اثر لجن فاضلاب، باکتری تیوباسیلوس تیواکسیدانس و زمان بر شکل‌های شیمیایی کادمیوم در خاک آهکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری خاکشناسی دانشگاه شهید ‌چمران‌ اهواز

2 دانشیارگروه خاکشناسی‌دانشگاه شهید چمران‌ اهواز

چکیده

در سال­های اخیر استفاده از لجن فاضلاب به عنوان کود، در اراضی کشاورزی به دلیل ارزان بودن رواج یافته است. لجن فاضلاب حاوی مقادیر زیادی عناصر پر مصرف و کم مصرف است با این وجود لجن فاضلاب دارای غلظت­های بالای عناصر سنگین است. این مطالعه به منظور تعیین اثرات لجن فاضلاب، باکتری تیوباسیلوس تیواکسیدانس و زمان بر توزیع گونه­های کادمیم در بخش­های مختلف یک خاک آهکی انجام شد. به همین منظور آزمایشی با سه سطح لجن فاضلاب (0، 50و 100 تن در هکتار)، دو سطح باکتری (حضور و عدم حضور باکتری) و سه زمان ( 0، 30 و 60 روز) انجام شد. آزمایش در سه تکرار در قالب طرح فاکتوریل کاملاً تصادفی انجام شد. نمونه­ها به مدت دو ماه در دمای حدود 25 درجه و شرایط نزدیک به ظرفیت مزرعه­ای نگهداری شدند. در نهایت توزیع گونه­های کادمیم در بخش­های تبادلی+ محلول، آلی، کربناتی، اکسیدهای آهن و منگنز و باقیمانده بوسیله روش عصاره­گیری مرحله­ای تعیین شدند .نتایج نشان داد که شکل باقیمانده و سپس کربناتی کادمیوم غالب بود و تیمار لجن فاضلاب و زمان تغییرات معنی­داری را در خاک آهکی داشته است. مقدار کادمیوم مرتبط با بخش کربناتی و باقیمانده در حضور و عدم حضور باکتری بیشتر از بقیه بخش­ها بود. در خاک با باکتری تیوباسیلوس تیواکسیدانس درصد کادمیوم در بخش کربناتی و آلی کاهش و درصد کادمیوم در سایر بخش­ها افزایش یافت. کادمیوم پیوند شده با کربنات طی 60 روز به طور معنی­داری بیشتر از 0 و 30 روز بود. شکل آلی کادمیوم به طور معنی­داری در طی زمان کاهش یافت. در مجموع در این پژوهش به نظر می­رسد  لجن فاضلاب، باکتری تیوباسیلوس تیواکسیدانس و زمان نقش مهمی در نگهداری و جابجایی کادمیم در بخش­های خاک دارند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Effect of Sewage Sludge, Thiobacillus thiooxidans Bacteria, and Time on the Fractionation of Cadmium in a Calcareous Soil

نویسندگان [English]

  • S. Ahmadzadeh 1
  • M. Chorom 2
چکیده [English]

In recent years, use of sewage sludge as a fertilizer has become prevalent in agricultural lands, because of being cheap. Sewage sludge is a source of nutritional elements, however, it contains some heavy metals. A study was conducted to evaluate the effect of incubation time, sewage sludge, and Thiobacillus bacteria on the distribution of cadmium in a calcareous soil. For this purpose, an experiment with three levels of sewage sludge (0 , 50, and 100 t ha-1), two levels of bacteria (with and without), three incubation times (0 , 30, and  60 days) was carried out. The experiment was conducted in three replications in controlled conditions using factorial arrangement with a completely randomized design. The samples were incubated for two months at temperature of 25±2 °C and soil moisture condition close to field capacity. Distribution of Cd in fractions including soluble+ exchangeable, organically bound, carbonate-bound, and residual fractions was determined by a sequential extraction method. The results illustrated that residual and carbonate form of Cd were dominant and showed a significant change with sewage sludge treatment and time. Sewage sludge application increased the amount of fractions of cadmium significantly in the calcareous soil. The proportion of residual and carbonat-bound Cd was higher in soil with and without bacteria. In soil withThiobacillus thiooxidans bacteria, the percentage of Cd in the carbonate and organic fractions decreased and the percentage of Cd increased in other fractions. Carbonate fraction of Cd was significantly higher in 60 days than 0 and 30 days. The organic forms of Cd decreased significantly in the course of time. In general, based on the results, it may be concluded that sewage sludge, Thiobacillus thiooxidans bacteria, and time treatment play a key role in the distribution of Cd in different fractions of soils.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Heavy metal
  • Sequential extraction

مراجع

  1. بشارتی، ح و صالح راستین، ن. 1379 .تأثیر مصرف گوگرد و مایه تلقیح باکتری های تیوباسیلوس بر مقدار آهن و روی جذب شده توسط ذرت در شرایط گلخانه مجله خاک و آب جلد 12 . شماره 7. صفحات63-72. موسسه تحقیقات خاک و آب تهران، ایران.
  2. بشارتی، ح و صالح راستین، ن. 1380 . بررسی تأثیر کاربرد مایه تلقیح باکتر یهای تیوباسیلوس همراه با گوگرد در افزایش قابلیت جذب فسفر، مجموعه مقالات ضرورت تولید صنعتی کودهای بیولوژکی در کشور موسسه تحقیقات خاک و آب. صفحه317 -293.
  3. Abbaspour, A., M. Kalbasi, S. Hajrasuliha, and A. Golchin. 2007. Effects of Plant Residue and Salinity on Fractions of Cadmium and Lead in Three Soils. Soil and Sediment Contamination: An International Journal. 16: 6, 539 – 555
  4. Amini, M., H. Khademi, M. Afyuni, and K.C. Abbaspour. 2005. Variability of available cadmium in relation to soil properties and land use in an arid region in central Iran. Water Air and Soil pollution Journal. 162: 205-218.
  5. Ahnstrom, Z. S., and D. R. Parker. 1999. Development and assessment of a sequential extraction procedure for the fractionation of soil cadmium. Soil Science Society American 63: 1650–1658.
  6. Antoniadis, N., and B.J. Alloway. 2001. Availability of Cd, Ni, and Zn to ryegrass in sewage sludge treated soils at different temperatures.Water Air Soil Pollut. 132: 201–204.
  7. Arenas-Lagoa,D, Vega, f.d., Silva, L. F. O., Andrade, M. L. 2013. Soil interaction and fractionation of added cadmium in some Galician soils. Microchemical Journal. Volume 110, Pages: 681–690.
  8. Basta, N. T., R. Gradwohl, K. L. Snethen and J. L. Schroder. 2001. Chemical immobilization of lead, zinc and cadmium in smelter-contaminated soils using biosolids and rock phosphate. J. Environ. Qual. 30:1222-1230.
  9. Feng, M.H., X.Q. Shan, Z.Z. Shu, and W. Bei. 2005. Comparison of a rhizosphere-based method with other one-step extraction methods for assessing the bioavailability of soil metals to wheat. Chemosphere. 59: 939–949.
  10. Jafarnejadi, A.R., M. Homaee, G. Sayyad, and M. Bybordi. 2011. Large Scale Spatial Variability of Accumulated Cadmium in the Wheat Farm Grains. Soil and Sediments 20: 98 113.
  11. Jalali M., and Z.V. Khanlari. 2008. Cadmium availability in calcareous soils of agricultural lands in Hamadan, Western Iran. Soil and Sediment Contamination. 17(3): 256-268
  12. Kabata-Pendias A. and H. Pendias. 2000. ‘Trace Elements in Soil and Plants’ (third ed. CRC Press, Boca Raton, FL, USA).
  13. Khanh Nguyen, V., Lee, J. 2015. Effect of sulfur concentration on microbial removal of arsenic and heavy metals from mine tailings using mixed culture of Acidithiobacillus Journal of Geochemical Exploration. Volume 148, Pages: 241–248.
  14. Khoshgoftar, A.H., H. Shariatmadari, N. Karimian, M. Kalbasi, S.E.A.T.M. van der Zee, and D.R. Parker. 2004. Salinity and Zn application effects on phytoavailability of Cd and Soil Sci. Soc. Am. J. 68:1885–1889.
  15. Kuo, S., Jellum, E.J., and Baker, A.S., 1985. Effect of soil type and sludge application on zinc and cadmium availability to Swiss chard. Soil Sci. 139, 122–130.
  16. Lake, D.L., P. Kirk, and J. Lester. 1984. Fractionation, characterization, and speciation of heavy metals in sewage sludge and sludge amended soil: A review. J. Environ. Qual.
  17. 13:175-183.
  18. Li, Z., and L. M. Shuman. 1996. Redistribution of forms of zinc, cadmium, and nickel in soils treated with EDTA. Journal of Science and Total Environment. 191: 95–107.
  19. Lim, T. T., J. H. Tay and C. I. Teh. 2002. Contamination time effect on lead and cadmium fractionation in a tropical coastal clay. J. Environ. Qual. 31: 806-812.
  20. Mahler, R. J., F. T. Bingham, A. L. Page and J. A. Ryan. 1982. Cadmium-enriched sewage sludge application to acid and calcareous soils. J. Environ. Qual. 11: 694-700.
  21. Maniquiz-Redillas, M., Hyung Kim, L. 2014. Fractionation of heavy metals in runoff and discharge of a stormwater management system and its implications for treatment. Journal of Environmental Sciences.Volume 26, Issue 6, 1 June 2014, Pages 1214–1222.
  22. Ma Y.B., and N.C. Uren. 1998. Transformations of heavy metals added to soil application of a new sequential extraction procedure. Geoderma. 84: 157–168.
  23. Menzies, N.W., M. J. Donn, and P.M. Kopittke. 2007. Evaluation of extractants for estimation of the phytoavailable trace metals in soils. Environmental pollution. 145(1):121–130.
  24. Nanthi Bolan, N., Kunhikrishnan, A., Thangarajan, R., Kumpiene, J., Park, Jinhee., Makino, T., Kirkham, M. B., Scheckel, K. 2014. Remediation of heavy metal (loid) s contaminated soils – To mobilize or to immobilize. Journal of Hazardous Materials. Volume 266, Pages: 141–166.
  25. Nogueira , T. A. R., Melo, W. J., Fonesca, I. M. Marcussi. S. A., Melo, G. M. P., Marques, M. O. 2010. Fractionation of Zn, Cd and Pb in a Tropical Soil After Nine-Year Sewage Sludge Applications. Journal of Pedosphere. Volume 20, Issue 5. Pages: 545–556.
  26. Rajaie, M., Karimian, N., Maftoun, M., Yasrebi, J.,Assad, M. T.2006. Chemical forms of cadmium in two calcareous soil textural classes as affected by application of cadmium-enriched compost and incubation time. Journal of Geoderma. Volume 136, Issues 3–4, 15, Pages: 533–541.
  27. Rao, C. R. M., A. Sahuquillo, and J. F. Lopez Sanchez. 2008. A review of the different methods applied in environmental geochemistry for single and sequential extraction of trace elements in soils and related materials. Water Air Soil Pollution. 189: 291-333.
  28. Renella, G., P. Adamo, M.R. Bianco, L. Landi, P. Violante, and P. Nannipieri. Availability and speciation of cadmium added to a calcareous soil under various managements. European J. Soil Sci., 55, 123–133.
  29. Shaofeng Wang, Sh., Jia, Y., Wang, Sh., Wang, X., Wang, H., Zhao, Zh., Liu, B. 2010. Fractionation of heavy metals in shallow marine sediments from Jinzhou Bay, China. Journal of Environmental Sciences. Volume 22, Issue 1, January 2010, Pages 23–31.
  30. Singh, J. P., S. P. S. Karwasra, and M. Singh. 1988. Distribution and forms of copper, iron, manganese, and zinc in calcareous soils of India. Soil Sci. 146, 359–366.
  31. Smolders, E., R.M. Lambergts, M.J. McLaughlin, and K.G. Tiller. 1998. Effect of soil solution chloride on cadmium availability to Swiss chard. J. Environ. Qual. 27:426–431.
  32. Sposito, G., L. J. Lund, and A.C. Chang. 1982. Trace metal chemistry in arid-zone field soils amended with sewage sludge: I. Fractionation of Ni, Cu, Cd, and Pb in solid phases. Soil Sci. Soc. Am. J. 46: 260-264.
  33. Takeda, A., H. Tsukada, Y. Takaku, S. Hisamatsu, J. Inaba, and M. Nanzyo. 2006. Extractability of major and trace elements from agricultural soils using chemical extractionmethods: application for phytoavailability assessment. Soil Science and Plant Nutrition. 52(4): 406–417.
  34. Tessier, A. and P. G. C. Campbell. 1991. Partitioning of trace metals in sediments. In Kramer, J.R., and H.E. Allen (Eds.), Metal speciation: Theory, analysis and application (pp. 183–199). Boca Raton, FL: Lewis.
  35. Tessier, A., P. G. C. Campbell,and M. Bisson. 1979. Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals. Analitical Chemistry 51: 844–851.
  36. Wang H. K. 1999. Heavy metal pollution in soils and its remedial measures and restoration in Mainland China. In Soils and Groundwater Pollution and Remediation. (Eds Huang, M., I.K. Iskander) (Lewis, USA)
  37. Yang, Y., Nan, Z.,Zhao, Zh., Wang, Sh.,Wang, Zh.,Wang, X. 2011. Chemical fractionations and bioavailability of cadmium and zinc to cole (Brassica campestris) grown in the multi-metals contaminated oasis soil, northwest of China. Journal of Environmental SciencesVolume 23, Issue 2, Pages: 275–281.
  38. Yasrebi, J., N. K. Karimian, M. Maftoun, A. Abtahi and A. M. Sameni. 1994. Distribution of zinc forms in highly calcareous soils as influenced by soil physical and chemical properties and application of zinc sulfate. Commun.Soil Sci. Plant Anal. 25:2133-2145.
  39. Zhang, J., Hua, p. The build-up dynamic and chemical fractionation of Cu, Zn and Cd in road-deposited sediment. Journal of Science of the Total Environment. Volume 532, Pages: 723–732.
پژوهش های خاک
دوره 30، شماره 4
اسفند 1395
صفحه 475-486

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار