اثر کاربرد EDTA و اسیدسیتریک بر تغییرات فعالیت آنزیمی خاک، تنفس میکروبی برانگیخته و فراهمی سرب در خاک

آب و خاک

مقاله 6، دوره 30، شماره 6 - شماره پیاپی 50، بهمن 1395، صفحه 2032-2045   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.v30i6.50232

نویسندگان

سیدسجاد حسینی^{* 1}؛ امیر لکزیان¹؛ اکرم حلاج نیا²

¹دانشگاه فردوسی مشهد

²دانشکده علوم، دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

افزودن EDTA به عنوان یک عامل کلات کننده به خاک‌های آلوده به فلزات سنگین ممکن است فراهمی و استخراج گیاهی فلزات را از خاک افزایش دهد اما می‌تواند اثرات منفی بر ویژگی‌های بیولوژیکی خاک داشته باشد. به منظور بررسی اثر کاربرد EDTA و اسید سیتریک بر فراهمی سرب، فعالیت دهیدروژناز، اوره‌آز و فسفومونواستراز قلیایی و همچنین تنفس میکروبی برانگیخته (SIR)، آزمایشی در قالب طرح کاملاً تصادفی با آرایش فاکتوریل و سه تکرار در شرایط گلخانه اجرا گردید. تیمارهای آزمایش شامل EDTAو اسید سیتریک در دو سطح 3 و 5 میلی مول بر کیلوگرم به همراه شاهد و زمان (7، 14، 21 و 28 روز) بودند. نتایج نشان داد که به طور میانگین تیمارهای EDTA3 و EDTA5 به ترتیب سبب افزایش 17/2 % و 10 % غلظت فراهم سرب نسبت به شاهد شدند. این در حالی است که بررسی اثر زمان نشان داد که فراهمی سرب برای تیمار EDTA3 در زمان 28 در مقایسه با اولین زمان نمونه برداری (روز هفتم) 3/12 % کاهش یافت در حالی که برای تیمار EDTA5 تغییر معنی‌داری در طی زمان مشاهده نشد. همچنین به طور میانگین تیمارهای CA3 و CA5 به ترتیب سبب کاهش 3/8 % و 7/15 % غلظت فراهم سرب نسبت به شاهد شدند به طوری که در آخرین زمان نمونه برداری فراهمی سرب به ترتیب 9/15 % و 8/12 % نسبت به اولین زمان کاهش پیدا کرد. نتایج نشان دهنده اثر منفی EDTA بر فعالیت آنزیم‌های دهیدروژناز و اوره‌آز خاک بود. از طرف دیگر افزودن اسیدسیتریک اثر مثبتی بر فعالیت آنزیم‌های دهیدروژناز، اوره‌آز و فسفومونواستراز قلیایی خاک داشت. در تمام تیمارها به جز تیمار شاهد فعالیت آنزیم‌های مورد مطالعه با گذشت زمان افزایش پیدا کرد که این افزایش در تیمارهای اسید سیتریک بیشتر بود. افزودن EDTA و اسیدسیتریک مقدار SIR خاک را در همه زمان‌های مورد مطالعه افزایش دادند که این افزایش برای تیمارهای اسیدسیتریک بیشتر از EDTA بود.

کلیدواژه‌ها

اسیدسیتریک؛ سرب؛ فعالیت آنزیم؛ EDTA؛ SIR

مراجع

1- Alef K., and Nannipieri P. 1995. Methods in applied soil microbiology and biochemistry. Academic press.

2- Bremner J. M., and Mulvaney C. S. 1982. Nitrogen total. Methods of soil analysis. Part 2. Chemical and microbiological properties, (methods of soil an2), 595-624.

3- Chapman H. D. 1965. Total exchangeable bases. Methods of soil analysis. Part 2. Chemical and microbiological properties, (methods of soil anb), 902-904.

4- Do Nascimento C. W. A., Amarasiriwardena D., and Xing B. 2006. Comparison of natural organic acids and synthetic chelates at enhancing phytoextraction of metals from a multi-metal contaminated soil. Environmental Pollution, 140(1), 114-123.

5- Epelde L., Hernandez-Allica J., Becerril J. M., Blanco F., andGarbisu C. 2008. Effects of chelates on plants and soil microbial community: comparison of EDTA and EDDS for lead phytoextraction.Science of the total environment, 401(1), 21-28.

6- Fine P., Paresh R., Beriozkin A., and Hass A. 2014. Chelant-enhanced heavy metal uptake by Eucalyptus trees under controlled deficit irrigation. Science of the Total Environment, 493, 995-1005.

7- Freitas E. V., Nascimento C. W., Souza A., and Silva F. B. 2013. Citric acid-assisted phytoextraction of lead: A field experiment. Chemosphere, 92(2), 213-217.

8- Gee G. W., Bauder J. W., and Klute A. 1986. Particle-size analysis. P. 383- 411. In Klute, A (ed.) Methods of soil analysis. Part 1. Physical and mineralogical methods. 2nd ed. American Society of Agronomy, Inc.

9- Huang J. W., Chen J., Berti W. R., and Cunningham S. D. 1997. Phytoremediation of lead-contaminated soils: role of synthetic chelates in lead phytoextraction. Environmental Science & Technology, 31(3), 800-805.

10- Jelusic M., and Lestan D. 2014. Effect of EDTA washing of metal polluted garden soils. Part I: toxicity hazards and impact on soil properties. Science of the Total Environment, 475, 132-141.

11- Kos B. 2003. Influence of a biodegradable ([S, S]-EDDS) and nondegradable (EDTA) chelate and hydrogel modified soil water sorption capacity on Pbphytoextraction and leaching. Plant and Soil, 253(2), 403-411.

12- Kos B., and Leštan D. 2004. Chelator induced phytoextraction and in situ soil washing of Cu. Environmental Pollution, 132(2), 333-339.

13- Lee J., and Sung K. 2014. Effects of chelates on soil microbial properties, plant growth and heavy metal accumulation in plants. Ecological Engineering, 73, 386-394.

14- Lindsay W. L., and Norvell W. A. 1978. Development of a DTPA soil test for zinc, iron, manganese, and copper. Soil science society of America journal, 42(3), 421-428.

15- Loeppert R. H., and Suarez L. 1996. Carbonate and gypsum. In ‘Methods of soil analysis. Part 3. Chemical methods. (Ed. DL Sparks) pp. 437–474. Soil Science Society of America: Madison, WI.

16- Luo C. L., Shen Z. G., Baker A. J., and Li X. D. 2006. A novel strategy using biodegradable EDDS for the chemically enhanced phytoextraction of soils contaminated with heavy metals. Plant and soil, 285(1-2), 67-80.

17- Luo C., Shen Z., and Li X. 2005. Enhanced phytoextraction of Cu, Pb, Zn and Cd with EDTA and EDDS. Chemosphere, 59(1), 1-11.

18- Mc Grath S.P., and Cunliffe C.H. 1985. A simplified method for the extraction of the metals Fe, Zn, Cu, Ni, Cd, Pb, Cr, Co and Mn from soils and sewage sludges. Journal of the Science of Food and Agriculture, 36(9), 794-798.

19- Meers E., Ruttens A., Hopgood M., Lesage E., and Tack F. M. G. 2005. Potential of Brassicrapa, Cannabis sativa, Helianthus annuus and Zea mays for phytoextraction of heavy metals from calcareous dredged sediment derived soils. Chemosphere, 61(4), 561-572.

20- Mühlbachova G. 2011. Soil microbial activities and heavy metal mobility in long-term contaminated soils after addition of EDTA and EDDS. Ecological Engineering, 37(7), 1064-1071.

21- Nannipieri P., Grego S., Ceccanti B., Bollag J. M., and Stotzky G. 1990. Ecological significance of the biological activity in soil. Soil biochemistry, 6, 293-355.

22- Nannipieri P., Pankhurst C. E., Doube B. M., Gupta V. V. S. R., and Grace P. R. 1994. The potential use of soil enzymes as indicators of productivity, sustainability and pollution. In (Ed. CE Pankhurst et al.) pp. 238- 244. Soil biota: management in sustainable farming systems. CSIRO Publications.

23- Nascimento C. W. A. D. 2006. Organic acids effects on desorption of heavy metals from a contaminated soil. Scientia Agricola, 63(3), 276-280.

24- Neugschwandtner R. W., Tlustoš P., Komarek M., and Szakova J. 2008. Phytoextraction of Pb and Cd from a contaminated agricultural soil using different EDTA application regimes: laboratory versus field scale measures of efficiency. Geoderma, 144(3), 446-454.

25- Olsen S. R., Sommers L. E., and Page A. L. 1982. Methods of soil analysis. Part 2. Agron.Monogr, 9, 403-430.

26- Renella G., Egamberdiyeva D., Landi L., Mench M., and Nannipieri P. 2006. Microbial activity and hydrolase activities during decomposition of root exudates released by an artificial root surface in Cd-contaminated soils. Soil Biology and Biochemistry, 38(4), 702-708.

27- Saifullah Sabir M., and Ahmad H. R. 2014. Phytoremediation of Pb-Contaminated Soils Using Synthetic Chelates. In (Ed. K Hakeem et al.) pp. 397- 414. Soil Remediation and Plants: Prospects and Challenges. Academic Press.

28- Shahid M., Pinelli E., and Dumat C. 2012. Review of Pb availability and toxicity to plants in relation with metal speciation; role of synthetic and natural organic ligands. Journal of hazardous materials, 219, 1-12.

29- Sinegani A. A. S., and Ghahfarokhi I. T. The effect of application of electrokinetic and chelating agents on substrate induced respiration and bacterial and fungal populations in a multi-metal contaminated soil. 1st International Conference on Environmental Crisis and its Solutions, 13-14 Feb. 2013. Scientific and Research Branch, Khouzestan, Islamic Azad University., Kish Island-Iran

30- Tabatabai M. A., and Bremner J. M. 1969. Use of p-nitrophenyl phosphate for assay of soil phosphatase activity.Soil biology and biochemistry, 1(4), 301-307.

31- Tabatabai M. A., and Bremner J. M. 1972. Assay of urease activity in soils. Soil Biology and Biochemistry, 4(4), 479-487.

32- Tandy S., Schulin R., and Nowack B. 2006. Uptake of metals during chelant-assisted phytoextraction with EDDS related to the solubilized metal concentration. Environmental science & technology, 40(8), 2753-2758.

33- Thalmann A. 1966. The determination of the dehydrogenase activity in soil by means of TTC (triphenyltetrazolium). Soil Biol, 6, 46-49.

34- Udovic M., and Lestan D. 2009. Pb, Zn and Cd mobility, availability and fractionation in aged soil remediated by EDTA leaching. Chemosphere, 74(10), 1367-1373.

35- Ultra Jr V. U., Yano A., Iwasaki K., Tanaka S., Kang Y., and Sakurai K. 2005. Influence of chelating agent addition on copper distribution and microbial activity in soil and copper uptake by brown mustard (Brassica juncea). Soil Science & Plant Nutrition, 51(2), 193-202.

36- Usman A. R., Almaroai Y. A., Ahmad M., Vithanage M., and Ok Y. S. 2013. Toxicity of synthetic chelators and metal availability in poultry manure amended Cd, Pb and As contaminated agricultural soil. Journal of hazardous materials, 262, 1022-1030.

37- Vogeler I., Vachey A., Deurer M., and Bolan N. 2008. Impact of plants on the microbial activity in soils with high and low levels of copper. European journal of soil biology, 44(1), 92-100.

38- Walkley A., and Black I. A. 1934. An examination of the Degtjareff method for determining soil organic matter, and a proposed modification of the chromic acid titration method.Soil science, 37(1), 29-38.

39- Wu L. H., Luo Y. M., Christie P., and Wong M. H. 2003. Effects of EDTA and low molecular weight organic acids on soil solution properties of a heavy metal polluted soil. Chemosphere, 50(6), 819-822.

40- Wu L. H., Luo Y. M., Xing X. R., and Christie P. 2004. EDTA-enhanced phytoremediation of heavy metal contaminated soil with Indian mustard and associated potential leaching risk. Agriculture, Ecosystems & Environment, 102(3), 307-318.

41- Zhang F., Zhu Z., Dong Z., Cui Z., Wang H., Hu W., Zhao P., Wang P., Wei S., Li R., and Ma J. 2011. Magnetically recoverable facile nanomaterials: Synthesis, characterization and application in remediation of heavy metals. Microchemical Journal, 98(2), pp.328-333.

42- Zhang H., Zhao F.J., Sun B., Davison W., and Mcgrath S.P. 2001. A new method to measure effective soil solution concentration predicts copper availability to plants. Environmental Science & Technology, 35(12), pp.2602-2607.