Document Type : Research Paper
Authors
1 Dep. of horticultural science- Arak university
2 Assistance professor of Horticultural science, faculty of agricultural and natural resources, Arak University, Iran.
Abstract
To avoid more environmental pollution, it is important to find an appropriate way to reduce the accumulation of heavy metals in metropolitan cities. The use of ornamental plants is a good choice to replace edible crops in soils of heavy metals contaminated. So, the purpose of this study was to evaluate the effect foliar application of humic acid (0, 250 and 500 mg/l) and cadmium application in different concentrations (0, 50 and 100 mg/kg) on growth and cadmium accumulation of sport turfgrass as a factorial experiment based on completely random design. The results showed that cadmium at 50 mg/kg concentration reduced growth characteristics. The growth of shoots was reduced at 250 mg/l of foliar application of humic acid. These results revealed that foliar application of humic acid can be used to remediate cadmium from soil in sport turfgrass. So, the humic acid at 500 mg/l concentration was achieved the highest amount of shoot cadmium accumulation from soil contaminated at 50 mg/kg cadmium concentration. According to the results of this experiment, since the amount of accumulation in mowed shoot was higher than others organs, this turfgrass can be recommended in phytoremediation of cadmium in contaminated areas with this metal.
Keywords
Main Subjects
ارزیابی اثر اسید هیومیک بر رشد و توان انباشت چمن اسپورت طی تنش کادمیوم
عادله علیخانی و مینا تقیزاده*
ایران، دانشگاه اراک، دانشکده کشاورزی و محیط زیست، گروه علوم و مهندسی باغبانی
تاریخ دریافت: 17/03/1399 تاریخ پذیرش: 07/07/1399
چکیده
باتوجه به گسترش آلودگیهای محیط زیستی، یافتن راهکاری مناسب جهت کاهش انباشت فلزات سنگین در کلان شهرها از اهمیت زیادی برخوردار است. استفاده از گیاهان زینتی گزینه مناسبی برای جایگزینی کاشت محصولات زراعی خوراکی در خاکهای آلوده به فلزات سنگین میباشد. هدف از این مطالعه، بررسی اثر محلولپاشی برگی اسید هیومیک (صفر، 250 و 500 میلیگرم درلیتر) و غلظتهای مختلف فلز کادمیم (صفر، 50 و 100 میلیگرم بر کیلوگرم خاک) بر رشد و انباشت کادمیوم در چمن اسپورت بهصورت آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی بود. نتایج نشان داد که کادمیم در غلظت 50 میلیگرم بر کیلوگرم سبب کاهش ویژگیهای رشدی میشود. در غلظت 250 میلیگرم برلیتر اسید هیومیک، کاهش رشد اندام هوایی مشاهده شد. در مجموع کاربرد اسید هیومیک توانست در حضور غلظتهای کادمیم، توان انباشت این فلز را نسبت به شاهد افزایش دهد بهطوریکه بیشترین میزان انباشتگی کادمیم اندامهای هوایی، در غلظت 50 میلیگرم کادمیم بر کیلوگرم خاک و کاربرد 500 میلیگرم برلیتر اسید هومیک بهدست آمد. این نتایج نشان داد که اسپری برگ اسید هومیک میتواند برای حذف کادمیوم از خاک در چمن اسپورت استفاده شود. محلولپاشی برگی با غلظت 500 میلیگرم در لیتر اسید هیومیک بیشترین میزان تجمع کادمیم در اندام هوایی را از خاک با آلودگی 50 میلیگرم بر کیلوگرم کادمیوم بدست آورد. باتوجه به نتایج این آزمایش از آنجاییکه میزان انباشت در ضایعات حاصل از سرزنی بیشتر از سایر اندامهای دیگر بود، میتوان از این نوع چمن در گیاهپالایی کادمیم در مناطق آلوده به این فلز توصیه کرد.
واژههای کلیدی: محلولپاشی، فلزات سنگین، فضای سبز، ترکیبات آلی، گیاهپالایی
* نویسنده مسئول، تلفن: 08612236789 ، پست الکترونیکی: m-taghizadeh@araku.ac.ir
مقدمه
ورود بیش از حد فلزات سنگین به خاکهای شهری سبب نفوذ به چرخههای زیستزمین شیمیایی در بوم سازگانهای شهری شده که اثراتی چون نابودی بافت خاک، تغییر ویژگیهای خاک و دیگر مشکلات محیط زیستی را بههمراه خواهد داشت (46). افزایش توجه به غلظت فلزات سنگین در طبیعت، مربوط به تأثیر سو و خطر زیاد این ترکیبات بر سلامتی انسان میباشد (33). فلز کادمیم از سمیترین عناصر سنگین برای گیاهان، جانوران و انسان است (22و 23) و نقش زیستی ندارد. این فلز از طریق فرایندهای صنعتی و کودهای شیمیایی بخصوص کودهای فسفاته وارد محیط زیست و زنجیره غذایی میشود (4). برخی گیاهان نشانههای سمی بودن کادمیم همانند رشد ناگهانی، کلروز، نکروز، قهوهایی شدن ریشه و حتی مرگ را نمایش میدهند (11)، در حالی که بسیاری از گونه های گیاهی دیگر ممکن است در غلظتهای کم و متوسط کادمیم و یا دیگر عناصر سنگین هیچگونه اثر سمیتی را بروز ندهند (23، 57 و 58). امروزه نیاز به وجود فضای سبز شهری و صنعتی بر هیچکس پوشیده نیست و وجود فضای سبز یکی از شاخصهای توسعه یافتگی جوامع بهحساب میآید (26). یکی از ارکان اصلی فضای سبز، گیاهان پوششی میباشند و چمن یکی از مهمترین گیاهان پوششی جهان محسوب میشود (41 و 28). چمن اسپورت یکی از انواع چمن سردسیری است که از ترکیب سه گونه جیبر معمولی، فتان بلند و چچم تشکیل شده است و در سطوح وسیعی در ایران کشت میشود. چمن با سرعت رشد سریع، سیستم ریشه توسعه یافته، زیستتوده زیاد و یک چرخه رشد طولانی مدت از بسیاری از گیاهان متمایز هستند. علاوه بر این، برخی از انواع گراسها تحمل زیادی به تنشهای محیطی (53) از جمله آلودگی خاک با فلزات سنگین دارند (13). چمنها میتوانند مقادیر زیادی از فلزات سنگین را در اندامهای ریشه و اندامهای هوایی جمعآوری کنند (1). امکان اصلاح خاکهای آلوده به فلزات سنگین از طریق روشهای شیمیایی، فیزیکی، زیستی و گیاهپالایی وجود دارد که کارایی گیاهپالایی به عواملی مانند میزان زیستتوده تولیدی گیاهان و قابلیت جذب زیستی عناصر وابسته است (53). گیاهپالایی شامل زدودن، انتقال دادن، تثبیت کردن و یا تقلیل آلودگیها در خاک، رسوبات و آب است که از گیاهان طبیعی موجود و یا گیاهان ایجاد شده از طریق مهندسی ژنتیک جهت پاکسازی محیطهای آلوده استفاده میکنند (61). بهدلیل عدم حلالیت و غیرقابل دسترس بودن برخی فلزات سنگین در خاک از جمله کادمیوم، در پژوهشهای گیاهپالایی غلظتهای تیمار شده معمولاً بیشتر از حد بحرانی میباشد. در این زمینه توان انباشت گیاهانی مانند یونجه، گل حنا، همیشه بهار، ختمی زینتی، کلزا، گندم، اسفناج، خیار و هویج در بسترهای تیمار شده با غلظتهای مختلف کادمیوم (600-0 میلیگرم در کیلوگرم خاک) مورد بررسی قرار گرفته است و برخی از این گیاهان را بهعنوان انباشتگر کادمیوم در غلظتهای ذکر شده معرفی کردهاند (15، 34، 45 و 68).
کاربرد اسید هیومیک در کشاورزی (42) و پالایش آلودگیها (48) مطرح شده است. مواد هیومیکی شامل اسید فولیک، اسید فولویک و اسید هومیک میتوانند بهعنوان یک کود آلی جدید، مناسب و مقرون بهصرفه برای افزایش کارایی، تقویت گیاه و حفظ مواد مغذی مورد استفاده قرار گیرند. ترکیبات هیومیک بهطور مستقیم و یا غیرمستقیم به جذب عناصر توسط گیاه کمک میکنند (3). اسید هیومیک یک ترکیب پلیمری آلی طبیعی است که در نتیجه پوسیدگی مواد آلی خاک، پیت، لیگنین و غیره بهوجود میآید که باعث افزایش عملکرد و کیفیت محصول میشود (19). اسید هیومیک باعث افزایش جذب عناصر غذایی، نفوذپذیری سلولی و سرعت بخشیدن فرآیند تنفس در بسیاری از گیاهان عالی میشود و دارای50 تا 90 درصد مواد ارگانیک میباشد (14).
معرفی یک روش زیستی برای پاکسازی خاکهای آلوده به فلز کادمیوم با استفاده از پوشش چمن اسپورت بهعنوان یکی از عناصر مهم گیاهی در فضای سبز شهری میتواند حائز اهمیت باشد که در اهداف این پژوهش مدنظر قرارگرفت. در این تحقیق به بررسی اثر کاربرد غلظتهای مختلف اسید هیومیک در شرایط حضور غلظتهای مختلف کادمیوم در خاک بر میزان رشد و توان پالایش زیستی توسط چمن اسپورت در شرایط گلخانه پرداخته شد.
مواد و روشها
این پژوهش در سال 1396 در محیط کنترل شده گلخانه دانشکده کشاورزی، دانشگاه اراک انجام گرفت. مخلوط چمن تجاری با نام چمن اسپورت شامل چمن چچم چندساله (Lolium perenne L.) بهمیزان 30 درصد، جیبر معمولی (Poa pratensis L.) به مقدار 10 درصد و فتان بلند (Festuca arundinacea Schreb. ) که به مقدار 60 درصد به روش کاشت دستی در گلدانهایی به قطر دهانه 15 سانتیمترکشت شدند. آزمایش بهصورت فاکتوریل و در قالب طرح کاملاً تصادفی و با سه تکرار اجرا شد. فاکتور اول شامل سه سطح تنش کادمیم با غلظتهای صفر، 50 و 100 میلیگرم کادمیم بر کیلوگرم خاک، فاکتور دوم اسید هیومیک در غلظتهای صفر، 250 و 500 میلیگرم بر لیتر بهصورت محلولپاشی و فاکتور سوم مراحل اندازهگیری بود که اندازهگیری اول 30 روز پس از کشت، اندازهگیری دوم 60 روز پس از کشت و مرحله سوم اندازهگیری 90 روز پس از کشت بود. برای اجرای تیمار کادمیوم، خاکهای وزن و سرند شده برای هر گلدان در کیسههای پلاستیکی ریخته شد و برای ایجاد آلودگی فلزات سنگین در خاک، محلول کلرید کادمیم (CdCl2) در مقدار مشخصی آب مقطر حل گردید و بهطور یکنواخت و بهصورت لایه لایه به سطح خاک درون پلاستیکها اسپری شد تا خاک بهطور یکنواخت به کادمیم آلوده گردد. خاک آلوده بهمدت 30 روز در شرایط رطوبتی و دمایی نسبتاً ثابت، خوابانیده شد تا تعادل فلز در فاز محلول و جامد برقرارگردد. جهت سهولت خروج زهآب مقداری سنگریزه در ته هر گلدان ریخته شد. سپس گلدانها از خاکهای آلوده به کادمیم پر شدند. با توجه به اینکه سطح داخل گلدان 02/0 متر مربع بود، مقدار 6/0 گرم بذر چمن اسپورت بهطور یکنواخت روی خاک گلدانها پاشیده شد (معادل 30 گرم در مترمربع) و با ضخامت سه سانتیمتر کود دامی پوسیده پوشش داده شد. تا زمان استقرار، گیاهان بهطور منظم آبیاری شدند. پس از یک هفته جوانهزنی بذرها آغاز گردید. در پایان هر هفته ابتدا با خطکش میلیمتری، ارتفاع رشد چمنها قرائت شد. سرزنی چمنها بهصورت هفتگی انجام شد که در هر نوبت سرزنی، مواد گیاهی حاصل از سرزنی بهصورت تازه جمعآوری و توزین شدند سپس در آون بهمدت 48 ساعت در دمای 70 درجه سانتیگراد خشک شد. پس از استقرار کامل چمن (30 روز) و یک روز پس از سرزنی با افشانه غلظتهای صفر، 250 و 500 میلیگرم بر لیتر بهصورت محلولپاشی روی برگهای چمنهایی که روز قبل از اعمال تیمار در ارتفاع 4 سانتیمتری سرزنی شدهاند بهصورت ماهانه پاشیده گردید. ویژگیهای رنگ، تراکم، یکنواختی و بافت چمن (براساس امتیازدهی از کد 1 الی 9) از طریق ارزیابیهای چشمی و طبق برنامه ملی ارزیابی چمن (NTEP) و ارتفاع اندام هوایی، پس از هربار سرزنی در پایان هر هفته ثبت گردید و سپس در پایان دوره آزمایش از آنها میانگین گرفته شد. در پایان هر ماه مواد گیاهی تازه حاصل از سرزنی برای اندازهگیری صفات بیوشیمیایی بلافاصله به آزمایشگاه منتقل شدند و در پایان مراحل 30، 60 و 90 روزه صفات نشت یونی (9)، کارتنوئید (32) و کلروفیل (6) اندازهگیری شد. در پایان دوره آزمایش (90 روز پس از کشت) اندام هوایی با دقت از محل طوقه برداشت شد و وزن تر و خشک آنها در هر تیمار اندازهگیری شد. کل ماده خشک اندامهای گیاهی در پایان دوره آزمایش و کل مواد گیاهی حاصل از تمام دفعات سرزنی برای محاسبه مقدار کادمیم جذب شده در بافتها بهروش هضم تر آنالیز شدند. برای اندازهگیری مقدار کادمیوم کلیه نمونههای اندامها با قرارگیری در آون بهمدت ۴۸ ساعت در ۷۰ درجه سانتیگراد خشک و آسیاب شدند. مقدار فلز کادمیم، در اندامهای هوایی چمن توسط دستگاه جذب اسپکترومتری نشری پلاسمای جفتشونده القایی ICP-MS با طول موج 802/228 نانومتر اندازهگیری شده و غلظت کادمیم در هریک از تیمارها بر حسب قسمت در بیلیون (ppb) محاسبه ثبت گردید (66).
آنالیز دادههای حاصل از این پژوهش با استفاده از نرم افزار SAS صورت گرفت. آزمون چند دامنهای دانکن (DMRT) برای مقایسه میانگین و تعیین معنیدار بودن تفاوت آماری در تیمارها در سطح پنج درصد استفاده میگردد.
نتایج
نتایج حاصل از تجزیه واریانس نشان داد که اثر ساده مراحل اندازهگیری، در بیشتر صفات اندازهگیری شده (بهجز کلروفیل a و b و کارتنوئید) در سطح یک درصد معنیدار بود. اثر ساده کادمیم، در صفات رنگ و تراکم چمن در سطح پنج درصد و اندام هوایی و ریشه در سطح یک درصد معنیدار شد و در سایر صفات معنیدار نبود. اثر ساده اسید هیومیک، بهجز در صفت اندام هوایی چمن که در سطح پنج درصد معنیدار بود در هیچ یک از صفات اندازهگیری شده معنیدار نبود. اثرات متقابل مراحل اندازهگیری در کادمیم، مراحل اندازهگیری در اسید هیومیک، کادمیم در اسید هیومیک و اثرات سهگانه مراحل اندازهگیری در کادمیم در اسید هیومیک در هیچ کدام از صفات اندازهگیری شده چمن اسپورت معنیدار نبود که در ادامه به تحلیل اثرات معنیدار شده پرداخته میشود.
اثر مرحله اندازهگیری بر صفات مورفوفیزیولوژیکی چمن اسپورت: باتوجه به جدول 1، با افزایش دوره رشد، کاهش در وزن تر، وزن خشک و میزان ارتفاع اندام هوایی چمن اسپورت مشاهده شد. بهطوریکه بیشترین وزن تر (92/0 گرم)، وزن خشک (17/0 گرم) و میزان ارتفاع اندام هوایی (75/2 سانتیمتر) در اولین اندازهگیری و کمترین وزن تر (07/0 گرم)، وزن خشک (008/0 گرم) و میزان ارتفاع اندام هوایی (24/1 سانتیمتر) در سومین اندازهگیری حاصل شد. همچنین با افزایش دوره رشد افزایش در صفات بافت، تراکم، رنگ، میزان خشکیدگی و رشد ریشه حاصل شد. چنانچه، کمترین و بیشترین میزان بافت (26/7 و 44/7)، تراکم (76/5 و 66/8)، رنگ (00/7 و 40/7)، میزان خشکیدگی (30/0 و 14/1) و طول ریشه (86/1 و 87/6 سانتیمتر) بهترتیب در اولین اندازهگیری و در سومین اندازهگیری حاصل شد. لازم به ذکر است که در مورد دو صفت رنگ و بافت چمن تفاوت آماری معنیداری بین دومین اندازهگیری و سومین اندازهگیری وجود نداشت. بیشترین میزان نشت یونی نیز (48/22) در دومین اندازهگیری و کمترین میزان نشت یونی (55/8) در سومین اندازهگیری حاصل شد که با تیمار اندازهگیری اول تفاوت معنیداری نداشت (جدول 1).
اثر غلظتهای کادمیم بر صفات مورفوفیزیولوژیکی چمن اسپورت: با افزایش غلظت کادمیم، میزان تراکم پوشش گیاهی چمن اسپورت افزایش داشت، بهطوریکه در سطح 100 میلیگرم بر کیلوگرم کادمیم بیشترین میزان تراکم پوشش گیاهی (33/7) چمن اسپورت مشاهده شد که از نظر آماری با شاهد تفاوت معنیداری نداشت. کمترین میزان تراکم در غلظت 50 میلیگرم بر کیلوگرم کادمیم (96/6) حاصل شد (شکل 1-الف). سبزترین رنگ اندام هوایی در شاهد (73/7) حاصل گردید که از لحاظ آماری با رنگ چمن در سطح 100 میلیگرم بر کیلوگرم کادمیم تفاوت معنیدار نداشت. رنگپریدهترین اندام هوایی نیز در سطح 50 میلیگرم بر کیلوگرم کادمیم (00/7) مشاهده شد (شکل 1-ب). براساس شکل 1-ج، بیشترین میزان ارتفاع اندام هوایی در سطح 100 میلیگرم بر کیلوگرم کادمیم (24/2 سانتیمتر) که با شاهد از نظر آماری تفاوت معنیداری نداشت و کمترین میزان ارتفاع اندام هوایی نیز در سطح 50 میلیگرم بر کیلوگرم کادمیم (73/1 سانتیمتر) حاصل گردید. استفاده از تیمار 100 میلیگرم بر کیلوگرم کادمیم، منجر به کمترین (00/4 سانتیمتر) میزان طول ریشه نسبت به شاهد و غلظت 50 میلیگرم بر کیلوگرم کادمیم گردید. بیشترین میزان طول ریشه (64/4 سانتیمتر) در شاهد و تیمار 50 میلیگرم بر کیلوگرم کادمیم حاصل شد (شکل 1-د). نتایج این آزمایش، کاهش در تراکم، رنگ، ارتفاع اندام هوایی (در غلظت 50 میلیگرم بر کیلوگرم کادمیم) و طول ریشه (در غلظت 100 میلیگرم بر کیلوگرم) تحت تنش کادمیم را نشان داد.
الف |
ب |
ج |
د |
شکل 1- اثر غلظتهای مختلف کادمیم بر صفات مورفولوژیکی چمن اسپورت |
اثر محلولپاشی اسید هیومیک بر طول اندام هوایی چمن اسپورت: شکل 2 نشاندهنده اثر غلظتهای مختلف اسید هیومیک بر میزان ارتفاع اندام هوایی چمن اسپورت است. با افزایش غلظت اسید هیومیک میزان ارتفاع اندام هوایی کاهش یافت، بهطوریکه کمترین میزان ارتفاع اندام هوایی در غلظت 250 میلیگرم بر لیتر اسید هیومیک (86/1 سانتیمتر) مشاهده شد. بیشترین میزان ارتفاع اندام هوایی در شاهد (سطح صفر میلیگرم بر لیتر اسید هیومیک) (23/2 سانتیمتر) حاصل شد که با غلظت 500 میلیگرم برلیتر اسید هیومیک تفاوت آماری نداشت.
اثر غلظتهای کادمیم و محلولپاشی با اسید هیومیک بر میزان انباشت کادمیم چمن اسپورت: غلظت کادمیوم اعمال شده در خاک و محلولپاشی برگی با اسید هیومیک، میزان انباشت توسط چمن اسپورت را تحت تأثیر قرارداد بهگونهایکه در تیمار 50 میلیگرم بر کیلوگرم کادمیم و در مواد گیاهی حاصل از ضایعات سرزنی بیشترین میزان انباشت کادمیم ( ppb3851) حاصل شد. کمترین میزان انباشت کادمیم ( ppb227) در غلظت صفر میلیگرم بر کیلوگرم در اندام هوایی مشاهده شد (شکل 2- الف). شکل 2-ب مقایسه میانگین اثر غلظتهای کادمیم و کاربرد اسید هیومیک بر انباشت کادمیم در کل اندام هوایی (مجموع ضایعات سرزنی و اندام هوایی باقیمانده) چمن اسپورت را نشان میدهد. در سطح 50 میلیگرم بر کیلوگرم کادمیم تفاوت آماری معنیداری میان غلظتهای صفر، 250 و 500 میلیگرم برلیتر اسید هیومیک برای انباشت کادمیم در اندام هوایی چمن اسپورت مشاهده شد. بهطوریکه در غلظت 250 میلیگرم بر لیتر اسید هیومیک بیشترین میزان انباشت کادمیم (ppb 7945) مشاهده شد. میزان انباشت کادمیم نسبت به سطح صفر میلیگرم بر کیلوگرم کادمیم با هر سه غلظت اسید هیومیک تفاوت معنیدار بود و میزان تجمع در این تیمارها افزایش داشته است. کمترین میزان انباشت کادمیم ( ppb170) در صفر میلیگرم بر کیلوگرم کادمیم و صفر میلیگرم بر لیتر اسید هیومیک حاصل شد. با افزایش غلظت اسید هیومیک، انباشت کادمیم در مواد گیاهی ضایعات سرزنی چمن افزایش یافت. بهطوریکه بیشترین میزان انباشت کادمیم ( ppb2506) در مواد گیاهی حاصل از ضایعات سرزنی و تیمار 500 میلیگرم بر لیتر اسید هیومیک و کمترین میزان انباشت کادمیم (ppb1629) در اندام هوایی و غلظت صفر میلیگرم بر لیتر اسید هیومیک حاصل شد (شکل 2-ج).
الف |
|
ب |
ج |
شکل 2- اثر غلظتهای کادمیم و محلولپاشی با اسید هیومیک بر میزان انباشت کادمیم در اندامهای هوایی چمن اسپورت |
بحث
یکی از عملیات مهم پس از کشت در چمنکاریها سرزنی میباشد. در طی دورههای مختلف برداشت و اندازهگیری در طی این آزمایش، عملیات سرزنی سبب تغییر در یکسری صفات رشدی چمن از جمله تغییر در تراکم، رنگ پوشش گیاهی، وزن تر و خشک اندام هوایی و طول ریشه شد. سرزنی غیریکنواختی فضایی را بهبود میدهد و شدت رقابت بین گونهها را کاهش میدهد (24). بنابراین، سرزنی میتواند اثرات مختلفی بر بهرهوری گیاهان گذارد، بهویژه با اثرات مستقیم بر رشد گیاه یا تأثیر بر منابع محیط زیستی که بقای گیاهان به آن بستگی دارد (62 و 63). تأثیر اصلی سرزنی بر گیاهان تغییر وضعیت گونه، تراکم و زیستتوده گیاهان است (31). تحت شرایط سرزنی بیش از حد، کاهش رشد، کاهش سطح برگ در گیاهان اتفاق میافتد. در این مطالعه، در اندازهگیری سوم مشاهده شد که رشد اندام هوایی و وزن تر و خشک چمن اسپورت کاهش یافت. سرزنی بیش از حد در گیاه Stipa grandis (نوعی گیاه علفی یکساله از خانواده گندمیان) سبب افزایش تراکم و زیست توده شد که با نتایج این پژوهش مطابقت دارد (65). گیاهان شرایط تنش آسیبهای خارجی را از طریق تنظیم الگوی توزیع انرژی و تغییرات در ویژگیهای موفولوژیکی و فیزیولوژیکی خود کاهش میدهند (62). برخی از تحقیقات نشان داده است که سرزنی میتواند سبب افزایش تراکم گیاه شود و مسیر مواد غذایی برای القای رشد گیاه را تغییر دهد (43). دراین پژوهش، افزایش رشد ریشه و تراکم چمن اسپورت با افزایش تعداد دفعات سرزنی میتواند بههمین دلیل باشد. در گیاهان عالی، سمیت فلزات سمی با توقف رشد و کاهش تولید زیستتوده در ارتباط است (18). اثرات بازدارنده کادمیم بر رشد گیاهان توسط پژوهشگران دیگر گزارش شده است (55).
دلیل کاهش طول اندام هوایی را اثر نامطلوب کادمیم در کاهش تقسیم سلولی و کاهش رشد سلولهای مریستمی ذکر شده است (50). کادمیم با اختلال در سوخت و ساز سلولی بخش هوایی باعث کاهش ارتفاع گیاهانی مانند برنج، گوجهفرنگی، سورگوم، یونجه، اسفناج، سویا و آفتابگردان گردید (21و 54). مهار افزایش طول ریشه یکی از اولین و متمایزترین نشانههای سمیت کادمیم است (37). ممکن است کادمیم بهعنوان یک فعال کننده آنزیمهای مرتبط با هورمون گیاهی و متابولیسمهای سیتوکینین که تنظیمکننده رشد و نمو گیاه است عمل کند (44). در این پژوهش نیز در غلظت 100 میلیگرم بر کیلوگرم کادمیم کاهش رشد ریشه مشاهده شد. در بررسی اثر تنش فلز سنگین کادمیم بر عملکرد و ویژگیهای موفولوژیکی گیاه ریحان عنوان شده که کاهش رشد ریشه با افزایش سطح کادمیم کاهش داشته است (40). دلیل این امر آن است که عناصر سنگینی مانند کادمیم سبب شده که فعالیتهای آنتی اکسیدانی کاهش یابد، زیرا این عناصر برای این آنزیمها سمی بوده و وجود این عناصر با اتصال به ساختمان آنزیم سبب آسیب به ساختمان و کاهش فعالیت آنها میگردد. در بررسی توانایی تحمل جنسهای چمن رایگرس، کنتاکی بلوگراس و برموداگرس در مرحله جوانهزنی در حضور غلظتهای مختلف فلز سنگین سرب، با افزایش غلظت سرب، درصد جوانهزنی و طول ساقهچه نسبت به شاهد افزایش یافته بود ولی بر رشد ریشهچه اثر بازدارندگی داشت (59). برخی پژوهشگران معتقدند که بهدلیل سمیت کادمیم برای سیتوزول در فرم آزاد، سلولهای گیاهی تلاش میکنند با استفاده از راهکارهایی نظیر اتصال آن به دیواره سلولی، ذخیره نمودن در واکوئل و کلاته نمودن توسط فیتوکلاتین (20و 36) این عنصر را در ریشه تثبیت کرده و به این شکل از سمیت آن بکاهند. برایند این عمل انتقال کم کادمیم به بخشهای فوقانی خواهد بود. کاهش طول ریشه در اثر کادمیم در گیاه کلزا نیز گزارش شده است (45). مشخص شده است که یون کادمیم از تقسیم سلولی و رشد سلولهای حاصل از آن در ناحیه مریستمی جلوگیری میکند. همچنین کادمیم تمایز زودرس و چوبی شدن دیواره سلولهای واقع در منطقه رشد طولی ریشه را تحریک نموده و از رشد ممانعت بهعمل میآورد (64). نتایج پژوهش Lou و همکاران (35) بر اثرات سمی، جذب و انتقال فلزات سنگین کادمیم و سرب در گونه چمنی رایگرس چند ساله Lolium perenne L.)) نشان داد که این گونه چمنی میتواند سطح بالایی فلزات سنگین کادمیم و سرب را در ریشه انباشتگی دهد و از انتقال آنها به اندام هوایی ممانعت بهعمل آورد. بنابراین، نظر به اینکه یکی از اجزای تشکیل دهنده چمن اسپورت گونه رایگرس است، شاید بتوان افزایش مجدد رشد اندام هوایی، تراکم و رنگ چمن اسپورت تحت تنش بالاتر فلز سنگین کادمیم (غلظت 100 میلیگرم بر کیلوگرم) را با توجه به نتایج این آزمایش توجیه نمود. احتمالاً سایر گونههای تشکیل دهنده چمن اسپورت نیز بر این استدلال تبعیت کردهاند.
محلولپاشی اسید هیومیک سبب افزایش میزان کربوهیدرات در ساقه و برگ گیاهان میشود. این کربوهیدرات از طریق ساقه به ریشه انتقال داده شده و بعد از ریشه به خاک منتقل میشود که این عمل سبب فراهمی مواد غذایی برای میکروارگانیسمها شده، اسید و سایر ترکیبات آلی را رها میکند که سبب افزایش فراهمی مواد غذایی به گیاه میشود و باعث افزایش رشد گیاه خواهد شد (52). برخی پژوهشها تأثیرات مثبت اسید هیومیک بر رشد، عملکرد و جذب عناصر غذایی در محصولات کشاورزی را گزارش کردند (17). تأثیرات غیرمستقیم بهطور عمده از طریق ویژگیهایی مانند غنیسازی مواد غذایی محیط، افزایش جمعیت میکروبی و افزایش ظرفیت تبادل کاتیونی و بهبود ساختار خاک ایجاد میشود، درحالی که تأثیرات مستقیم شامل فعالیتهای بیوشیمیایی مختلف در سطح دیواره سلولی، غشاء یا پروتوپلاست و بهطور عمده ساختار هورمونی است (13). فعالیت شبه هورمونی، بهویژه فعالیتهای شبه اکسینی، جیبرلینی و سیتوکینینی اسید هیومیک بهخوبی در مقالات بسیاری اشاره شده است (49). بهنظر میرسد دراین مطالعه نیز تأثیر مثبت اسید هیومیک در غلظت 250 میلیگرم برلیتر بر رشد اندام هوایی چمن در ارتباط با فعالیت شبه هورمونی این ماده بوده و سبب افزایش میزان رشد اندام هوایی شده باشد. مواد هیومیک اثرهای هورمونی نظیر اکسین (7) و سیتوکینین (69) بر رشد و متابولیسم گیاه داشته و موجب دسترسی بیشتر به عناصر شده و نسبت C/N پایینی دارند (12). همچنین در تشکیل کمپلکسهای مختلف با عناصری نظیر آهن و افزایش فراهمی عناصر مثل فسفر که برای نمو اولیه گیاه ضروری هستند، نقش قابل ملاحظهای دارند (51). اما اثرات مثبت این ترکیبات هیومیک بهطور عمده به غلظتهای پایین آنها مربوط میشود (12). زیرا در غلظتهای بالای این ترکیبات بهدلیل تولید هورمون بیش از حد نیاز گیاهان سبب کاهش رشد و نمو میشوند (29). بهنظر میرسد کاهش رشد اندام هوایی چمن اسپورت تحت تأثیر غلظتهای اسید هیومیک و با افزایش غلظت این ماده در این مطالعه نیز بههمین دلیل رخ داده باشد بهنظر میرسد که رفتار گونهها در پاسخ به کاربرد غلظتهای مختلف اسید هیومیک متفاوت است. این ممکن است به این دلیل باشد که کاربرد اسید هیومیک در غلظتهای مختلف، اثرات مختلفی بر رشد و توسعه گیاهان دارد. براساس این گزارش شاید بتوان کاهش رشد اندام هوایی گونه چمنی مورد مطالعه در این پژوهش در غلظت 250 میلیگرم برلیتر اسید هیومیک را توجیه نمود.
میزان انباشت فلزات سنگین در گیاه و در اندام هوایی، متأثر از غلظت آن در خاک میباشد (70) و بین غلظتهای اضافه شده فلزات سنگین به خاک و غلظت بافتی آنها همبستگی مستقیم وجود دارد (30). افزایش غلظت کادمیم در خاک باعث افزایش غلظت بافتی این عناصر در گیاهان میشود. علت انباشتگی در بخش هوایی بهدلیل سهولت حرکت این فلز در گیاه است (67)، همچنین انتقال عناصر غذایی به ساختارهای فوقانی را تحت تأثیر قرار میدهد (38). بطور کلی هرچه مقدار غلظت فلزات در خاک بیشتر باشند به همین ترتیب، جذب آن توسط گیاه افزایش پیدا میکند (5). نتایج این پژوهش نشان داد که با افزایش غلظت کادمیم (50 میلیگرم بر کیلوگرم) میزان انباشت این فلز سنگین در اندام هوایی چمن اسپورت افزایش یافت که این با نتایج Liu و همکاران (34) روی اثر تنش سرب و کادمیم بر گیاهان همیشه بهار، گل حنا و ختمی (34) و Akhavan و Abdosi (2) در مورد تأثیر تنش سرب و کادمیم بر گیاه سدوم مطابقت داشت. همچنین، بررسیها بر گیاه کرچک تحت تنش فلزات سنگین (سرب و کادمیم) نشان داده که با افزایش سطوح فلزات سنگین در محیط، غلظت این عناصر در بافتهای هوایی و ریشه گیاهان نیز افزوده میشود (16) که با نتایج حاصل از این پژوهش در ارتباط با افزایش میزان تجمع کادمیم (در غلظت 50 میلیگرم بر کیلوگرم) در اندامهای هوایی چمن اسپورت همراستا بود. Ji و همکاران (27) گزارش کردند که غلظت کادمیم در اندامهای گوناگون گیاه به خصوصیات ژنتیکی هر گیاه و غلظت این فلز در خاک بستگی دارد. همانطور که در آزمایش حاضر مشاهده میشود با تغییر غلظت کادمیم در خاک، جذب و تجمع آن بهوسیله گیاه مورد مطالعه نیز تغییر کرد. گزارش شده که با افزایش غلظت کادمیم در محیط تجمع کادمیم در اندامهای هوایی پنیرک، هویج، خیار، گندم و اسفناج افزایش مییابد (68 و 72). در مورد گونه چمنی مورد مطالعه دراین پژوهش نیز مشاهده شد که با افزایش غلظت کادمیم تا غلظت 50 میلیگرم بر کیلوگرم میزان انباشت این فلز در اندام هوایی افزایش یافته است. بنابراین، میتوان اظهار داشت که گونه چمن اسپورت قادر به انباشت کادمیم در اندام هوایی خود بوده و باتوجه به نتایج این آزمایش از آنجاییکه میزان انباشت در ضایعات حاصل از سرزنی بیشتر بوده میتوان از این گونه چمنی در گیاهپالایی کادمیم در مناطق آلوده به این فلز و با توجه به آستانه تحمل به فلز کادمیم (با توجه به نتایج این آزمایش 50 میلیگرم بر کیلوگرم و کاهش میزان انباشت در غلظت بالاتر) بهره جست. توانایی گیاه برای رشد طبیعی و تولید زیستتوده کافی در حضور فلزات سنگین آن را برای گیاهپالایی مناسب میکند (39)، زیرا گیاه ایدهآل برای پالایش باید زیستتوده و عملکرد بالایی داشته باشد تا بتواند ضمن تجمع آلاینده هدف، غلظتهای بالاتر آنها را نیز تحمل کند (71).
اسیدها و کلاتهکنندهها تحت عنوان اصلاحگر برای افزایش مقدار جذب فلزات سنگین توسط گیاهان در خاک مورد استفاده قرار میگیرند (25 و 48). محققان در تحقیقات خود دریافتند که کاربرد اسید هیومیک در غلظتهای کم (1/0 گرم بر کیلوگرم) نسبت به غلظتهای زیاد (1 گرم بر کیلوگرم) در حضور غلظتهای سمی مس علاوه بر کمک به جذب مس، اثرات تقویتکنندگی بر ویژگیهای رشدی نظیر سطح برگ و وزن خشک اندامهای تربچه (Raphanus sativus L.) دارد (8). طی این پژوهش، استفاده از اسید هیومیک (غلظت 250 میلیگرم برلیتر)، انباشتگی فلز سنگین کادمیم را در اندام هوایی گونه چمن اسپورت افزایش داد. محققین در بررسی توانایی اندوزش (Accumulation) کادمیم توسط یونجه یکساله (Medicago scutellata L.) با استفاده همزمان از اسید هیومیک و باکتری، افزایش انباشتگی کادمیم را در ساقهها مشاهده کردند (15) و اظهار کردند که استفاده از اسید هیومیک مقاومت گیاه را در برابر تنش ناشی از فلزات سنگین افزایش میدهد که با نتایج این پژوهش مطابقت داشت. با توجه با گزارشهای پیشین (10) و نتایج این آزمایش بهنظر میرسد که اسید هیومیک بهعنوان یک ماده اصلاحگر برای جذب و انباشت کادمیم توسط گونه چمن اسپورت باتوجه به غلظت کادمیم و اسید در خاک مفید واقع شده است و میتوان از این ماده جهت حذف فلز سنگین کادمیم از خاک استفاده شود. براساس نتایج پژوهشهای انجام شده، استفاده از بهبود دهندههای بستر کشت مانند کودهای آلی جهت ارتقای گیاهپالایی هیدروکربنهای نفتی و فلزات سنگین موثر است (60). طی این پژوهش، استفاده از غلظت بیشتر اسید هیومیک (غلظت 500 میلیگرم بر لیتر)، انباشتگی فلز سنگین کادمیم را در اندام هوایی گونه چمن اسپورت کاهش داد که با نتایج Zhang و همکاران (70) وAkhavan و Abdosi (2) در مورد اثر اسید هیومیک بر انباشتگی سرب و کادمیم در گیاهان مطابقت داشت. آنان بیان کردند که اسید هیومیک بهدلیل داشتن ساختمان پیچیده و داشتن گروههای عامل، در خاک مانع جذب فلزات سنگین توسط گیاه شده و به این طریق انباشتگی فلزات سنگین در گیاه کاهش مییابد. همچنین، در تیمار 100 میلیگرم بر کیلوگرم کادمیم، غلظت انباشت کادمیم در گیاه کمتر از تیمار 50 میلیگرم بر کیلوگرم بود، دلیل آن این است که در غلظتهای بالاتر سمیت کادمیم، رشد گیاه کاهش مییابد و این سبب میشود تا گیاه توان کافی برای رشد و جذب عناصر را نداشته باشد (47).
نتیجهگیری
بهطورکلی نتایج این پژوهش نشان داد که با افزایش دوره کشت و استقرار چمن اسپورت، کاهش رشد اندام هوایی، وزن خشک و وزن تر و افزایش تراکم، رشد ریشه و کیفیت بافت هوایی چمن شد. همچنین کادمیم در غلظت 50 میلیگرم بر کیلوگرم سبب کاهش ویژگیهای رشدی و در غلظت 100 میلیگرم بر کیلوگرم سبب افزایش ویژگیهای رشدی شد که با شاهد (غلظت صفر میلیگرم بر کیلوگرم کادمیم) تفاوت معنیداری نداشت. در غلظت 250 میلیگرم برلیتر اسید هیومیک کاهش رشد اندام هوایی چمن اسپورت مشاهده شد. بیشترین میزان انباشتگی کادمیم در ضایعات حاصل از سرزنی و در غلظت 50 میلیگرم بر کیلوگرم کادمیم و غلظت 500 میلیگرم بر لیتر اسید هیومیک بهدست آمد. کاشت محصولات زراعی در زمینهای کشاورزی آلوده به فلزات سنگین که استفاده خوراکی برای انسان و دام دارند، باعث ورود این فلزات به زنجیرهی غذایی میشود و استفاده از گیاهان زینتی پیشنهاد مناسبی برای جایگزینی کاشت محصولات زراعی خوراکی در خاکهای آلوده به فلزات سنگین میباشد. باتوجه به نتایج این پژوهش میتوان عنوان کرد که چمن اسپورت گیاهی است که در خاکهای آلوده به کادمیم پتانسیل تجمع بالایی برای این فلز دارد و میتواند کادمیم را در اندامهای خود ذخیره کند و برای اهداف گیاهپالایی مناسب میباشد.
سپاسگزاری
این تحقیق در قالب طرح پژوهشی دانشجویی به شماره قرارداد 12209/95 مصوب در تاریخ 18/11/95 و با استفاده از اعتبارات پژوهشی دانشگاه اراک انجام گرفت که بدین وسیله از معاونت پژوهشی دانشگاه اراک تشکر میشود.