اثر همزمان کم‌آبیاری و جریان ترجیحی بر نگهداشت باکتری ایشریشیاکولی در خاک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی مقطع دکترا- مهندسی آبیاری و زهکشی- دانشگاه شهرکرد

2 گروه مهندسی آب، عضو هیئت علمی دانشکده کشاورزی دانشگاه شهرکرد

3 استادیار و بازنشسته گروه میکروبیولوژی دانشگاه شهرکرد

چکیده

آلودگی میکروبی یکی از انواع آلودگی منابع آب است که با سلامت موجودات زنده در ارتباط است. در این پژوهش انتقال باکتری ایشریشیاکولی در شرایط کم‌آبیاری و در حضور جریان‌های ترجیحی بررسی شده‌است. سطوح آبیاری 120، 100، 80 و 60 درصد ظرفیت زراعی و تعداد دفعات آبیاری 5 مرتبه انتخاب شدند. یک مجرای جریان ترجیحی در وسط ستون‌های خاک به صورت مصنوعی ایجاد شد. سویه باکتری استاندارد ATCC-25922 به صورت سوسپانسیون به سطح خاک تزریق شد. تعداد باکتری لایه‌های مختلف خاک به روش شمارش زنده تعیین شد. نتایج نشان داد با کاهش سطح آبیاری، میزان عمق انتقال باکتری کاهش می یابد و بیشترین تجمع باکتری در سطح خاک مشاهده شد در تیمار T60 حدود 90درصد نگهداشت در عمق ده ‌سانتی‌متری خاک بود. از این رو در شرایط کم آبیاری برای جلوگیری از انتقال آلودگی باکتریایی به آب‌های سطحی، باید توجه ویژه گردد. جریان آب از سمت جریان ترجیحی به سمت ماتریکس خاک سبب شد، انتقال باکتری به درون ماتریکس خاک بیشتر ‌شود. در تیمار با سطح آبیاری 120و 100 درصد متوسط میزان نگهداشت باکتری در ده سانتی‌متری لایه سطحی خاک در محل نزدیک به جریان ترجیحی حدود 45 و 5/28 درصد نسبت به تیمار نظیرش در حالت بدون جریان ترجیحی بیش‌تر شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Simultaneous effects of deficit irrigation and preferential flow on E. coli retention in soil

نویسندگان [English]

  • zeinab Ahmadimoghadam 1
  • Sayyed Hassan Tabatabaei 2
  • Azizallah Ebrahimi 3
1 Ph.D.Student in Department of Water Engineering, Shahrekord University, Shahrekord, Iran
2 Department of Water Engineering, Shahrekord University, Shahrekord, Iran
3 Department of Microbiology, Shahrekord University, Shahrekord, Iran
چکیده [English]

Microbial pollution is one of the most important type of water resources pollution as associated with the health of animal and human. In this study, E. coli retention under deficit irrigation conditions and presence of preferential flow was investigated using column study Soil. The irrigation levels were T120, T100, T80, and T60% of field capacity and the number of irrigations were five. The one preferential flow was artificially created in the middle of the soil columns. Cells were injected from top of the soil surface. The number of bacteria after irrigation in different layers was monitored. The results showed that by reducing the irrigation level from 120 to 60%, bacteria transport decreased within the soil profile. The highest accumulation of bacteria was observed on the soil surface. In the T60 treatment, about 90% of the retention was at a depth of 10 cm.Therefore, deficit irrigation, could limit bacteria movement within the soil profile so that may result in less surface water contamination. Preferential flow, caused greater retention of bacteria in the vicinity of matrix as compared to the control columns. The bacterial retention in the vicinity preferred flow state at a depth of 10 cm of soil surface layer was about 45% and 28.5% higher than the treatment similar to them in the non-preferential flow state

کلیدواژه‌ها [English]

  • Escherichia coli
  • Matrix
  • Soil profile
  • Water Pollution
احمدی‌مقدم، ز. و طباطبائی، س.ح. تعیین دقت دو مدل CDE وMIM  با استفاده از روش حل معکوس در انتقال آلودگی تری‌کلرواتیلن (TCE) در یک محیط متخلخل کربناته، نشریه مهندسینشریه مهندسی عمران امیرکبیر، 52(1): 11-1.
اخوان، س.، ابراهیمی، س.، نوابیان، م.، مجتهدی، ع.، شعبانپور، م. و موحدی نایینی، ع. 1398. بررسی شاخص‌های جذبو پالایش ترابری باکتری ای‌کولای در سیستم‌جریان ترجیحی، مجله علمی کشاورزی مهندسی زراعی.42(1): 1-11.
انصاری، ف.، طباطبائی، س.ح.، عباسی، ف، و علایی، ا. 1398. آنالیز حساسیت پارامترهای هیدرولیکی محیط متخلخل در حل معکوس انتقال برومید، نشریه علوم آب و خاک( علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، 23 (3): 366-355.
زند سلیمی، س.، محبوبی، ع.ا.، مصدقی، م.ر.، رشیدیان، م، و فیروز منش، م. 1385. بررسی اثر تیمارهای خاک بر منحنی رخنه باکتری اشریشیاکولی آزاد شده از کودهای آلی مختلف، مجله آب و فاضلاب.59: 63-74.
گلبداغی، ن. 1390. حرکت باکتری اشریشیاکولی در ستون‌های دست نخورده خاک‌های با بافت و مدیریت کشت متفاوت، پایان نامه ارشد رشته مهندسی کشاورزی خاکشناسی گرایش فیزیک و حفاظت خاک، دانشگاه بوعلی سینا همدان.
ﻣﻘﺼﻮﺩﻱ، ﺝ. ۱۳۸۸. ﺍﺛﺮ ﻭﺿﻌﻴﺖ ﺭﻃﻮﺑﺖ ﺧﺎﮎ ﺑﺮ ﺯﻧﺪﻩ ﻣﺎﻧﻲ ﮐﻠﻴﻔﺮﻡ‌های ﺭﻭﺩﻩ‌ﺎﻱ ﺩﺭ ﻳﮏ ﺧﺎﮎ ﺗﻴﻤﺎﺭ ﺷﺪﻩ با ﮐﻮﺩﻫﺎﻱ ﺩﺍﻣـﻲ ﻭ ﻟﺠـﻦ ﻓﺎﺿﻼﺏ. ﭘﺎﻳﺎﻥ‌نامه ﮐﺎﺭﺷﻨﺎﺳﻲ‌ارشد، ﺩﺍﻧﺸﮑﺪﻩ کشاورزی، ﺩﺍﻧﺸﮕﺎﻩ ﺑﻮﻋﻠﻲ سینا ﻫﻤﺪان
 
 
 
 
 
 
 
Allaire, S.E., Gupta, S.C., Nieber, J. and Moncrief, J.F. 2002b. Role of macropore continuity and tortuosity on solute transport in soils: 1. Effects of initial and boundary conditions. Journal of Contaminant Hydrology 58(3–4):299–321.
Abu-Ashour, J., Joy, D.M., Lee, H., Whiteley, H.R. and Zelin, S. 1994. Transport of microorganisms through soil. Water Air Soil Pollution 75:141–158.
Akhavan, S., Ebrahimi, S., Mojtahedi, A., Navabian, M., Shabanpour, Ma. and Movahedi Naeini, A.2019. Simulation of columnar transfer and retention of Escherichia coli bio-pollutant index in a saline saturated soil. International Journal of Engineering and Technology 10(4):1067-1075.
Bradford, S.A., Simunek, J. and Walker, S.L. 2006. Transport and straining of Ecoli O157: H7 in saturated porous media. Water Resources Research 42(12).
Bradford, S.A., Wang, Y., Kim, H., Torkzaban, S. and Šimůnek, J. 2014. Modeling microorganism transport and survival in the subsurface. Journal of Environmental Quality 43 (2): 421–440
Blake, G.R. and Hartge, K.H. 1986. Bulk density. In: Klute, A., Ed., Methods of Soil Analysis, Part 1—Physical and Mineralogical Methods, 2nd Edition, Agronomy Monograph 9, American Society of Agronomy-Soil Science Society of America, Madison, 363-382.
Byappanahalli, M. and Fujioka, R. 1998. Evidence that tropical soil environment can support the growth of Escherichia coli. Water Science Technolgy 38:171–174.
Connie, R., Mahon, Donald C., Lehman, George Manuselis. Textbook of diagnostic microbiology, 2011.Chapter 1, page 14.
Ehlers, W. and Goss, M. 2003. Water Dynamics in Plant Production. CABI Publishing., PP288.
Farrokhian Firouzi, A., Homaee, M., Klumpp, E., Kasteel, R. and Tappe, W. 2015. Bacteria transport and retention in intact calcareous soil columns under saturated flow conditions. J. Hydrol. Hydromech., 63(2):102–109.
Gee, G.W. and Bauder, J. W. 1986. Particle-size analysys, hydrometer method. PP. 404-408. In: A. Klute et al., (Eds). Methods of Soil Analysis. Part III, 3rd Ed. American Society of Agronomy, Madison, WI.
Gagliardi, J.v. and kams, J.S. 2000. Leaching of Escherichia coli O157:H7 in diverse soils under various agricultural management practices. Appl Env Microbiol., 66: 877-883.
Guber, A.K., Shelton, D.R., Pachepsky, Y.A., 2005. Transport and retention of manure-borne coliforms in soil. Vadose Zone J. 4, 828–837.
Jiang, S., Pang, L., Buchan, G.D., Simunek, J., Noonan, M.J. and Close, M.E. 2010. Modeling water flow and bacterial transport in undisturbed lysimeters under irrigations of dairy shed effluent and water using HYDRUS-1D. Water Research (Oxford)., 44(4): 1050-1061.
Khaled, s. 2017. Modeling Fecal bacteria transport and retention in agricultural and urban soil under saturated and unsaturated flow conditions. Water Research 110:313-320.
Klute, A. 1986. Water retention: laboratory methods. PP. 635 – 662. In: Klute, A. (Ed.) Method of Soil Analysis. Part 1: Physical and Mineralogical Methods. 2nd ed., ASA/SSSA Monograph.
Klein, D.A. and Caida, L.E. 1967. Escherichia coli die out from normal soil as related to nutrient availability and the indigenous microflora Can. J. Microboial.,13:1461-1470.
Kemp, j.S., Paterson, E., Gammack, S.M., Cresser, M.S. and Kiliham, K.  1992. Leaching of genetically modified Pseudomonas fluorescens through organic soils: Influence of temperature, soil pH, and roots. Biol Fertil Soils., 13:218-224.
Lehmann, J., Rillig, M.C., Thies, J., Masiello, C.A., Hockaday, W.C. and Crowley, D. 2011. Biochar effects on soil biota — a review. Soil Biol. Biochem. 43, 1812–1836.
Li, J. and Wen, J. 2016. Effects of water managements on transport of E. coli in soil-plant system for drip irrigation applying secondary sewage effluent. Agricultural Water Management, 178 12–20.
Mathess, G., Peckdegger, A., and Schroefer, J. 1988. Persistence and transport of bacteria and viruses in groundwater-a conceptual evaluation. Journal of Contaminant Hydrology, 2: 171-188.
Meisner, A., Leizeaga, A., Rousk, J. and Baath, E. 2017. Partial drying accelerates bacterial growth recovery to rewetting. Soil Biology & Biochemistry 112:269-276.
Mcfeters, G.A, and Stuart, D.G. 1972. Survival of coliform bacteria in natural waters. Field and laboratory studies with membrane filter chambers. Appl. Microbiol. 24:805-811.
Mubiru DN., Coyne, MS. and Grove, JH. 2000 Mortality of Escherichia coli O157:H7 in two soils with different physical and chemical properties. J Environ Qual 29: 1821–1825.
Powelson, D.K. and Mills, A.L. 2001. Transport of Escherichia coli in sand columns with constant and changing water contents. Journal of Environmental Quality, 30: 238–245.
Skopp, J. 1981. Comment on ‘Micro-meso and macroporosity of soil. Soil Science Society of America Journal., 45:1244–1246.
Stocker, M.D., Pachepsky, Y.A., Hill, R.L. and Shelton, D.R. 2015. Depth-dependent survival of Escherichia coli and enterococci in soil after manure application and simulated rainfall. Appl. Environ. Microbiol., 81:4801–4808.
Sasidharan, S., Torkzaban, S., Bradford, S.A., Kookana, R., Page, D. and Cook, P.G. 2016. Transport and retention of bacteria and viruses in biochar-amended sand. Science of the Total Environment., 548–549:100–109.
Sepehrniaa, N., Bachmann, j., Hajabbasia, M.A., Afyunia, M. and Horn, M.A. 2018. Modeling Escherichia coli and Rhodococcus erythropolis transport through wettable and water-repellent porous media. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces., 172: 280–287.
Soil Temperature. In G. 2002. Bonan, Ecological Climatology: Concepts and Applications (pp. 185-191). Cambridge University Press.
Tallon, P., Magajana, B., Lofranco, C.  and Leung, K. 2005. Microbial indicator of fecal contamination in water: a current perspective. Water Air and Soil Pollution, 166: 139-166.
Taylor, R.J. and Burrows, M.R. 1971. The survival of Escherichia coli and Salmonella dublin in slurry on pasture and the infectivity of S. dublin for grazing calves. Br. Vet. J., 127: 536-543.
Tate, R.L. 1978. Cultural and encvironmental factors affecting the longevity of Escherichia coli in histosols. Applied and Environmental Microbiology., 35: 925-929.
Torkzaban, S., Bradford, S.A., van Genuchten, M.T. and Walker, S.L. 2008. Colloid transport in unsaturated porous media: The role of water content and ionic strength on particle straining. Journal of Contaminant Hydrology 96: 113–127.
Unc, A. and Goss, M.J. (2003). Movement of faecal bacteria through the vadose zone. Water, Air, and Soil Pollution. 149: 327-337.
 Tabatabaei, S.H., Nourmahnad, N.,  Golestani Kermani , So.,  Tabatabaei S.A., Heidarpour, M. and Najafi, P. 2020. Urban wastewater reuse in agriculture for irrigation in arid and semi-arid regions - A review. International Journal of Recycling of Organic Waste in Agriculture 9: 193- 220
Wang, Y., Scott, A. and Simunek, J. 2013. Transport and fate of microorganisms in soils with preferential flow under different solution chemistry conditions. Journal Water resource research., 49: 2424–2436.
Walkly, A. and Black, I.A. 1934. An examination of digestion method for determining soil organic matter and a proposed modification of the chromic acid titration. Soil Sci., 37:29–38.
Wiliam M.M. 2012. Effects of Temperature and Soil Organic Content on the Growth and Survival of E. coli in Sandy Soil. thesis Master of Science in Environmental Engineering. The American University in Cairo. The American University in Cairo School of Sciences and Engineering.