پیامد آلودگی نفتی طبیعی و طولانی‌مدت بر جمعیت میکروبی و فعالیت آنزیم اوره‌آز خاک

آب و خاک

مقاله 3، دوره 37، شماره 5 - شماره پیاپی 91، آذر و دی 1402، صفحه 685-700   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.2023.80896.1250

نویسندگان

شکوفه مرادی¹؛ محمدرضا ساریخانی^{* 1}؛ علی بهشتی آل آقا²؛ عادل ریحانی تبار¹؛ سید سیامک علوی کیا³؛ علی بنده حق³؛ روح اله شریفی⁴

¹گروه علوم و مهندسی خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

²گروه علوم و مهندسی خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه رازی کرمانشاه، کرمانشاه، ایران

³به‌نژادی و بیوتکنولوژی گیاهی، گروه به‌نژادی و بیوتکنولوژی گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

⁴گروه گیاه‌پزشکی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه رازی کرمانشاه، کرمانشاه، ایران

چکیده

آلاینده‌های آلی از جمله ترکیبات نفتی، یک مشکل جهانی برای سلامت محیط‌زیست و موجودات زنده محسوب می‌شوند که می­توانند ویژگی­های فیزیکی، شیمیایی و زیستی خاک را تحت تأثیر قرار دهند. در این تحقیق، شاخص‌های زیستی از جمله جمعیت میکروبی و فعالیت آنزیم اوره­آز در خاک­های آلوده به نفت نفت‌-شهر کرمانشاه مورد توجه بود. به‌منظور بررسی اثرات آلودگی نفتی طولانی­مدت و طبیعی، 120 نمونه خاک آلوده با سطوح مختلف نفت؛ آلودگی شدید (H:High)، متوسط (M:Moderate) و کم (L: Low) از عمق 15-0 سانتی­متری از 4 منطقه مختلف تهیه­شد. پس از اندازه‌گیری ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی خاک‌ها، شمارش میکروبی و اندازه­گیری فعالیت اوره­آز انجام­شد. برای تعیین جمعیت میکروبی کل و باکتری­های درگیر در تجزیه نفت، به‌ترتیب اقدام به شمارش میکروبی در محیط کشت‌های NA (Nutrient Agar) و CFMM (Carbon Free Minimal Medium) شد که رابطه مستقیمی با افزایش میزان نفت داشت. میانگین درصد نفت اندازه‌گیری شده به روش سوکسله، به‌ترتیب 03/4، 95/9 و 50/22 درصد به‌ترتیب برای سطوح L، M و H به‌دست آمد. نتایج نشان داد که با افزایش شدت آلودگی، جمعیت میکروبی افزایش یافت. بالاترین جمعیت میکروبی شمارش­شده در محیط کشت NA، در خاک­های با آلودگی شدید CFU/g 10⁵×54/9 و پایین­ترین جمعیت در خاک­های با آلودگی کمCFU/g  10⁵×25/3 به‌دست آمد. در محیط کشت CFMM نیز بیشترین و کمترین جمعیت به‌ترتیب در خاک­های با آلودگی شدید و کم با مقادیر CFU/g 10⁵×11/3 و 10⁴×11/8 به‌دست آمد. میزان افزایش جمعیت میکروبی در دو محیط NA و CFMM با افزایش آلودگی به‌ترتیب 9/2 و 8/3 برابر بود. برای هردو محیط کشت، منطقه 1 دارای بیشترین جمعیت و بیشترین درصد آلودگی نفتی و منطقه 4 دارای کمترین جمعیت و کمترین درصد آلودگی نفتی بود. پایین­ترین فعالیت اوره­آز در منطقه 1 و بالاترین آن در منطقه 4 مشاهده شد. آلودگی نفتی نمونه­های خاک منجر به کاهش فعالیت اوره­آز شد به گونه­ای که بیشترین فعالیت آنزیمی در خاک­های با آلودگی کم ( µgNH₄/g.h90/594) و کمترین فعالیت در خاک­های با آلودگی شدید (µgNH₄/g.h 11/176) به‌دست آمد، میزان درصد کاهش فعالیت با افزایش سطح آلودگی 5/70 درصد بود. آنالیز مؤلفه­های اصلی نیز انجام شد و 71 درصد از واریانس تراکمی نمونه­ها توسط دو مؤلفه اول (مؤلفه بیوشیمیایی و مؤلفه فیزیکی) قابل توجیه بود. یافته‌های این تحقیق نشان داد که آلودگی نفتی طولانی­مدت و طبیعی باعث گزینش جامعه میکروبی مقاوم به نفت شده و بنابراین پاسخ مثبت آنها به حضور ترکیبات نفتی را شاهد بودیم اما فعالیت آنزیم اوره­آز تحت تأثیر آلودگی نفتی کاهش یافت. به‌نظر اثرات بازدارندگی ترکیبات نفتی بر فعالیت اوره‌از یا جامعه غالب میکروبی با فعالیت اوره‌از محدود، سبب شده است تا فعالیت اوره‌از واکنش منفی به حضور آلاینده نفتی نشان دهد.

کلیدواژه‌ها

آلاینده‌های نفتی؛ جمعیت میکروبی؛ شاخص‌های زیستی؛ فعالیت آنزیمی

مراجع

 

1. Andreoni, V., Cavalca, L., Rao, M. A., Nocerino, G., Bernasconi, S., Dell’Amico, E., ... & Gianfreda, L. (2004). Bacterial communities and enzyme activities of PAHs polluted soils. Chemosphere, 57(5), 401-412. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2004.06.013
2. Christopher, S., Hein, P., Marsden, J., & Shurleff, A.S. (1988). Evaluation of methods 3540 (soxhlet) and 3550 (Sonication) for evaluation of appendix IX analyses from solid samples. S-CUBED, Report for EPA contract 68-03-33-75, work assignment No. 03, Document No (pp. 523-546). SSS.
3. Cox, J.F., Blackstone, J.H., & Schleier, J.G. (2003). Managing operations: A focus on excellence. North River Press.
4. Deaker, R., Kecskés, M.L., Rose, M.T., Amprayn, K., Ganisan, K., Tran, T.K.C., Vu, T.N., Phan, T.C., Nguyen, T.H., & Kennedy, I.R. (2011). Practical methods for the quality control of inoculant biofertilisers. Australian Centre for International Agricultural Research (ACIAR). 101 pp
5. Dos Santos, H. F., Cury, J.C., Do Carmo, F.L., Dos Santos, A.L., Tiedje, J., van Elsas, J.D., ... & Peixoto, R.S. (2011). Mangrove bacterial diversity and the impact of oil contamination revealed by pyrosequencing: bacterial proxies for oil pollution. PloS one, 6(3), e16943. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0016943
6. Ebrahimi, M., Falah, M., & Sarikhani, M.R., (2013). Isolation and identification of some bacteria that decompose petroleum substances from soil contaminated with petroleum substances and checking their growth ability in the presence of gasoline. Water and Soil Science, 3(1), 109-121. (In Persian with English abstract)
7. Gianfreda, L., Rao, M.A., Piotrowska, A., Palumbo, G., & Colombo, C. (2005). Soil enzyme activities as affected by anthropogenic alterations: intensive agricultural practices and organic pollution. Science of the Total Environment, 341(1-3), 265-279. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2004.10.005
8. Guo, H., Yao, J., Cai, M., Qian, Y., Guo, Y., Richnow, H.H., ... & Ceccanti, B. (2012). Effects of petroleum contamination on soil microbial numbers, metabolic activity and urease activity. Chemosphere, 87(11), 1273-1280. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2012.01.034
9. Hui, L.I., Zhang, Y., Kravchenko, I., Hui, X.U., & Zhang, C.G. (2007). Dynamic changes in microbial activity and community structure during biodegradation of petroleum compounds: a laboratory experiment. Journal of Environmental Sciences, 19(8), 1003-1013. https://doi.org/10.1016/S1001-0742(07)60163-6
10. Klamerus-Iwan, A., Błońska, E., Lasota, J., Kalandyk, A., & Waligórski, P. (2015). Influence of oil contamination on physical and biological properties of forest soil after chainsaw use. Water, Air, & Soil Pollution, 226, 1-9. https://doi.org/10.1007/s11270-015-2649-2
11. Labud, V., Garcia, C., & Hernandez, T. (2007). Effect of hydrocarbon pollution on the microbial properties of a sandy and a clay soil. Chemosphere, 66(10), 1863-1871. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2006.08.021
12. Lee, S.H., Oh, B.I., & Kim, J.G. (2008). Effect of various amendments on heavy mineral oil bioremediation and soil microbial activity. Bioresource Technology, 99(7), 2578-2587. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2007.04.039
13. Liang, Y., Zhang, X., Zhou, J., & Li, G. (2015). Long‐term oil contamination increases deterministic assembly processes in soil microbes. Ecological Applications, 25(5), 1235-1243. https://doi.org/10.1890/14-1672.1
14. Liao, J., Wang, J., Jiang, D., Wang, M.C., & Huang, Y. (2015). Long-term oil contamination causes similar changes in microbial communities of two distinct soils. Applied Microbiology and Biotechnology, 99, 10299-10310. https://doi.org/10.1007/s00253-015-6880-y
15. Lipińska, A., Kucharski, J., & Wyszkowska, J. (2013). Urease activity in soil contaminated with polycyclic aromatic hydrocarbons. Polish Journal of Environmental Studies, 22(5), 1393-1400.
16. Margesin, R., Hämmerle, M., & Tscherko, D. (2007). Microbial activity and community composition during bioremediation of diesel-oil-contaminated soil: effects of hydrocarbon concentration, fertilizers, and incubation time. Microbial Ecology, 53, 259-269. https://doi.org/10.1007/s00248-006-9136-7
17. Martin, A.E., & Reeve, R. (1955). A rapid manometeic method for determining soil carbonate. Soil Science, 79(3), 187-198.
18. Moradi, S. H., Sarikhani, M. R., & Alliasgharzad, N. (2019). Isolation of endophytic bacteria from grasses root and assessing phosphate solubilization, potassium releasing and auxin production abilities of isolated bacteria. Biological Journal of Microorganism, 36(2020), 1-13. https://doi.org/10.22108/bjm.2019.117674.1207
19. Moreno, B., Nogales, R., Macci, C., Masciandaro, G., & Benitez, E. (2011). Microbial eco-physiological profiles to estimate the biological restoration of a trichloroethylene-contaminated soil. Ecological Indicators 11(6), 1563-1571. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2011.03.026
20. Nie, M., Zhang, X.D., Wang, J.Q., Jiang, L.F., Yang, J., Quan, Z.X., ... & Li, B. (2009). Rhizosphere effects on soil bacterial abundance and diversity in the Yellow River Deltaic ecosystem as influenced by petroleum contamination and soil salinization. Soil Biology and Biochemistry, 41(12), 2535-2542. https://doi.org/10.1016/ j.soilbio.2009.09.012
21. Phillips, L.A., Greer, C.W., Farrell, R.E., & Germida, J.J. (2009). Field-scale assessment of weathered hydrocarbon degradation by mixed and single plant treatments. Applied Soil Ecology, 42(1), 9-17. https://doi.org/10.1016/ j.apsoil.2009.01.002
22. Rao, M.A., Scelza, R., Acevedo, F., Diez, M. C., & Gianfreda, L. (2014). Enzymes as useful tools for environmental purposes. Chemosphere 107: 145-162. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2013.12.059.
23. Rowell, D.L. (1994). Soil Science: Methods and Applications. Longman, UK.
24. Saadoun, I., Mohammad, M.J., Hameed, K.M., & Shawaqfah, M.A. (2008). Microbial populations of crude oil spill polluted soils at the Jordan-Iraq desert (the Badia region). Brazilian Journal of Microbiology, 39, 453-456.
25. Schinner, F., Öhlinger, R., Kandeler, E., & Margesin, R. (Eds.). (2012). Methods in soil biology. Springer Science & Business Media.
26. Sutton, N.B., Maphosa, F., Morillo, J.A., Abu Al-Soud, W., Langenhoff, A.A., Grotenhuis, T., Rijnaarts, H.H., & Smidt, H. (2013). Impact of long-term diesel contamination on soil microbial community structure. Applied and Environmental Microbiology, 79(2): 619–630. https://doi.org/10.1128/AEM.02747-12
27. Tabatabai, M.A. (1994). Soil enzymes. Methods of soil analysis: Part 2 Microbiological and biochemical properties, 5, 775-833. https://doi.org/10.2136/sssabookser5.2.c37
28. Trasar-Cepeda, C., Leiros, M.C., Seoane, S., & Gil-Sotres, F. (2000). Limitations of soil enzymes as indicators of soil pollution. Soil Biology and Biochemistry, 32(13), 1867-1875. https://doi.org/10.1016/S0038-0717(00)00160-7
29. Vincent, A.O., Felix, E., Weltime, M.O., Ize-iyamu, O.K., & Daniel, E.E. (2011). Microbial degradation and its kinetics on crude oil polluted soil. Research Journal of Chemical Sciences.
30. Wyszkowska, J., Kucharski, M., & Kucharski, J. (2006). Application of the activity of soil enzymes in the evaluation of soil contamination by Diesel oil. Polish Journal of Environmental Studies, 15(3), 501-506.
31. Xiao, K.Q., Li, L.G., Ma, L.P., Zhang, S.Y., Bao, P., Zhang, T., & Zhu, Y.G. (2016). Metagenomic analysis revealed highly diverse microbial arsenic metabolism genes in paddy soils with low-arsenic contents. Environmental Pollution, 211, 1-8. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2015.12.023
32. Xu, J.G., & Johnson, R.L. (1995). Root growth, microbial activity and phosphatase activity in oil-contaminated, remediated and uncontaminated soils planted to barley and field pea. Plant and Soil, 173(1), 3-10. https://doi.org/10.1007/BF00155512