| تعداد نشریات | 282 |
| تعداد نشریات سازمان | 80 |
| تعداد شماره‌ها | 3,262 |
| تعداد مقالات | 36,058 |
| تعداد مشاهده مقاله | 55,188,235 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 94,186,632 |
پتانسیل باکتریهای مولد آنزیم اورهآز در تثبیت زیستی و جلوگیری از فرسایش خاک | ||
| تحقیقات مرتع و بیابان ایران | ||
| مقاله 6، دوره 30، شماره 4، بهمن 1402، صفحه 557-570 اصل مقاله (1.32 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22092/ijrdr.2024.130968 | ||
| نویسندگان | ||
| مریم تیموری* 1؛ لیلا کاشی زنوزی2؛ طاهره علیزاده3 | ||
| 1استادیار پژوهشی، بخش تحقیقات جنگل، مؤسسه تحقیقات جنگلها و مراتع کشور، تهران، ایران | ||
| 2کارشناس ارشد پژوهشی، بخش تحقیقات بیابان، مؤسسه تحقیقات جنگلها و مراتع کشور، تهران، ایران | ||
| 3کارشناس ارشد پژوهشی، بخش تحقیقات جنگل، مؤسسه تحقیقات جنگلها و مراتع کشور، تهران، ایران | ||
| چکیده | ||
| سابقه و هدف خاک یکی از باارزشترین منابعطبیعی محسوب میشود و وجود حیات بر سطح کره زمین علاوه بر آب و هوا به وجود خاک بستگی دارد. پایداری خاک، عامل مهمی در سلامت سیستم خاک بوده و پیشنیاز انجام فرایندهایی مانند چرخه عناصر در خاک است. فرسایش خاک یک مشکل و تهدید جدی در مناطق مختلف دنیا محسوب میشود، بنابراین حفاظت و جلوگیری از فرسایش خاک بهعنوان یک منبع طبیعی تجدیدناپذیر از اولویت بالایی برخوردار است. برای جلوگیری از فرسایش خاک روشهای متعدد فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی وجود دارد که با توجه به گران بودن و اثرهای زیانبار محیط‌زیستی آنها، امروزه توجه زیادی به روشهای زیستی دوستدار محیط‌زیست میشود. در این مطالعه پتانسیل باکتریهای مولد آنزیم اورهآز در تثبیت زیستی و جلوگیری از فرسایش خاک بررسی شد. مواد و روش‌ها نمونههای خاک سطحی از منطقه بازفت در استان چهارمحال و بختیاری جمعآوری و به آزمایشگاه منتقل شدند. از روش کشت انتخابی و غنیسازی برای جدا کردن باکتریهای مولد اورهآز در محیط کشت تجاری افتراقی اوره آگار بیس استفاده شد. فعالیت آنزیم اورهآز در باکتریهای جدا شده با روش تغییر در هدایت الکتریکی بررسی و سه باکتری که بالاترین فعالیت آنزیمی را داشتند انتخاب و در مراحل بعدی از آنها استفاده شد. برای شناسایی باکتریهای انتخاب شده از روشColony PCR و پرایمرهای یونیورسال f14 و r1492استفاده گردید. میزان مقاومت فشاری و برشی خاک، 14 روز پس از تلقیح باکتریهای منتخب با استفاده از پنترومتر جیبی و توروین اندازهگیری شد. پس از تعیین سرعت آستانه، خاکهای تلقیح شده در معرض تونل باد قرار گرفته و میزان هدررفت خاک در سرعتهای مختلف باد (3/17، 09/22 و 20/27 متر بر ثانیه) اندازهگیری شد. نتایج باکتریهای مولد آنزیم اورهآز با تغییر رنگ محیط کشت از زرد کم‌رنگ به صورتی تشخیص داده شدند. نتایج نشان داد که خاکهای این منطقه پتانسیل بالایی از نظر حضور باکتریهای مولد اورهآز دارند. سه گونه منتخب براساس روش مولکولی تحت عنوان Bacillus thuringiensis، Bacillus sp. و Exiguobacterium sp. شناسایی شدند. در خاکهای تلقیحشده با باکتریهای منتخب، مقاومت فشاری و برشی خاک در مقایسه با کنترل افزایش یافت. گونههای .Bacillua sp (RIFR-U7) و Exiguobacterium sp. (RIFR-U10) بهترتیب باعث بالاترین مقاومت فشاری (kg/cm2 241/±0 56/1) و برشی (kg/cm2 18/66±0/2) شدند. سرعت آستانه برای نمونه کنترل m/s 19/12تعیین شد. اندازهگیری هدررفت خاک در خاکهای تیمار شده با باکتریهای منتخب در سرعتهای مختلف منجر به کاهش هدررفت خاک در مقایسه با خاکهای کنترل شد. نتایج نشان داد که سویه .Bacillus sp (RIFR-U7) بالاترین کارایی را در جلوگیری از هدررفت خاک داشت. نتیجه گیری افزایش مقاومت فشاری و برشی در خاکهای تیمار شده نشان داد که این باکتریها جزء تثبیتکنندههای متوسط تا خوب برای افزایش مقاومت فشاری و بسیار خوب برای افزایش مقاومت برشی قابل ارزیابی هستند. بررسی نتایج تونل باد نشان داد که تلقیح گونه Bacillua sp. (RIFR-U7) در مقایسه با دو باکتری دیگر میتواند مقاومت بیشتری در برابر فرسایش بادی داشته باشد. در مجموع، بنظر میرسد که براساس اینکه چه خصوصیتی از خاک بهبود یابد و یا هدف مقاومت در برابر چه نوع فرسایشی است، از گونههای مختلف و یا ترکیبی از آنها باید استفاده کرد. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| تونل باد؛ فرسایش؛ کربنات‌کلسیم؛ مقاومت برشی؛ مقاومت فشاری | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Potential of urease producing bacteria on biological stabilization and prevention of soil erosion | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Maryam Teimouri1؛ Leila Kashi Zenouzi2؛ Tahereh Alizadeh3 | ||
| 1Assistant Prof., Forest Department, Research Institute of Forests and Rangelands, Agriculture, Research, Education and Extension Organization, (AREEO), Tehran, Iran | ||
| 2Research Expert, Desert Department, Research Institute of Forests and Rangelands, Agriculture, Research, Education and Extension Organization (AREEO), Tehran, Iran | ||
| 3Research Expert, Forest Department, Research Institute of Forests and Rangelands, Agriculture, Research, Education and Extension Organization, (AREEO), Tehran, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Background and objective Soil is considered one of the most valuable natural resources and the existence of life on the surface of the earth depends on the existence of soil in addition to water and air. Soil stability is an important factor in the health of the soil system and it is a prerequisite to perform processes such as the cycle of elements in the soil. Soil erosion is a serious problem and threat in different regions of the world, and therefore protecting and preventing soil erosion as a non-renewable natural resource is of high priority. To prevent soil erosion, there are various physical, mechanical, and chemical methods. Due to their high cost and harmful effects on the environment, today much attention is paid to biological methods that are friendly to the environment. This study aimed to investigate the potential of urease producing bacteria on biological stabilization and prevention of soil erosion. Methodology Soil samples were collected from the Bazoft area in Chaharmahal va Bakhtiari provinces and transported to the laboratory. The enrichment and selective method was used to screen urease producing bacteria in the urea agar base culture medium. The activity of the urease was investigated by the electrical conductivity method and three strains with the highest urease activity were selected and used in further steps. The selected strains were identified by molecular methods, colony PCR by using 14f and 1492r universal primers, and sequencing. The compressive and shear strength was estimated in inoculated soils after 14 days. The wind erosion threshold velocity was measured in the wind tunnel. The soil loss was estimated at different wind speeds (17.3, 22.09, and 27/20 m/s) in the inoculated soils. Results The urease-producing bacteria were identified by changing the color of the culture medium from yellow to pink. The results showed that the soils of this area have a high potential for urease producing bacteria. Three species were selected based on their urease activity and identified as Bacillus thuringiensis (RIFR-U3), Bacillus sp. (RIFR-U7), and Exiguobacterium sp. (RIFR-U10). The compressive and shear strength increased in soil inoculated with the selected bacteria compared to the control. The highest compressive (1.56± 0.241 kg/cm2) and shear strength (2.066±0.18 kg/cm2) were detected in the soils inoculated with Bacillus sp. (RIFR-U7) and Exiguobacterium sp. (RIFR-U10) strains, respectively. The wind erosion threshold velocity was 12.19 m/s. The soil loss was less in the inoculated soils with bacteria compared to control and Bacillus sp. (RIFR-U7) had the highest efficiency in preventing soil loss. Conclusion The increased compressive and shear strength showed that these selected strains are moderate to good stabilizers for increasing compressive strength and very good for increasing shear strength. The wind tunnel results showed that Bacillus sp. (RIFR-U7) inoculated soil was more resistant to wind erosion compared to the other two strains and controls. In conclusion, it seems that different strains or a combination of them can be used based on what characteristic of the soil is to be improved or the purpose of resistance against which erosion | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Calcium carbonate, Compressive strength, Erosion, Shear strength, Wind tunnel | ||
| مراجع | ||
|
- Al-Thawadi, S.M., 2008. High strength in situ biocementation of soil by calcite precipitating locally isolated ureolytic bacteria. Ph.D. thesis, Murdoch University, Perth. - Anderson J., Bang S., Bang S.S., Lee S.J., Choi S.R. and Dho, N.Y., 2014. Reduction of wind erosion potential using microbial calcite and soil fibers. Geo-Congress. Geo-characterization and Modeling for Sustainability. The United States of America, 23-26 February: 1664-1673. - Agricultural Planning, Economic and Rural Development Research., 2000. Soil Report, 6th Volume, Ministry of Agriculture and Jihad, Deputy of the plan and Budget. Agricultural Planning, Economic and Rural Development Research Publication, Tehran, 250 p. (In Persian) - Bergkessel, M. and Guthrie, C., 2013. Colony PCR. Methods in Enzymology. 529: 299-309. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-418687-3.00025-2 - Cheng, L., Shahin, M. A., Cord-Ruwisch, R., Addis, M., Hartanto, T. and Elmsm, C., 2014. Soil stabilisation by microbial-induced calcite precipitation (micp): investigation into some physical and environmental aspects. 7th International Congress on Environmental Geotechnics. Australia, 10-14 November: 1105-1112. - Douzali Joushin, F., Badv, K. and Barin, M. and Sultani Jige, H., 2017. Inhibition of wind erosion by SBR polymer and Bacillus pasteurii microorganism (Case study: Jabal Kandy region). Iranian Journal of Soil and Water Research, 49 (4): 795-806. (In Persian with English summary). https://doi.org/ 10.22059/IJSWR.2018.237063.667721 - Douzali Joushin, F., Badv, K. and Barin, M., 2020. Efficiency of microbial-induced carbonate precipitation on surface strength of Jabalkandi dune sand. Water and Soil Resources Conservation, 9 (2): 141-156 (In Persian with English summary) - Eryürük, K., 2022. Investigating the urease activity of Sporosarcina pasteurii for potential usage of microbially induced calcium carbonate precipitation. European Journal of Science and Technology, 34: 1-4. https://doi.org/ 10.31590/ejosat.1061497 - FAO & ITPS. 2015. Status of the world’s soil resources – main report. Food and Agriculture Organization of the United Nations and Intergovernmental Technical Panel on Soils. Rome, 649 p. - Ghasemi, P., Zamani, A. and Montoya, B., 2019. The effect of chemical concentration on the strength and erodibility of MICP treated sands: Eighth International Conference on Case Histories in Geotechnical Engineering, Geo-Congress, The United States of America, 24-28 March. - Ghaffari, H. and Zomorodian, S. M. A., 2023. Investigating performance of biocementation method in stabilization sand dunes for dealing with wind erosion. Modares Civil Engineering journal, 22 (1):35-51. (In Persian with English summary) - Haddadi, M. and Ghezelbash, G.R., 2020. The isolation of halophilic urease-producing bacteria and the study of their nano-crystal production. Nova Biologica Reperta, 7 (1):37-45. https://doi.org/ 10.29252/nbr.7.1.37 -Hamedi, J., Koochakzade, S., Labafzade. M.S. and Moghimi, H., 2019. Evaluating the potential of alkalophilic bacteria to enhance concrete durability. Biology of Microorganisms, 8 (29): 65-81. https://doi.org/10.22108/BJM.2018.110446.1124 (In Persian with English summary) -Hammad, I.A., Talkhan, F.N. and Zoheir, A.E., 2013. Urease activity and induction of calcium carbonate precipitation by Sporosarcina pasteurii NCIMB 8841. Journal of Applied Science Research, 9 (3): 1525-1533. - Ivanov, V. and Chu, J., 2008. Applications of microorganisms to geotechnical engineering for bioclogging and biocementation of soil in situ. Reviews in Environmental Science and Bio/Technology, 7: 139-153. https://doi.org/10.1007/s11157-007-9126-3 - Kargar, M. and Kargar, M., 2018. Monitoring of biocement- and biogrout- producing bacteria in desert habitats of Iran. Journal of Microbial World, 11 (1): 51-60. https://doi.org/20.1001.1.20083068.1397.11.34.4.6 (In Persian with English summary) - Khajavi, E., Arab Khedri, M., Mahdian, M.H. and Shadfar, S., 2015. Investigation of water erosion and soil loss values with using the measured data from Cs-137 method and experimental plots in Iran. Journal of Watershed Management Research, 6 (11):137-151. (In Persian with English summary) - Krishnapriya, S., Venkatesh Babu, D.L. and Prince Arulraj, G., 2015. Isolation and identification of bacteria to improve the strength of concrete. Microbiological Research, 174: 48-55. https://doi.org/10.1016/j.micres.2015.03.009 - Krishnan, V., Khodadadi Tirkolae, H. and Kavazanjian Jr., E., 2023. An improved method for determining urease activity from electrical conductivity measurements. ACS Omega, 8 (15): 13791–13798. https://doi.org/10.1021/acsomega.2c08152 - Ma, X., Qi, M., Li, Z., Zhao, Y., Yan. P., Liang, B., and Wang, A., 2019. Characterization of an efficient chloramphenicol-mineralizing bacterial consortium. Chemosphere, 222: 149-155. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.01.131 - Mahmoudi, S., and Hakimian, M., 1984. Fundamentals of Soil Science. Tehran University Publication, Tehran, 714p. (In Persian) - Maleki M., Ebrahimi S., Asadzade F. and Emami Tabrizi, M., 2016. Performance of microbial-induced carbonate precipitation on wind erosion control of sandy soil. International. Journal of Environmental Science and Technology, 13: 937-944. https://doi.org/10.1007/s13762-015-0921-z - Mir Mohammad Sadeghi, M., Sotoudehfar, A.R. and Mokhtar, E., 2016. Evaluation of bio-grouting method in strengthening sandy soil. Journal of Water and Soil Science, 20 (77): 71-83. https://doi.org/10.18869/acadpub.jstnar.20.77.71 (In Persian with English summary) - Moinfar, M., Rasouli-Sadaghiani, M.H., Barin, M. and Asadzadeh, F., 2020. Isolation of efficient bacteria in microbial-induced calcite precipitation and evaluation of their ability in control of windy erosion of saline soils around Urmia Lake. Journal of Water and Soil, 34: 143-154. https://doi.org/10.22067/jsw.v34i1.69069 (In Persian with English summary) - Phang, I.R.K, Wong, K.S., Chan, Y.S., and Lau, S.Y., 2018. Effect of microbial-induced calcite precipitation towards tropical organic soil: AIP Conference Proceedings. Malaysia, 5–6 September: 2020, 020011. https://doi.org/10.1063/1.5062637 - Plan and Budget Organization., 2019. Technical instruction to evaluate the efficiency of soil stabilizers (Mulch). Plan and Budget Organization Publication, 167 p. (In Persian) - Weaver, T., Burbank, M., Lewis, A., Lewis, R., Crawford, R. and Williams, B., 2011. Bio-induced calcite, iron, and manganese precipitation for geotechnical engineering applications. Geo-Frontiers Congress. The United States of America, 13-16 March: 3975-3983. Whiffin, V. S., 2004. Microbial CaCO3 precipitation for the production of biocement. Ph.D. thesis, Murdoch University, Perth, 254 p. Whiffin, V.S., van Paassen, L. and Harkes, M.P., 2007. Microbial carbonate precipitation as a soil improvement technique. Geomicrobiology Journal, 24 (5): 417-423. https://doi.org/10.1080/01490450701436505 World Bank., 2005. Islamic Republic of Iran cost assessment of environmental degradation Report No. IR–32043. Rural Development. Water and Environment Department. Middle East and North Africa Region. 86 p. - Zomorodian, S.M.A. and Ghafari, H., 2017. Evaluation of shear strength of soil stabilized by microbiological method. Iranian Journal of Soil and Water Research, 48(4): 737-748. https://doi.org/10.22059/ijswr.2017.214313.667526 (In Persian with English summary)
| ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 683 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 496 |
||