول در هشت سطح (شامل پنج باکتری جداسازی شده (U3، U8 ، U16، U35، U40) و باسیلوس پاسته­اوری (شاهد مثبت)، تیمار بدون باکتری و بدون عامل سیمانی (به­صورت موهومی) و تیمار بدون باکتری و دارای عامل سیمانی و فاکتور دوم شامل غلظت­های مختلف محلول کلریدکلسیم به­همراه اوره در سه سطح (1/0، 5/0 و 1 مولار) ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که جدایه­های U3 و U16 دارای بیشترین مقدار هیدرولیز اوره و از نظر تحمل به­شوری U16 دارای کمترین مقدار و  U3بیشترین تحمل به شوری بود. نتایج حاصل از آزمون تونل باد نشان داد که آستانه فرسایش بادی در نمونه‌های شاهد منفی در حدود m/s 4/9 و برای نمونه­های MICP (رسوب میکروبی کربنات کلسیم) بسیار بالاتر از سرعت دستگاه تونل­باد (25 متر بر ثانیه) بود. حداکثر میزان مقاومت­فروروی در نمونه تیمار شده با جدایه U3 و سطح یک مولار کلریدکلسیم MPa 5/13 و نمونه­های شاهد منفی و دارای مواد سیمانی به­ترتیب MPa0 و 97/0 بدست آمد. چنین استنباط می‌شود که می‌توان از فرایند MICP و باکتری‌های بومی توانمند در این پدیده برای برای کاهش فرسایش بادی استفاده نمود. که فاکتور اول در هشت سطح (شامل پنج باکتری جداسازی شده (U3، U8، U16، U35، U40)، باسیلوس پاسته­اوری (به­عنوان شاهد مثبت که از مرکز کلکسیون میکروبی ایران تهیه گردید)، تیمار بدون باکتری و بدون عامل سیمانی (شاهد منفی) و تیمار بدون باکتری و دارای عامل سیمانی) و فاکتور دوم در سه سطح شامل غلظت­های مختلف محلول کلرورکلسیم به همراه اوره (1/0، 5/0 و 1 مولار) مورد ارزیابی قرار گرفت.

کلیدواژه‌ها

باکتری‌تولید کننده اوره‌آز؛ سیمانی کننده بیولوژیکی؛ فرسایش بادی؛ مقاومت فروروی

مراجع

1- Alhour M.T. 2013. Isolation, Characterization and Application of Calcite Producing Bacteria from Urea Rich Soils. The Master thesis of science in biotechnology. Islamic University – Gaza.

2- Al-Thawadi S.M. 2008. High Strength In-situ Biocementation of Soil by Calcite Precipitating Locally Isolated Ureolytic Bacteria. Ph.D thesis for Biological Sciences & Biotechnology, Faculty of Murdoch University, Perth, Western Australia. (In Persian with English abstract)

3- Cornelis W.M., and Gabriels D. 2005. Optimal windbreak design for wind-erosion control. Journal of Arid Environments 61(2): 315-332.

4- DeJong J.T., Mortensen B.M., Martinez B.C., and Nelson D.C. 2010. Bio-mediated soil improvement. Ecological Engineering 36: 197-210.

5- Ekhtesasi M.R., and Sepehr A. 2009. Investigation of wind erosion process for estimation, prevention, and control of DSS in Yazd–Ardakan plain. Environmental Monitoring and Assessment 159: 267–280.

6- Goudie A.S. 2009. Dust storms: recent developments. Journal of Environmental Management 90: 89–94.

7- Azimzadeh H., and Fotouhi F. 2014. The study on the effects of desert pavement on wind erodibility (Case study: Yazd- Ardakan plain). Iranian Journal of Rangeland and Desert Research 20(4): 695-705. (In Persian)

8- Hoshmand A. 2012. Laboratory evaluation of effective factors on bacterial deposition of calcium carbonat in sand. The thesises of sahand industrial University. Faculty of civil Engineering.

9- Kahani M., Kalantari F., Bazzazzadeh R., and Mirzaii B. 2012. Biological calcium carbonate sedimentation in sandy soils and its effect on increasing soil resistance. Journal of Environmental Science and Engineering 52: 11-19. (In Persian with English abstract).

10- Li J., Okin G.S., Alvarez L., and Epstein H. 2007. Quantitative effects of vegetation cover on wind erosion and soil nutrient loss in a desert grassland of southern New Mexico, USA. Biogeochemistry 85(3): 317-332.

11- Maleki Kakler M., Ebrahimi S., Asadzadeh F., and Emami Tabrizi M. 2016. Evaluation efficiency of carbonate for stabilization of sandy soils. Iran Water and soils Research. 47(2): 407-415. (In Persian with English abstract)

12- Khosroshahi M., Abtahi M., Kashki M.T., Lotfinasab S., Dargahian F., and Ebrahimi Z. 2017. Determining deserts domain of Iran aspect of natural environmental factors. Iranian Journal of Rangeland and Desert Research 24(2): 404-417. (In Persian)

13- Ekhtesasi M.R., and Hazirei F. 2015. Effects of cement mulch combinations on sand dunes fixation. Journal of Rangeand Watershed Management 68(4): 739-750. (In Persian)

14- Mortensen B.M., and DeJong J.T. 2011. Strength and stiffness of MICP treated sand subjected to various stress paths. In Geo-Frontiers 2011: Advances in Geotechnical Engineering. (pp. 4012-4020).

15- Movahedan M., Abbasi N., and Keramati M. 2012. Wind erosion control of soils using polymeric materials. Eurasian Journal of Soil Science 1(2): 81-86.

16- Nordstrom K.F., and Hotta S. 2004. Wind erosion from cropland in the USA: a review of problems, solutions and prospects. Geoderma 121(3-4): 157-167.

17- Rezaei Banafsheh M., Zeraei I., and Zanganeh S. 2013. Study the effects of dust storms on human life and the environment. First National Geography Conference, Tehran. page 76-86. (In Persian with English abstract)

18- Shafabakhsh K., and Ebrahimi S. 2009. Guide for fixing pavement layers and roads. Transportation Research Institute publication. Second edition.

19- Sharifi M. 1994. Interpretation and principles of biochemical tests in medical bacteriology. first edition. Tabriz publication.

20- Skidmore E.L., and Hagen L.J. 1977. Reducing wind erosion with barriers. Transactions of the ASAE, 20(5): 911-0915.

21- Song H.W. 2007. Corrosion monitoring of reinforced concrete structures-A review. International Journal of Electrochem. Science 2: 1-27.

22- Tibke G. 1988. Basic principles of wind erosion control. Agriculture, Ecosystems & Environment 22: 103-122.

23- Toure A.A., Rajot J.L., Garba Z., Marticorena B., Petit C., and Sebag D. 2011. Impact of very low crop residues cover on wind erosion in the Sahel. Catena 85(3): 205-214.

24- Van Paassen L.A., Harkes M.P., Van Zwieten G.A., Van der Zon W.H., Van der Star W.R.L., and Van Loosdrecht M.C.M. 2009. Scale up of BioGrout: a biological ground reinforcement method. Procceedings of the 17th International conference on soil mechanics and geotechnical engineering, Alexanderia, Egypt, Pp: 2328-2333.

25- Van Paassen L.A., Daza C.M., Staal M., Sorokin D.Y., Van der Zon W., and Van Loosdrecht M.C.M. 2009. Potential soil reinforcement by biological denitrification. Ecological Engineering In Press, Corrected Proof.

26- Whiffin V.S. 2004. Microbial CaCO3 Precipitation for the production of Biocement. Ph.D thesis for Biological Sciences & Biotechnology, Faculty of Murdoch University, Perth, Western Australia.

27- Young D.L., and Schillinger W.F. 2012. Wheat farmers adopt the undercutter fallow method to reduce wind erosion and sustain profitability. Soil and Tillage Research 124: 240-244.

28- Yua J.J., Smithson S.L., Thomasa P.W., Kirklandb T.N., and Cola G.T. 1997. Isolation and characterization of the urease gene (URE) from the pathogenic fungus Coccidioides immitis. Gene 198: 387–391.

29- Zamani S., and Mahmoodabadi M. 2013. Effect of particle-size distribution on wind erosion rate and soil erodibility. Archives of Agronomy and Soil Science 59(12): 1743-1753.