
تعداد نشریات | 13 |
تعداد شمارهها | 622 |
تعداد مقالات | 6,501 |
تعداد مشاهده مقاله | 8,619,431 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 8,210,342 |
کاهش رواناب سطحی خاکهای متأثر از چرخه انجماد-ذوب با استفاده از سیانوباکتریهای خاکزی | ||
مجله پژوهشهای حفاظت آب و خاک | ||
دوره 27، شماره 3، مرداد و شهریور 1399، صفحه 163-180 اصل مقاله (1021.91 K) | ||
نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22069/jwsc.2020.17693.3318 | ||
نویسندگان | ||
سودابه قرهمحمودلی1؛ علی نجفی نژاد1؛ سیدحمیدرضا صادقی* 2؛ یهروز زارعی دارکی3؛ علی محمدیان بهبهانی4؛ حسین خیرفام5 | ||
1دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان | ||
2دانشگاه تربیت مدرّس | ||
3استادیار گروه زیستشناسی دریا، دانشگاه تربیت مدرّس، دانشکده علوم دریایی، مازندران، نور. | ||
4عضو هیات علمی/ دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان | ||
5گروه علوم محیط زیست، پژوهشکده مطالعات دریاچه ارومیه، دانشگاه ارومیه | ||
چکیده | ||
سابقه و هدف: امروزه استفاده از ریزموجودات خاکزی بهعنوان تلقیح کنندههای خاک برای ترویج روشهای زیست فنآوری بر حفظ محیط زیست مطرح میباشد. از طرفی شرایط خاک و اقلیم از جمله عوامل مؤثر بر کمیّت و کیفیّت فرسایش خاک میباشد. بهنحوی که ویژگیهای اقلیمی و پدیدههای متأثر از آن مانند شرایط یخبندان و ذوب از وجوه تبیینکننده مفهوم پویایی فرسایش هستند. در این راستا، حفظ خاک در دامنههای حوزههای آبخیز و نقش قابل توجه چرخه انجماد-ذوب در تولید رواناب سطحی استفاده از ریزموجودات خاک-زی از جمله سیانوباکتریها به سبب ایجاد پایداری و شرایط مناسب توالی حضور پوشش گیاهی، چسبندگی و تثبیت خاکدانهها برای احیاء و ارتقاء پایدار بومسازگان ضروری به نظر میرسد و حال آنکه اغلب شیوههای حفاظت خاک و آب در شبکههای زهکشی به صورت مهندسی و بدون توجه به توانمندیهای روشهای زیستی مهار هدر رفت آب و خاک صورت میگیرد. از اینرو، با هدف امکانسنجی تلقیح سیانوباکتریهای خاکزی در مهار رواناب سطحی از خاکهای تحت شرایط انجماد-ذوب در مقیاس کرت کوچک آزمایشی برنامهریزی شد. مواد و روشها: برای این منظور، خاک مورد مطالعه از اراضی دیم رها شده و حساس به فرسایش منطقه بدرانلو در استان خراسان شمالی تهیه شد. سپس مناسبترین سیانوباکتریهای موجود در خاک مادری در حفاظت آب و خاک شناسایی، انتخاب، خالصسازی، تکثیر و در شش تکرار روی کرتها تلقیح شدند. در این راستا مقایسه تیمارهای شاهد و تلقیح شده با سیانوباکتری و نیز تحت شرایط یک چرخه انجماد و ذوب به باران شبیهسازی شده با دوام 30 دقیقه و شدّت حدود 70 میلیمتر بر ساعت روی کرتهای فرسایشی کوچک (5/0 در 5/0 متر) با شیب 20 درصد مستقر در آزمایشگاه شبیهساز باران و فرسایش خاک دانشگاه تربیّت مدرّس صورت گرفت. یافتهها: یافتههای پژوهش نشان داد که تیمار تلقیح شده با سیانوباکتری پس از طی یک چرخه انجماد-ذوب بهصورت معنیدار (001/0p <) نسبت به تیمار شاهد باعث بهبود مؤلفههای رواناب سطحی شد. در این راستا مقایسه آماری میانگینها نیز نشان داد که تیمار تلقیح سیانوباکتری بهصورت معنیدار (001/0p <) باعث افزایش زمان شروع و زمان تا اوج رواناب، کاهش حجم، مقدار اوج و ضریب رواناب سطحی بهترتیب 228، 49 درصد و 65، 48 و 65 درصد نسبت به تیمار شاهد شدند. نتیجهگیری: نتایج حاصل از پژوهش فعلی نشان داد که اثرگذاری مثبت تلقیح سیانوباکتریهای خاکزی میتواند ابزاری کارآمد، اقتصادی و زیستی برای بهبود رفتار هیدرولوژیک خاکهای مناطق تحت تأثیر انجماد-ذوب باشد. لذا نتایج حاصل از این پژوهش قابلیت استفاده در تبیین الگوهای مدیریتی حفاظت آب و خاک و قابل تعمیم به مناطق با شرایط مشابه را نیز خواهد داشت. | ||
کلیدواژهها | ||
پایداری خاک؛ تثبیت کنندههای خاک؛ خاک یخزده؛ شبیهساز باران؛ مدیریت رواناب | ||
مراجع | ||
1.Abinandan, S., Subashchandrabose, S.R., Venkateswarlu, K., and Megharaj, M. 2019. Soil microalgae and cyanobacteria: the biotechnological potential in the maintenance of soil fertility and health. Critical Reviews in Biotechnology,39: 8. 981-998.
2.Amutha, R., Karunakaran, S., Dhanasekaran, S., Hemalatha, K., Monika, R., Shanmugapriya, P., and Sornalatha, T. 2014. Isolation and mass production of biofertilizer (Azotobacter and Phosphobacter). Inter. J. Latest Res. Sci. Technol. 3: 1. 79-81.
3.Andersen, R.A. 2005. Algal culturing techniques. Elsevier Academic Press, London, 578p.
4.Bahig, A.E., Aly, E.A., Khaled, A.A.,and Amel, K.A. 2008. Isolation, characterization, and application of bacterial population from agricultural soil at Sohag Province, Egypt. Malaysi. J. Microbiol. 4: 2. 42-50.
5.Barger, N.N., Castle, S.C., and Dean, G.N. 2013. Denitrification from nitrogen-fixing biologically crusted soils in a cool desert environment, southeast Utah, USA. Ecological Processes, 2: 1. 1-9.
6.Behzadfar, M., Sadeghi, S.H.R., Khanjani, M.J., and Hazbavi, Z. 2012. Effectability of runoff and sediment yield from soils induced by freezing and thawing cycle under simulated rainfall condition. J. Soil Water Resour. Cons.2: 1. 13-25. (In Persian)
7.Behzadfar, M., Sadeghi, S.H.R., Khanjani, M.J., and Hazbavi, Z. 2017. Effects of rates and time of zeolite application on controlling runoff generation and soil loss from a soil subjected to a freeze-thaw cycle. International Soil and Water Conservation Research, 5: 2. 95-101.
8.Bowker, M.A. 2007. Biological soil crust rehabilitation in theory and practice: an underexploited opportunity. Restoration Ecology, 15: 1. 13-23.
9.Bowker, M.A., Belnap, J., Chaudhary, V.B., and Johnson, N.C. 2008. Revisiting classic water erosion models in drylands: The strong impact of biological soil crusts. Soil Biology and Biochemistry, 40: 9. 2309-2316.
10.Buchanan, R.E., and Gibbons, N.E. 1974. Bergey’s manual of determinative bacteriology (8th ed.). Williams and Wilkins, Baltimore, Maryland. 1246p.
11.Cania, B., Vestergaard, G., Kublik, S., Köhne, J.M., Fischer, T., Albert, A., Winkler, B., Schloter, M., and Schulz, S. 2019. Biological soil crusts from different soil substrates harbor distinct bacterial groups with the potentialto produce exopolysaccharides and lipopolysaccharides. Microbial Ecology, Pp: 1-16.
12.Chamizo, S., Cantón, Y., Lázaro, R., Solé-Benet, A., and Domingo, F. 2012a. Crust composition and disturbance drive infiltration through biological soil crusts in semiarid ecosystems. Ecosystems,15: 148-161.
13.Chamizo, S., Mugnai, G., Rossi, F.R., Certini, G., and De Philippis, R. 2018. Cyanobacteria Inoculation Improves Soil Stability and Fertility on Different Textured Soils: Gaining Insights for Applicability in Soil Restoration. Frontiers in Environmental Science,6: 49.
14.Chamizo, S., Stevens, A., Cantón, Y., Miralles, I., Domingo, F., and van Wesemael, B. 2012b. Discriminating soil crust type, development stage, and degree of disturbance in semi-arid environments from their spectral characteristics. Europ. J. Soil Sci.63: 42-53.
15.Deng, J., Orner, E.P., Chau, J.F., Anderson, E.M., Kadilak, A.L., Rubinstein, R.L., Bouchillon, G.M., Goodwin, R.A., Gage, D.J., and Shor, L.M. 2015. Synergistic effects of soil microstructure and bacterial EPS on drying rate in emulated soil micromodels. Soil Biology and Biochemistry, 83: 116-124.
16.Dong, C., Zhang, H., Yang, Y., He, X., Liu, L., Fu, J., Shi, J., and Wu, Z.2019. Physiological and transcriptomic analyses to determine the responses to phosphorus utilization in Nostoc sp. Harmful algae, 84: 10-18.
17.Du, L., Wang, R., Gao, X., Hu, Y., and Guo, S. 2020. Divergent responses of soil bacterial communities in erosion-deposition plots on the Loess Plateau. Geoderma, 358, 113995.
18.Ehlers, K., Bunemann, E.K., Oberson, A., Frossard, E., Frostegard, A., Yuejian, M., and Bakken, L.R. 2008. Extraction of soil bacteria froma ferralsol. Soil Biology and Biochemistry, 40: 1940-1946. 19.Elster, J., and Benson, E.E. 2004. Life in the polar terrestrial environment with a focus on algae and cyanobacteria. In: Fuller, B.J., Lane, N., Benson, E.E. (Eds.), Life in the Frozen State. CRC Press, Boca Raton, FL, Pp: 111-150.
20.Entry, J.A., Sojka, R.E., and Hicks, B.J. 2008. Carbon and nitrogen stable isotope ratios can estimate anionic polyacrylamide degradation in soil. Geoderma, 145: 1. 8-16.
21.Garbeva, P., Tyc, O., Remus-Emsermann, M.N.P., van der Wal, A., Vos, M., Silby, M., and de Boer, W. 2011. No apparent costs for facultative antibiotic production by the soil bacterium Pseudomonas fluorescence Pf0-1. PLoS One 6: 11. e27266.
22.Garrity, G.M., Boone, D.R., and Castenholz, R.W. 2001. Bergey’s manual of systematic bacteriology.(2nd ed.). New York, USA. 1: 173p.
23.Harvey, R.A. 2007. Microbiology. Lippincott Williams & Wilkins, 395p.
24.Hawke, R.M., Price, A.G., and Bryan, R.B. 2006. The effect of initial soil water content and rainfall intensity on near-surface soil hydrologic conductivity: A laboratory investigation. Catena, 65: 237-246. 25.Issa, O.M., Défarge, C., Le Bissonnais, Y., Marin, B., Duval, O., Bruand, A., Luigi D’Acqui, P., Nordenberg, S., and Annerman, M. 2007. Effects of the inoculation of cyanobacteria on the microstructure and the structural stability of a tropical soil. Plant and soil, 290: 1-2. 209-219.
26.Kheirfam, H. 2020. Increasing soil potential for carbon sequestrationusing microbes from biological soil crusts. J. Arid Environ. 172: 104022. Doi.org/10.1016/j.jaridenv.2019.104022.
27.Kheirfam, H., Sadeghi, S.H.R., Homaee, M., and Zarei Darki, B. 2017a. Quality Improvement of an Erosion-Prone Soil through Microbial Enrichment. Soil and Tillage Research, 165: 230-238.
28.Kheirfam, H., Sadeghi, S.H.R., Zarei Darki, B., and Homaee, M. 2017b. Controlling Rainfall-Induced Soil Loss from Small Experimental Cntainers through Lnoculation of Bacteria and Cyanobacteria. Catena, 152: 40-46.
29.Kreyling, J., Beierkuhnlein, C., and Jentsch, A. 2010. Effects of soil freeze-thaw cycles differ between experimental plant communities. Basic and Applied Ecology, 11: 1. 65-75.
30.Kvíderová, J., Elster, J., and Komárek, J. 2019. Ecophysiology of cyanobacteria in the Polar Regions. In Cyanobacteria, pp. 277-302. Academic Press.
31.Lindahl, V., and Bakken, L.R. 1995. Evaluation of methods for extraction of bacteria from soil, FEMS. Microbiology Ecology, 16: 135-142.
32.Lutton, E., Schellevisa, R., and Shanmuganathan, A. 2013. Culture-dependent methods increase observed soil bacterial diversity from Marcellus shale temperate forest in Pennsylvania, J. Stud. Res. 2: 1. 9-16.
33.Maestre, F.T., Solé, R., and Singh, B.K. 2017. Microbial biotechnology as a tool to restore degraded drylands. Microbial Biotechnology, 10: 1250-1253.
34.Méjean, A., Mazmouz, R., Mann, S., Calteau, A., Médigue, C., and Ploux, O. 2010. The genome sequence of the cyanobacterium Oscillatoria sp. PCC 6506 reveals several gene clusters responsible for the biosynthesis of toxins and secondary metabolites. J. Bacteriol. 192: 19. 5264-5265.
35.Morsy, F.M., Elbadry, M., El-Sayed, W.S., and El-Hady, D.A. 2019. Dark and photofermentation H2 production from hydrolyzed biomass of the potent extracellular polysaccharides producing cyanobacterium Nostoc commune and intracellular polysaccharide (glycogen) enriched Anabaena variabilis NIES-2095. Inter. J. Hydr. Ener. 44: 31. 16199-16211.
36.Paerl, H.W., and Priscu, J.C. 1998. Microbial phototrophic, heterotrophic and diazotrophic activities associated with aggregates in the permanent ice cover of Lake Bonney, Antarctica, Microbial Ecology, 36: 3-4. 221-230.
37.Parikh, A., and Madamwar, D. 2006. Partial characterization of extracellular polysaccharides from cyanobacteria, Bioresource Technology, 97: 1822-1827.
38.Powell, J.T., Chatziefthimiou, A.D., Banack, S.A., Cox, P.A., and Metcalf, J.S. 2015. Desert crust microorganisms, their environment, and human health.J. Arid Environ. 112: 127-133.
39.Rodriguez-Caballero, E., Cantón, Y., Chamizo, S., Lázaro, R., and Escudero, A. 2013. Soil loss and runoff in semiarid ecosystems: a complex interaction between biological soil crusts, micro-topography, and hydrological drivers. Ecosystems, 16: 4. 529-546.
40.Rossi, F., and De Philippis, R. 2015. Role of Cyanobacterial Exopolysaccharides in Phototrophic Biofilms and in Complex Microbial Mats. Life,5: 2. 1218-1238.
41.Rossi, F., Li, H., Liu, Y., andDe Philippis, R. 2017. Cyanobacterial inoculation (cyanobacterisation): Perspectives for the development of a standardized multifunctional technology for soil fertilization and desertification reversal. Earth-Science Reviews, 171: 28-43.
42.Rossi, F., Mugnai, G., and De Philippis, R. 2018. Complex role of the polymeric matrix in biological soil crusts. Plant and Soil, 429: 1-2. 19-34.
43.Sadeghi, S.H.R. 2010. Study and measurement of water erosion.Tarbiat Modares University Press. 200p. (In Persian).
44.Sadeghi, S.H.R, Hazbavi, Z., Gholami. L., and Khaledi Darvishan, A. 2017. Soil and water conservation using amendments, Tarbiat Modares University Press. 501p. (In Persian)
45.Sadeghi, S.H.R., and Kheirfam, H.2015. Temporal variation of bed loadto suspended load ratio in KojourRiver, Iran. CLEAN–Soil, Air, Water, 43: 10. 1366-1374.
46.Sadeghi, S.H.R., Kheirfam, H., Homaee, M., Zarei Darki, B., and Vafakhah, M. 2017. Improving runoff behavior resulting from Direct Inoculation of Soil Micro-Organisms. Soil and Tillage Research, 171: 35-41.
47.Sadeghi, S.H., Raeisi, M.B., and Hazbavi, Z. 2018. Influence of freeze-only and freezing-thawing cycles on splash erosion. International Soil and Water Conservation Research, 6: 275-279.
48.Satoh, K., Hirai, M., Nishio, J., Yamaji, T., Kashino, Y., and Koike, H. 2002. Recovery of photosynthetic systems during rewetting is quite rapid in a terrestrial cyanobacterium, Nostoc commune. Plant and Cell Physiology, 43: 2. 170-176.
49.Sears, J.T., and Prithiviraj, B. 2012. Seeding of large areas with biological soil crust starter culture formulations: using an aircraft disbursable granulate to increase stability, fertility and CO2 sequestration on a landscape scale. In: IEEE Green Technologies Conference. Tulsa, OK, 19-20 April 2012. Pp: 1-3.
50.Seckbach, J. (Ed.). 2007. Algae and cyanobacteria in extreme environments (Vol. 11). Springer Science & Business Media. 812p.
51.Sepehr, A., Hassanzadeh, M., and Rodriguez-Caballero, E. 2019. The protective Role of Cyanobacteria on Soil Stability in Two Aridisols in Northeastern Iran. Geoderma Regional, 16: e00201.
52.Sharma, R., Singh, G., and Sharma, V. K. 2011. Comparison of different media formulation on growth, morphology and chlorophyll content of green alga, Chlorella vulgaris. Inter. J. Pharma Biol. Sci. 2: 2. 509-516.
53.Tashyreva, D., and Elster, J. 2015. Effect of nitrogen starvation on desiccation tolerance of Arctic Microcoleus strains (cyanobacteria). Frontiers in Microbiology, 6: 278p.
54.Tisdall, J.M., Nelson, S.E., Wilkinson, K.G., Smith, S.E., and McKenzie, B.M. 2012. Stabilisation of soil against wind erosion by six saprotrophic fungi. Soil Biology and Biochemistry, 50: 134-141.
55.Tiwari, O.N., Bhunia, B., Mondal, A., Gopikrishna, K., and Indrama, T. 2019. System metabolic engineering of exopolysaccharide-producing cyanobacteria in soil rehabilitation by inducing the formation of biological soil crusts: A review. J. Clean. Prod. 211: 70-82.
56.Valencia, Y., Camapum, J., andTorres, F.A. 2014. Influence of biomineralization on the physico-mechanical profile of a tropical soil affected by erosive processes. Soil Biology and Biochemistry, 74: 98-99.
57.Vieira, F.C.S., and Nahas, E. 2005. Comparison of microbial numbers in soils by using various culture media and temperatures. Microbiological Research, 160: 197-202.
58.Wang, W.B., Liu, Y.D., Li, D.H., Hua, C.X., and Rao, B.Q. 2009. Feasibility of cyanobacterial inoculations for biological soil crusts formation in desert area. Soil Biology and Biochemistry, 41: 926-929.
59.Wei, H., Jiao, Y., and Liu, H. 2015. Effect of freeze–thaw cycles on mechanical property of silty clay modified by fly ash and crumb rubber. Cold Regions Science and Technology, 116: 70-77.
60.Wu, Y., Rao, B., Wu, P., Liu, Y., Li, G., and Li, D. 2013. Development of artificially induced biological soil crusts in fields and their effects on top soil. Plant and Soil, 370: 1-2. 115-124.
61.Wubs, E.J., Van der Putten, W.H., Bosch, M., and Bezemer, T.M. 2016. Soil inoculation steers restoration of terrestrial ecosystems. Nature Plants,2: 8. 16107.
62.Zare Chahuki, M.A. 2014. Data analysis in natural resources research with SPSS software. First Edition, Jihad Tehran University Press, 310p. (In Persian). | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 450 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 306 |