Document Type : Research Paper
Authors
1 Department of Rangeland Management, Faculty of Natural Resources, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University
2 Department of Watershed Management, Faculty of Natural Resources, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University
Abstract
Plants growth in mining environments are restricted by waste properties. A knowledge of plant species response to waste characteristics is necessary for restoration of mine areas. In this study the ecological preferences to physical and chemical properties of coal wastes were evaluated for Artemisia scoparia, Artemisia absinthium, Capparis spinosa and Bassia prostrata which are naturally colonized on coal waste. Plant species abundance and wastes (up to 20 cm in depth) were sampled in 138 plots. Plant species responses were assessed using HOF model. Results showed that A. scoparia and A. absinthium had an optimum where the clay and silt increased while C. spinosa and B. prostrata had a wide ecological niche for sand. All species showed an optimum response where coal wastes had low moisture content. A niche separation was found for B. prostrata along the gradient of electrical conductivity. A. scoparia, C. spinosa, and B. prostrata had similar ecological niche in response to soil pH, although C. spinosa preferred lower pH. A. scoparia was found in a wide range of N, P, and organic matter. The results indicated that A. scoparia positively responded to all heavy metals with plateau (III) response to Cu and Ni and bimodal (VII) to Zn and Pb. Plant species responded differently to physical and chemical properties of coal wastes and the most frequent response shape were IV and VII.
Keywords
Main Subjects
مدلسازی پاسخ گیاهان به خصوصیات فیزیکی و شیمیایی باطله معدنی در معدن زغال سنگ کارمزد سوادکوه، استان مازندران
ناطق لشکری صنمی1، جمشید قربانی 1*، سید حسن زالی1 و قربان وهابزاده2
1 ایران، ساری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، دانشکده منابع طبیعی، گروه مرتعداری
2 ایران، ساری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری دانشکده منابع طبیعی، گروه آبخیزداری
تاریخ دریافت: 04/02/1400 تاریخ پذیرش: 14/07/1400
چکیده
رویش گیاهان در محیطهای معدنکاری تحت تاثیر محدودیتهای ناشی از خصوصیات باطلهها است. شناسایی دامنه پاسخ گونههای گیاهی به این خصوصیات در احیاء پوشش گیاهی این مناطق اهمیت دارد. در این تحقیق، دامنه بومشناختی گونههای Artemisia scoparia، Artemisia absinthium، Capparis spinosa و Bassia prostrata به خصوصیات باطله مورد ارزیابی قرار گرفت. این گیاهان به طور طبیعی روی باطلههای زغالسنگ در معادن کارمزد شهرستان سوادکوه در استان مازندران مستقر شدهاند. دادههای مربوط به فراوانی این گیاهان و خصوصیات باطله (تا عمق 20 سانتیمتر) از 138 پلات جمعآوری شد. از مدل HOF برای تعیین پاسخ گیاهان استفاده شد. نتایج نشان داد برای بافت باطله گونههای A. scoparia و A. absinthium در مقادیر زیادتر رس و سیلت دارای بهینه بودند اما C. spinosa و B. prostrata پهنای آشیان بومشناختی گستردهتری با افزایش میزان شن داشتند. همه گونهها در مقادیر کم رطوبت موجود در باطله دارای بهینه بودند. در گرادیان هدایت الکتریکی گونه B. prostrata دارای آشیان اکولوژیک متمایزی از سایر گونهها بوده است. گونههای A. scoparia، C. spinosa و B. prostrata در شرایط اسیدی باطله همپوشانی آشیان بومشناختی بیشتری داشتند، هرچند C. spinosa بردبارترین گونه به این شرایط بود. گونه A. scoparia در دامنه گستردهای از مقادیر ازت، فسفر و ماده آلی دارای بهینه بوده است. پاسخ مثبت به فلزات سنگین برای گونه A. scoparia مشاهده شد که برای مس و نیکل از مدل مسطح (III) و برای سرب و روی از مدل دو نمایی (VII) پیروی داشت. پاسخ گونهها به خصوصیات باطله از مدلهای مختلفی پیروی کرده که مدل تک نمایی IV و دو نمایی VII بیشتر بوده است.
واژههای کلیدی: منحنی پاسخ، مدل HOF، آشیان بومشناختی، باطله معدنی
* نویسنده مسئول، تلفن: 09111568372 ، پست الکترونیکی: j.ghorbani@sanru.ac.ir
مقدمه
فرآیند صنعتی شدن، افزایش استخراج و بهرهبرداری مواد معدنی از ذخایر طبیعی موجود در سراسر دنیا را موجب شده است (33). به جا ماندن حجم زیاد باطلههای معدنی از مهمترین اثرات منفی معدنکاری بر محیط زیست است (37). باطلههای معدنی به دلیل طیف وسیعی از محدودیتهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی مثل تغییر بافت، کمبود رطوبت، ظرفیت پایین تبادل کاتیونی، کمبود مواد غذایی و تجمع زیاد فلزات سنگین، مانع از جوانهزنی بذر، استقرار گیاهچه و رشد گیاهان میشوند (42). تعدادی از گونههای گیاهی با دامنه بومشناختی خاص، توانایی استقرار در محیطهای معدنی را دارند (19). این گیاهان پاسخهای متفاوتی را برای بقا در این مناطق نشان میدهند. برخی گیاهان با داشتن ویژگیهایی مثل قابلیت استقرار آسان، سیستم ریشهای عمیق، ظرفیت تثبیت نیتروژن، تحمل شرایط فیزیکی و شیمیایی نامطلوب و توانایی رقابت خود را با محیط معدنی سازگار میکنند (32). واکنش گیاهان به حضور فلزات در خاک را میتوان به سه رفتار کاملا متفاوت نسبت داد. در گونههای شاخص (Indicator) تجمع فلز در گیاه با افزایش غلظت فلز در باطله یا خاک افزایش مییابد. گونههای گیاهی انباشتگر (Accumulator) از نظر فیزیولوژیکی قادر به جذب فعال فلزات هستند اما گونههای اجتنابکننده (Excluder) فرآیند جذب و انتقال فلزات را از ریشه به ساقه محدود میکنند (41).
از نظر مدیریتی و بومشناختی، مطالعه عکسالعمل گونههای گیاهی در طول گرادیانهای محیطی حائز اهمیت است. بنابراین شناخت گیاهانی که بهطور خودبهخودی در محیطهای تخریب یافته معدنی حضور مییابند، در درک سازگاری آنها با چنین محیطهایی بسیار ارزشمند است (16). آگاهی از این روابط میتواند برای انتخاب گونههای گیاهی مناسب در احیای پوشش گیاهی در اراضی معدنی مورد استفاده قرار گیرد (24). برای درک و پیشبینی ارتباطات بین گونه و عوامل محیطی آنها، مدلهای ریاضی در بومشناسی استفاده میشوند (18). قابلیت پاسخگویی گونهها به پارامترهای محیطی میتواند به وسیله مدلهای آماری منطبق با حضور گونهها در طول گرادیانهای محیطی توصیف شود (39). روشهای مختلفی برای مدلسازی انواع مختلف منحنیهای پاسخ گونهای وجود دارد. مدلهای HOF (Huisman-Olff-Fresco) امکان مجموعه محدودی از شکلهای پاسخ شامل همنوا، ثابت، متقارن و منحنیهای پاسخ با چولگی را فراهم میآورد (27). با این مدل میتوان به تفسیر بومشناختی پاسخ گونههای گیاهی پرداخت (35).
زغالسنگ از منابع تجدیدناپذیر است که در بیشتر قارههای
دنیا وجود دارد. آمریکا، روسیه، چین، هند و استرالیا بیشترین مقدار زغالسنگ را تولید میکنند (20). هر چند که زغالسنگ نقش مهمی در اقتصاد انرژی دنیا دارد اما آلودگی فراوانی ایجاد میکند (14). ایران از نظر میزان ذخایر زغالسنگ در رتبه 30 جهان قرار دارد و رسوبات زغالدار ایران در دو حوضه زغالی البرز و ایران مرکزی گسترش دارند (11). استخراج و آمادهسازی زغالسنگ تولید حجم زیادی از باطله میکند که هم منبع مهم آلودگی است و هم از زیبایی طبیعت میکاهد (42). بنابراین احیاء پوشش گیاهی در این محیطهای معدنی اهمیت دارد. با توجه به شرایط آب و هوایی ممکن است بخشی از احیاء پوشش گیاهی به طور طبیعی صورت گیرد که شواهدی از این احیاء خودبخودی در باطلههای زغالسنگ رها شده در استان مازندران مشاهده شد (1، 8 و 13). برای استفاده از گیاهان بومی در احیاء باطلههای معدنی نیاز است تا بومشناسی این گیاهان در پاسخ به شرایط سخت محیطی در این مناطق مورد بررسی قرار گیرد. در این تحقیق به پاسخ چند گیاه بوتهای به خصوصیات فیزیکی و شیمیایی باطله زغالسنگ پرداخته شده است. این گیاهان در باطلههای معدنی زغالسنگ در منطقه البرز مرکزی در استان مازندران استقرار و رشد خوبی داشتهاند (9). در این تحقیق هدف این است تا مدل پاسخ هر گونه به خصوصیات مختلف باطله و بهینه بومشناختی آنها تعیین شود. همچنین برای هر خصوصیت باطله، رفتار گونههای گیاهی مورد مقایسه قرار گیرد.
مواد و روشها
منطقه مورد مطالعه: معادن زغالسنگ منطقه کارمزد واقع در شهرستان سوادکوه استان مازندران از قدیمیترین مناطق تولید کننده زغالسنگ در حوضه زغالی البرز مرکزی به حساب میآید. شروع فعالیت معادن زغالسنگ در این منطقه از سال 1350 و به صورت زیرزمینی بوده است. از نظر جغرافیایی، این معادن در 48 کیلومتری جنوب شهرستان قائمشهر و در فاصلهی 25 کیلومتری آلاشت و بین طولهای جغرافیایی ˝38 ΄57 ˚52 تا ˝12 ΄58 ˚52 شرقی و عرضهای جغرافیایی ˝57 ΄05 ˚36 تا ́˝53 ΄06 ˚36 شمالی واقع شده است (8). ارتفاع منطقه مورد مطالعه حدود 700 تا 900 متر از سطح دریا بوده و میانگین دمای سالانه در منطقه 9/10 درجه سانتیگراد و میانگین بارندگی سالانه 5/536 میلیمتر است (دادههای ایستگاه هواشناسی آلاشت). گرمترین و سردترین ماههای سال به ماه های مرداد و دی اختصاص داشته و بر اساس طبقهبندی آمبرژه، منطقه در اقلیم مرطوب سرد قرار میگیرد (8). از نظر زمینشناسی این مناطق در سری میانی کارمزد با سن لیاس قرار دارند که شامل تناوبی از ماسهسنگهای درشت دانه، کنگلومرای ریزدانه، ماسهسنگهای ریزدانه خاکستری همراه با لایههای شیل و آرژیلیت است (7).
روش نمونهگیری: تعداد سه انباشت باطله زغالسنگ به مساحت حدود 6 هکتار که در مجاورت هم بوده و نسبت به یکدیگر اختلافی از نظر ارتفاع و جهت جغرافیایی نداشتند انتخاب شدند. سن رهاسازی این باطلهها در منطقه متفاوت است. برای نمونهگیری پوشش گیاهی با توجه به وسعت هر انباشت، ترانسکتهایی مستقر شدند. به این ترتیب که در باطله بزرگتر تعداد چهار و در باطلههای کوچکتر تعداد دو ترانسکت در نظر گرفته شدند. بر روی هر ترانسکت با فاصله منظم پلاتهای 1 متر مربعی مستقر شدند. در مجموع تعداد 138 پلات در امتداد ترانسکتها به صورت تصادفی – منظم برداشت شد. در هر یک از پلاتها حضور و عدم حضور گونه گیاهی بهمراه درصد تاج پوشش ثبت شد. از بین آنها گونههای بوتهای شامل Artemisia scoparia Waldst. & Kit (Ar sc)، (Ar ab) Artemisia absinthium L.، L. (Ca sp) Capparis spinosa و(L.) Schrad. (Ba pr) Bassia prostrata (L.) A.J.Scott که فراوانی بیشتری داشتند انتخاب شدند. نمونههای باطله نیز با استفاده از آگر از عمق صفر تا 20 سانتیمتر در پلاتها برداشت شدند. پس از انتقال به آزمایشگاه، نمونهها در هوا خشک شده و پس از کوبیده شدن در هاون، در نهایت از الک 2 میلیمتری عبور داده شدند. انتخاب پارامترهای مورد اندازهگیری با توجه به اهمیت آنها در شکلگیری و استقرار گیاهان در مناطق معدنی بوده است (9، 20، 40 و 42). در بررسی خصوصیات باطله، بافت به روش هیدرومتری، اسیدیته (pH) با دستگاه pH متر، قابلیت هدایت الکتریکی (EC) با هدایتسنج الکتریکی بر حسب دسی زیمنس بر متر، کربن آلی (OC) با روش والکی بلاک، نیتروژن کل با روش کجلدال و فسفر قابل جذب به روش اولسن (اسپکتوفتومتر) اندازهگیری شدند. فلزات سنگین با روش پرتو ایکس فلوئورسانس (XRF) فیلیپس مدل PW 1480 در شرکت کانساران بینالود تعیین شد.
تجزیه و تحلیل دادهها: از دادههای درصد تاج پوشش گیاهان و دادههای پارامترهای باطله، برای بدست آوردن شکل منحنی پاسخ گونههای گیاهی استفاده شد. بمنظور برازش هر یک از مدلهای HOF و تعیین مقدار بهینه و دامنه بومشناختی گونه از بسته eHOF نسخه 1.8 در نرم افزار Rنسخه 3.5.3 استفاده شد (28). تابع HOF دارای 7 مدل بوده و انواع متفاوت منحنی پاسخ گونهای شامل ثابت (مدل I)، یکنواخت (مدل II)، مسطح (مدل III)، تکنمایی متقارن و نامتقارن (مدل IV و V) و دونمایی متقارن و نامتقارن (مدل VI و VII) را نشان میدهد (28). برای انتخاب بهترین مدل در برازش منحنی پاسخ گونههای مورد مطالعه، به کمترین مقدار معیار اطلاعاتی آکائیک (AIC) استناد شد.
نتایج
بافت و رطوبت: با توجه به مقادیر آکائیک، گونه A. absinthium و A. scoparia نسبت به متغیر درصد رس رفتار دونمایی مدل VII داشتند (جدول 1 و شکل 1). مقادیر بهینه 73/23 و 62/3 درصد برای A. absinthium و 24/34 و 62/3 درصد برای A. scoparia است (شکل 1). گونههای C. spinosa با مقدار بهینه 90/11 درصد و B. prostrata با مقدار بهینه 24/98-34/14 درصد در پاسخ به درصد رس بترتیب رفتار تک نمایی نامتقارن و آستانهای را نشان دادند. دامنه اکولوژیک گونههای A. absinthium و A. scoparia نسبت به رس مشابه مقادیر بهینه آنها است. برای گونه C. spinosa دامنه اکولوژیک برابر با 906/11-905/11 درصد و برای B. prostrata این مقدار 24/34-77/24 درصد است.
برازش منحنی پاسخ گونه A. scoparia نسبت به درصد سیلت نشان داد که مدل VII به عنوان بهترین مدل است (شکل 1). این گونه نسبت به این متغیر رفتار دونمایی با دو مقدار بهینه شامل 88/20 و 28/9 درصد دارد (جدول 1). رفتار گونههای A. absinthium، B. prostrata و C. spinosa نسبت به سیلت به صورت تکنمایی متقارن با مقدار بهینه 28/17، 15/15و 57/6 درصد است. تمام گونهها نسبت به سیلت دامنه اکولوژیک برابر با مقادیر بهینه دارند.
برازش مدل HOF نسبت به درصد شن نشان داد که رفتار گونههای A. absinthium و C. spinosa نسبت به این متغیر به صورت دونمایی (مدل VII) با دو مقدار بهینه بترتیب 83/54، 76/49 و 79/84، 76/49 درصد است. مدل مناسب برای برازش گونه A. scoparia، مدل VI با مقدار بهینه 58/87، 76/49 درصد است (شکل 1). عکسالعمل گونه B. prostrata با مقدار بهینه 14/69 درصد به این متغیر به صورت تکنمایی متقارن است. برای گونههای A. absinthium و A. scoparia پهنای آشیان نسبت به درصد شن برابر 58/87-76/49 درصد میباشد و در مورد گونههای C. spinosa و B. prostrata مشابه مقادیر بهینه آنها است.
نتایج نشان داد که گونههای A. absinthium و B. prostrate رفتار تکنمایی (بترتیب مدل IV و V) و گونههای A. scoparia و C. spinosa رفتار دونمایی (بترتیب مدل VI و VII) را نسبت به درصد رطوبت نشان دادند (شکل 1). بیشترین مقدار بهینه به میزان 5/4 درصد در گونه A. scoparia و کمترین مقدار برابر با 82/0 درصد در گونه C. spinos مشاهده شد.
شکل 1- مدلسازی پاسخ چهار گیاه بوتهای به بافت و رطوبت باطله زغالسنگ در معدن کارمزد سوادکوه، استان مازندران
اسیدیته: با توجه به مقادیر AIC، بهترین مدل برای گونه A. scoparia مدل VII با دو مقدار بهینه 68/7 و 97/5 و برای گونه A. absinthium مدل VI با مقادیر بهینه 90/7 و 23/7 میباشد (جدول 1 و شکل 2). گونههای C. spinosa و B. prostrata نسبت به این متغیر رفتار تکنمایی نامتقارن نشان داده و مقادیر بهینه برای آنها بترتیب 86/4 و 71/5 است (شکل 2). حدود پهنای اکولوژیک همه گونهها نسبت به اسیدیته تقریبا مشابه با مقادیر بهینه آنها میباشد.
هدایت الکتریکی: مدل مناسب برای گونه C. spinosa نسبت به این متغیر، مدل III با مقدار بهینه 14/1 و 08/0 دسی زیمنس بر متر و برای گونه B. prostrata مدل IV با مقدار بهینه 5/3 دسی زیمنس بر متر است (جدول 1 و شکل 2). برازش منحنی پاسخ گونههای A. scoparia و A. absinthium نسبت به هدایت الکتریکی حاکی از مناسب بودن مدل VII با مقادیر بهینه بترتیب 51/1، 46/0 و 39/1، 39/0است (شکل 2). دامنه اکولوژیک گونه C. spinosa نسبت به هدایت الکتریکی برابر با 08/0 بوده و گونههای A. absinthium، A. scoparia و B. prostrata پهنای آشیان برابر با مقادیر بهینه دارند.
شکل 2- مدلسازی پاسخ چهار گیاه بوتهای به اسیدیته و هدایت الکتریکی باطله زغالسنگ در معدن کارمزد سوادکوه، استان مازندران
کربن آلی: کمترین مقدار AIC برای گونه A. scoparia مربوط به مدل VII بوده و این گونه با مقادیر بهینه 93/8، 45/0 درصد نسبت به این متغیر پاسخ دونمایی نامتقارن نشان داد (جدول 1 و شکل 3). گونههای A. absinthium، C. spinosaو B. prostrata با مقدار بهینه 98/4، 93/1 و 91/2 درصد، نسبت به کربن آلی به صورت تکنمایی متقارن پاسخ دادند. دامنه اکولوژیک تمام گونهها نسبت به کربن آلی برابر با مقدار بهینه آنها است.
درصد نیتروژن کل: پاسخ تکنمایی نامتقارن و متقارن بترتیب با مقدار بهینه 029/0 و 19/0 درصد برای A. absinthium و C. spinosa مشاهده شد (شکل 3). برای گونه A. scoparia مدل VI مقدار بهینه 47/0 و 001/0 درصد بهترین مدل بود. درصد نیتروژن خاک در پراکنش گونه B. prostrata تأثیر معنیداری نداشت و این گونه از مدل I پیروی نمود (جدول 1). برای گونههای A. absinthium، C. spinosa و A. scoparia پهنای آشیان برابر با مقادیر بهینه آنها میباشد.
فسفر قابل جذب: پاسخ A. absinthium، A. scoparia و C. spinosa به این متغیر به صورت مدل VII با مقادیر بهینه بترتیب برابر 2/25، 0000521/0 و 45/20، 54/7 و 2/25، 0000521/0 پیپیام بوده است (جدول 1). گونه B. prostrata مدل II و مقدار بهینه 0000521/0 پیپیام را نشان داد (شکل 3). دامنه اکولوژیک گونه A. absinthium برابر با 2/25-0 پیپیام و گونه B. prostrata برابر با 2/25-0000521/0 پیپیام است. اما در مورد A. scoparia و C. spinosa پهنای آشیان مشابه با مقدار بهینه آنها است.
شکل 3- مدلسازی پاسخ چهار گیاه بوتهای به کربن آلی، نیتروژن کل و فسفر قابل جذب باطله زغالسنگ در معدن کارمزد سوادکوه، استان مازندران
فلزات سنگین: بهترین مدل برای برازش گونه A. scoparia نسبت به میزان مس خاک مدل III است. رفتار این گونه به صورت آستانهای افزایشی بوده و مقدار بهینه آن در حداقل 40/231 تا حداکثر 582 پیپیام است (جدول 1). مدل مناسب برای برازش منحنی پاسخ گونههای A. absinthium با مقدار بهینه 63/101 و C. spinosa با مقدار بهینه 88/158 و 36/87 پیپیام بترتیب مدل V و VI میباشد. عکسالعمل گونه B. prostrata نسبت به این متغیر به صورت یکنواخت کاهشی (مدل II) با مقدار بهینه 65 پیپیام است (شکل 4). پهنای آشیان گونههای A. scoparia، A. absinthium، C. spinosa و B. prostrata بترتیب شامل 582-99/581، 582-98/175، 582-88/158 و 99/581-65 پیپیام است. برازش تابع HOF نسبت به میزان روی نشان داد که در مورد A. scoparia، C. spinosa و B. prostrata کمترین AIC در مدل VII مشاهده شد (شکل 4). مقادیر بهینه این گونهها بترتیب شامل 99/200 و 35/153، 73/141 و 109 و 99/200 و 70/116 پیپیام است. مدل مناسب برای گونه A. absinthium با مقدار بهینه 59/119 پیپیام، مدل V بود. همه گونهها دامنه اکولوژیک برابر با مقدار بهینه خود داشتند. برازش منحنی پاسخ همه گونهها نسبت به میزان سرب دونمایی (مدل VII) بوده است (شکل 4). دامنه اکولوژیک همه گونه ها نسبت به سرب خاک برابر با 69-16 پیپیام است. برای میزان نیکل خاک A. scoparia و B. prostrata بترتیب رفتار آستانهای افزایشی و کاهشی را نشان دادند (جدول 1 شکل 4). گونه A. absinthium با مقدار بهینه 14/129 پیپیام، پاسخ تکنمایی متقارن به این متغیر داشته و عکسالعمل گونه C. spinosa با مقدار بهینه 99/177 و 63/111 پیپیام به صورت دونمایی نامتقارن مشاهده شد (شکل 4). پهنای آشیان گونههای A. scoparia، A. absinthium، C. spinosa و B. prostrata بترتیب برابر با 178-99/177، 178-06/129، 178-63/111 و 88 پیپیام بوده است.
شکل 4- مدلسازی پاسخ چهار گیاه بوتهای به فلزات سنگین باطله زغالسنگ در معدن کارمزد سوادکوه، استان مازندران
جدول 1- حداقل و حداکثر خصوصیات باطله، مدل مناسب و مقدار بهینه برای چهار گیاه بوتهای در باطله زغالسنگ معدن کارمزد سوادکوه، استان مازندران. مدل پاسخ گونهها شامل ثابت (مدل I)، یکنواخت (مدل II)، مسطح (مدل III)، تکنمایی متقارن و نامتقارن (مدل IV و V) و دونمایی متقارن و نامتقارن (مدل VI و VII) است.
خصوصیات باطله |
حداکثر |
حداقل |
|
مقدار بهینه |
|
|
A. absinthium |
A. scoparia |
C. spinosa |
B. prostrata |
|||
رس (درصد) |
24/34 |
62/3 |
(VII) 73/23، 62/3 |
(VII) 24/34، 62/3 |
(V) 90/11 |
(III) 24/34، 98/14 |
سیلت (درصد) |
94/23 |
56/5 |
(IV) 28/17 |
(VII) 88/20، 28/9 |
(IV) 57/6 |
(IV) 15/15 |
شن (درصد) |
58/87 |
76/49 |
(VII) 83/54، 76/49 |
(VI) 58/87، 76/49 |
(VII) 79/84، 76/49 |
(IV) 14/69 |
رطوبت (درصد) |
17/9 |
82/0 |
(IV) 71/2 |
(VI) 50/4، 42/1 |
(VII) 02/3، 82/0 |
(V) 28/1 |
اسیدیته |
91/7 |
56/3 |
(VI) 90/7، 23/7 |
(VII) 68/7، 97/5 |
(V) 86/4 |
(V) 71/5 |
هدایت الکتریکی (دسیزیمنس بر متر) |
36/4 |
08/0 |
(VII) 39/1، 39/0 |
(VII) 51/1، 46/0 |
(III) 14/1، 08/0 |
(IV) 50/3 |
کربن آلی (درصد) |
72/14 |
45/0 |
(IV) 98/4 |
(VII) 93/8، 45/0 |
(IV) 93/1 |
(IV) 91/2 |
ازت کل (درصد) |
53/0 |
001/0 |
(V) 029/0 |
(VI) 47/0، 001/0 |
(IV) 19/0 |
(I)- |
فسفر قابلجذب(پیپیام) |
2/25 |
0 |
(VII) 2/25، 0000521/0 |
(VII) 45/20، 54/7 |
(VII) 2/25، 0000521/0 |
(II) 0000521/0 |
مس (پیپیام) |
582 |
65 |
(V) 63/101 |
(III) 582، 40/231 |
(VI) 88/158، 36/87 |
(II) 00/65 |
روی (پیپیام) |
201 |
109 |
(V) 59/119 |
(VII) 99/200، 35/153 |
(VII) 73/141، 109 |
(VII) 99/200، 70/116 |
سرب (پیپیام) |
69 |
16 |
(VII) 16/53، 16 |
(VII) 99/68، 00/16 |
(VII) 99/68، 16 |
(VII) 32/24، 16 |
نیکل (پیپیام) |
178 |
88 |
(IV) 14/129 |
(III) 178، 32/171 |
(VII) 99/177، 63/111 |
(III) 67/91، 88 |
بحث و نتیجهگیری
بررسی بـومشناسی گونههای گیاهی به ویـژه در محیطهای
تخریب یافته موجب به دست آمدن اطلاعاتی میشود که میتوان از آنها در پروژههای اصلاح و احیا بهره برد (2). در این تحقیق عکسالعمل چهار گونه بوتهای نسبت به خصوصیات باطله زغالسنگ مورد بررسی قرار گرفت. کَوَر (C. spinosa) گیاهی بوتهای و خوابیده است که با توجه به ریشههای عمیق و تاج پوشش وسیع، نقش مهمی در حفاظت خاک و تثبیت شن دارد (5). این گونه تا دمای 50 درجه سانتیگراد در تابستان و 8- درجه سانتیگراد در زمستان را تحمل میکند (38). افسنطین (A. absinthium) یکی از گونههای مهم جنس درمنه بوده که در مازندران، گرگان، گیلان، تهران و آذربایجان پراکنش دارد. افسنطین گیاهی پایا با ریشههای چوبی و شاخههایی به طول یک متر است (10). A. scoparia گیاهی دو یا چندساله با ریشههای عمودی و ساقههای چندتایی به ارتفاع تا 70 سانتیمتر بوده که در مازندران، گرگان، گیلان، آذربایجان، همدان، اصفهان، هرمزگان، بوشهر، خوزستان، خراسان، سمنان و تهران پراکندگی دارد (10). این دو گونه درمنه دارای خاصیت آللوپاتی بوده (22) و توانایی تشکیل بانک بذر را نیز در منطقه مورد مطالعه داشتهاند (13). کوخیا (B. prostrata) گیاهی بوتهای متعلق به خانواده اسفناجیان (Chenopodiaceae) و از عناصر مهم ایرانی-تورانی است. مقاومت به شوری و خشکی، سیستم ریشهای گسترده و عمیق، دامنه اکولوژیکی وسیع و عملکرد مطلوب در استفاده از آب از مهمترین ویژگیهای این گونه است (4).
در خصوص رفتار گونهها نسبت به درصد رس باطله، گونههای A. scoparia، A. absinthium و B. prostrata نسبت به C. spinosa در مقادیر بالای رس مقدار بهینه داشتند. اما گونههای A. absinthium و A. scoparia دارای حد بهینه بالاتری بوده و آشیان اکولوژیک وسیعتری نسبت به کَوَر و کوخیا داشتند. این نتایج نشان میدهد که گونههای A. absinthium و A. scoparia سازگار با بافت رسی هستند. در مطالعات دیگر نیز بیان شد که گونه A. scoparia در خاکهای رسی تا شنی (26) و گونه A. absinthium در خاکهای لومی تا رسی سنگین (34) رشد خوبی دارند. در پاسخ به درصد سیلت خاک، C. spinosa و A. scoparia بترتیب به مقادیر کم و زیاد سیلت بهینه داشتند. بر این اساس گونه A. scoparia نسبت به سیلت دامنه اکولوژیک وسیعتری داشت. با افزایش درصد شن و سبکتر شدن بافت خاک، دو گونه A. absinthium و A. scoparia پاسخ منفی داشته در حالیکه گونههای C. spinosa و B. prostrata پاسخ مثبت داشتند. گونه A. absinthium حداقل همپوشانی آشیان اکولوژیک از نظر میزان شن را با سایر گونهها نشان داد. گونه C. spinosa با حد بهینه 79/84 درصد، نسبت به افزایش درصد شن خاک سازگاری نشان داده که حاکی از شندوست بودن آن است. گیاه کور سازگاری بالایی به شرایط محیطی سخت دارد و سیستم ریشهای عمیق این گونه توانایی رشد در خاکهای با حاصلخیزی کم را فراهم کرده و پراکنش و رشد بهتری در خاکهای با بافت سبک و سنگریزهدار دارد (5،3، 17 و 29). در بررسی پاسخ گونهها به میزان رطوبت باطلهها، گونه A. scoparia دارای حداکثر وفور 54/13 درصد در مقادیر بهینه 50/4 و 42/1 بود. اما به طور کلی، همه گونهها همپوشانی آشیان بیشتری در مقادیر پایینتر رطوبت داشتند که حاکی از تحمل این گونهها به شرایط کمبود رطوبت موجود در باطله است.
اسیدیته بر قابلیت دسترسی مواد غذایی، حاصلخیزی و رویش مجدد گیاه در باطلههای معدنی اثرگذار است (42). در مورد اسیدیته باطله، برای A. scoparia دو حد بهینه (68/7 و 97/5) مشاهده شد اما C. spinosa در اسیدیته 86/4 بهینه داشت. بنابراین آشیان بوم شناختی گونه کَوَر مربوط به شرایط اسیدی باطله بوده (25) و برای گونههای جنس Artemisia این آشیان طیفی از شرایط اسیدی تا قلیایی است. این نتایج با مطالعات قبلی (26، 43) که بیان کردند گونه A. scoparia در محدوده گستردهای از pH های اسیدی، قلیایی و خنثی پراکنش دارد، همسو است. پاسخ مختلف گیاهان به سطوح مختلف شوری به غلظت، ترکیب یونهای محلول و همچنین نوع گونه گیاهی بستگی دارد (21). در پاسخ به هدایت الکتریکی خاک، تنها گونه B. prostrata بیشترین بردباری را با مقدار بهینه 50/3 دسی زیمنس بر متر داشته و بقیه گونهها با افزایش میزان هدایت الکتریکی روند کاهشی را نشان دادند. در همین منطقه گونه B. prostrata تنها در باطله با میزان هدایت الکتریکی بالا حضور داشته است (9). تحمل به شوری این گیاه (30) و حضور در اجتماعات گیاهی مناطق شور (6) نیز گزارش شده است.
در رابطه با درصد کربن آلی باطله، گونه A. scoparia در دامنه گستردهتری از مقدار این متغیر نسبت به سایر گونهها رشد داشته است. در مقادیر اندک کربن آلی در باطله گونه C. spinosa پاسخ مثبتی را نشان داد و این گونه با گونههای A. scoparia و B. prostrata دارای همپوشانی بود. در مطالعات به رشد خوب گونه C. spinosa در خاکهای با مقادیر کم کربن و ماده آلی اشاره شده است (25). در بررسی پاسخ گونهها به نیتروژن خاک، گونه A. scoparia با بیشترین میزان حضور در مقادیر حداقل و حداکثر این متغیر، آشیان بوم شناختی گستردهای داشت. گونه A. scoparia توانایی رشد در اراضی فقیر از نظر عناصر غذایی را دارد (26). فسفر قابل جذب عامل عمده محدودیت رشد گیاهان در باطله معدنی است (40). در پاسخ به فسفر قابل جذب، هر چهار گونه در مقادیر کم فسفر دارای بهینه بوده اما با افزایش فسفر دو گونه درمنه پاسخ مثبت را نشان دادند. البته به جز گونه C. spinosa سایر گونهها دامنه بوم شناختی وسیعتری را برای فسفر نشان دادند.
رفتار گونههای گیاهی مورد مطالعه به فلزات سنگین باطله نشان داد که A. scoparia در بالاترین میزان مس (بهینه 582-40/231 پیپیام) بهینه داشت. مقدار بهینه سایر گونهها کمتر از 200 پیپیام بوده است. اگرچه همه گونهها آشیان وسیعی داشتند و تا مقادیر بالای مس ادامه داشته اما گونه A. scoparia احتمال حضور بیشتری در بالاترین میزان مس داشته است. نسبت به مقادیر نیکل موجود در باطله، A. scoparia با بیشترین حد بهینه (178-32/171پیپیام) و آشیان بوم شناختی (178-99/177پیپیام)، رفتار متفاوتی داشت. در پاسخ به سرب باطله، گونه A. scoparia با افزایش این متغیر روند صعودی داشته و در مقدار 99/68 به بهینه رسید. نسبت به این متغیر همه گونهها از دامنه بوم شناختی وسیع و مشابهی برخوردار بودند. در بررسی منحنی پاسخ گونهها به مقادیر روی، گونه A. scoparia با بهینه 99/200 پیپیام بیشترین تحمل را نسبت به مقادیر بالای این عنصر داشت. در مطالعات مناطق معدنکاری گزارش شده که گونه A. scoparia توانایی ویژهای در تحمل و سازگاری با خاکهای آلوده به فلزات سنگین مس، روی، سرب و نیکل دارد (31 و 36). مروری بر مطالعات گیاهپالایی این گونههای گیاهی نشان داد که A. absinthium در جذب و تحمل فلزات سرب، کادمیوم، روی و نیکل مؤثر عمل میکند (23). A. scoparia ظرفیت بالایی در تجمع فلزات مس، روی، سرب، نیکل، کادمیوم، کروم و کبالت دارد (15 و 36). گونه B. prostrata کارآیی خوبی در جذب و انتقال روی دارد (12).
توانایی استقرار گیاهان در باطله های معدنی در ارتباط با سازشهای بوم شناختی است. در این تحقیق پاسخ چهار گیاه بوتهای به خصوصیات فیزیکی و شیمیایی باطله زغال سنگ نشان داد که هر گونه با توجه به هر خصوصیت فیزیکی و شیمیایی باطله پاسخ متفاوتی داشته است. همچنین برای ویژگی خاص باطله، گیاهان دارای رفتار مشابه یا متفاوت بودند. گونه A. scoparia پهنترین آشیان بوم شناختی را نسبت به بافت باطله داشته و گونه B. prostrata به مقادیر بالای هدایت الکتریکی بردبار بوده است. به غیر از گونه A. absinthium، سایر گونه ها به شرایط اسیدی باطله مقاوم بودند. همه گونهها در مقادیر کم عناصر غذایی پاسخ مشابه داشتند. گونه A. scoparia در غلظتهای بالای فلزات سنگین دارای بهینه بوده است.