عنوان

پایش فعالیت‌های زیستی و آنزیمی در یک خاک لوم‌شنی آلوده به نفتای سنگین در تیمارهای مختلف زیست‌پالایی

Number

پ۲۴۵۸۵

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

پایش فعالیت‌های زیستی و آنزیمی در یک خاک لوم‌شنی آلوده به نفتای سنگین در تیمارهای مختلف زیست‌پالایی

First Statement of Responsibility

مریم نوروزپور

Name of Publisher, Distributor, etc.

کشاورزی

Date of Publication, Distribution, etc.

۱۳۹۸

Specific Material Designation and Extent of Item

۱۶۸ص.

Accompanying Material

سی دی

Dissertation or thesis details and type of degree

کارشناسی ارشد

Discipline of degree

مدیریت حاصل‌خیزی و زیست‌فناوری خاک گرایش: بیولوژی و بیوتکنولوژی خاک

Date of degree

۱۳۹۸/۱۱/۲۰

Text of Note

چکیدهآلودگی خاک با مواد نفتی به شکل ذاتی یا به صورت تصادفی بر اثر نشت از مخازن و خطوط لوله آسیب‌دیده، نشت در حین حمل و نقل و همچنین تصادف تانکرها اتفاق می‌افتد. اصلاح خاک آلوده شده به ترکیبات نفتی برای حفظ توسعه پایدار اکوسیستم خاک ضروری است. در این تحقیق برای کاهش آلودگی نفتای سنگین از روش زیست‌پالایی گلدانی استفاده شد. بدین منظور بعد از ایجاد آلودگی نفتای سنگین با درصد آلودگی 7% در یک خاک لوم‌شنی، انواع تیمارهای زیست‌پالایی از جمله تحریک زیستی ، تلقیح زیستی و تلفیقی مورد آزمایش قرار گرفت و در نهایت روش مناسب برای حذف آلودگی نفتای سنگین معرفی شد. برای اجرای آزمایش و اعمال تیمارها از گلدان‌های 3 کیلوگرمی استفاده شد. آزمایش به صورت طرح فاکتوریل اسپلیت‌پلات بر پایه طرح کاملاً تصادفی به اجرا درآمد، که فاکتور زمان فاکتور اصلی و فاکتورهای آلاینده و تیمارهای زیست‌پالایی، فاکتورهای فرعی بودند. فاکتور آلاینده در دو سطح (وجود و عدم وجود نفتای سنگین)، فاکتور تیمارهای زیست‌پالایی در 6 سطح (کنترل، تلقیح زیستی، سورفکتانت Tween 80، کود گاوی، کود شیمیایی NP و تیمار تلفیقی) و فاکتور زمان در 10 سطح (0، 5، 10، 15، 20، 30، 45، 60، 90 و 120 روز)، فاکتورهای سه‌گانه آزمایش بودند. سطوح تیمارهای مختلف زیست‌پالایی شامل (تیمار تحریک زیستی (شامل تأمین NP (با نسبت C:N:P، 20:5:1)، افزودن کود ‌دامی (w-w %5) و سورفکتانت Tween 80 (v-w %3/0))، تیمار تلقیح زیستی (استفاده از کنسرسیوم باکتریایی (v-w %5) Arthrobacter sp. COD2-3،Stenotrophomonas nitritireducens COD5-6 ،S. asidamainiphila COD1-1 )، تیمار تلفیقی (شامل تیمار توأم تلقیح زیستی و تحریک زیستی) و خاک شاهد بدون هیچ تیماری) بود. در طول آزمایش، شاخص‌های زیستی و آنزیمی در خاک آلوده و خاک شاهد (فاقد آلودگی) پس از اعمال تیمارهای زیست‌پالایی اندازه‌گیری و مقایسه شد. این آزمایش چهار ماه به طول ‌انجامید و در فواصل زمانی 0، 5، 10، 15، 20، 30، 45، 60، 90 و 120 روز فعالیت‌های آنزیمی مرتبط با تجزیه‌ آلاینده‌های نفتی (لیپاز ، لیگنولیتیک ) و دیگر آنزیم‌ها نظیر دهیدروژناز و فعالیتهای زیستی (تنفس پایه ، تنفس برانگیخته ، کربن بیومس میکروبی ، سهم میکروبی و سهم متابولیک ) و غلظت مواد نفتی باقی‌مانده خاک سنجش ‌شد. نتایج نشان داد که تنفس پایه در خاک آلوده به نفتای سنگین بیش از خاک شاهد بود و اعمال تیمارهای زیست‌پالایی باعث افزایش تنفس در خاک آلوده و غیرآلوده شد، به صورتی که بیشترین تنفس پایه در تیمارهای تلفیقی، کود دامی و سورفکتانت Tween 80 به دست آمد. بیشترین مقادیر تنفس پایه در روزهای ابتدایی (0-15 روز) اندازه‌گیری شد و با گذشت زمان کاهش داشت. مقدار تنفس برانگیخته در خاک شاهد بیش از خاک آلوده بود هر چند در هر دوی آنها اعمال تیمارهای زیست‌پالایی باعث افزایش مقدار آن شد و تلقیح کنسرسیوم باکتریایی و کاربرد کود گاوی در این میان بیشترین اثر افزایشی را داشت. بیشترین مقدار تنفس برانگیخته در روز 15 به دست آمد هرچند در زمان‌های قبل و بعد از آن کاهشی بود. کربن بیوماس میکروبی (برآورد شده از تنفس برانگیخته) و سهم میکروبی در مجموع در خاک شاهد بیش از خاک آلوده به دست آمد و بیشترین مقادیر این دو صفت همانند تنفس برانگیخته در روز 15 آزمایش ثبت شد. همچنین از میان تیمارهای زیست‌پالایی بالاترین میانگین‌ها مربوط به تلقیح کنسرسیوم باکتریایی و کاربرد کود گاوی بود. سهم متابولیک در خاک آلوده بیش از خاک غیرآلوده بود و اعمال تیمارهای زیست‌پالایی مقدار آن را در هر دو خاک در حضور و عدم حضور نفتای سنگین افزایش داد و بیشترین افزایش در نتیجه استفاده از تیمار تلفیقی به دست آمد. تغییرات زمانی سهم متابولیک روند نزولی (کمترین آن بعد از 20 روز ثبت شد) و سپس صعودی داشت. فعالیت آنزیم دهیدروژناز بعد از اعمال تیمارهای زیست‌پالایی در خاک آلوده و شاهد افزایش داشت و مقدار فعالیت دهیدروژنازی همانند تنفس پایه در خاک آلوده بیش از خاک غیرآلوده بود. الگوی تغییرات زمانی فعالیت آنزیم دهیدروژناز منطبق با تغییرات تنفس برانگیخته بود و بیشترین مقدار آن در روز 15 سنجش شد. بیشترین مقدار فعالیت آنزیم دهیدروژناز به ترتیب در تیمارهای کود گاوی، سورفکتانت Tween 80 و تیمار تلفیقی مشاهده شد. فعالیت آنزیم لیپاز در خاکهای آلوده نسبت به خاکهای شاهد کمتر به دست آمد اما با اعمال تیمارهای زیست‌پالایی فعالیت لیپازی افزایش نشان داد و بیشترین مقادیر فعالیت لیپازی در تیمار تلفیقی و کود گاوی حاصل شد. تغییرات زمانی فعالیت این آنزیم زنگوله‌ای بود و بیشترین میانگین آن در روز بیستم آزمایش اندازه‌گیری شد. فعالیت لیگنینولیتیک در خاک آلوده با تیمارهای زیست‌پالایی و خاک شاهد با تیمارهای زیست‌پالایی نسبت به خاک آلوده بدون تیمار زیست‌پالایی و خاک شاهد بدون تیمار زیست‌پالایی بیشتر بود. فعالیت لیگنینولیتیک در خاک آلوده در همه تیمارها و همچنین در خاک شاهد در همه تیمارها در روزهای ابتدائی کاهش یافت ولی با گذشت زمان فعالیت لیگنینولیتیک افزایش یافت. بیشترین مقدار فعالیت لیگنینولیتیک به ترتیب در تیمارهای کود شیمیایی NP، تیمار تلفیقی، سورفکتانت Tween 80 مشاهده شد. همچنین میزان TPH قبل و بعد از تیمارهای زیست‌پالایی (صفر و 120 روز) و تعیین نوع و غلظت آلاینده¬ها در برخی از تیمارها با دستگاه GC-Mass مورد ارزیابی قرار گرفت و نتایج نشان داد که از میان تیمارها، بیشترین میزان تجزیه هیدروکربنهای نفتی با مقادیر %81، %72، %63 به ترتیب مربوط به تیمار تلفیقی، تیمار کود گاوی، تیمار Tween 80 بود و این مقدار برای نمونه خاک آلوده به نفتای سنگین بدون تیمار زیست‌پالایی %45 به دست آمد. با توجه به نتایج به دست آمده از پایش فعالیت‌های زیستی و آنزیمی از میان تیمارهای زیست‌پالایی بکارگیری تیمار تلفیقی و کود گاوی به عنوان روشی ارزان و کارآمد در پالایش خاک¬های آلوده به نفت توصیه می¬گردد.

Text of Note

AbstractContamination of soil with oil products could be occurred either intrinsically or accidentally as a result of leakage from damaged tanks and pipelines, leakage during transport and tanker accident. Remediation of oil-contaminated soils is one approach to recover this kind of soils. In this study, bioremediation method was used to reduce heavy naphtha contamination in a sandy loam soil. For this purpose, in 3 kg pots, for remediation of heavy naphtha contamination (7%), the variety of bioremediation treatments including biostimulation, bioaugmentation and integrated treatment (biostimulation+bioaugmentation) were tested and finally, a suitable method was introduced. Experiment was carried out in the form of split-plot factorial design, in which the time factor was the main factor and pollutants and bioremediation treatments were sub-factors. Pollutant factor at two levels (presence and absence of heavy naphtha), bioremediation treatment factor at 6 levels (control, inoculation with COD bacteria, Tween 80 surfactant, cow manure, NP chemical fertilizer and integrated treatment) and time factor at 10 levels (0, 5, 10, 15, 20, 30, 45, 60, 90 and 120 days) were factor and sub-factors of this study. In this study, addition of cow manure, COD bacterial inoculation and Tween 80 surfactant were in the ratio of 5% w-w, 5% v-w and 0.3% v-w, respectively. Bacterial consortim including Arthrobacter sp. COD2-3, Stenotrophomonas nitritireducens COD5-6, S. asidamainiphila COD1-1 was used for bioaugmentation treatment. Application of NP was in the ratio of 20:5:1 (C:N:P). During the experiment which prolonged for 4 months, biological and enzymatic indicators (such as basal and substrate-induced respiration, metabolic quotient, dehydrogenase and lipase activities) in contaminated soil and control (non-contaminated) soil were measured at intervals of 0, 5, 10, 15, 20, 30, 45, 60, 90 and 120 days. Moreover, residual petroleum concentration of soil were measured at the end of experiment. The results showed that basal respiration (BR) in heavy naphtha-contaminated soil was higher than control soil and application of bioremediation treatments increased respiration in contaminated and non-contaminated soil, so that the highest basal respiration was obtained in integrated treatments, manure and tween 80 surfactant. The maximum values of basal respiration were measured in the early days (0-15 days) and decreased over time. The amount of substrate-induced respiration (SIR) in the control soil was higher than the contaminated soil, although contaminated and non-contaminated soil under bioremediation treatments had higher means especially inoculation of bacterial consortium and application of cow manure caused an increasing effect. Microbial biomass carbon (estimated from SIR) and microbial quotient (qCO2) were obtained higher in control soil in comparison to contaminated soil and the highest values of these two traits were recorded as SIR on day 15 of the experiment. The trends of these traits were coincide with SIR. The microbial quotient in contaminated soil was more than non-contaminated soil and the application of bioremediation treatments increased its amount in both soil in the presence and absence of heavy naphtha and the highest increase was obtained in the integrated treatment. The activity of dehydrogenase enzyme increased under bioremediation treatments and the trend of dehydrogenase activity was similar to BR, and it was higher in contaminated soil than non-contaminated soil. The pattern of temporal changes in dehydrogenase activity was consistent with the changes of BR and its maximum value was measured on day 15. The highest amount of dehydrogenase activity was observed in cow manure, Tween 80 surfactant and integrated treatments, respectively. Lipase enzyme activity was lower in heavy naphtha-contaminated soil than control soil, but with the application of bioremediation treatments, lipase activity increased and the highest amount of lipase activity was obtained in the integrated and cow manure treatments. The temporal variation in the activity of this enzyme was bell-shaped and its maximum mean was measured on the twentieth day of the experiment. Ligninolytic activity either in contaminated soil or non-contaminated soil under bioremediation treatments was higher in comparison to the non-treated soil. Ligninolytic activity was lower in the early days but increased over time. The highest amount of ligninolytic activity was observed in NP fertilizer and Tween 80 surfactant treatments, respectively. Also, TPH level before and after bioremediation treatments (0 and 120 days) and determining the type and concentration of contaminants in some treatments were evaluated by GC-Mass, and the results showed that among the treatments, integrated treatment, cow manure and Tween had the highest decomposition of petroleum hydrocarbons in soil with average 80 had 81%, 72% and 63%, respectively. This value was 45% for heavy naphtha contaminated soil without bioremediation treatment. According to the results, the use of integrated treatment and cow manure is recommended as a cheap and efficient method for bioremediation of heavy naphtha-contaminated soils.

Variant Title

Monitoring of biological and enzymatic activities in a heavy naphtha-contaminated sandy loam soil under different bioremediation treatments.

Entry Element

‏نوروزپور،

Part of Name Other than Entry Element

‏مریم

Relator Code

تهيه کننده

Entry Element

‏ساریخانی،

Entry Element

علی‌اصغرزاد،

Part of Name Other than Entry Element

‏محمد رضا

Part of Name Other than Entry Element

‏ ناصر

Dates

استاد راهنما

Dates

استاد مشاور

Entry Element

‏ تبریز