Inactivation of Escherichia coli During Storage of Irrigation Water in Agricultural Reservoirs

Abstract

: Microbial contamination of surface waters is one of the most important water quality issues affecting the agricultural sector in Nova Scotia, Canada. Most farmers who irrigate in the province draw their source water directly from streams and rivers. One mode of pathogen transmission is the irrigation of horticultural crops with contaminated water. The extended storage of irrigation water prior to crop application could minimize this risk. Natural inactivation processes could, depending on the source water characteristics and length of storage time, reduce bacteria levels to acceptable use standards. The purpose of this project was to study bacterial population dynamics, specifically those of Escherichia coli, in shallow irrigation water reservoirs. Experiments, involving a series of dialysis tube survival studies, were conducted from May through September of 2006 in an operational farm reservoir to examine microbial inactivation kinetics. It was found that E. coli populations in the cool, lower layer (depth ≈ 3 m) did not decline, while populations in the warm upper layer (depth ≈ 1.0 m) experienced significant reductions over a period of several days. An inactivation model was calibrated and used to develop conservative estimates of T90, T99, and T99.9 values for environmental conditions typical of the Annapolis Valley of Nova Scotia. If a shallow reservoir was well mixed to prevent gradients in temperature and dissolved oxygen, storage of irrigation water for a period of at least two weeks would reduce bacterial numbers by at least three logs during the growing season in Nova Scotia.

La contamination microbienne des eaux de surface est l’un des plus sérieux problèmes de qualité de l’eau que doit surmonter le secteur agricole en Nouvelle-Écosse, au Canada. La plupart des agriculteurs qui font appel à l’irrigation dans la province puisent leur eau directement à même les rivières et les cours d’eau. L’un des modes de transmission des agents pathogènes est l’irrigation des cultures horticoles avec de l’eau contaminée. Le stockage prolongé de l’eau d’irrigation avant son application aux cultures pourrait réduire ce risque au minimum. Les processus d’inactivation naturels pourraient, dépendamment des caractéristiques de l’eau de source et de la durée du stockage, réduire les niveaux de bactéries à des normes d’utilisation acceptables. Le présent projet avait pour objectif d’étudier la dynamique de la population bactérienne, plus particulièrement celle du colibacille (E. coli), dans les réservoirs d’eau d’irrigation peu profonds. Des expériences, dont une série d’études de survie dans des tubes pour dialyse, ont été menées de mai à septembre 2006 dans un réservoir agricole opérationnel afin d’examiner la cinétique de l’inactivation microbienne. Il a été constaté que les populations d’E. coli dans la couche inférieure fraîche (profondeur ≈ 3 m) n’ont pas décliné, tandis que les populations de la couche supérieure chaude (profondeur ≈ 1,0 m) ont connu d’importantes réductions sur une période de plusieurs jours. Un modèle d’inactivation a été étalonné et utilisé pour dégager des estimations prudentes des valeurs T90, T99 et T99.9 pour les conditions environnementales typiques de la vallée de l’Annapolis de la Nouvelle-Écosse. Si un réservoir peu profond bien équilibré était employé afin de prévenir les gradients de température et l’oxygène dissous, le stockage de l’eau d’irrigation pendant au moins deux semaines permettrait ainsi de réduire le nombre de bactéries d’au moins trois log pendant la saison de croissance en Nouvelle-Écosse.