آلايندگي پساب شهري در خاكهاي كشاورزي :
چكيده
به منظور بررسي اثرات استفاده از لجن فاضلاب و ساير مواد زائد شهري و كشاورزي بر آلودگيهاي ميكروبي خاك ، چهار نوع كود آلي شامل لجن فاضلاب ، كود حيواني ، كمپوست زباله و مخلوط كاه گندم و يونجه در آزمايشات گلخانه اي در قالب طرح هاي كاملا تصادفي مورد ارزيابي قرار گرفتند. بررسي تغييرات جمعيت ميكروبي مخلوط كودهاي فوق با خاك شامل باكتريها ، قارچها و آكتينومايستها بررسي تغييرات جمعيت كليفرمها و شناسايي تعدادي از آنها و همچنين شناسايي انواع ميكرو فلور غالب در تيمارهاي مختلف به روش اسلايد پنهان ، از اهداف اختصاصي در تحقيق فوق بوده است. بيشترين جمعيت باكتريها و قارچها در كودهاي كمپوست زباله و لجن فاضلاب و بيشترين جمعيت آكتينومايست ها در كاه گندم مشاهده شد. شمارش كليفرمها نشان داد كه در هفته اول انكوباسيون ، جمعيت كليفرمها بخصوص در كود حيواني بسيار زياد است. در اين مدت وجود بعضي از باكتريهاي كليفرم در كودهاي لجن فاضلاب ، حيواني و كمپوست زباله تشخيص داده شد. همچنين در اين تحقيق ، تكنيك اسلايد پنهان به عنوان يكي از بهترين روشهاي بررسي تنوع اكولوژيكي موجودات ذره بيني خاك معرفي شده است.
كلمات كليدي: لجن فاضلاب ، خاك، محيط زيست ، ميكروارگانيسم ها
مقدمه
خاك مي تواند موجب انتقال عوامل بيماريزاي بسياري از امراض عفوني گردد(11) . تعداد ميكروبهايي كه از طريق فضولات به خاك اضافه مي شوند ، به وسعت آلودگي هاي خاك مي افزايند. بررسي خصوصيات فيزيكي و شيميايي مواد زائد يا به عبارتي كودهاي آلي ، مدتهاست كه به منظور بهينه سازي و استفاده آگاهانه از آنها صورت مي پذيرد(9)در اين ميان خصوصيات بيولوژيكي كودهاي آلي در مطالعات فوق ناديده گرفته مي شود و توصيه به استفاده از كودهاي آلي بدون بررسيهاي همه جانبه بيولوژي و زيست محيطي آنها صورت مي گيرد. از آنجايي كه خاك پايگاه موجودات خشكي زي بويژه جوامع انساني است و انتقال عوامل پاتوژن از راههاي گوناگون توسط گرد و غبار از راه تنفس و زخمهاي سطحي بدن به انسان و حيوان صورت مي گيرد ، بنابراين خصوصيات بيولوژيكي و جمعيت فلور ميكروبي بيماريزاي خاك را بايد تعيين نمود. كليفرمها كه از باكتريهاي خانواده انتروباكترياسه هستند ، معمولا به عنوان شاخص آلودگي آب و خاك مورد ارزيابي قرار مي گيرند(8). خانواده انتروباكترياسه شامل گروه بزرگي از باكتريها مي باشد كه بطور وسيع در طبيعت پراكنده هستند. اين باكتريها در روده انسان ، حيوانات ، در خاك و آب وجود دارند كه به دليل زندگي آنها در روده انسان و حيوانات به باسيلهاي انتريك معروفند. همه اين باكتريها هوازي و بي هوازي اختياري ، گرم منفي ، بدون اسپور و ميله اي شكل ، داراي متابوليسم تنفسي و تخميري ، داراي قدرت تخمير گلوكز و لاكتوز هستند. علاوه بر توليد بيماريهاي مختلف ، از انجايي كه اين باكتريها ساكن طبيعي دستگاه گوارش مي باشند ، به محض وارد شدن به هر نقطه از بدن ، مي توانند در تمام بافتها و اعضاء ايجاد عفونت كنند (5). در شهر اصفهان به دليل وجود كارخانه توليد كود آلي كمپوست و چند تصفيه خانه فاضلاب ، هر ساله مقادير زيادي كمپوست زباله و لجن فاضلاب در زمينهاي كشاورزي مصرف مي شود و چون مصرف اين كودها بدون نظارتهاي بيولوژيكي صورت مي گيرد ، لذا مي تواند تاثير نا مطلوبي را در محيط زيست بگذارد. تحقيق حاضر نيز در راستاي ارزيابي آلودگيهاي ميكروبي خاكهاي كشاورزي كه با استفاده از انواع مواد زائد و فضولات تيمار ميشوند ، صورت پذيرفت.
مواد و روشها
در اين تحقيق چهار نوع كود آلي شامل لجن فاضلاب ، كود حيواني ، كمپوست زباله و مخلوط كاه گندم و يونجه ، به عنوان چهار تيمار اصلي ( به ميزان دو درصد وزني ) به همراه شاهد بدون كود در سه تكرار در يك طرح آماري كاملا تصادفي در آزمايشات گلخانه اي ارزيابي شدند. اين آزمايشات بطور كلي در سه بخش شامل تعيين جمعيت باكتريها ، قارچها و اكتينومايست ها در خاك ، بررسي ميزان آلودگي خاك به كليفرمها و شناسايي انواع ميكروفلور غالب در تيمارهاي مختلف به روش اسلايد پنهان انجام پذيرفت. براي تعيين جمعيت ميكروبي خاك ، ابتدا از نمونه خاك در تيمارهاي مختلف ، سوسپانسيون و سپس سري رقت تهيه شده و به منظور پراكنده شدن خاكدانه ها و جداشدن ميكروارگانيسمها از ذرات خاك ، از ارتعاشات اولتراسونيك استفاده شد. پس از تهيه سري رقت ، از محيط كشت نوترينت آگار براي كشت باكتريها ، از محيط كشت +PDA كلرامفنيكل براي كشت قارچ و از محيط كشت جنسون آگار به منظور كشت اكتينومايست ها استفاده شد. پس از طي زمان انكوباسيون ، تمام كلني ها بر روي محيط كشت مورد نظر توسط كلني كانتر كوبك شمارش گرديد. براي مطالعه كليفرمها از روش تخمير چند لوله اي در محيط كشت لاكتوز برات و EMB و تست هاي فرضي و تأييدي و IMVic استفاده شده و نتايج به صورت MpN گزارش گرديد(2و8) . براي مشاهده ميكروارگانيسم ها به روش اسلايد پنهان ، محيط كشت مورد نظر را به طريقه استريل تهيه كرده و لايه نازكي از آن را روي لام شيشه اي قرار مي دهيم. سپس لام مغذي را درون پليت حاوي خاك در تيمارهاي مورد نظر قرار داده پس از 7-4 روز انكوباسيون در دماي 30 درجه سانتي گراد ، لام را از خاك در آورده ، پس از شستشو و حرارت دادن به منظور فيكسه كردن ، لام را با استفاده از رنگ آميزي گرم ، رنگ كرده و با بزرگنماييهاي مختلف توسط ميكروسكپ مشاهده و عكسبرداري مي شود.
نتايج و بحث
در ميان تيمارهاي مورد استفاده ، بيشترين جمعيت باكتريها و قارچها در كودهاي كمپوست زباله و لجن فاضلاب مشاهده شد ، نتايج تجزيه واريانس نيز معني دار بودن اثر زمان نگهداري و تيمار كودي را بر تعداد جمعيت باكتريها و قارچها نشان مي دهند. شايد بتوان مهمترين علت افزايش جمعيت باكتريها در لجن فاضلاب را نسبت C/N پائين اين كود دانست اين نسبت باعث مي شود شرايط تجزيه مواد آلي براي يورش ميكروبي مساعد شده و باكتريها كه عمدتا بر روي مواد با C/N كم فعاليت بيشتري دارند ، در مدت كوتاهي رشد و تكثير يابند(10). در مورد افزايش جمعيت باكتريها در كود كمپوست مي توان به چند دليل اشاره كرد. اول اينكه بسياري از محققين معتقدند وجود مواد مغذي و احتمالا بعضي از كاتاليزورهاي حياتي در كمپوست زباله مي تواند رشد باكتريها را تشديد كند (3). همچنين جمعيت بالاي ازتوباكترهاي تثبيت كننده ازت در اين كود مي تواند نوعي منبع دائمي ازت را براي رشد باكتريها فراهم كرده و اثر C/N بالاي اين كود را تا حدي برطرف نمايد. در اين راستا ، نتايج آزمايشات مختلف نشان داده است كه باكتريهاي تجزيه كننده سلولز ، به دليل نياز شديدي كه به ازت دارند ، در مجاورت باكتريهاي تثبيت كننده ازت خيلي بهتر رشد مي كنند(4) . افزودن مواد آلي قابل تجزيه در تيمارهاي مختلف باعث شد كه قارچهاي خاك از حالت فونجيستاسيس و ركود خارج شده و رشد فعال خود را از سر بگيرند (6). نتايج نشان مي دهد كه جنسهاي پنيسيليوم ، آسپرژيلوس ، آلترناريا و فوزاريوم كه جزء قارچهاي ناقص محسوب مي شوند ، درصد بالايي از قارچهاي خاك را تشكيل مي دهند. همچنين علاوه بر قارچهاي فوق ، در تيمار لجن فاظلاب قارچهاي كريزوسپوريوم،تريكوفيتون و اسكو پولاريوپسيس،در تيمار كود حيواني قارچ موكور و پسيلومايسس در تيمار كود كمپوست زباله، قارچ كلادوسپوريم،كريزوسپوريوم و تريكو درما و در تيمار كود گياهي جنس كلادو سپوريوم،پسيلو مايسس، رايزو پوس و تريكو درما مشاهده شدند.وجود قارچهاي تجزيه كننده سلولز مثل آلترناريا،آسپرژيلوس، فوزاريم،پنيسيليوم و رايزوپوس بخصوص در تيمار كود گياهي ، اهميت اين پروسه را نشان مي دهد.همچنين بيشتر جمعيت آكتينومايست ها در كود كاه گندم و يونجه مشاهده شد . مقايسه ميانگين جمعيت آكتينومايست ها نشان مي دهد كه كود گياهي بالا ترين اثر معني دار را نسبت به شاهد داشته و با كود كمپوست زباله اختلاف معني داري ندارد. آكتينومايست ها در مراحل اوليه تجزيه مواد آلي تازه ،بعلت قدرت رقابت ضعيفي كه در مصرف مواد كربن دار ساده با باكتريها و قارچها دارند، تعداد و فعاليتشان خيلي كم است اما به تدريج با كاهش مواد ساده و ميكرو ارگانسيم هاي وابسته به اين مواد، تعداد آكتينو مايست ها افزايش يافته و فعاليت خود را روي قسمتهاي مقاوم باقي مانده شروع مي كنند .
نتايج حاصل از بررسي تغيرات جمعيت كليفرمها در تيمارهاي مختلف نشان داد كه در اولين زمان نمونه برداري ، كود حيواني بيشترين آلودگي را از نظر تعداد كليفرمها در خاك ايجاد كرده است. علت اين امر را مي توان تازه بودن كود حيواني مورد استفاده عنوان كرد. در همين زمان كود هاي لجن فاضلاب و كمپوست زباله به ترتيب داراي بيشترين جمعيت كليفرمها بعد از كود حيواني بوده اند. در يك هفته بعد جمعيت كليفرمها در خاك حاوي كود حيواني هنوز جمعيت بالايي را نشان مي دهند820×102 در 100ميلي ليتر). در خاك تيمار شده توسط لجن فاضلاب جمعيت كليفرمها به شدت كاهش يافته و به حدود يك چهارم خود رسيده اند. از آنجائي كه كليفرمها عمر كوتاهي دارند و بعنوان باكتريهاي فرصت طلب در خاك شهرت دارند،پس از كاهش مواد مغذي مورد استفاده و همچنين رقابت ساير ميكروارگانيسم ها با آنها ، جمعيت آنها در همه تيمارها در هفته سوم و هشتم نيز سير نزولي داشته است.
نتايج تجزيه واريانس نشان مي دهد كه زمان نگهداري مخلوط كود و خاك ، اثر معني داري در سطح يك درصد بر جمعيت كليفرمها داشته است. همچنين مقايسه ميانگين جعميت كليفرمها نشان مي دهد كه جمعيت كليفرمها در اولين و دومين زمان نمونه برداري و همچنين در پنجمين و ششمين زمان نمونه برداري ، اختلاف معني داري ندارد و تيمار كود حيواني بيشترين اختلاف معني دار در سطح 5 درصد با شاهد را داشته است اگر چه پيش از حصول نتايج ، به نظر مي رسيد كه تيمار لجن فاضلاب مي بايستي بيشترين جمعيت كليفرمها را داشته باشد. علت اين امر را مي توان كاهش جمعيت كليفرمها در طي مراحل تصفيه و همچنين قرار گرفتن در معرض نور خورشيد در استخرهاي ته نشيني فاضلاب عنوان كرد.
اربابي (1373) كه بر روي سيستمهاي تصفيه فاضلاب شهر اصفهان و بعضي از پارامترهاي بيولوژيكي ، شيميائي و فيزيكي پسآب مطالعاتي انجام داده است ، گزارش كرد كه ميانگين جمعيت كل كليفرمها در فاضلاب ورودي به تصفيه خانه جنوب در شش ماه نمونه برداري108 ×3/4 در 100 ميلي ليتر و در پسآب خروجي از تصفيه خانه 105×6/8 در 100 ميلي ليتر است. اين مقادير در تصفيه خانه شمال به ترتيب برابر 109 ×8/3 در 100 ميلي ليتر است و با توجه به اينكه پسآب خروجي اين تصفيه خانه جهت آبياري كشاورزي استفاده مي شود و از طرفي چون استاندارد سازمان جهاني بهداشت (WHO) در مورد تعداد كليفرمها براي آبياري ، 1000 كليفرم در 100 ميلي ليتر است ، بنابراين چنين پسآبي نمي تواند در آبياري كشاورزي استفاده شود و لازم است جهت برآورد استاندارد سازمان بهداشت جهاني اقدامات تصفيه اضافي مثل كلر زني يا استفاده از لاگونهاي هوازي در نظر گرفته شود(1).نتايج نشان مي دهند كه كودهاي لجن فاضلاب ، حيواني و كمپوست زباله به ترتيب داراي بيشترين پتانسيل ميكروبي در خاك هستند و از اين نظر بايد در مورد چگونگي و محل مصرف آنها دقت لازم به عمل آيد. از طرف ديگر به نظر مي رسد احتمال حضور اين باكتريها در تيمارهاي فوق و در روزهاي اوليه افزودن آنها به خاك بسيار بيشتر است بنابراين وجود فاصله زماني بين افزودن آنها به خاك و استفاده از محصولات ، لازم به نظر مي رسد.
نتايج حاصل از تكنيك اسلايد پنهان در پنج مرحله اسلايد گذاري با فواصل ده روزه در تيمارهاي مختلف نشان مي دهد كه تيمار لجن فاضلاب داراي تنوع بيشتري از موجودات نسبت به ساير تيمارها مي باشد. نسبت C/N كم اين كود باعث شده كه باكتريها به تعداد بسيار زياد و در آرايشهاي مختلف ، در تمام اسلايدهايي اين تيمار مشاهد شوند. در اين تيمار همچنين بعضي از باكتريهاي موجود در لجن فاضلاب مثل زوگله آ ، 1701 غلافدار و ميكرو تريكس ديده شدند كه مؤيد آلودگي خاك به اين نوع ميكروارگانيسم ها مي باشد.دياتومها و بعضي از جلبكهاي مشاهده شده ، در اسلايد هاي اين تيمار، در هيچ يك از تيمارهاي ديگر مشاهده نشد و اين نشان دهنده جمعيت بالاي جلبكهاي رشد كرده در استخرهاي لجن فاضلاب مي باشد. در تيمار كود حيواني ، باكتريهاي ويبريو و ميكرو كوكوس داراي بيشترين تعداد بوده و نشان دهنده آلودگي احتمالي اين كود به ميكرو ارگانيسم هاي فوق مي باشند. به علت وجود بافتهاي گياهي در اين كود ، جمعيت قارچها و آكتينومايست ها به مرور در خاك افزايش يافته است. در تيمار كود كمپوست زباله، باكتريها عمدتا داراي آرايش خوشه اي يا استا فيلو كوكوس و استر پتوكك هستند كه از نظر آلودگي محيطي مد نظر مي باشند. همچنين جمعيت نماتدها در اين تيمار ، نسبت به تيمارهاي ديگر افزايش بيشتري را نشان داده و جمعيت قارچها نيز در آخرين مراحل ،افزايش بيشتري را نشان مي دهند. باسيلوسهاي اسپوردار و بدون اسپور و تجمع قارچها و آكتينو مايستها در كليه مراحل اسلايد گذاري در تيمار كود گياهي، حاكي از انجام پروسه تجزيه مواد سلولزي و سخت تجزيه شونده با C/N بالا مي باشند جان كلام اين كه حفظ بار وري خاكها و در عين حال آلوده نكردن آنها يك امر ضروري جهت توليد دراز مدت در كشاورزي پايدار مي باشد.از اين رو استفاده صحيح از مواد زائد شهري و كشاورزي به عنوان كودهاي آلي ،علاوه بر بهبود خصوصيات فيزيكي و شيميايي ،بر خصوصيات بيولوژيكي خاك نيز اثرات بسيار مفيدي خواهد گذاشت.
فهرست منابع
1-اربابي ، م . 1373. بررسي راندمان بركه هاي تثبيت در حذف تخم انگل ومقايسه آن با…پايان نامه كارشناسي ارشد مهندسي بهداشت محيط. دانشگاه اصفهان.
2- امتيازي، گ و اعتماديفر، ز .1375. ازمايشهاي ميكروبي آب وپساب. انتشارات ماني.
3- پرورش،ع .1373. تهيه كود آلي كمپوست.
4- حق پرست تنها،م.ر. 1372. خاكزيان وخاكهاي زراعي.انتشارات دانشگاه آزاد اسلامي.
5- ملك زاده.ف. 1370. ميكروبيولوژي عمومي.
6- مهرآوران.ح. 1372. مباني قارچها. انتشارات دانشگاه اروميه.
7- Alexander,M .1977. Introduction to soil microbiology .John willey.
8-Arnold. E and Others .1980. Standard methods for examination of water(APHA.).
9-Epstein,E and Others .1976. Effects of sewage sludge …. Journal.Environ.Qual.,5(4):422-426.
10- Metzger , L and Others . 1987 . The effect of sewage sludge on soil structure . Soi.Sci.Sco.Am.J,51:346-351.
11- Ronaldo, M and R.B.Atlas . 1987. Microbial echology ,Fundamentals and Application. Second Ed