لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
فرمت فایل word و قابل ویرایش و پرینت
تعداد صفحات: 6
بررسی توانایی جذب کادمیوم از خاکهای آلوده با استفاده از مقایسه دوگیاه ذرت وآفتابگردان
فائزه یعقوب زاده،داود ارادتمند،مجتبی یوسفی راد
1-دانش آموخته کارشناسی ارشد دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساوه2- استاد یار گروه زراعت دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساوه3-.استاد یار گروه زراعت دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساوه
F_yaghoobzadeh@yahoo.com
چکیده :
افزایش فعالیتهای صنعتی در طی سالهای اخیر و به دنبال آن ورود انواع آلایندههای آلی و غیرآلی از جمله کادمیوم به خاک از مشکلاتی است که سلامت بشر را تهدید میکند. هدف این مطالعه بررسی توانایی جذب کادمیوم از خاکهای آلوده با استفاده از دوگیاه ذرت وآفتابگردان است. این آزمایش به صورت فاکتوریل در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با چهار سطح نیترات کادمیوم(0،200،300،400میلی گرم در کیلوگرم خاک) و دوگیاه آفتابگردان و ذرت با سه تکرار در گلخانه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساوه اجرا شد. نتایج این آزمایش نشان داد که اثر سطوح کادمیوم برمیزان کادمیوم در گیاه معنیدار بود به طوری که هرچه سطوح کادمیوم خاک بیشتر شد غلظت ومحتوای کادمیوم در ریشه واندام هوایی افزایش نشان داد. مقایسه بین دوگیاه آفتابگردان وذرت نشان داد که گیاه ذرت توانایی بالاتری در جذب و انتقال کادمیوم نسبت به آفتابگردان دارد. به طوری که بیشترین محتوای کادمیوم در گیاه ذرت درغلظت ppm 400 کادمیوم به دست آمد که نسبت به آفتابگردان به طور معنیداری بالاتر بوده است.
کلمات کلیدی:آفتابگردان،ذرت،جذب کادمیوم
مقدمه
فلزات سنگین گروه اصلی آلاینده های غیر آلی هستند که به دلیل استفاده از لجن یا فاضلابهای شهری، آفتکش ها ،کود شیمیایی و وجود دود خودرو، بقایای معادن فلزات و نیز صنایع ذوب فلزات، سطح گستردهای ازارا ضی را آلوده کردهاند. فلزاتی مانند کادمیوم، آرسنیک، کروم، سرب، نیکل وسلنیوم به طور معمول در خاک کشاورزی یافت نمیشودو در غلظت زیاد برای گیاهان سمی هستند(15).هر چند غلظت عناصر سنگین در پساب ممکن است کم و ناچیز باشد تجمع آنها در خاک میتواند سبب افزایش غلظت عناصر سنگین در گیاهان کشت شده در این خاکها شود.گرچه برخی از فلزات سنگین برای رشد گیاه لازم هستند غلظت بیش از حد آنها می تواند برای گیاه و جانور مشکلزا باشد. استفاده از پساب در کوتاه مدت ممکن است سمیتی در گیاه ایجاد نکند اما مصرف طولانی مدت فاضلابها یا به عبارتی ورود کنترلنشده عناصر سنگین به خاکها سبب افزایش غلظت این عناصر در خاک شده گیاهان کشت شده در این خاک ها این عناصر راجذب کرده، به آسانی وارد زنجیره غذایی میشوند(4).فلزهای سنگین ازطریق فعالیتهای بشر (احتراق سوخت های فسیلی ،استخراج معادن ،تصفیه سنگ های حاوی فلز، فاضلاب های شهری،آفتکش ها، مواد رنگی وباتریها)و فرسایش طبیعی سنگها میتوانند به بیوسفر وارد شوند.باید به این نکته توجه داشت که همه عناصر به طور طبیعی در خاک وجود دارند و در تعریف غلظت طبیعی آنها در خاک بایستی تغییرات زمین شناسی وجغرافیایی در نظر گرفته شود فرآیند های خاکسازی وهوادیدگی سنگ بستر باعث می شودکه غلظت این عنصر به طور تدریجی درخاک افزایش یابد(5). کاربردگیاهان با توانایی جذب فلزات سنگین یک روش جایگزین وکم هزینه برای تهیکردن خاک از فلزات سنگین میباشد کاربرد گیاهان برای زدودن خاکها وآبهای آلوده را تکنیک گیاه پالایی مینامندکه به صورت یک شیوه جدید برای اصلاح واحیا خاک های آلوده به روش در محل مطرح می باشد. استفاده از گیاهان برای جابه جایی انتقال یا تثبیت فلزات سنگین در خاکهای با آلودگی کم تا متوسط و در محدوده گسترش ریشه از فناوریهای گیاه پالایی میباشد. این تکنیک در ابتدا برای آبهای حاوی مواد زائد وآلوده زیرزمینی و سپس برای خاکها وهوای آلوده به کار رفته است(8).گیاهانی وجود دارندکه به طور غیرمعمول وحیرتآوری عناصر خاص را در خود متمرکز می سازند این گیاهان در شرایط آلوده انتخاب طبیعی شده وویژگی های فیزیولوژیکی وژنتیکی برای مقابله با سطوح بالای عناصر یافتهاند(7).
Shen و همکاران (2006) نشان دادند که با افزایش غلظت کادمیوم در خاک میزان جذب این عنصر توسط گیاه ذرت افزایش می یابد. آنها 3 غلظت 0 ، 25 و 100 گرم کادمیوم بر کیلوگرم خاک را مورد آزمایش قرار دادند. نتایج نشان داد که غلظت کادمیوم در ریشه و اندام هوایی متفاوت بود به گونه ای که با افزایش غلظت کادمیوم در خاک (0 ، 25 و100 میلی گرم بر کیلوگرم) غلظت این عنصر در اندام هوایی به ترتیب 2/0، 7/38 و5/98 میلی گرم بر کیلوگرم بود و در ریشه به ترتیب 3، 135 و584 میلی گرم بر کیلوگرم شد (14). فرضیه جذب ثابت که chaney etal (1993) مطرح کردندبر این اساس استوار است که جذب فلزات سنگین توسط گیاه به عنوان تابعی خطی از شدت افزایش فلز در خاک صورت میگیرد تا این که به یک حد بیشینه رسیده و پس ازآن مقدار جذب ثابت میشود این اثر می تواند تابع فیزیولوژی گیاه باشد(6). Adamu etal (1982) رابطه خطی بین کادمیوم گیاه وکادمیوم قابل جذب خاک را گزارش کردند(3). تجمع کادمیوم گیاهان در سطح خانوادههای مختلف گیاهی متفاوت است براسیکایسه و فاباسه به ترتیب خانوادههایی هستند که گونههای آنها بیشترین وکمترین تجمع کادمیوم را نشان میدهند(9). اهداف عمده این تحقیق بررسی و شناخت میزان جذب کادمیوم توسط گیاهان زراعی در خاک آلوده، به کارگیری یک روش اقتصادی و غیر مخرب برای تصفیه آلودگیهای خاک و برطرف کردن مشکلات موجود در تصفیه و استخراج فلزات سنگین وکاهش هزینهها میباشد.
مواد وروشها:
به منظور بررسی توانایی جذب کادمیوم در آفتابگردان و ذرت ،آزمایشی در مزرعه آموزشی - تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساوه درسال زراعی 89-1388 به اجرا درآمد. این آزمایش به صورت فاکتوریل در قالب طرح بلوکهای کامل تصادفی با 2 فاکتور ودر 3 تکرار به اجرا در آمد. فاکتور اول شامل استفاده از سطوح مختلف نیترات کادمیوم (400و0،200،300 میلیگرم بر کیلوگرم( وفاکتور دوم شامل دورقم آفتابگردان وذرت است. برای اینکه کاشت در محیط طبیعی وتقریبا مشابه شرایط مزرعه صورت گیرد از خاک مزرعه جهت بستر کشت وپر کردن گلدانها استفاده شد. جهت بستر کشت گلدانهای پلاستیکی با ظرفیت 10 کیلوگرم به کار گرفته شد. جهت اعمال سطوح مختلف کادمیوم در خاک برای هر گلدان 10 کیلوگرم از خاک مزرعه وزن شده وداخل کیسههای پلاستیکی ریخته شد.سپس نمک نیترات کادمیوم را به اندازه لازم (2و3و4 گرم) برای هر تیمار در آب حل کرده وداخل کیسههای پلاستیکی اضافه شد. کیسههای پلاستیکی حاوی خاک ونیترات کادمیوم به مدت یک هفته جهت تثبیت کادمیوم در خاک دست نخورده باقی ماند. پس ازیک هفته خاک داخل هر پلاستیک به گلدانها منتقل شد. جهت انجام این آزمایش از بذور گیاه ذرت (رقم 704) و گیاه آفتابگردان (رقم پروگرس )استفاده شد. پس از آماده سازی گلدانها کاشت بذور صورت گرفت وطی دوره رشد عملیات آبیاری ،تنک ،مبارزه باعلف هرز وکنترل آفات انجام گرفت .بعد از اینکه ذرت وآفتابگردان به مرحله گلدهی رسیدند برای عملیات برداشت ابتدا اندام هوایی از سطح خاک قطع و سپس جهت خارج کردن ریشه از خاک ، گلدانها را در حالت مایل نگه داشته وبا استفاده از یک شلنگ آب با فشار متوسط به داخل گلدانها گرفته شد به این ترتیب پس ازبیرون رفتن خاک اطراف ریشه توسط فشار آب ریشه ها به طور کامل وسالم از گلدانها خارج شدند. برای اندازه گیری وزن خشک ریشه و اندام هوایی 48 ساعت در دمای 70درجه داخل آون قرار داده شد بعد از دوشبانه روز ریشه واندام هوایی از آون خارج شده وتوسط ترازو دیجیتالی وزن گردیدند. گیاهان خشک شده در آون ،در مرحله بعد کاملا به حالت پودری تبدیل شده وبا مشخصات کامل هرنمونه به آزمایشگاه دانشکده کشاورزی منتقل شدند. در آزمایشگاه عصاره گیاهی از روش هضم به روش سوزاندن خشک آماده شد وغلظت کادمیوم عصاره با دستگاه جذب اتمی تعیین شد سپس با استفاده از غلظت و وزن خشک محتوای عناصر اندازه گیری شد. تجزیه وتحلیل داده ها با استفاده از نرم افزار MSTATC انجام شد وبرای ترسیم نمودار ها از نرم افزار EXCELاستفاده گردید. مقایسه میانگین ها با استفاده از آزمون دانکن در سطح احتمال 5% انجام گرفت.
نتایج وبحث
با توجه به مقایسه میانگین داده های حاصل از اثرات متقابل بین دوگیاه وسطوح مختلف کادمیوم بیشترین محتوای کادمیوم اندام هوایی مربوط به گیاه ذرت در غلظت ppm400و300 نیترات کادمیوم وکمترین محتوای کادمیوم اندام هواییدر دوگیاه آفتابگردان وذرت در حالت شاهد (غلظت صفر) است. نتایج نشان داد که افزایش محتوای کادمیوم در دوگیاه مورد مطالعه باعث افزایش میزان این عنصر در اندام هوایی شده است.با توجه به مقایسه میانگین داده های حاصل از اثرات متقابل بین دو گیاه وسطوح مختلف کادمیوم بیشترین محتوای کادمیوم ریشه مربوط به گیاه ذرت در غلظت ppm400نیترات کادمیوم وکمترین محتوای کادمیوم ریشه در دوگیاه آفتابگردان وذرت در حالت شاهد (غلظت صفر) است.نتایج نشان داد که افزایش محتوای کادمیوم در دوگیاه مورد مطالعه باعث افزایش محتوای این عنصر در ریشه شده است(نمودار1)
.با توجه به نتایج به دست آمده هرچه سطح کادمیوم خاک بیشتر شد غلظت ومحتوای کادمیوم در ریشه واندام هوایی افزایش نشان داد به طوری که این افزایش در ریشه نسبت به اندام هوایی چشمگیر بود.به طور کلی گیاهان مختلف در جذب عناصر ومواد غذایی متفاوت هستند واثر اصلی گیاه در جذب عنصر کادمیوم نیز از این روند تبعیت می کند.در گزارشات مختلف در رابطه با مقایسه گیاهان جهت استفاده در گیاه پالایی آمده است،گیاهان مختلف پاسخ های متفاوتی در جذب عناصر از خود نشان می دهند. به طوری که غلظت این عناصر در ریشه به طور معنی داری بیشتر از اندام هوایی است که احتمالا این نتایج تحرک کم این فلز را در گیاه نشان می دهد. که این نتایج با نتایج ، Mosse et al, 1982))،( Marry,1986 ) همخوانی دارد(10و13).بالابودن غلظت عناصرسنگین در ریشه نسبت به اندام هوایی با نتایج(Agarval,2002)، Mireles,2004) (و (ملاحسینی وهمکاران، 1384)که به ترتیب نشان دادند غلظت آرسنیک، نیکل وسرب در ریشه نسبت به اندام هوایی بیشتر است مشابه می باشد(2،12،4). Mccutcheon and schnoor ,2003) ) بیان کردند که گیاه آفتابگردان یکی از گزینه های مناسب زراعی برای استخراج فلزات سنگین از جمله کادمیوم می باشد(11). همچنین (خسروی ،1388) نشان داد که زیست توده تولیدی آفتابگردان نسبت به کلزا بیشتر است ، بنابراین در مجموع راندمان گیاه پالایی بالایی داردکه بانتایج ما مشابه است(1) .با توجه به نتایج این آزمایش می توان گفت که رقم 704 ذرت یک گیاه دومنظوره است که هم برای تغذیه انسان وهم می تواند به عنوان ذرت علوفه ای مورد استفاده قرار گیردوضمنا به علت مقاوم بودن وداشتن ریشه های زیاد وعمقی تر نسبت به گیاهان انبوه سازمیتوان برای پاکسازی خاک های آلوده به فلزات سنگین نیز از آن استفاده نمود. همچنین می توان با انتقال عوامل مقاومت آن به گیاهان غیر اقتصادی با بیوماس زیاد،گیاهان ترانسژن ایجاد ودر پاکسازی خاکهای آلوده از آنها استفاده کرد.
نمودار1- مقایسه میانگینهای اثرات متقابل کادمیوم ورقم بر محتوای کادمیوم ریشه
منابع
1-خسروی و همکاران 1388 . اثر کلرید پتاسیم بر جذب کادمیم توسط کلزا و آفتابگردان در یک خاک آلوده . نشریه آب و خاک جلد 23 شماره 3 ص 28-25
2-ملاحسینی ح . هراتی م . اکبری غ . حریری ن . عبادی ت . فوقی ب . و بغوری الف 1384 . تجمع فلزات سنگین در اندام های ذرت علوفه ای تحت آبیاری با فاضلاب . مجموعه مقالات نهمین کنگره علوم خاک ایران .
3 (Adamu, C. A., P. F . Bell , c . Mulchi and R .chaney .1989 . Residual metal concentraions in tobaacco a decade following farmland application of municipal sludge .J .Environ .pollut . 56: 113-126.
4)Agarval S.K.2002 .pollution managiment : water pollution . A.P.H. publ New Delhi.384 pp.
Shotyk ., 2000 : critical examination of trace element and depletion in soils :As , Cr , Cu , Ni , pd and zn in swiss forest soil . sci .Total Environ . 249 , 257- 280 .
5(Blaster, p.,s Zimmermann , J. Luster and W.Shotyk ., 2000 : critical examination of trace element and depletion in soils :As , Cr , Cu , Ni , pd and zn in swiss forest soil . sci .Total Environ . 249 , 257- 280 .
6(Chaney, R . L .and J . A . Ryan. 1993 . Heavy metals and toxic organic pollutants in MSW – compost : Research results on phytoavilability, bioavailability , fate , etc . pp 451 – 506 .In : H . A .J . Hoitink and H.M.Keener (Eds), science and Engineering of composing : Design, Environmental, Microbiological and Utilization Aspects . Renaissance pud ., Worthington, ohio
7(Kaldorf, M., Kuhn , A.J., Schroder, W.H., Hildebrandt, U . and Bothe , H., Selective element deposits in maize colonized by a heavy metal tolerance conferring arbuscular mycorrhizal fungus .J.Plant Physiol., 1999, 154 , 718 – 728.
8(Khan, A,G., Kuek, C.,Chaudhry, T.M.,Khoo, c.s and Hayes, W.J., Role of plants , mycorrhizae and phytochelators in heavy metal contaminated land remediation. Chemosphere, 2000 , 41,197- 207 .
9(Leita, L, Den , bili , M ., Mondini, c . and Garicia, M . T . B (1993) . Response of Leguminosae to cadmium exposure .J .PI .Nutr . 16: 2001 – 2012.
10)Marry , R.H. ,Tiller , K.G. and Alston , A.M., (1986) .The effects of contamination of soil with copper , lead , and arsenic on the growth and composition of plants . Effects of season , genotype , soil temperature and fertilizers . plants and soil , 91,115 – 128 .
تحقیق درباره بررسی توانایی جذب کادمیوم از خاک¬های آلوده با استفاده از مقایسه دوگیاه ذرت وآفتابگردان
