استفاده از سیانوباکترهای خاکزی معدن طلای موته برای زیست پالایی خاک های سد باطله

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مدیریت مناطق خشک و بیابانی، دانشکده منابع طبیعی و کویرشناسی، دانشگاه یزد، یزد، ایران

2 گروه زیست شناسی، پردیس علوم، دانشگاه یزد، یزد، ایران

3 بخش تحقیق و توسعه، مجتمع طلای موته، میمه، اصفهان، ایران

چکیده

سابقه و هدف: برخی از فرایندهای صنعتی، معدن­ کاری و استفاده از کودهای شیمیایی و قارچ کش­ ها در کشاورزی امروزی، منجر به رها سازی فلزهای سنگین و همچنین افزایش شوری خاک و آب­ ها می ­شوند به ­گونه ­ای که افزایش سطح جهانی آلودگی به فلزها روند نگران­ کننده ­ای بـه خود گرفته است. از طرفی وجود یک بیلیون هکتار زمین­ های شور در سراسر کره زمین که تنها با پالایش فیزیکی، شیمیایی و زیستی قابل استفاده در کشاورزی می ­باشند، تهدیدی برای امنیت غذایی محسوب می­ شوند. وجود معدن­ های بسیار در دنیا وایران و در نتیجه فرسایش خاک و انتشار غبار از سدهای باطله موضوعی نگران ­کننده است. پتانسیل سیانوباکترها در ایجاد پوشش بیولوژیک خاک، جذب فلزهای سنگین و شوری خاک­ها نسبت به روش ­های فیزیک‌وشیمیایی رایج، از جنبه کاربردی و اقتصادی بودن در حال بررسی می ­باشد.
مواد و روش ­ها: در کارخانه طلای موته در نتیجه عملیات استخراج طلا به ­وسیله سیانوراسیون، روزانه پساب و رسوب خاک باطله به­ صورت گسترده‌ای حاصل می‌شود. در مهرماه 97 جمع ­آوری نمونه­ های خاک باطله از معدن طلا انجام شد. نمونه ­های خاک باطله معدن جهت شناسایی و رشد ریزجلبک ­ها، در محیط کشت اختصاصی جلبک ­ها کشت داده شد. قبل و بعد از قرارگیری 5 گرم خاک باطله معدن در معرض 5/0 گرم زیست توده سیانوباکتری ­ها، عناصر سدیم، پتاسیم و فلزهای سنگین سرب و کادمیوم خاک باطله اندازه­گیری شد و داده ­ها مورد آنالیز آماری قرار گرفت.
نتایج و بحث: پس از کشت خاک معدن، سیانوباکترهای Oscillatoria tenuis C.Agardh ex Gomont ،tenue Gomont Phormidium، Lyngbya aestuarii Liebman ex Gomont و جلبک سبزScenedesmus obliquus (Turpin) Kützing شناسایی شدند. نتایج کشت سیانوباکتری­ های رشته ­ای روی خاک­ های باطله معدن طلا نشان می­ دهد که این ریزموجودات فتوسنتز کننده می ­توانند به راحتی روی خاک­ های باطله آلوده معدن رشد کنند و پوشش بیولوژیک سطحی قابل ملاحظه ­ای را ایجاد کنند. همچنین نتایج نشان داد که O. tenuis، عنصر سدیم را به ­طور معنی ­داری کاهش داده است و P. tenue بیشترین میزان جذب سرب را داشته است و احتمالا با خالص کردن این دو گونه و استفاده جهت رشد روی خاک باطله معدن طلای موته می ­توان معدن را از شوری و عنصرهای سنگین به ­مقدار زیادی پاک سازی و همچنین از فرسایش خاک و انتشار غبار از سد­های باطله جلوگیری نمود.
نتیجه ­گیری: با توجه به وجود تعداد فراوان معدن­ های مختلف طلا در دنیا و ایران، استحصال این فلز گران­بها به ­طور وسیعی با استفاده از سیانور صورت گرفته که به ­دلیل سمیت بالا دارای اثرهای سوء محیط زیستی زیادی می­ باشد. انتشار غبار سیانور از سد باطله می­ تواند سلامتی موجودات زنده نزدیک به آن از جمله کارگران معدن، گیاهان و حتی ریزجلبک­ های خاک­زی را تحت تأثیر قرار دهد. با زیست پالایی1 خاک معدن ­ها می‌توان فرایند احیای زیستی را با سرعت بیشتری انجام داد. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می­ دهد که سیانوباکتری­ ها، به ویژه گونه Phormidium tenue، سیانوباکتر مقاوم معدن طلای موته پوشش بیولوژیکی سطحی قابل ملاحظه‌ای را روی خاک باطله ایجاد می­ کنند و بدین صورت از فرسایش خاک معدن جلوگیری می ­کند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Using Mouteh Goldmine soil’s cyanobacteria for bioremediation of tailing dam soil

نویسندگان [English]

  • hamid Sodaeizade 1
  • fariba hokmollahi 1
  • amir hossein nateghi 2
  • Manouchehr Mohammadi 3
1 Department of Arid Land and Desert Management, Faculty of Natural Resourses, Yazd University, Yazd, Iran
2 Department of Biology, Faculty of Sciences, Yazd University, Yazd, Iran
3 Research and Development Division, Mouteh Gold Complex, Meymeh, Isfehan, Iran
چکیده [English]

Introduction: Natural and human activities lead to soil degradation and soil salinization. In the last two centuries, world metal pollution level has increased extremely. The presence of some heavy metals in aquatic ecosystems is a constant threat to the health of human societies. The decrease of farmlands threatens food security. There are approximately one billion ha salt-affected soils all over of world, which can be utilizable after chemical, physical and biological remediation. Many mines in the world and also in Iran exist and as a result, soil erosion and dust release from waste dams is a matter of concern. Bioremediation using biological agents to detoxify and degradation of environmental pollutants provides a suitable alternative method for substitution of current heavy metals removal strategies..
Material and methods: As a result of extraction operations by cyanidation in Mouteh gold mining complex, wastewater and waste soil sediment are widely achieved. In this study soil samples were collected from Mouteh Goldmine tailing dam soil in September 2018. The collected soil samples were cultured in BG11 medium and incubated for microalgae identification and biomass production. Also, 5 g soil was inoculated with 0.5 g biomass of cyanobacteria and the physicochemical characteristics of the soil including pH, Na, K, Pb, and Cd, before and after the inoculation of soil with cyanobacteria were determined.
Results and discussion: In this study, cyanobacteria Phormidium tenue Gomont, Osillatoria tenuis C.Agardh ex Gomont, Lyngbya aestuarii Liebman ex Gomont and the green alga, Scenedesmus obliquus (Turpin) Kützing were identified. Culture results of filamentous cyanobacteria on goldmine tailing dam soil showed that cyanobacteria grew easily and produced a significant surface crust. The results of the physical analysis of the soil samples showed that O. tenuis decreased Na as a salinity element, and P. tenue absorbed high amounts of Pb as a heavy metal pollution element. Mouteh Goldmine soil cyanobacteria, Osillatoria tenuis and Phormidium tenue, could play a role in mine recovery from salinity and heavy metals and in mine tailing dam soil bioremediation. They can also prevent soil erosion and dust release from waste dams.
 Conclusion: Dust release from waste dams can affect the health of living organisms like mining workers, plants, and even soil microalgae that are close to the mine. Cyanobacteria create biological soil crust and the results of this research showed that cyanobacteria, especially Phormidium tenue species produced a bio-crust that prevent soil erosion.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Phormidium
  • Heavy metal
  • Bioremediation
  • Mouteh Goldmine

مراجع

Alizade, A.M., 2014. Sustainable development is a key pillar of environmental protection. In Proceedings 1st National Conference on Sustainable Management of Soil and Environmental Resources, 10ᵗʰ September, Kerman, Iran. Pages 15-19.  
Baptista, M.S. and Vasconcelos, M., 2006. Cyanobacteria metal interactions: Requirements, toxicity and ecological implications. Critical Reviews in Microbiology. 32(3), 127-137.
Bates, S.S., Tessier, A., Campbell, P.G.C.and Buffle, J., 1982. Zinc adsorption and transport by Chlamydomonas variabilis and Scenedesmus subspicatus (Chlorophyceae) grown in semicontinuous culture. Journal of Phycology. 18(4), 521-529.
Bhatnagar, S. and Kumari, R., 2013. Bioremediation: A sustainable tool for environmental management: A review. Annual Research and Review in Biology. 3(4), 974-993.
Blindauer, C.A., Harrison, M.D., Robinson, A.K., Parkinson, J.A., Bowness, P.W., Sadler, P.J.and Robinson, N.J., 2002. Multiple bacteria encode metallothioneins and SmtA-like zinc fingers. Molecular Microbiology. 45(5), 1421-1432.
Chamizo, S., Mugnai G., Rossi, F., 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.
Chehreghani, S., Karimi Aghsghali, J. and Hosseinzade, H., 2017. The effect of goldmining on environment, Agh-dare goldmine, Takab. In Proceedings  4th International Conference on Environmental Planning and Management. Pages 32-41.
Chekroun, K.B., Moumen, A., Rezzoum, N., Sánchez, E. and Baghour, M., 2013a. Role of macroalgae in biomonitoring of pollution in «Marchica», the Nador lagoon. Phyton, International Journal of Experimental Botany. 82, 31-34.
Chekroun, K.B. and Baghour, M., 2013b. The role of algae in phytoremediation of heavy metals: A review. Journal of Materials and Environmental Science. 4(6), 873-880.
Desikachary, T.V., 1959. Cyanophyta. Indian Council of Agricultural Research. New Delhi. 684 pp.
Dixit, R., Malaviya, D., Pandiyan, K., Singh, U.B., Sahu, A., Shukla, R., Singh, B.P., Rai, J.P., Sharma, P.K. and Lade, H., 2015. Bioremediation of heavy metals from soil and aquatic environment: An overview of principles and criteria of fundamental processes. Sustainability.7(2), 2189-2212.
Faramarzi, M.A., Forootanfar, H.  and Shakibaei, M., 2010. Biotechnology of Microalgae. University of Medical Sciences and Health Services, Tehran. 398 pp.
Fashola, M.O., Ngole-Jeme, V.M. and Babalola, O.O., 2016. Heavy metal pollution from gold mines: Environmental effects and bacterial strategies for resistance. International Journal of Environmental Research and Public Health.13(11), 1047.
Fogg, G.E., Stewart, W., Fay, P. and Walsby, A., 1973. The blue-green algae. Academic Press, London and New York. 460 pp.
Fu, F. and Wang, Q., 2011. Removal of heavy metal ions from wastewaters: A review. Journal of Environmental Management. 92(3), 407-418.
Ghanbarzade, H., Behniafar, A. and Farhadi, M., 2013. The effects of gold mining on the biological environment (Case study: Sebandoon, Bardaskan city). The First National Conference on Environment, Energy and Biodefense, 31ᵗʰ December, Tehran, Iran. Pages 36-43.
Guo, H., Luo, S., Chen, L., Xiao, X., Xi, Q., Wei, W., Zeng, G., Liu, C., Wan, Y. and Chen, J., 2010. Bioremediation of heavy metals by growing hyper accumulaor endophytic bacterium Bacillus sp. L14. Bioresource Technology.101(22), 8599-8605.
Gupta, C. and Kulkarni, P., 2016. A comparative study on Nostoc and Oscillatoria spp. for heavy metal tolerance and biomass production.  National Journal of Life Science. 13(2), 147-150.
Halder, S., 2014. Bioremediation of heavy metals through fresh water microalgae: a review. Scholars Academic Journal of Biosciences. 2(11), 825–830.
Hokmollahi, F., Riahi, H., Soltani, N., Shariatmadari, Z., and Hakimi, M.H., 2015. A taxonomic study of blue-green algae based on morphological, physiological and molecular characterization in Yazd province terrestrial ecosystems (Iran). Rostaniha 16(2): 152-163.
Hokmollahi, F., 2017. The flora study of soil blue-green algae in Yazd province, Iran. Ph.D. Thesis. Shahid Beheshti University, Tehran, Iran. 101pp.
Islami, A. and Nemati, R., 2015. Investigation of heavy metalsremoval from aqueous media using bioremediation technology: A review. Journal of Health in the Field. 2(3), 43-51.
Kaushik, B.D. and Subhashini, D., 1985. Amelioration of salt affected soils with blue-green algae. II. Improvement in soil properties. Proceedings of Indian National Science Academy. 51, 380-389.
Khamar, Z., Makhdoumi-Kakhki, A. and Mahmudy Gharaie, M.H., 2015. Remediation of cyanide from the gold mine tailing pond by a novel bacterial co-culture. International Biodeterioration and Biodegradation. 99, 123-128.
Komarek, J. and Anagnostidis, K., 1998. Cyanoprokaryota 1. Teil: Chroococcales. In: Ettl H. In: Heidelberg, Berlin: Spektrum Akademischer Verlag. 548 pp.
Komarek, J. and Anagnostidis, K., 2005. Cyanoprokaryota 2. Teil/2nd Part: Oscillatoriales: Elsevier, München. p. 759.
Kumar, D. and Gaur, J.P., 2011. Metal biosorption by two cyanobacterial mats in relation to pH, biomassconcentration, pretreatment and reuse. Bioresource Technology. 102(3), 2529-2535.
Lefebvre, D.D. and Edwards, C.D., 2010. Decontaminating heavy metals using photosynthetic microbes. In: Shah V, editor. Emerging Environmental Technologies. New York: Springer. Volume II, pp. 57-73.
Parwani, L., Bhatt, M., and Singh, J., 2021. Potential Biotechnological Applications of Cyanobacterial Exopolysaccharides. Brazilian Archives of Biology and Technology. Vol.64: e21200401.
Prescott, G.W., 1962. Algae of the Westerrn Great Lakes Area.Wm. C. In: Brown Company Publishers, Dubuque, Iowa. 560 pp.
Rai, L.C., Tyagi, B., Rai, P.K. and Mallick, N., 1998. Interactive effects of UV-B and heavy metal (Cu and Pb) on nitrogen and phosphorus metabolism of a N2 fixing cyanobacterium Anabaena doliolum. Environmental and Experimental Botany. 39(3), 221–223.
Safaei Katoli, M., Amir Latifi, F., Hosseini, Z. and Shokravi, S., 2007. Ecophysiological effects of soil cyanobacteria Nostoc sp. As an indicator of saline soil remediation and evaluation of growth and survival and ammonium emission potential and pigment content in high temperature conditions. 6th National Conference on Science, 14ᵗʰ November, Ray, Iran. Pages 132-145.
Salajeghe Ansari, M.M., 2013. Ecological-systematic study of cyanobacteria in some aquatic and terrestrial ecosystems of Kerman city with emphasis on Shast Fitch river and Sirch spa. Masters Thesis. Shahid Bahonar University of Kerman, Iran. 186 pp.
Seiderer, T., Venter, A., Van Wyk, F., Levanets, A. and Jordaan, A., 2017. Growth of soil algae and cyanobacteria on gold mine tailings material. South African Journal of Science. 113(11-12), 1-6.
Shanab, S., Essa, A. and Shalaby, E., 2012. Bioremoval capacity of three heavy metals by some microalgae species (Egyptian Isolates). Plant Signaling and Behavior. 7(3), 392-399.
Shokravi, S., Soltani, N. and Baftechi, L., 2002. Development of technology for using cyanobacteria as biological fertilizers in paddy fields. Supreme Research Council of the Presidential Institution (National Plan). Research Institute of Applied Basic Sciences, Academic Center for Education, Culture and Research, Shahid Beheshti University. 132 pp.
Shukla, D., Vankar, P.S. and Srivastava, S.K., 2012. Bioremediation of hexavalent chromium by a cyanobacterial mat. Applied Water Science. 2(54), 245–251.
Singh, P., Jain, R., Srivastava, N., Borthakur, A., Pal, D.B., Singh, R., Madhav, S., Srivastava P., Tiwary, D. and Mishra, P.K., 2017. Current and emerging trends in bioremediation of petrochemical waste: A review. Critical Reviews in Environmental Science and Technology. 47(3), 155-201.
Singh, R.N., 1950. Reclamation of “usar” lands in India through blue-green algae. Nature. 165(4191), 325-326.
Stanier, R.Y., Kunisawa, R., Mandel, M. and Cohen-Bazire, G., 1971. Purification and properties of unicellular blue-green algae (order Chroococcales). Bacteriological reviews. 35(2), 171- 205.
Varsha, M., Nidhi, M. and Anurag, M., 2010. Heavy metals in plants: phytoremediation: Plants used to remediate heavy metal pollution. Agriculture and Biology Journal of North America. 1(1), 40-46.
Whitton, B.A. and Potts, M., 2000. In The Ecology of Cyanophyta. Kluwer Academic Publishers, Springer, Dordrecht, pp. 233–255.
Zeng, J., Zhao, D., Ji, Y. and Wu, Q., 2012. Comparison of heavy metal accumulation by a bloom-forming cyanobacterium, Microcystis aeruginosa. Chinese Science Bulletin.57(28-29), 3790˗3797.
فصلنامه علوم محیطی
دوره 20، شماره 1
1401
صفحه 151-166

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار