نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 دانشیار دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تهران
2 دانش آموخته دکتری منایع طبیعی دانشگاه تهران
3 استاد دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تهران
4 دانشیار گروه علوم و مهندسی خاک پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران
چکیده
پژوهش حاضر با هدف بررسی توانمندی گونههای گیاهی مرتعی Stipagrostis plumosa ، Calotropis procera L. و Medicago sativa تحت تیمارهای کمپوست زباله شهری و بیوچار (هر کدام در سه سطح 0، 1 % و 2 % وزنی) در پالایش خاکهای آلوده به فلز سنگین سرب در شرایط گلخانهای انجام شد. خاک مورد استفاده در تحقیق حاضر، از منطقه آلوده به ترکیبات نفتی پازنان گچساران برداشت شد. طرح بهصورت آزمایش در قالب طرح کاملا تصادفی با 5 تکرار انجام شد. پس از دوره کشت شش ماهه، اندمهای هوایی و زیرزمینی گیاهان برداشت و برخی از خصوصیات مهم در خاک و عناصر موجود در گیاهان اندازهگیری شد. مقدار کل فلز سنگین سرب با استفاده از دستگاه ICP-OES اندازهگیری شد. شاخصهای فاکتور انتقال، فاکتور پالایش و فاکتور تجمع بیولوژیکی جهت ارزیابی توانمندی گیاهان استفاده شد. نتایج نشان داد که از نظرجذب فلز سرب، گونههای C. procera و St. plumosa میتوانند با مکانسیم گیاهاستخراجی باعث جذب و استخراج سرب در خاکهای آلوده در مناطق نفتی از خاک شود. بیشترین مقدار RF (فاکتور پالایش) برای فلز سرب در گونه C. procera و تیمار بیوچار 1 و 2 درصد بهمیزان 08/0 و کمترین مقدار RF در گونه St. plumosa و تیمار شاهد بهمیزان 02/0 بود. براساس نتایج فوق، گونه Calotropis procera L. پتانسیل مناسبی برای گیاهپالایی خاکهای آلوده در مناطق نفتخیز را دارد.
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
Remediation of contaminated soils with heavy metal of Pb using rangelands plants in the greenhouse condition
چکیده [English]
This study aimed to introduce and investigate the rangeland plants of Stipagrostis plumosa, Calotropis procera L. and Medicago sativa remediation of contaminated soils with heavy metal of Pb in the greenhouse condition under treatments of urban waste compost and biochar at three levels (0, 1 and 2 percentage) in a completely randomized design with 5 replications. The soil used in this study was collected from the petroleum-contaminated traditional Pazanan. After six-month, aerial and underground parts of plant have collected and some important characteristics of soil, morphological properties of plant and some elements have been examined. ICP-OES is used for Pb measurement. Translocation factor, remediation factor and biological aggregation factor measured for the assessment of plants remediation potential. The results showed that C. procera and St. plumosa absorb and extract Pb through phyto-extraction from petroleum contaminated soils. C. procera had the most RF (0.08) for lead under biochar 1 and 2 percentage treatment , while the least amount of RF (0.02) found for St. plumosa in control samples . Therefore, according to the current results; C. procera L has good potential to apply for phytoremediation in petroleum contaminated soils.
کلیدواژهها [English]
پالایش خاکهای آلوده به فلز سنگین سرب بوسیله گیاهان مرتعی در شرایط گلخانهای*
علی طویلی1، اسفندیار جهانتاب1*، محمد جعفری1، بابک متشرعزاده2 و نصرت االه ضرغام1
1 کرج، دانشگاه تهران، دانشکده منابع طبیعی، گروه مرتعداری
2کرج، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران، گروه علوم و مهندسی خاک
تاریخ دریافت: 21/4/95 تاریخ پذیرش: 1/10/95
چکیده
پژوهش حاضر با هدف بررسی توانمندی گونههای گیاهی مرتعی Stipagrostis plumosa ، Calotropis procera L. و Medicago sativa تحت تیمارهای کمپوست زباله شهری و بیوچار (هر کدام در سه سطح 0، 1 % و 2 % وزنی) در پالایش خاکهای آلوده به فلز سنگین سرب در شرایط گلخانهای انجام شد. خاک مورد استفاده در تحقیق حاضر، از منطقه آلوده به ترکیبات نفتی پازنان گچساران برداشت شد. طرح بهصورت آزمایش در قالب طرح کاملا تصادفی با 5 تکرار انجام شد. پس از دوره کشت شش ماهه، اندمهای هوایی و زیرزمینی گیاهان برداشت و برخی از خصوصیات مهم در خاک و عناصر موجود در گیاهان اندازهگیری شد. مقدار کل فلز سنگین سرب با استفاده از دستگاه ICP-OES اندازهگیری شد. شاخصهای فاکتور انتقال، فاکتور پالایش و فاکتور تجمع بیولوژیکی جهت ارزیابی توانمندی گیاهان استفاده شد. نتایج نشان داد که از نظرجذب فلز سرب، گونههای C. procera و St. plumosa میتوانند با مکانسیم گیاهاستخراجی باعث جذب و استخراج سرب در خاکهای آلوده در مناطق نفتیاز خاک شود. بیشترین مقدار RF (فاکتور پالایش) برای فلز سرب در گونه C. procera و تیمار بیوچار 1 و 2 درصد بهمیزان 08/0 و کمترین مقدار RF در گونه St. plumosa و تیمار شاهد بهمیزان 02/0 بود. براساسنتایجفوق،گونه Calotropis procera L. پتانسیل مناسبی برای گیاهپالایی خاکهای آلوده در مناطق نفتخیز را دارد.
واژه های کلیدی: گیاهپالایی، سرب، Calotropis procera L.، Stipagrostis plumosa ، sativa Medicago.
* نویسنده مسئول، تلفن: 0263228844 ، پست الکترونیکی: E.jahantab@yahoo.com
* مقاله حاضر مستخرج از طرح پژوهشی با عنوان بررسی امکان کاربرد گیاهان مرتعی در پالایش آلایندههای خاک در مناطق نفت خیز (مطالعه موردی: پازنان گچساران) میباشد که با حمایت مادی و معنوی صندوق حمایت از پژوهشگران و فناوران کشور اجرا شد.
مقدمه
آلوده شدن منابع خاک و آب به ترکیبات مختلف آلی و معدنی به دلیل ارتباط نزدیک این دو با تغذیه موجودات زنده و به دلیل دخالت مستقیم آنها در تأمین غذای موجودات زنده ازنظر جنبههای زیستمحیطی و سلامت انسان حائز اهمیت است. مواد نفتی از منابع مختلف وارد محیط میشوند. آلودگی خاک به ترکیبات نفتی یکی از شایعترین معضلات زیستمحیطی میباشد. حجم تولید نفت خام در جهان تقریباً 72 میلیون بشکه در روز میباشد (34) که سالانه حدود 40 هزار بشکه از آن درنتیجهی مشکلات ناشی از استخراج و خطوط انتقال وارد زمین میشود (33). ایران یکی از اعضای کشورهای صادرکنندهی نفت و از جمله تولیدکنندگان اصلی نفت در دنیا به شمار میرود، از اینرو خاکهای آلوده به نفت در مناطق نفتخیز یک تهدید اساسی بهویژه برای مناطق جنوبی کشور محسوب میشوند. نفت خام ترکیبی پیچیده از انواع ترکیبات هیدروکربنی و غیر هیدروکربنی ازجمله فلزات سنگین است (17 و 30) که بر خواص فیزیکی و شیمایی خاک تأثیر گذاشته (23)، سبب چسبندگی و اتصال ذرات خاک شده و به دنبال سخت و غیرقابل نفوذ شدن خاک، زهکشی خاک و انتقال اکسیژن را مختل میکنند (18 و 28).
در میان آلایندههای موجود در نفت خام، فلزات سنگین، هیدروکربنهای چند حلقهای معطر و همچنین مواد شیمیایی ازجمله آمینها، فنلها، بنزنها، کلسیم، مس، روی، سرب، باریم، منگنز، فسفر و گوگرد وجود دارد که برای موجودات زنده خطرناک بوده و بسته بهشدت آلودگی و نوع گونه میتواند رشد، محتوای پروتئین، نرخ فتوسنتز و محتوای رنگدانههای گیاهان را کاهش دهد (15 و 27). فلزات سنگین از راههای مختلف وارد زنجیره غذایی انسان و حیوان میشوند. فاضلابها، مواد دفعی حاصل از فعالیت کارخانهها، زبالهها، گرد و غبار و ... راههای معمول ورود فلزات سنگین به زنجیرههای غذایی هستند. آلودگی به فلزات سنگین نه تنها با فعالیتهای انسانی مرتبط است، بلکه بهطور طبیعی در مقادیر مختلف در محیط، بهویژه در خاک وجود دارند (3). عناصر سنگین از جمله مهمترین آلایندههای محیطزیست بهشمار میآیند که در چند دهه اخیر بهشدت مورد توجه قرار گرفتهاند. تجمع عناصر سنگین در خاک بویژه در اراضی کشاورزی، امری تدریجی بوده و غلظت این عناصر میتواند به سطحی برسد که امنیت غذایی بشر را تهدید نماید. سالانه هزاران تن از این عناصر که ناشی از فعالیتهای شهری، صنعتی و کشاورزی است، وارد خاک میشود (16). فلزات سنگین در اثر فعالیتهایی نظیر سوزاندن سوختهای فسیلی، معدن کاری، صنایع ذوب فلزات، زبالههای شهری، کودهای شیمیایی، آفتکشها، لجن فاضلاب و غیره وارد خاک میشود (26).
در بسیاری از مناطق صنعتی پساب کارخانجات به داخل رودخانهها و یا اراضی اطراف (مانند اراضی کشاورزی یا مراتع طبیعی) رها میشود. این مسئله باعث ورود آلایندهها به محیط زیست میشود که این روند آلودگی خاک، آبهای سطحی و منابع آب زیرزمینی را در پی دارد. روشهای مختلفی برای پاکسازی خاکهای آلوده در مناطق صنعتی یا معادن وجود دارد. عمده روشهای پاکسازی خاکهای مناطق آلوده، اغلب هزینهبر بوده و امکان استفاده از آنها در سطوح وسیع وجود ندارد و گاهی اوقات تأثیرات ناخواسته و نامطلوب بر خاک میگذارند. همچنین بودجه لازم برای پالایش خاک با روشهای مرسوم فیزیکی و شیمیایی بالا میباشد. در این میان، فنآوری استفاده از گیاهان برای استخراج آلایندههای عنصری یا بعبارتی همان گیاهپالایی، کاهش یا محدود کردن انتقال آلایندهها به خاک و آب، مورد توجه زیادی قرار گرفته است. گیاهپالایی روشی موثر، ارزان قیمت، سازگار با محیطزیست و قابل اجرا در سطوح گسترده است. هزینه گیاهپالایی در مقایسه با روشهای فیزیکو-شیمیایی، حدود 10 تا 100 برابر کمتر است (23). از مطالعات صورت گرفته در زمینه فلزات سنگین میتوان به مطالعات معمری و همکاران (1394) (14)، ارزیابی پتانسیل گیاهان مرتعی برای گیاهپالایی خاکهای آلوده به سرب و روی ( اراضی مرتعی اطراف شرکت سرب و روی زنجان(؛ ابراهیمی و همکاران (1394) (1)، ارزیابی تجمع فلزات سنگین در گیاهان رشد یافته در خاک های آلوده (مطالعه موردی: قزوین، ایران) و صبا و همکاران (2015) (32)، توانایی گیاهان بومی اطراف مراکز صنعتی استان زنجان برای انباشت فلزات سنگنین اشاره کرد.
با توجه به مشاهدات، بازدیدهای میدانی از منطقه نفتخیز پازنان واقع در شهرستان گچساران و بررسیهای آزمایشگاهی، دو گونه Stipagrostis plumosa، Calotropis procera جهت کشت گلخانهای انتخاب شدند، همچنین گونه Medicago sativa واریته نیکشهری جهت کشت گلخانهای انتخاب گردید. گونه St. plumoseیا سبط متعلق به خانواده گندمیان (Poaceae) میباشد و به عنوان رابط سراسری صحرایی- سندی و ایرانی- تورانی به شمار رفته و در شمالغربی هند و کشمیر، ساحل، اتیوپی و دریای مدیترانهای شرقی و بر روی ماسه خالص و شن و ریگ کم و بیش مخلوط با ماسه یافت میشود (11). گیاه سبط بهعنوان یکی از اصلیترین عناصر مراتع بیابانی و نیمهبیابانی و استپی کشور بهشمار میرود. این گونه از میدان اکولوژیک وسیعی برخوردار بوده و مقاومت بالایی نسبت به شرایط نامساعد محیطی دارد (12).
استبرق (Calotropis) یا خرگ گیاهی از راستة کوشادیان (Gentianales) تیرة استبرقیان(Asclepiadaceae) است و درمناطق حاره میروید (7). از جمله گونههای گیاهی مناسب مناطق خشک و نیمهخشک، آفتاب-دوست، مستقر در خاکهایی با زهکشی خوب و متحمل به خشکی میباشد (35). از گونههای منحصر به فرد است، اما تاکنون در کشور به آن توجه کافی نشده است. این گیاه در هند جهت تثبیت تپههای ماسهای ( 20) و برای احیای اراضی تخریبشده و حفاظت خاک نقش موثری دارد.
یونجه با نام علمی Medicao، گیاهی چند ساله از خانواده پروانه آسا (Fabaceae) است. گونه معروف جنس یونجه، گونه M. sativa است. یونجه، در منطقهای که دارای آب و هوای قاره ای سرد یا تابستانهای گرم و خشک بوده، رشد و گسترش یافته است (9). گونه M. sativa دارای ارقام متعددی است. در تحقیق حاضر از رقم نیکشهری استفاده شد. ارتفاع بوته یونجه نیکشهری بین ۱۰۰ تا ۱۱۰ سانتی متر است. برگها پهن و بزرگ بوده، مقاومت آن در برابر گرما بیش از سایر ارقام ایرانی است و تا دمای حدود ۵۰ درجه سانتی گراد را بخوبی تحمل میکند.
ایران کشوری نفتخیز است و این نفتخیز بودن نه تنها در ایران بلکه در سایر نقاط دنیا با مشکل بزرگ آلودگی خاک، آب و هوا همراه بوده است و حداکثر تخریب را برای این منابع بههمراه آورده است. بهطوریکه آلودگی خاک و آب در جوامع توسعه یافته و در حال توسعه، یکی از مهمترین مشکلات بشر در مقیاس جهانی است و از مهمترین نگرانیهای قرن حاضر است. همچنین غلظت زیاد آلایندههای نفتی در خاک، افزون بر تأثیر گسترده بر اکوسیستم منطقه، باعث جذب بیشتر این آلایندهها توسط گیاهان شده و میتواند با ورود به زنجیره غذایی سبب بروز بیماریهای مختلف برای انسان و سایر موجودات زنده شود. بنابراین با توجه به موراد ذکر شده در بالا، تحقیق حاضر با هدف بررسی توانمندی گونههای گیاهی مرتعی تحت تیمارهای مختلف کمپوست زباله شهری و بیوچار برای جذب فلز سنگین سرب انجام شد.
مواد و روشها
جدول 1- برخی از مشخصات خاک اولیه گلدانها
پارامتر |
میزان اندازه گیری |
هیدروکربنهای کل نفتی (TPH)(mg/kg) |
40120 |
اسیدیته(pH) |
05/7 |
قابلیت هدایت الکتریکیEC (dS/m) |
1/2 |
کربن آلی (درصد) |
86/2 |
نیتروژن (N) (%) |
16/ |
پتاسیم (K) (mg/kg) |
35/125 |
فسفر (P) (mg/kg) |
4/36 |
رس (درصد) |
15/8 |
سیلت (درصد) |
6/31 |
شن (درصد) |
25/60 |
سرب کل (mg/kg) |
45/2640 |
سرب قابل جذب (mg/kg) |
15/237 |
بذر گونههای گیاهی مورد استفاده از موسسه تحقیقات جنگلها و مراتع کشور و همچنین شرکت پاکان بذر تهیه شد. کمپوست زباله شهری و بیوچار از گروه خاکشناسی پردیش کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران تهیه شد (بیوچار یک ماده سیاه رنگ، جامد و غنی از کربن است که با گرما دادن ماده آلی تحت شرایط اکسیژن محدود یا بدون اکسیژن ایجاد میشود). جهت اعمال تیمارهای کمپوست زباله شهری و بیوچار کمپوست زباله شهری، کمپوست و بیوچار در سه سطح 0، 1 و 2 درصد به صورت وزنی به خاکها اضافه شدند.
عملیات آزمایشگاهی:
برداشت گیاهان و خاک: بعد از رسیدن به حد نصاب رشد (دوره شش ماهه)، اندمهای هوایی و زیرزمینی گیاهان جمعآوری شد و نمونههای خاک گلدانها برداشت شد. نمونههای خاک به آزمایشگاه خاکشناسی دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تهران منتقل و پس از هوا خشک شدن و عبور از الک 2 میلیمتری، به طور یکنواخت مخلوط و برخی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک شامل قابلیت هدایت الکتریکی(EC)، اسیدیته (pH)، درصد ماده آلی(روش والکلی و بلک)، بافت خاک(روش هیدرومتری)، فسفر قابل جذب گیاه (P) (روش اولسن)، نیتروژن کل (N) (کجلدال) و پتاسیم قابل جذب (K) (استات آمونیوم نرمال) اندازهگیری شدند (4).
تعیین مقدار کل فلز سنگین سرب در نمونههای خاک:بعد از آنکه نمونههای خاک گلدانها در دمای 70 درجه سانتیگراد در آون خشک شده و از الک 2 میلیمتری عبور داده شدند، آماده عصارهگیری شدند. در ابتدا 2 گرم خاک خشک و الک شده وزن شد و سپس 15 سیسی اسید نیتریک 4 نرمال اضافه شد و با دمای 60 درجه به مدت 20 ساعت داخل اجاق بنماری قرار گرفت. سپس در بالن 50 سیسی صاف و با آب دو بار تقطیر به حجم رسید (19). در مرحله بعد نمونهها از کاغذ استات سلولزی 23/0 عبور داده شد تا برای قرائت با دستگاه ICP آماده شوند.
تعیین مقدار تبادلی فلز سرب در خاک: برای استخراج مقدار تبادلی فلزات سنگین 20 گرم خاک خشک و الک شده وزن و به داخل ارلن ریخته شد. سپس 20 سی سی محلول (DTPA=diethylenetriaminepenta acetic acid) (تتریپلکس 5) به آن اضافه شد (31) و درب آن بسته شد. بعد از 2 ساعت شیکر کردن، در داخل بالن 100 سیسی صاف شد. سپس نمونهها از کاغذ صافی استات سلولزی 23/0 نیز عبور داده شدند و غلظت فلز مورد نظر با استفاده از دستگاه ICP-OES مدل GBC Avanta ساخت کشور استرالیا ارزیابی شد (24).
تعیین مقدار فلز سنگین سرب در نمونههای گیاهان مورد مطالعه: برای تعیین مقدار فلز سنگین موجود در گیاهان، 5/0 گرم از نمونههای گیاهی پودر شده (اندامهای هوایی و یا زیرزمینی) داخل بشر 100 سیسی ریخته شد. سپس 10 سیسی اسید سولفوریک غلیظ به آن افزوده شد. در مرحله بعد، محلول حاصل به مدت 15 دقیقه بر روی اجاق با دمای 95 درجه سانتیگراد (قبل از جوش) قرار گرفت. بعد از کمی سرد شدن، 5 سیسی آب اکسیژنه 30 درصد به آن افزوده شد و یک دقیقه حرارت داده شد تا نمونهها بیرنگ شود. در نهایت بعد از سردشدن، نمونهها با کاغذ واتمن صاف و به حجم 100 سیسی رسیدند (24). در مرحله بعد نمونهها از کاغذ صافی استات سلولزی 23/0 نیز عبور داده شدند و غلظت فلزات مورد نظر با استفاده از دستگاه GBC Avanta ساخت کشور استرالیا اندازهگیری شد.
تعیین شاخصهای TF، BCFroot ، BCFshoot و RFبرای ارزیابی توانمندی گیاهان مورد مطالعه برای گیاهپالایی: برای ارزیابی توانمندی گیاهان و معرفی آنها برای پالایش آلودگی، باید بعد از مشخص کردن مقدار فلزات سنگین قابل استخراج در نمونههای گیاهی و خاک، شاخصهای TF= Translocation Factor (فاکتور انتقال؛ نسبت غلظت فلز در اندامهای هوایی گیاه به غلظت فلز در ریشه)، BCFroot= Bio Concentration Factor root (فاکتور تجمع بیولوژیکی ریشه؛ نسبت غلظت فلز در ریشه گیاه به غلظت فلز در خاک)، BCFshoot= Bio Concentration Factor shoot (فاکتور تجمع بیولوژیکی ساقه؛ نسبت غلظت فلز در اندامهای هوایی گیاه به غلظت فلز در خاک) و فاکتور پالایش (RF= Remediation Factor) را اندازهگیری کرد و بر اساس این شاخصها، گونه مناسب برای پالایش خاکهای آلوده معرفی شود. فاکتور پالایش (RF) به غلظت فلز در زیست توده اندامهای هوایی، مقدار خاک هر گلدان، تجمع فلز در اندامهای هوایی گیاه و مقدار فلز در خاک بستگی دارد. فاکتور پالایش (کارایی گیاهپالایی) بهعنوان نسبت تجمع فلز در اندامهای هوایی گیاهان به خاک تعریف شده است، زیرا پتانسیل گیاهپالایی یک گونه با استفاده از فاکتور انتقال (TF)، فاکتور تجمع بیولوژیکی (BCF) و فاکتور پالایش (RF) محاسبه میشود. اگر TF بزرگتر از یک باشند، گیاه مورد نظر برای استخراج گیاهی آلایندهها مناسب است. گیاهانی که در آنها مقدار TF کمتر از یک و مقدار BCF بیشتر از یک باشد، برای فرآیند گیاه تثبیتی مناسب هستند (37).
تجزیه و تحلیل دادهها: طرح بهصورت آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کامل تصادفی با 5 تکرار انجام شد. تیمارها شامل کمپوست زباله شهری و بیوچار هر کدام در سه سطح 0، 1 % و 2 %، و سه گونه گیاهی St. plumosa،
C. procera و M. sativa بود. در نهایت جهت بررسی و تجزیه و تحلیل آماری اطلاعات اندازه گیری شده از آزمون تجزیه واریانس و آزمون مقایسه میانگین چند دامنهای دانکن در سطح احتمال 5 درصد (P<0.05) در محیط نرمافزار SPSS و جهت رسم نمودارها از نرم افزار Excel استفاده شد.
نتایج
اثر کاربرد تیمارها بر شاخصهای ارزیابی توانایی گیاهپالایی گونههای گیاهی مورد مطالعه
ارزیابی فاکتور انتقال (TF) سرب: نتایج نشان داد که اثر متقابل گونه و تیمار (بیوچار و کمپوست) بر TF (فاکتور انتقال) در سطح 5 درصد معنیدار میباشد (جدول 2). مقایسه میانگینها نشان داد که بیشترین مقدار TF در گونه C. procera و تیمار بیوچار 2 درصد و کمترین مقدار TF در گونه M. sativa و تیمار کمپوست 2 درصد و بیوچار 2 درصد بود (شکل 1).
ارزیابی BCFroot سرب: اثر متقابل گونه و تیمار (بیوچار و کمپوست) بر BCFroot (فاکتور تجمع بیولوژیکی ریشه) معنیدار بود (جدول 2).
شکل 1- مقایسه میانگین اثر متقابل گونه و تیمار بر مقدار شاخص TF سرب
شکل 2- مقایسه میانگین اثر متقابل گونه و تیمار بر مقدار شاخص BCFroot سرب
مقایسه میانگینها نشان داد که بیشترین مقدار BCFroot در گونه St. plumosa و تیمار بیوچار 2 درصد و کمترین مقدار BCFroot در گونههای M. sativa و تیمار شاهد و کمپوست 1 درصد و گونه C. procera و تیمار شاهد بود (شکل 2).
ارزیابی BCFshootسرب: نتایج نشان داد که اثر متقابل گونه و تیمار (بیوچار و کمپوست) برمقدار BCFshoot معنیدار بود (جدول 2). مقایسه میانگینها نشان داد بیشترین مقدار BCFshoot در گونه St. plumosa و تیمارهای بیوچار و کمپوست و کمترین مقدار BCFshoot در گونه M. sativa و تیمار شاهد بود (شکل 3).
ارزیابی تاثیر تیمارها بر برخی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک: نتایج تحقیق حاضر نشان داد که تاثیر تیمارها بر pH و هدایت الکتریکی خاک محیط کشت گونههای گیاهی معنیدار است.
شکل 3- مقایسه میانگین اثر متقابل گونه و تیمار برمقدار شاخص BCFshoot سرب
کاربرد تیمارهای بیوچار و کمپوست زباله شهری، باعث افزایش میزان pH و هدایت الکتریکی خاک محیط کشت گونههای گیاهی نسبت به شاهد شد. اثر متقابل گونه و تیمار (فاکتورهای اصلاحکننده) (بیوچار و کمپوست) بر مقدار pH و هدایت الکتریکی خاک معنی دار بود. مقایسه میانگینها نشان داد که تیمار بیوچار 2 درصد بهطور معنیداری بیشترین و تیمار شاهد بهطور معنیداری کمترین مقدار pH و هدایت الکتریکی خاک را دارا بودند.
شکل 4- مقایسه میانگین اثر متقابل گونه و تیمار بر مقدار شاخص RF سرب
به طور کلی تیمارهای بهکار رفته (بیوچار و کمپوست) باعث افزایش مقدار pH و هدایت الکتریکی خاک نسبت به شاهد شدند. اثر متقابل گونه و تیمار بر میزان نیتروژن خاک معنیدار نبود، ولی اثر تیمار بر مقدار نیتروژن خاک معنیدار بود. مقایسه میانگینها نشان داد که بیشترین مقدار نیتروژن خاک مربوط به تیمار بیوچار 1 و 2 درصد و کمترین مقدار نیتروژن مربوط به تیمار شاهد بود. مقدار نیتروژن در تیمار بیوچار نسبت به تیمار کمپوست بیشتر بود. اثر متقابل گونه و تیمار (بیوچار و کمپوست) بر مقدار پتاسیم خاک معنیدار بود. مقایسه میانگینها نشان داد تیمار بیوچار 2 درصد دارای بیشترین مقدار پتاسیم و تیمار شاهد دارای کمترین مقدار پتاسیم بود. اثر متقابل گونه و تیمار (فاکتورهای اصلاحکننده) بر مقدار فسفر خاک معنیدار بود. همچنین اثر تیمار بر مقدار فسفر معنیدار بود. مقایسه میانگینها نشان داد تیمار بیوچار 2 درصد دارای بیشترین مقدار فسفر و تیمار شاهد دارای کمترین مقدار فسفر بود. بهطور کلی تیمار بیوچار 2 درصد دارای بالاترین مقادیر نیتروژن، پتاسیم و فسفر بود. اثر متقابل گونه و تیمار بر مقدار درصد کربن آلی خاک معنیدار بود. همچنین اثر تیمار بر مقدار کربن آلی معنیدار بود. مقایسه میانگینها نشان داد که تیمار کمپوست 2 درصد دارای بیشترین درصد کربن آلی خاک و تیمار شاهد دارای کمترین درصد کربن آلی خاک بود. اثر متقابل گونه و تیمار بر مقدار ظرفیت تبادلی کاتیونی خاک معنیدار نبود، ولی اثر تیمار بر مقدار ظرفیت تبادل کاتیونی معنیدار بود. مقایسه میانگینها نشان داد که بیشترین مقدار ظرفیت تبادل کاتیونی در تیمار بیوچار 2 درصد و کمترین مقدار ظرفیت تبادل کاتیونی در تیمار شاهد بود (جدول 3).
بحث و نتیجهگیری
مراتع علاوه بر تولید علوفه خدمات متعدد دیگری نیز دارند. بر اساس نتایج تحقیقات مختلف، حدود 30 درصد ارزش مراتع به مسایل اقتصادی مانند (مانند تولید علوفه، تولید گیاهان دارویی و صنعتی و تولید عسل) می باشد. در حالی که کارکردهای زیست محیطی، حدود 70 درصد ارزش مراتع را به خود اختصاص می دهند. همچنین بسیاری از گیاهان مرتعی علاوه بر ارزش های متعدد قادر هستند در خاک های آلوده رشد کنند و باعث کاهش آلاینده های خاک شوند.
جدول 2- تجزیه واریانس اثر متقابل گونه و تیمار بر فاکتورهای TF، BCFroot، BCFshoot و RF سرب
متغیر |
منبع تغییرات |
درجه آزادی |
میانگین مربعات |
|||
|
گونه |
2 |
**193/0 |
|||
|
تیمار |
4 |
**014/0 |
|||
فاکتور انتقال (TF) |
گونه * تیمار |
8 |
*008/0 |
|||
|
خطا |
60 |
003/0 |
|||
|
کل |
74 |
|
|||
|
ضریب تغییرات (% CV) |
79/5 |
|
|||
|
گونه |
2 |
**003/0 |
|||
|
تیمار |
4 |
**001/0 |
|||
BCFroot |
گونه * تیمار |
8 |
**000/0 |
|||
|
خطا |
60 |
000/0 |
|||
|
کل |
74 |
|
|||
|
ضریب تغییرات (% CV) |
42/4 |
|
|||
|
گونه |
2 |
**008/0 |
|||
|
تیمار |
4 |
**001/0 |
|||
|
گونه * تیمار |
8 |
**000/0 |
|||
BCFshoot |
خطا |
60 |
007/0 |
|||
|
کل |
74 |
|
|||
|
ضریب تغییرات (% CV) |
91/5 |
|
|||
|
گونه |
2 |
**008/0 |
|||
|
تیمار |
4 |
** 001/0 |
|||
|
گونه * تیمار |
8 |
** 000/0 |
|||
RF |
خطا |
60 |
000/0 |
|||
|
کل |
74 |
|
|||
|
ضریب تغییرات (% CV) |
10/15 |
|
|||
جدول 3- نتایج تجزیه واریانس اثرمتقابل گونه و تیمار بر برخی خصوصیات خاک
متغیر |
منبع تغییرات |
درجه آزادی |
میانگین مربعات |
|||
|
گونه |
2 |
**087/0 |
|||
|
تیمار |
4 |
**474/0 |
|||
pH |
گونه * تیمار |
8 |
*019/ |
|||
|
خطا |
60 |
003/ |
|||
|
ضریب تغییرات (% CV) |
72/0 |
|
|||
|
گونه |
2 |
**241/0 |
|||
|
تیمار |
4 |
**206/0 |
|||
قابلیت هدایت الکتریکی |
گونه * تیمار |
8 |
**014/ |
|||
|
خطا |
60 |
006/ |
|||
|
ضریب تغییرات (% CV) |
92/2 |
|
|||
|
گونه |
2 |
**019/0 |
|||
|
تیمار |
4 |
**012/0 |
|||
نیتروژن |
گونه * تیمار |
8 |
ns0006/0 |
|||
|
خطا |
60 |
001/0 |
|||
|
کل |
74 |
|
|||
|
ضریب تغییرات (% CV) |
12/10 |
|
|||
|
گونه |
2 |
**05/24580 |
|||
|
تیمار |
4 |
**20/4530 |
|||
پتاسیم |
گونه * تیمار |
8 |
**37/686 |
|||
|
خطا |
60 |
94/155 |
|||
|
ضریب تغییرات (% CV) |
14/6 |
|
|||
|
گونه |
2 |
ns 06/32 |
|||
|
تیمار |
4 |
**65/227 |
|||
فسفر |
گونه * تیمار |
8 |
ns 38/10 |
|||
|
خطا |
60 |
85/19 |
|||
|
ضریب تغییرات (% CV) |
70/13 |
|
|||
|
گونه |
2 |
**253/0 |
|||
|
تیمار |
4 |
**795/0 |
|||
کربن آلی |
گونه * تیمار |
8 |
**028/0 |
|||
|
خطا |
60 |
004/0 |
|||
|
ضریب تغییرات (% CV) |
83/1 |
|
|||
|
گونه |
2 |
**79/7 |
|||
|
تیمار |
4 |
**11/32 |
|||
ظرفیت تبادلی کاتیونی |
گونه * تیمار |
8 |
ns 619/0 |
|||
|
خطا |
60 |
688/0 |
|||
|
ضریب تغییرات (% CV) |
96/4 |
|
|||
بر اساس نتایج این تحقیق، اثر متقابل گونه و تیمار (بیوچار و کمپوست) بر TF (فاکتور انتقال) سرب معنی دار بود. توانایی گیاهان مورد مطالعه برای تجمع سرب بهترتیب به صورت C. procera > St. plumosa > M. sativaبود. مقدار TF در گونههای C. procera و St. plumosa بزرگتر از یک و بهطور معنیداری از گونه M. sativa بیشتر بود. اثر متقابل گونه و تیمار (بیوچار و کمپوست) بر BCFroot (فاکتور تجمع بیولوژیکی ریشه) و BCFshoot (فاکتور تجمع بیولوژیکی شاخساره) سرب معنی دار بود. مقادیر شاخصهای BCFroot و BCFshoot سرب برای هر سه گیاه مورد مطالعه کمتر از یک بود. در گونههای C. procera و St. plumosa غلظت سرب در شاخساره گیاه بیشتر از غلظت آن در اندامهای زیرزمینی بود. از آنجاییکه مقدار TF سرب در گونههای C. procera و St. plumosa بزرگتر از یک بود، بنابراین گونههای C. procera و
St. plumosa میتوانند طی عمل گیاهاستخراجی باعث جذب و استخراج سرب از خاک شود. دلایل مختلفی برای اثبات گیاهپالایی گیاهان در عمل گیاهاستخراجی وجود دارد. افزایش شاخص جذب در تیمارهای کمپوست و بیوچار را می توان به نقش مثبت کمپوست و بیوچار در بهبود خواص فیزیکی، شیمیایی و حاصلخیزی خاک مرتبط دانست. بهنظر میرسد کمپوست زباله شهری با دارا بودن عناصر غذایی مورد نیاز گیاه از جمله نیتروژن، فسفر، پتاسیم و تأثیر بر خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک باعث بهبود ساختمان خاک، افزایش نفوذپذیری و ظرفیت نگهداری آب در خاک، افزایش ظرفیت تبادل کاتیونی و در نهایت سبب افزایش رشد گیاه شده و در نهایت منجر به افزایش مقدار جذب سرب و نیکل نسبت به شاهد شده است.
نتایج نشان داد که اثر متقابل گونه و تیمار (بیوچار و کمپوست) بر مقدار RF (فاکتور پالایش) سرب معنی دار بود. RF بهعنوان فاکتوری برای بررسی استخراج فلز توسط اندامهای هوایی گیاهان میباشد. مقدار RF با زیست توده هوایی گیاهان و غلظت فلز در اندامهای هوایی گیاهان رابطه مستقیمی دارد. مقایسه میانگینها نشان داد که بیشترین مقدار RF سرب در گونه C. procera و تیمار بیوچار 1 و 2 درصد و کمترین مقدار RF سرب در گونه St. plumosa و تیمار شاهد بود. بر اساس میزان RF سرب گونههای مورد مطالعه به ترتیب به صورت C. procera> M. sativa>St. plumosa بودند،بهعبارتی، گونه C. proceraتوانایی بیشتری در استخراج سرب از خاک دارد. مقدار RF سرب استخراجشده در تیمار بیوچار و کمپوست نسبت به شاهد بهطور معنیداری بیشتر بود، بالاترین مقدار RF استخراجشده در تیمار بیوچار 1 و 2 درصد بود. از آنجاییکه که احتمالا بیوچار باعث افزایش زیست توده هوایی گیاه و از طرفی باعث مقدار فلز بیشتر در اندامهای هوایی شده است، بنابراین مقدار RF سرب در تیمار بیوچار افزایش داشته و بالاترین مقدار را دارا بود. در این ارتباط وانگ و همکاران (2011) بیان کردند که که بیوچار، میل به جذب قوی فلزات سنگین دارد (36). علاوه بر این، بیوچار پیرولیتی توانایی و ظرفیت بالایی برای جذب مس، سرب و کادمیم از محلولهای آبی و خاک دارد. بیسلی و مارمیرولی (2011) گزارش کردند که بیوچار، پتانسل قوی برای غیرفعالسازی فلزات سنگین در خاکهای آلوده دارد. بیوچار پتانسل مناسبی در بهبود خصوصیات خاک، تولید محصول و ترسیب کربن در خاک دارد. بیوچار میتواند تحرک فلزاتی مانند آرسنیک محلول، کادمیم و روی را در خاک آلوده کاهش دهد (21). از جمله مطالعاتی که در این راستا انجام شده و نتایج تحقیق حاضر با آنها مطابقت دارد میتوان به گزارشات مصلحی و همکاران (1393) (13)؛ الهدادی و همکاران (1390) (2)؛ فلت و همکاران (2011) (25)؛ حمزئی و همکاران (1391) (5) اشاره کرد. رضائیان (1393) اظهار داشتند که تلقیح مایکوریزای همراه با کاربرد بیوچار در افزایش خاصیت گیاه پالایی نعنا فلفلی نقش موثری ایفا میکند (6).
در رابطه با گونه M. sativaبرای فلز سرب که در تحقیق حاضر مقدار TF کمتر از یک بود، میتوان به موضوع استفاده نمودن از تیمارهای بیوچار و کمپوست که باعث افزایش تجمع سرب در ریشه شده است، اشاره کرد. همچنین میتوان به اثر تحریککنندگی رشد ریشه و افزایش قابلیت آن در جذب فلزات سنگین اشاره کرد. ماهیت فلزات سنگین ایجاب میکند که از پویایی و تحرک پایینی برخوردار باشند و انباشت آنها در اندامهای زیرزمینی نسبت به اندامهای هوایی برتری داشته باشد. از طرف دیگر احتمالا بواسطه تشکیل ترکیبات با پویایی کمتر در ریشه که بهعنوان یک مکانسیم دفاعی در اکثر گیاهان مقاوم به تنش فلزات سنگین در ریشه در مقایسه با اندامهای هوایی میباشد. در رابطه با گونه M. sativa قلیچ و همکاران (1394) اظهار داشتند درﺻﺪ ﺟﻮاﻧﻪ زﻧﻲ ﺑﺬرﻫﺎی ﮔﻴﺎه یونجه تحت تاثیر غلظتهای مختلف سرب کاهش پیدا کرد، همچنین زیتوده خشک اندام هوایی و ریشه تحت تنش فلز سرب کاهش یافت (8). در اما در مورد گونههای St. plumosaو C. proceraبرای فلز سرب که مقدار TF بزرگتر از یک بود (غلظت فلز در اندامهای هوایی بیشتر از اندامهای زیرزمینی بود)، احتمالا بوسیله ساختار فیزیولوژیک ریشه و ترشحات ریزوسفری گونههای گیاهی مورد نظر میباشد که در نتیجه آن ترکیبات کمپلکس آلی محلول سرب تشکیل شده که افزایش تحرک منجر به انتقال بیشتر این عنصر از ریشه به اندام هوایی شد.
نتایج تحقیق حاضر با نتایج مصلحی و همکاران (1393) (13)، ناسمینتو و همکاران ( 2006 ) (29) همخوانی دارد. ناسمینتو و همکاران (2006) گزارش نمودند که کاربرد اسیدهای آلی باعث افزایش رشد و زیست توده گیاهی شده و مقدار جذب را افزایش داد. مواد آلی موجود در کمپوست زباله شهری نیز با گروههای کربوکسیل خود می تواند تشکیل کلات هایی قوی با فلزات سنگین داده و باعث تغییر فراهمی فلزات سنگین در خاک شوند.
گونه C. proceraکه از گونههای گیاهی بومی منطقه پازنان گچساران بود توانایی بیشتری در استخراج سرب از خاک دارد. در همین راستا، کیارستمی و همکاران (1392) اظهار داشتن گیاهان بومی بهدلیل سازگاری اکولوژیکی در محیط آلوده، کمهزینهترین و تاثیرگذارترین گیاه برای پایش خاک میباشند (10).
بر اساس نتایج تحقیقات انجام شده، استفاده از بهبوددهندههای (Amendment) بستر کاشت شامل کمپوست و بیوچار جهت ارتقاء گیاهپالایی هیدروکربنهای نفتی و فلزات سنگین موثر است. کمپوست و بیوچار با فراهمنمودن شرایط بهینه رشد برای گیاه، به جذب آلایندهها توسط گیاه و در نهایت به ارتقاء فرایند گیاهپالایی کمک کردند. بنابراین، با توجه به تنوع گونه های گیاهی در ایران و آلودگی مناطق مختلف به ترکیبات نفتی، استفاده از گیاه پالایی می تواند به عنوان یک راهکار موثر و کاربردی در زیست پالایی خاک های آلوده مطرح شود.
تقدیر و تشکر
مقاله حاضر مستخرج از طرح پژوهشی با عنوان بررسی امکان کاربرد گیاهان مرتعی در پالایش آلاینده های خاک در مناطق نفت خیز (مطالعه موردی: پازنان گچساران) میباشد که با حمایت مادی و معنوی صندوق حمایت از پژوهشگران و فناوران کشور اجرا شد. در اینجا مراتب قدردانی خود را از ریاست صندوق حمایت از پژوهشگران و فناوران کشور اعلام میداریم.