SUPERVISOR
امیرحسین خوش گفتارمنش (استاد راهنما) احمد اصغرزاده (استاد مشاور) محمدرضا سبزعلیان دستجردی (استاد مشاور)
STUDENT
Mohammad javad Asadollahzade
محمدجواد اسداله زاده
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390
TITLE
The Effect of Microbial Inoculation and Endophytic Symbiosis on Zinc Release from Waste Tire Rubber in Soil and its Uptake by Plant
Waste tire rubbers accumulation for disposal is a considerable environmental challenge in many countries. These solid wastes contain sulfur, zinc oxide, stearic acid, carbon black, proprietary additives, and bead wires. An emerging safe technology under consideration for recycling waste tire rubbers is their use as an effective and safe fertilizer source for supplying Zn with no risk of Cd contamination in agricultural lands. Bacterial inoculation of ground rubber has been shown to be effective in hastening degradation of rubber and increase in DTPA-extractable Zn in calcareous soil. In the first part of the present study (batch experiment), for the first time, we evaluated the ability of Pseudomonas putida and different strains of Thiobacillus alone or in combination with rubber-detoxifying bacteria ( Rhodococcus erythropolis and Acinobacter calcoaceticus ) in degradation of tire rubber and Zn release into the soil. In the second part of the study (pot experiment), the effect of endophytic symbiosis on hastening Zn release from tire rubber into the soil and its uptake by plant was investigated. Two rates of ground tire rubber (0 and 200 mg kg -1 ) (2.0 mg Zn kg -1 ) were incorporated into a Zn-deficient calcareous soil. Before addition to the soil, the rubber samples were given 24 microbial treatments including: No Inoc (no microbial inoculation), Af ( A. ferrooxidans TCC 1647), Tt, ( T. thioparus TCC 1668), Mt (a mix of Thiobacillus strains), P1 ( P. putida P41), P2 ( P. putida P168), RA ( R. erythropolis TCC hyhy; 1767 + A. calcoaceticus PTCC 1318), P1+Af, P1+Tt, P1+Mt, P2+Af, P2+Tt, P2+Mt, RA+Af, RA+Tt, RA+Mt, RA+P1, RA+P2, RA+P1+Af, RA+P1+Tt, RA+P1+Mt, RA+P2+Af, RA+P2+Tt and RA+P2+Mt. Soil pH and DTPA-extractable Zn and Fe concentrations were measured at weeks 1, 3, 6, and 10. All microbial treatments significantly reduced soil pH at week 3; although this reduction was greatest at the RA+P2+Mt treatment. In the presence of tire rubber, soil pH at week 10 was still significantly lower than the initial soil pH. At the microbial inoculated-rubber treatments, available Fe concentration was increased up to week 3 and thereafter it was decreased; although soil DTPA-Fe concentration was still higher than the initial concentration of this metal in soil. The RA+P2+Mt and RA+P2+Tt were the most effective bacteria treatments in increasing the availability of Fe in tire rubber-treated soil. With tire rubber, soil DTPA-Zn concentration increased until week 6 and then remained unchanged or slightly reduced at week 10. With application of ground tire rubber, greatest increase in DTPA-extractable Zn concentration was found at the presence of RA microbial treatment. By using cluster analysis, microbial inoculation treatments were classified into 8 groups based on soil pH and concentrations of Fe and Zn. Group 8, produced the lowest pH and the highest DTPA- extractable concentrations of Fe (on average 6.92 mg kg -1 ) and Zn (on average 2.67 mg kg -1 ). In the first pot experiment, roots of one bread ( Triticum aestivum cv. Roshan) and one durum wheat cultivars ( Triticum durum cv. Durum) were inoculated or non-inoculated with Piriformospora indica fungal endophytes and were exposed to two rates of ground rubber (0 and 284 mg kg -1 ) or 15 mg kg -1 ZnSO 4 . Before addition to the soil, ground rubber and ZnSO 4 were inoculated or non-inoculated with RA and RA+P1+Tt. Application of tire rubber into the soil, increased shoot dry mass of wheat cultivars over the commercial Zn-sulfate. Microbial inoculation of ground tire rubber resulted in significant increase of shoot growth and Zn content of both wheat cultivars. In the second pot experiment, two genotypes of Festuca ( arundinacea cvs. 75b and 75c) were with or without endophytic fungi ( Neotyphodium sp.) and RA+P2+Mt. Application of microbial inoculated tire rubber resulted in increase of shoot and root dry matter yield of Festuca plants. According to the results obtained, the RA and RA+P1+Tt were most effective microbial treatments in hastening increase in DTPA-extractable Zn and in enhancing Zn uptake by wheat plants while P2 and RA+P2+Mt were most effective treatments in hastening decrease in soil pH and increase in Fe concentration.
دفع ضایعات لاستیک تایر یکی از مهمترین چالش های زیست محیطی در بسیاری از کشورها است. این ضایعات جامد شامل گوگرد، اکسیدروی، اسیداستایریک، کربن سیاه، افزودنیهای خاص و سیمهای مفتولی هستند. تکنولوژی جدید امن برای بازیافت ضایعات لاستیک تایر، استفاده از آنها به عنوان یک منبع مؤثر و ایمن کود روی بدون خطر آلودگی کادمیم در زمینهای کشاورزی است. مشاهده شده که تلقیح میکروبی لاستیک تایر بر تسریع تخریب لاستیک و افزایش روی قابل عصارهگیری با DTPA در خاکهای آهکی مؤثر است. در اولین بخش از مطالعه حاضر (بخش آزمایشگاهی)، ما برای اولین بار توانایی سودوموناس پوتیدا و سویههای مختلف تیوباسیلوسها را به تنهایی یا در ترکیب با باکتریهای سمیتزدای لاستیک ( رودوکوکوس اریتروپلیس و اسینتوباکتر کالکوستیکوس ) در تخریب لاستیک تایر و رهاسازی روی به خاک مورد بررسی قرار دادیم. در بخش دوم مطالعه (آزمایش گلدانی)، اثر همزیستی اندوفایت بر تسریع رهاسازی روی از لاستیک تایر به خاک و جذب آن به وسیله گیاه مورد بررسی قرار گرفت. دو نسبت لاستیک تایر (صفر و یک گرم بر کیلوگرم) با یک خاک آهکی دچار کمبود روی ترکیب شدند. نمونههای لاستیک قبل از اضافه شدن به خاک با 24 تیمار میکروبی شامل: No Inoc (بدون تلقیح میکروبی)، Af ( ا. فرواکسیدانس PTCC 1647)، Tt ( ت. تیوپاروس PTCC 1668)، Mt (مخلوط تیوباسیلوسها )، P1 ( س. پوتیدا P41)، P2 ( س. پوتیدا P168)، RA ( ر. اریتروپلیس TCC hyhy; 1767+ ا. کالکوستیکوس PTCC 1318)، P1+Af، P1+Mt، P1+Tt، P2+Af، P2+Tt، P2+Mt، RA+Af، RA+Tt، RA+Mt، RA+P1، RA+P2، RA+P1+Af، RA+P1+Tt، RA+P1+Mt، RA+P2+Af، RA+P2+Tt و RA+P2+Mt تلقیح شدند. pH خاک و غلظت روی و آهن قابل عصارهگیری با DTPA بعد از 1، 3، 6 و 10 هفته اندازهگیری شد. در تمام تیمارهای میکروبی pH خاک به شکل معنیداری کاهش یافت؛ اگرچه این کاهش در تیمار RA+P2+Mt بیشتر بود. در حضور لاستیک تایر pH خاک در هفته دهم همچنان به شکل معنیداری کمتر از pH ابتدایی خاک بود. در تیمارهای تلقیح میکروبی لاستیک، غلظت آهن قابل جذب تا هفته سوم افزایش یافت و پس از آن کاهش یافت؛ اگرچه غلظت آهن قابل عصارهگیری با DTPA همچنان بیشتر از غلظت اولیه این فلز در خاک بود. RA+P2+Mt و RA+P2+Tt مؤثرترین تیمارهای میکروبی در افزایش قابلیت دسترسی آهن در خاک تیمار شده با لاستیک تایر بودند. در شرایط کاربرد لاستیک تایر غلظت روی قابل عصارهگیری با DTPA تا هفته ششم افزایش یافت و پس از آن در هفته دهم کمی کاهش یافت یا بدون تغییر باقی ماند. در شرایط کاربرد لاستیک تایر، بیشترین افزایش غلظت روی قابل عصارهگیری با DTPA در حضور تیمار میکروبی RA مشاهده شد. با استفاده از آنالیز کلاستر تیمارهای میکروبی بر اساس pH و غلظت آهن و روی در 8 گروه طبقهبندی شدند. کمترین مقدار pH و بیشترین غلظت قابل عصارهگیری با DTPA آهن ( به طور متوسط 92/6 میلیگرم بر کیلوگرم) و روی ( به طور متوسط 67/2 میلیگرم بر کیلوگرم) در گروه 8 مشاهده شد. در آزمایش گلدانی اول، ریشههای ارقام گندم نان ( Triticum aestivum cv. Roshan) و دوروم ( Triticum durum cv. Durum) تحت شرایط تلقیح و بدون تلقیح با قارچ اندوفایت Piriformospora indica و دو نسبت لاستیک تایر (صفر و 284 میلیگرم بر کیلوگرم) یا 15 میلیگرم بر کیلوگرم سولفات روی بودند. لاستیک تایر و سولفات روی به شکل تلقیح شده و بدون تلقیح با RA و RA+P1+Tt به خاک اضافه شدند. کاربرد لاستیک تایر در خاک وزن خشک شاخساره ارقام گندم را بیشتر از سولفات روی تجاری افزایش داد. تلقیح میکروبی لاستیک تایر منجر به افزایش معنیدار وزن خشک شاخساره و غلظت روی در هر دو رقم گندم شد. در آزمایش گلدانی دوم، از دو ژنوتیپ فستوکا (arundinacea cvs. 75B and 75C) با و بدون قارچ اندوفایت (Neotyphodium sp.) و تیمار میکروبی RA+P2+Mt استفاده شد. کاربرد لاستیک تایر تلقیح شده با تیمار میکروبی منجر به افزایش عملکرد وزن خشک ریشه و شاخساره گیاه فستوکا شد. با توجه به نتایج بدست آمده، RA و RA+P1+Tt مؤثرترین تیمارهای میکروبی در افزایش روی قابل عصارهگیری با DTPA خاک و افزایش جذب روی به وسیله گیاه گندم بودند. در حالی که P2 و RA+P2+Mt مؤثرترین تیمارها در کاهش pH و افزایش غلظت آهن خاک بودند. کلمات کلیدی: ضایعات لاستیکهای فرسوده، تجزیه زیستی لاستیک، خاک آهکی، کود روی، رودوکوکوس اریتروپلیس ، اسینتوباکتر کالکوسیتکوس ، سودوموناس پوتیدا ، تیوباسیلوس