Nguyễn Khởi Nghĩa * , Lâm Tử Lăng , Đỗ Hoàng Sang , Nguyễn Thị Kiều Oanh Dương Minh Viễn

* Tác giả liên hệ (nknghia@ctu.edu.vn)

Abstract

The aim of this work was to investigate the effectiveness of different inoculation approaches in enhancing the biodegradation of the pesticide Propoxur in the liquid medium. Inoculation was conducted with the Paracoccus sp. P23-7 originally isolated from Propoxur contaminated soil as the key degrader organism. The bacterial strain was applied either via liquid medium or immobilized on solid municipal waste biochar. Bacterial cell numbers as well as Propoxur biodegradation measurement in liquid medium were used to investigate the bioaugmentation efficiency of the different approaches. Paracoccus sp. P23-7 cell numbers increased about 1.1-2.0 times during the incubation process in both inoculation approaches, indicating that the strain could survive and develop well in the new liquid medium. However, the bacterial cell numbers in both biochar supplement treatments were much higher than that in the treatment received only free cells of Paracoccus sp. P23-7. Liquid medium inoculated with the Paracoccus sp. P23-7 immobilized on biochar from the beginning of the experiment showed the highest Propoxur degradation rate per day, whereas the other inoculum approaches showed an increased but lower contaminant biodegradation. Thus, results indicated that the application of a key degrader-biochar-complex is the most promising approach for an accelerated biodegradation of organic chemicals in liquid medium.
Keywords: Biochar, immobilization, Paracoccus sp. P23-7, biodegradation, Propoxur

Tóm tắt

Nghiên cứu được thực hiện nhằm mục tiêu đánh giá hiệu quả của một số phương pháp chủng vi khuẩn khác nhau lên khả năng phân hủy sinh học hoạt chất thuốc trừ sâu Propoxur trong môi trường lỏng. Vi khuẩn phân hủy chuyên biệt Propoxur, Paracoccus sp. P23-7 được phân lập từ mẫu đất nhiễm Propoxur, được chủng vào môi trường nuôi cấy. Vi khuẩn được chủng vào môi trường qua hai dạng: 1) dạng vi khuẩn tự do trong dung dịch và 2) dạng vi khuẩn cố định trong biochar. Mật số vi khuẩn và nồng độ Propoxur được theo dõi theo thời gian thí nghiệm. Tổng mật số vi khuẩn Paracoccus sp. P23-7 ở tất cả các nghiệm thức có chủng vi khuẩn tăng từ 1,1-2,0 lần trong thời gian thí nghiệm so với mật số ban đầu. Điều này chứng tỏ vi khuẩn Paracoccus sp. P23-7 có khả năng tồn tại và phát triển tốt trong môi trường lỏng mới. Tuy nhiên, mật số vi khuẩn ở hai nghiệm thức bổ sung biochar cao hơn rất nhiều so với nghiệm thức chủng Paracoccus sp. P23-7 dạng tự do. Môi trường lỏng chủng vi khuẩn Paracoccus sp. P23-7 cố định trong biochar thể hiện tốc độ phân hủy Propoxur cao nhất, trong khi các phương pháp chủng khác có tốc độ phân hủy Propoxur thấp hơn. Vì vậy, kết quả nghiên cứu này cho phép kết luận rằng, việc ứng dụng một thể phức hợp gồm biochar và dòng vi khuẩn phân hủy chuyên biệt hoạt chất nông dược là phương pháp triển vọng nhất trong việc gia tăng tốc độ phân hủy sinh học đối với độc chất hữu cơ trong môi trường lỏng.
Từ khóa: Biochar, sự cố định, vi khuẩn Paracoccus sp. P23-7, phân hủy sinh học, Propoxur và dung dịch nuôi cấy

Article Details

Tài liệu tham khảo

Beesley, L., Moreno-Jimenez, E., Gomez-Eyles, J.L., 2010. Effects of biochar and greenwaste compost amendments on mobility, bioavailability and toxicity of inorganic and organic contaminants in a multi-element polluted soil. Environmental Pollution 158, 2282-2287.

Cao, X.D., Ma, L.N., Gao, B., Harris, W., 2009. Dairy manure derived biochar effectively sorbs lead and atrazine. Environmental Science & Technology 43, 3285-3291.

Chen, B., Yuan, M and Qian, L., 2012. Enhanced bioremediation of PAH-contaminated soil by immobilized bacteria with plant residues and biochar as carriers. Journal of Soil and Sediments. DOI 10.1007/s11368-012-0554-5.

Đỗ Hoàng Sang., 2014. Đánh giá khả năng phân hủy thuốc trừ sâu Propoxur của dòng vi khuẩn phân lập từ nền đất bảo quản hành tím tại thị xã Vĩnh Châu, tỉnh Sóc Trăng. Luận văn tốt nghiệp đại học, Khoa Khoa học Tự mhiên, Trường Đại học Cần Thơ.

Grundmann, S., Fuß, R., Schmid, M., Laschinger, M., Ruth, B., Schulin, R., Munch, J.C., Schroll, R., 2007. Application of microbial hot spots enhances pesticide degradation in soils. Chemosphere 68, 511–517.

Hartley, D. and Kidd, H., 1983. The Agrochemicals Handbook. Nottingham, England: Royal Society of Chemistry.

Hiller, E., Fargasova, A., Zemanova, L., Bartal, M., 2007. Influence of wheat ash on the MCPA immobilization in agricultural soils. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology 79, 478-481.

Ippolito, J.A., Laird, D.A., Busscher, W.J., 2012. Environmental benefits of biochar. Journal of Environmental Quality 41, 967–972.

Ishii, T., Kadoya, K., 1994. Effects of charcoal as a soil conditioner on citrus growth and vesicular-arbuscular mycorrhizal development. Journal of Japanese Society for Horticultural. Science 63, 529–535.

Lehmann, J., Gaunt, J., Rondon, M., 2006. Bio-char sequestration in terrestrial ecosystems—A review. Journal of Mitigation and Adaptation Stratagies for Global Change 11, 403–427.

Mohan, D., Pittman, C.U., Bricka, M., Smith, F., Yancey, B., Mohammad, J., Steele, P.H., Alexandre-Franco, M.F., Gomez-Serrano, V., Gong, H., 2007. Sorption of arsenic, cadmium, and lead by chars produced from fast pyrolysis of wood and bark during bio-oil production. Journal of Colloid and Interface Science 310, 57-73.

Pleasant, B., 2000. Make biochar-This ancient technique will improve our soils. http://www.motherearthnews.com/Organic-Gardening/Make-Biochar-To-Improve-Your-Soil.aspx.

Smernik, R.J., 2009. Biochar and sorption of organic compounds (Chapter 16). In: Lehmann, J., Joseph, S. (Eds.), Biochar for environmental management: Science and Technology. Earthscan, London, UK, p. 289.

Spokas, K.A., Koskinen, W.C., Baker, J.M., Reicosky, D.C., 2009. Impacts of woodchip biochar additions on greenhouse gas production and sorption/degradation of two herbicides in a Minnesota soil. Chemosphere 77, 574-581.

Treseder, K.K., Allen, M.F., 2002. Direct nitrogen and phosphorus limitation of arbus-cular mycorrhizal fungi: a model and field test. New Phytologist 155, 507-515.

Uchenna, O., Kirk, T.S., 2013. Impact of Biochar on Organic Contaminants in Soil: A Tool for Mitigating Risk?-A review. Journal of Agronomy 3, 349-375. www.mdpi.com/journal/agronomy.

Uchimiya, M., Lima, I.M., Klasson, K.T., Chang, S.C., Wartelle, L.H., Rodgers, J.E., 2010. Immobilization of heavy metal ions (Cu-II, Cd-II, Ni-II, and Pb-II) by broiler litter-derived biochars in water and soil. Journal of Agricultural and Food Chemistry 58, 5538-5544.

Wang, F., Dörfler, U., Schmid, M., Fischer, D., Kinzel, L., Scherb, H., Munch, J.C., Jiang, X., Schroll, R., 2010. Homogeneous inoculation vs. microbial hot spots of isolated strain and microbial community: What is the most promising approach in remediating 1,2,4-TCB contaminated soils?. Journal of Soil Biology and Biochemistry 42, 331–336.

Wang, H.L., Lin, K.D., Hou, Z.N., Richardson, B., Gan, J., 2010a. Sorption of the herbicide terbuthylazine in two New Zealand forest soils amended with biosolids and biochars. Journal of Soils and Sediments 10, 283-289.

Yu, X., Ying, Y., Kookana, R.S., 2006. Sorption and desorption behaviors of diuron in soils amended with charcoal. Journal of Agricultural and Food Chemistry 54, 8545.

Yu, X.Y., Pan, L.G., Ying, G.G., Kookana, R.S., 2010. Enhanced and irreversible sorption of pesticide Pyrimethanil by soil amended with biochars. Journal of Environmental Sciences China 22, 615-620.

Zhang, H.H., Lin, K.D., Wang, H.L., Gan, J., 2010. Effect of Pinus radiata derived biochars on soil sorption and desorption of phenanthrene. Environmental Pollution 158, 2821-2825.

Zheng, W., Guo, M.X., Chow, T., Bennett, D.N., Rajagopalan, N., 2010. Sorption properties of greenwaste biochar for two triazine pesticides. Journal of Hazardous Materials 181, 121-126.