مقایسه کارایی گندم، شبدر و کلزا در پالایش خاک از فلز سنگین کادمیوم

نوع مقاله: مقاله کوتاه

نویسندگان

1 دانشیار گروه علمی کشاورزی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

2 مربی گروه علمی کشاورزی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

چکیده

مقدمه
فلزات سنگین که ازجمله مهم‌ترین عوامل آلوده‌کننده‌ی محیط­ های طبیعی و سیستم­های زراعی هستند و تقریباً در تمامی نواحی صنعتی یافت می­شوند. اثر سمی مقادیر بالای فلزات سنگین در گیاهان نیز دیده می­شود. یکی از ویژگی­های خاص فلزات سنگین که در بروز اثرات سمی آن‌ها نقش مهمی دارد، خاصیت انباشتگی زیستی فلزات سنگین است. فلزات سنگین ازنظر زیستی غیرقابل‌تخریب و تجزیه هستند و به‌صورت نامحدود در محیط باقی می­مانند که درنهایت کیفیت خاک و سلامت انسان را تحت تأثیر قرار می­دهد؛ بنابراین، حذف و یا حداقل کاهش غلظت آن‌ها از سیستم­های زراعی به‌طور تنگاتنگی با سلامتی انسان در ارتباط است. ازجمله فلزات سنگین که از طرق مختلف مانند استفاده از آفت­کش­ها وارد سیستم­های زراعی می­شود، کادمیوم است که یک عنصر غیرضروری برای گیاهان است. این در حالی است که کادمیوم به‌راحتی توسط ریشه گیاه جذب می­شود و سمیت آن تا 20 برابر بیشتر از سایر فلزات سنگین است. روش­های شیمیایی، فیزیکی و بیولوژیکی مختلفی برای حذف فلزات سنگین از خاک­های زراعی معرفی شده است. یک روش سازگار با محیط‌زیست و کم­ هزینه برای حذف فلزات سنگین از خاک­های زراعی استفاده از تکنولوژی گیاه­ پالایی است. هدف از اجرای آزمایش حاضر مقایسه کارایی گندم، شبدر و کلزا در حذف فلز سنگین کادمیوم از خاک­های زراعی در راستای کاهش تنش فلزات سنگین برای گیاهان زراعی بعدی در تناوب زراعی بود.
 
مواد و روش­ها
این آزمایش به‌صورت فاکتوریل دوعاملی (3×3) در سه تکرار در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی اجرا گردید. عامل اول نوع گیاه شامل گندم، شبدر و کلزا و عامل دوم غلظت فلز سنگین کادمیوم افزوده‌شده به خاک شامل صفر، 50 و 100 میلی­گرم برای هر کیلوگرم خاک بود. برای اجرای آزمایش، ابتدا نمونه ­های خاک با مقادیر صفر، 50 و 100 میلی­گرم کادمیوم در هر کیلوگرم خاک آلوده و سپس گلدان­های آزمایش (با قطر و ارتفاع 40 سانتی­متر) با نمونه­ های خاک تهیه‌شده به میزان مساوی (10 کیلوگرم خاک آلوده) پر شدند. به‌منظور به تعادل رسیدن کادمیوم اضافه‌شده به خاک، قبل از کاشت، سه دوره خشکی و رطوبت اعمال گردید. در مرحله بعد، بذر گیاهان گندم، شبدر و کلزا بر اساس تراکم مطلوب هر گیاه در گلدان­ها کاشته شدند. بعد از چهار هفته، کل اندام­های گیاهان (ریشه و اندام­های هوایی) برداشت شدند و پس از خشک‌کردن در آون در دمای 75 درجه­ سانتی­گراد به مدت 72 ساعت، آسیاب شدند. میزان کادمیوم در نمونه­ های آسیاب شده اندازه­گیری شد.
 
 
یافته­ها
بیشترین میزان جذب کادمیوم در گندم در غلظت 50 و 100 میلی­گرم کادمیوم در هر کیلوگرم خاک مشاهده شد که از سایر تیمارهای آزمایش بیشتر بود. افزایش غلظت از 50 به 100 میلی­گرم در هر کیلوگرم خاک تأثیر زیادی بر توانایی گندم، کلزا و شبدر در جذب کادمیوم از خاک نداشت. معمولاً گیاهانی که دارای توده زیستی بالاتری باشند، قادرند مقدار بیشتری از فلزات سنگین را از خاک حذف نمایند. این موضوع با نتایج تحقیق حاضر تا حدودی مطابقت دارد چراکه گندم که بیشترین میزان جذب کادمیوم از خاک را داشت، زیست­ توده آن از شبدر بیشتر است. بااین‌حال، عدم تفاوت معنی­دار بین کلزا و شبدر در برداشت کادمیوم از خاک با یافته­ های این محققان مطابقت ندارد چراکه کلزا، زیست­ توده بیشتری از شبدر تولید می­کند. اگرچه روش­های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی مختلفی برای کاهش غلظت فلزات سنگین در خاک مورداستفاده قرار می­گیرد ولی برای کادمیوم استفاده از رو گیاه­پالایی کارایی بیشتری دارد.
 
 
 نتیجه­ گیری
به‌طورکلی، نتایج پژوهش حاضر، نتایج سایر تحقیقات در مورد امکان استفاده از گیاه ­پالایی در حذف فلزات سنگین ازجمله کادمیوم را مورد تأیید قرار داد. همچنین، نتایج مشخص نمود که گندم علاوه بر ارزش تغذیه­ ای، توانایی بالایی در کاهش تنش فلزات سنگین ناشی از کادمیوم دارد که در تعیین برنامه­ های تناوبی می­تواند موردتوجه قرار بگیرد

کلیدواژه‌ها


Akbarpour, F., Sadri F., Golalizadeh, D., 2013. Phytoremediation of heavy metal (Lead, Zinc and Cdmium) from polluted soils by Arasbaran protected areas native plants. Journal of Water and Soil Conservation. 1(4), 53-67. [In Persian with English Summary].

Amouie, A.I., Mahvi, A.H., Nadafi, K., 2012. Effect of chemical materials on cupper and cadmium uptake by plants in North Iran. Journal of Medical Science. 86, 116-124. [In Persian with English Summary].

Amouie, A.I., Mahvi, A.H., Nadafi, K., Fahimi, H., Mesdaghinia, A., Naseri, S., 2013. Evaluation of optimum operation for phytoremediation of cadmium and cupper. Journal of Medical Science. 17, 93-102. [In Persian with English Summary].

Chen, H., Teresa, C., 2001. EDTA and HEDTA effects on Cd, Cr and Ni uptake by Helianthus annuus. Journal of Chemosphere. 45, 21-28.

Clemente, R., Almela, C., Bernal, M.P., 2006. A remediation strategy based on active phytoremediation followed by natural attenuation in a soil contaminated by pyrite waste. Journal of Environmental Polluttion. 143(3), 397-406.

Eskandari, H. 2015. The text book of physiology of abiotic stress on crop plant. Arna publication. Tehran. 275p. [In Persian].

Khan, A.G., 2005. Role of soil microbes in the rhizospheres of plants growing on trace metal contaminated soils in phytoremediation. Journal of Trace Element and Medical Biology. 18(4), 355-64.

Liphadzi, M.S., Kirkham, M.B. (2006). Availability and plant uptake of heavy metals in EDTA-assisted phytoremediation of soil and composted bio solids.  South Africa Journal of Botany. 72(3), 391-397.

Naderi, MR., Danesh-Shahraki, A.R., Naderi, R., 2013. A review on polluted soils by heavy metals. Human and Environment. 23, 35-49. [In Persian with English Summary].

Neisi, A., Vosoughi, M., Mohammadi, M.J., Mohammadi, B., Naeimabadi, A., 2015. Phytoremediation of by Helianthus plant. Journal of Medical Science. 2(2), 55-66. [In Persian with English Summary].

Nourani Azad, H., Kafil-zadeh F., 2012. The effect of cadmium toxicity on growth, soluble sugars, photosynthetic pigments and some of enzymes in safflower. Iranian Journal of Biology. 6(24), 858-867. [In Persian with English Summary].

RafatI, M., Khorasani, N., Moraghebi, F., Shirvany, A., 2012. Phtoextraction and phystostabilization potential of cadmium chromium and nickel by Pupulus alba and Morus alba species. Journal of Natural Environment. 65(2), 181-191. [In Persian with English Summary].

Salimi, M., Amin, M.M., Ebrahimi, A., Ghazifard, A., Najafi, P., Amini, H., Razmjoo, P., Vahid Dastjerdi, M., 2012. Influence of salinity on phytoremediation of cadmium on contaminated soils. Journal of Health Research. 6, 1130-1137. [In Persian with English Summary].

Salt, D.E., Prince, R.C., Pickering, I.J., Raskin, I., 1995. Mechanism of cadmium mobility and accumulation in Indian mustard. Plant Physiology. 109, 1427- 1433.

Tüzen, M., 2003. Determination of heavy metals in soil, mushroom and plant samples by atomic absorption spectrometry. Microchemistry Journal. 74(1), 289-97.

Vinita, B., 2007. Phytoremediation of toxic metals from soil and waste water. Indian Journal of Environmental Biology. 28(2), 367-376.