جلد 23، شماره 3 - ( 4-1403 )
جلد 23 شماره 3 صفحات 236-222 |
برگشت به فهرست نسخه ها
Ethics code: IR.BPUMS.REC.1399.052
Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
Alivand A, Hashemi S E, Abdi G, Nasrzadeh F, Heydari M, Behroozi M. Evaluation of Phytoremediation Process with Prosopis Cineraria in Removing Pyrene and Cadmium from Contaminated Soils: A Laboratory Study. JRUMS 2024; 23 (3) :222-236
URL: http://journal.rums.ac.ir/article-1-7295-fa.html
URL: http://journal.rums.ac.ir/article-1-7295-fa.html
عالیوند امین، هاشمی سید عنایت، عبدی غلامرضا، نصر زاده فرزانه، حیدری محمد، بهروزی مجتبی. ارزیابی فرآیند گیاه پالایی با درخت کهور در حذف پایرن و کادمیوم از خاکهای آلوده:
یک مطالعه آزمایشگاهی. مجله دانشگاه علوم پزشکی رفسنجان. 1403; 23 (3) :222-236
دانشکده بهداشت و تغذیه، دانشگاه علوم پزشکی بوشهر، بوشهر، ایران
متن کامل [PDF 435 kb]
(193 دریافت)
| چکیده (HTML) (421 مشاهده)
جدول 2- تعیین کارآیی حذف پایرن و کادمیوم از خاک رس آلوده توسط ۴ تیمار تصفیه
جدول 3- کارآیی فرآیند گیاه پالایی با استفاده از درخت کهور در حذف پایرن از خاک رس آلوده حاوی کود حیوانی
جدول 4- کارآیی فرآیند گیاه پالایی با استفاده از درخت کهور در حذف پایرن از خاک رس آلوده حاوی سورفکتانت
جدول 5- تعیین کارآیی حذف پایرن و کادمیوم از خاک رس آلوده با استفاده از فرآیند گیاه پالایی واجد سورفکتانت و کود حیوانی
شکل 1- کارآیی فرآیند گیاه پالایی با استفاده از درخت کهور در حذف کادمیوم از خاک رس آلوده حاوی سورفکتانت و کود حیوانی
شکل 2- کارآیی فرآیند گیاه پالایی با استفاده از درخت کهور در حذف پایرن از خاک رس آلوده حاوی سورفکتانت و کود حیوانی
متن کامل: (295 مشاهده)
مقاله پژوهشی
مجله دانشگاه علوم پزشکی رفسنجان
دوره 23، خرداد 1403، 136-122
ارزیابی فرآیند گیاه پالایی با درخت کهور در حذف پایرن و کادمیوم از خاکهای آلوده:
یک مطالعه آزمایشگاهی
امین عالیوند[1]، سید عنایت هاشمی[2]، غلامرضا عبدی[3]، فرزانه نصرزاده[4]، محمد حیدری[5]، مجتبی بهروزی[6]
دریافت مقاله: 2/12/1402 ارسال مقاله به نویسنده جهت اصلاح: 3/2/1403 دریافت اصلاحیه از نویسنده: 13/3/1403 پذیرش مقاله: 19/3/1403
چکیده
زمینه و هدف: گیاه پالایی با گیاهان بومی به دلیل مزیتهای زیاد و مقرون به صرفه بودن، یک فناوری نوظهور برای اصلاح خاکهای آلوده به مواد آلی و فلزات سنگین محسوب میشود. مطالعه حاضر با هدف تعیین کارآیی فرآیند گیاه پالایی در حذف پایرن و کادمیوم از خاک آلوده با استفاده از درخت کهور از مهر ماه 1400 تا 1401 در دانشگاه علوم پزشکی بوشهر انجام شد.
مواد و روشها: در این مطالعه آزمایشگاهی نقش هر کدام از ماتریکسهای خاک رس، کود حیوانی و سورفکتانت آنیونی سدیم دودسیل سولفات و غیریونی توئین ۸۰ با کشت درخت کهور به طور مجزا و تلفیقی در حذف پایرن و کادمیوم در غلظتهای 50 تا 200 میلیگرم/کیلوگرم در بازه یک تا سه ماهه مورد بررسی و آنالیز قرار گرفتند. آنالیز نمونهها با دستگاه کروماتوگرافی گازی و جذب اتمی انجام شد. دادههای نهایی با استفاده از نرم‌افزار اکسل مورد بررسی قرار گرفت.
یافتهها: در مطالعه اخیر با گذشت زمان غلظت پایرن و کادمیوم در خاک رس واجد سورفکتانت و کود حیوانی در فرآیند گیاه پالایی به کمک درخت کهور کاهش یافت. با افزایش غلظت پایرن به ترتیب از 50 به 200 میلیگرم/کیلوگرم، حداکثر راندمان حذف پایرن بین 43/85 و 55/57 درصد و با افزایش غلظت کادمیوم از 50 به 100 میلیگرم/کیلوگرم، حداکثر راندمان حذف کادمیوم بین 68/83 و 80/67 درصد، در پایان ماه سوم حاصل شد.
نتیجهگیری: نتایج مطالعه حاضر نشان داد که از بین تقویت کنندههای مختلف، خاکهای رسی حاوی کود حیوانی و سورفکتانتها بهطور قابل‌توجهی باعث افزایش در اصلاح خاکهای آلوده به کادمیوم و پایرن توسط گیاه پالایی میشود.
واژههای کلیدی: گیاه پالایی، پایرن، کادمیوم، سورفکتانت، خاک آلوده، درخت کهور
ارجاع: عالیوند ا، هاشمی س‌ع، عبدی غ‌ر، نصرزاده ف، حیدری م، بهروزی م. ارزیابی فرآیند گیاه پالایی با درخت کهور در حذف پایرن و کادمیوم از خاک-های آلوده یک مطالعه آزمایشگاهی. مجله علمی پژوهشی دانشگاه علوم پزشکی رفسنجان، سال 1403، دوره 23 شماره 3، صفحات: 136-122.
مجله دانشگاه علوم پزشکی رفسنجان
دوره 23، خرداد 1403، 136-122
ارزیابی فرآیند گیاه پالایی با درخت کهور در حذف پایرن و کادمیوم از خاکهای آلوده:
یک مطالعه آزمایشگاهی
امین عالیوند[1]، سید عنایت هاشمی[2]، غلامرضا عبدی[3]، فرزانه نصرزاده[4]، محمد حیدری[5]، مجتبی بهروزی[6]
دریافت مقاله: 2/12/1402 ارسال مقاله به نویسنده جهت اصلاح: 3/2/1403 دریافت اصلاحیه از نویسنده: 13/3/1403 پذیرش مقاله: 19/3/1403
چکیده
زمینه و هدف: گیاه پالایی با گیاهان بومی به دلیل مزیتهای زیاد و مقرون به صرفه بودن، یک فناوری نوظهور برای اصلاح خاکهای آلوده به مواد آلی و فلزات سنگین محسوب میشود. مطالعه حاضر با هدف تعیین کارآیی فرآیند گیاه پالایی در حذف پایرن و کادمیوم از خاک آلوده با استفاده از درخت کهور از مهر ماه 1400 تا 1401 در دانشگاه علوم پزشکی بوشهر انجام شد.
مواد و روشها: در این مطالعه آزمایشگاهی نقش هر کدام از ماتریکسهای خاک رس، کود حیوانی و سورفکتانت آنیونی سدیم دودسیل سولفات و غیریونی توئین ۸۰ با کشت درخت کهور به طور مجزا و تلفیقی در حذف پایرن و کادمیوم در غلظتهای 50 تا 200 میلیگرم/کیلوگرم در بازه یک تا سه ماهه مورد بررسی و آنالیز قرار گرفتند. آنالیز نمونهها با دستگاه کروماتوگرافی گازی و جذب اتمی انجام شد. دادههای نهایی با استفاده از نرم‌افزار اکسل مورد بررسی قرار گرفت.
یافتهها: در مطالعه اخیر با گذشت زمان غلظت پایرن و کادمیوم در خاک رس واجد سورفکتانت و کود حیوانی در فرآیند گیاه پالایی به کمک درخت کهور کاهش یافت. با افزایش غلظت پایرن به ترتیب از 50 به 200 میلیگرم/کیلوگرم، حداکثر راندمان حذف پایرن بین 43/85 و 55/57 درصد و با افزایش غلظت کادمیوم از 50 به 100 میلیگرم/کیلوگرم، حداکثر راندمان حذف کادمیوم بین 68/83 و 80/67 درصد، در پایان ماه سوم حاصل شد.
نتیجهگیری: نتایج مطالعه حاضر نشان داد که از بین تقویت کنندههای مختلف، خاکهای رسی حاوی کود حیوانی و سورفکتانتها بهطور قابل‌توجهی باعث افزایش در اصلاح خاکهای آلوده به کادمیوم و پایرن توسط گیاه پالایی میشود.
ارجاع: عالیوند ا، هاشمی س‌ع، عبدی غ‌ر، نصرزاده ف، حیدری م، بهروزی م. ارزیابی فرآیند گیاه پالایی با درخت کهور در حذف پایرن و کادمیوم از خاک-های آلوده یک مطالعه آزمایشگاهی. مجله علمی پژوهشی دانشگاه علوم پزشکی رفسنجان، سال 1403، دوره 23 شماره 3، صفحات: 136-122.
مقدمه
به دلیل اثرات منفی احتمالی تراتوژن، سرطانزا و جهشزا بر سلامت انسان و محیط زیست، هیدروکربنهای آروماتیک چند حلقهای و فلزات سنگین مشکلات زیست محیطی جدی ایجاد میکنند. مکانهای آلوده به آلایندههای آلی و فلزی رایج هستند و به عنوان یک نگرانی عمومی و مشکل زیست محیطی در نظر گرفته میشوند. آلودگی خاک میتواند مشکلاتی بر سلامت انسان و یا اکوسیستم داشته باشد (1). در میان آلایندهها، کادمیوم به عنوان یک فلز غیرضروری و بالقوه سمی در نظر گرفته میشود و سطوح بالای آن در منابع آب و خاک تهدیدی برای سلامت انسان است (2). از سوی دیگر، هیدروکربنهای آروماتیک چند حلقهای به عنوان ترکیبات سمی، سرطانزا و جهشزا، به دلیل اثرات نامطلوب آنها بر سلامت انسان، یک نگرانی عمده هستند (3) .پایرن (Pyrene)، یکی از 16 آلاینده آروماتیک چند حلقهای، نیز به عنوان یک آلاینده پایدار در محیط در نظر گرفته میشود. آلودگی همزمان با فلزات سنگین و هیدروکربنهای حلقوی در خاک، تهدیدات جدی اکولوژیکی از جمله افزایش سمیت برای فعالیت و تنوع میکروبی، کاهش در دسترس پذیری بیولوژیکی و مهار رشد گیاه ایجاد کرده است (4).
عوامل متعددی بر وضعیت خاک تأثیر دارند. اصلاح محیطی شامل تمام تکنیکها و فرآیندهایی است که برای حذف آلایندهها از خاک استفاده میشود. آلودگی خاک خطرات و نگرانیهای زیادی را برای سلامتی افراد و محیط زیست ایجاد میکند، خواه آنها در تماس مستقیم با آن باشند، آن را مصرف کنند و یا وارد زنجیره تامین مواد غذایی کنند. روشهای اصلاح خاک برای حذف انواع آلایندهها از آن مانند فلزات سنگین، هیدروکربنهای نفتی، آفت کشها و مواد رادیواکتیو استفاده میشود. این روشها بسته به نوع آلودگی که از بین میرود میتواند فیزیکی، شیمیایی، حرارتی یا بیولوژیکی باشند (5). روشهای مختلفی مانند اصلاح فیزیکی، پاکسازی شیمیایی، زیست پالایی (Bioremediation) و گیاه پالایی (Phytoremediation) برای کنترل و حذف فلزات سنگین و هیدروکربنهای حلقوی و یا آلایندههای همراه از خاک استفاده شده است (6). بسیاری از این روشها تنها آلاینده را به آلاینده دیگری تبدیل میکنند یا آن را به بستر دیگری منتقل میکنند (7)، اما زیست پالایی میتواند آلایندهها را برای همیشه از بین ببرد و یا آنها را به مواد بی‌ضرر تبدیل کند (8). گیاه پالایی یک زیست پالایی نسبتاً جدید در محل است، فناوری که از گیاهان برای استخراج، جداسازی و سم زدایی آلایندههای زیست محیطی موجود استفاده میکند. گیاه پالایی یک فناوری بسیار کارآمد، کم هزینه، سازگار با محیط زیست و سبز بوده است و از گیاهان برای اصلاح خاک استفاده میکند (9). خواص گیاه پالایی چندین گونه گیاهی مانند پوپولوس ترمولا، فاراگمیتس اوسترالیس، آلوپکوروس پراتنسیس، آرهنا تزوم الاتیوس، بروموس اینرسیس و سیلن ولگاریس، دیسفانیا بوتریس، لوتوس کورنیکولاتوس، لوتوس هیسپیدوس، پلانتاگو لانسئولاتا،اتریلوفیوم ریپنس و مدیکاگو لوپولینا (10)، در مطالعات قبلی مورد مطالعه قرار گرفتهاند. برای اینکه یک گیاه با این فناوری مطابقت داشته باشد، باید دارای ضریب تجمعپذیری بالا (غلظت آلاینده گیاه نسبت به آن در خاک)، چرخه زندگی کوتاه، سرعت تکثیر بالا، توزیع جغرافیایی وسیع باشد.
درخت کهور با نام علمی (Prosopis cineraria) معمولاً در نواحی خشک و یا نیمه خشک آسیا و آفریقا رشد میکند . جدای از استفاده سنتی برای ارزش غذایی و تغذیهای آن، مطالعات مختلفی انجام شده و فواید سلامتی آن را مشخص کرده است (11). در احیای زمینهای آلوده/تخریب شده، گیاه پالایی، جداسازی CO2 و فناوری کربناتهسازی، استفاده برای تولید اتانول زیستی، ارزش افزوده و محصولات زنجیره ارزش، مصارف دارویی و خدمات اکوسیستمی کاربرد دارد. درخت کهور به عنوان یکی از گونههای درختی مهاجم و مشکل ساز خارجی در نظر گرفته می شود و توجه ویژهای را در مناطق گرمسیری برانگیخته است. مزیت اصلی آن تأمین چوب سوخت و گونهای بسیار مناسب برای مبارزه با بیابانزایی است. همچنین از طریق هیزمهای جمعآوری شده، تولید زغال و غیره منابع متنوع و درآمد اضافی برای مردم محلی فراهم میکند (12).
اگرچه مطالعاتی برای آزمایش گونههای مختلف گیاهی به عنوان گیاه پالایی مناطق آلوده انجام شده است، اما بهتر است از گونههای محلی سازگار در هر منطقه خاص استفاده شود. بر اساس مطالعات گذشته، از درخت کهور برای حذف پایرن و کادمیوم توسط فرآیند گیاه پالایی از خاکهای آلوده استفاده نشده است. بنابراین، در این مطالعه روش گیاه پالایی با درخت کهور جهت حذف آلودگی همزمان پایرن و کادمیوم از خاک برای اولین بار استفاده شد.
مواد و روشها
این مطالعه از نوع آزمایشگاهی با استفاده از انواع تقویت کنندهها برای حذف کادمیوم و پایرن از خاکهای آلوده با استفاده از درخت کهور انجام شد. این طرح پس از تأیید و دریافت کد اخلاق IR.BPUMS.REC.1399.052 در دانشگاه علوم پزشکی بوشهر از مهرماه 1400 تا 1401 انجام گرفت. مواد مورد آزمایش شامل پایرن، نیترات کادمیوم Cd(NO3)2، اسید نیتریک، سولفات سدیم، سورفکتانت آنیونی سدیم دودسیل سولفات (C₁₂H₂₅NaO₄S)، سورفکتانت غیر یونی توئین 80 (Tween 80)، حلالهای n-هگزان و استون که از شرکت مرک آلمان خریداری شد. به منظور سنجش غلظت کادمیوم از دستگاه جذب اتمی (مدل 220-FS FLAME، ساخت شرکت Shimadzu و تولید کشور ژاپن) و به منظور سنجش غلظت پایرن از دستگاه کروماتوگرافی گازی با دتکتور شعلهای (مدل 6890-A، ساخت شرکت Agilentو تولید کشور آمریکا) استفاده گردید.
در این تحقیق خاک رس از لایه بالایی (۱۵-10 سانتیمتری) یک مزرعه کشاورزی برداشت گردید. خاک در هوا خشک شد و از طریق الکهای استاندارد 2 میلیمتری الک شد. بر اساس آزمایش انجام شده روی خاک و کود حیوانی مورد استفاده نتایج آنالیز به شرح ذیل به دست آمد: میزان مواد آلی در خاک 41/5 درصد و در کود حیوانی ۱۲/۶۵ درصد، مقدار نیترات در خاک رس ۶۵/۳۶ درصد و در کود حیوانی ۳۸/۳۱۰ میلیگرم بر کیلوگرم، مقدار فسفات در خاک رس ۵۶/۰ و در کود حیوانی 23/0 میلیگرم بر کیلوگرم، هدایت الکتریکی خاک رس و کود حیوانی به ترتیب6/36 و 4/5 میلی زیمنس بر متر گزارش گردید. به منظور حذف مواد آلی خاک، نمونه خاک خشک شده از نظر رطوبت با نسبت حجمی یکسان از مخلوط استون و n- هگزان (۱:۱) شستشو گردید به طوری که غلظت اولیه مواد آلی خاک به صفر رسید. در کلیه تیمارهای تصفیه مورد نظر تحقیق، سطوح غلظتی کادمیوم اضافه شده به خاک معادل 50، 75 و 100 میلیگرم کادمیوم بر کیلوگرم خاک و سطوح غلظتی پایرن اضافه شده به خاک معادل 50، 100 و 200 میلی گرم پایرن بر کیلوگرم خاک در نظر گرفته شد و مورد آنالیز قرار گرفت. به دلیل کم بودن عناصر غذایی خاک مورد استفاده، کود حیوانی (15 درصد وزن خاک خشک) به آن اضافه شد (13).
به منظور بهینه کردن غلظت سورفکتانتهای Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) وTween80 درخت کهور در ۹ گلدان در سه غلظت ۵/۰، ۷۵/۰ و ۹۵/۰ میلیمول بر لیتر به مدت سه ماه با غلظت اولیه متوسط پایرن ۱۰۰ میلیگرم بر لیتر کشت گردید. پس از پایان فرآیند گیاه پالایی با درخت کهور مشاهده گردید که بیشترین میزان حذف پایرن ۷۵/۰ میلیمول بر لیتر به دست آمد. بر اساس پیشآزمون انجام شده، در کلیه فرآیندهای تصفیه غلظت بهینه سورفکتانتهای آنیونی و غیر یونی SDS و Tween80 معادل ۷۵/۰ میلیمول بر لیتر نسبت حجمی ۱:۱ استفاده شد. پس از آمادهسازی نمونهها، جهت سنجش غلظت پایرن توسط دستگاه گاز کروماتوگرافی ساخت شرکت AGILENT کشور آمریکا مدل 6890 و جهت سنجش غلظت کادمیوم دستگاه جذب اتمی کورهای مدل 220FS FLAME- استفاده گردید. مطابق با جدول 1، تعداد نمونههای برداشتی و مراحل انجام تحقیق به صورت خلاصه آورده شده است.
به دلیل اثرات منفی احتمالی تراتوژن، سرطانزا و جهشزا بر سلامت انسان و محیط زیست، هیدروکربنهای آروماتیک چند حلقهای و فلزات سنگین مشکلات زیست محیطی جدی ایجاد میکنند. مکانهای آلوده به آلایندههای آلی و فلزی رایج هستند و به عنوان یک نگرانی عمومی و مشکل زیست محیطی در نظر گرفته میشوند. آلودگی خاک میتواند مشکلاتی بر سلامت انسان و یا اکوسیستم داشته باشد (1). در میان آلایندهها، کادمیوم به عنوان یک فلز غیرضروری و بالقوه سمی در نظر گرفته میشود و سطوح بالای آن در منابع آب و خاک تهدیدی برای سلامت انسان است (2). از سوی دیگر، هیدروکربنهای آروماتیک چند حلقهای به عنوان ترکیبات سمی، سرطانزا و جهشزا، به دلیل اثرات نامطلوب آنها بر سلامت انسان، یک نگرانی عمده هستند (3) .پایرن (Pyrene)، یکی از 16 آلاینده آروماتیک چند حلقهای، نیز به عنوان یک آلاینده پایدار در محیط در نظر گرفته میشود. آلودگی همزمان با فلزات سنگین و هیدروکربنهای حلقوی در خاک، تهدیدات جدی اکولوژیکی از جمله افزایش سمیت برای فعالیت و تنوع میکروبی، کاهش در دسترس پذیری بیولوژیکی و مهار رشد گیاه ایجاد کرده است (4).
عوامل متعددی بر وضعیت خاک تأثیر دارند. اصلاح محیطی شامل تمام تکنیکها و فرآیندهایی است که برای حذف آلایندهها از خاک استفاده میشود. آلودگی خاک خطرات و نگرانیهای زیادی را برای سلامتی افراد و محیط زیست ایجاد میکند، خواه آنها در تماس مستقیم با آن باشند، آن را مصرف کنند و یا وارد زنجیره تامین مواد غذایی کنند. روشهای اصلاح خاک برای حذف انواع آلایندهها از آن مانند فلزات سنگین، هیدروکربنهای نفتی، آفت کشها و مواد رادیواکتیو استفاده میشود. این روشها بسته به نوع آلودگی که از بین میرود میتواند فیزیکی، شیمیایی، حرارتی یا بیولوژیکی باشند (5). روشهای مختلفی مانند اصلاح فیزیکی، پاکسازی شیمیایی، زیست پالایی (Bioremediation) و گیاه پالایی (Phytoremediation) برای کنترل و حذف فلزات سنگین و هیدروکربنهای حلقوی و یا آلایندههای همراه از خاک استفاده شده است (6). بسیاری از این روشها تنها آلاینده را به آلاینده دیگری تبدیل میکنند یا آن را به بستر دیگری منتقل میکنند (7)، اما زیست پالایی میتواند آلایندهها را برای همیشه از بین ببرد و یا آنها را به مواد بی‌ضرر تبدیل کند (8). گیاه پالایی یک زیست پالایی نسبتاً جدید در محل است، فناوری که از گیاهان برای استخراج، جداسازی و سم زدایی آلایندههای زیست محیطی موجود استفاده میکند. گیاه پالایی یک فناوری بسیار کارآمد، کم هزینه، سازگار با محیط زیست و سبز بوده است و از گیاهان برای اصلاح خاک استفاده میکند (9). خواص گیاه پالایی چندین گونه گیاهی مانند پوپولوس ترمولا، فاراگمیتس اوسترالیس، آلوپکوروس پراتنسیس، آرهنا تزوم الاتیوس، بروموس اینرسیس و سیلن ولگاریس، دیسفانیا بوتریس، لوتوس کورنیکولاتوس، لوتوس هیسپیدوس، پلانتاگو لانسئولاتا،اتریلوفیوم ریپنس و مدیکاگو لوپولینا (10)، در مطالعات قبلی مورد مطالعه قرار گرفتهاند. برای اینکه یک گیاه با این فناوری مطابقت داشته باشد، باید دارای ضریب تجمعپذیری بالا (غلظت آلاینده گیاه نسبت به آن در خاک)، چرخه زندگی کوتاه، سرعت تکثیر بالا، توزیع جغرافیایی وسیع باشد.
درخت کهور با نام علمی (Prosopis cineraria) معمولاً در نواحی خشک و یا نیمه خشک آسیا و آفریقا رشد میکند . جدای از استفاده سنتی برای ارزش غذایی و تغذیهای آن، مطالعات مختلفی انجام شده و فواید سلامتی آن را مشخص کرده است (11). در احیای زمینهای آلوده/تخریب شده، گیاه پالایی، جداسازی CO2 و فناوری کربناتهسازی، استفاده برای تولید اتانول زیستی، ارزش افزوده و محصولات زنجیره ارزش، مصارف دارویی و خدمات اکوسیستمی کاربرد دارد. درخت کهور به عنوان یکی از گونههای درختی مهاجم و مشکل ساز خارجی در نظر گرفته می شود و توجه ویژهای را در مناطق گرمسیری برانگیخته است. مزیت اصلی آن تأمین چوب سوخت و گونهای بسیار مناسب برای مبارزه با بیابانزایی است. همچنین از طریق هیزمهای جمعآوری شده، تولید زغال و غیره منابع متنوع و درآمد اضافی برای مردم محلی فراهم میکند (12).
اگرچه مطالعاتی برای آزمایش گونههای مختلف گیاهی به عنوان گیاه پالایی مناطق آلوده انجام شده است، اما بهتر است از گونههای محلی سازگار در هر منطقه خاص استفاده شود. بر اساس مطالعات گذشته، از درخت کهور برای حذف پایرن و کادمیوم توسط فرآیند گیاه پالایی از خاکهای آلوده استفاده نشده است. بنابراین، در این مطالعه روش گیاه پالایی با درخت کهور جهت حذف آلودگی همزمان پایرن و کادمیوم از خاک برای اولین بار استفاده شد.
مواد و روشها
این مطالعه از نوع آزمایشگاهی با استفاده از انواع تقویت کنندهها برای حذف کادمیوم و پایرن از خاکهای آلوده با استفاده از درخت کهور انجام شد. این طرح پس از تأیید و دریافت کد اخلاق IR.BPUMS.REC.1399.052 در دانشگاه علوم پزشکی بوشهر از مهرماه 1400 تا 1401 انجام گرفت. مواد مورد آزمایش شامل پایرن، نیترات کادمیوم Cd(NO3)2، اسید نیتریک، سولفات سدیم، سورفکتانت آنیونی سدیم دودسیل سولفات (C₁₂H₂₅NaO₄S)، سورفکتانت غیر یونی توئین 80 (Tween 80)، حلالهای n-هگزان و استون که از شرکت مرک آلمان خریداری شد. به منظور سنجش غلظت کادمیوم از دستگاه جذب اتمی (مدل 220-FS FLAME، ساخت شرکت Shimadzu و تولید کشور ژاپن) و به منظور سنجش غلظت پایرن از دستگاه کروماتوگرافی گازی با دتکتور شعلهای (مدل 6890-A، ساخت شرکت Agilentو تولید کشور آمریکا) استفاده گردید.
در این تحقیق خاک رس از لایه بالایی (۱۵-10 سانتیمتری) یک مزرعه کشاورزی برداشت گردید. خاک در هوا خشک شد و از طریق الکهای استاندارد 2 میلیمتری الک شد. بر اساس آزمایش انجام شده روی خاک و کود حیوانی مورد استفاده نتایج آنالیز به شرح ذیل به دست آمد: میزان مواد آلی در خاک 41/5 درصد و در کود حیوانی ۱۲/۶۵ درصد، مقدار نیترات در خاک رس ۶۵/۳۶ درصد و در کود حیوانی ۳۸/۳۱۰ میلیگرم بر کیلوگرم، مقدار فسفات در خاک رس ۵۶/۰ و در کود حیوانی 23/0 میلیگرم بر کیلوگرم، هدایت الکتریکی خاک رس و کود حیوانی به ترتیب6/36 و 4/5 میلی زیمنس بر متر گزارش گردید. به منظور حذف مواد آلی خاک، نمونه خاک خشک شده از نظر رطوبت با نسبت حجمی یکسان از مخلوط استون و n- هگزان (۱:۱) شستشو گردید به طوری که غلظت اولیه مواد آلی خاک به صفر رسید. در کلیه تیمارهای تصفیه مورد نظر تحقیق، سطوح غلظتی کادمیوم اضافه شده به خاک معادل 50، 75 و 100 میلیگرم کادمیوم بر کیلوگرم خاک و سطوح غلظتی پایرن اضافه شده به خاک معادل 50، 100 و 200 میلی گرم پایرن بر کیلوگرم خاک در نظر گرفته شد و مورد آنالیز قرار گرفت. به دلیل کم بودن عناصر غذایی خاک مورد استفاده، کود حیوانی (15 درصد وزن خاک خشک) به آن اضافه شد (13).
به منظور بهینه کردن غلظت سورفکتانتهای Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) وTween80 درخت کهور در ۹ گلدان در سه غلظت ۵/۰، ۷۵/۰ و ۹۵/۰ میلیمول بر لیتر به مدت سه ماه با غلظت اولیه متوسط پایرن ۱۰۰ میلیگرم بر لیتر کشت گردید. پس از پایان فرآیند گیاه پالایی با درخت کهور مشاهده گردید که بیشترین میزان حذف پایرن ۷۵/۰ میلیمول بر لیتر به دست آمد. بر اساس پیشآزمون انجام شده، در کلیه فرآیندهای تصفیه غلظت بهینه سورفکتانتهای آنیونی و غیر یونی SDS و Tween80 معادل ۷۵/۰ میلیمول بر لیتر نسبت حجمی ۱:۱ استفاده شد. پس از آمادهسازی نمونهها، جهت سنجش غلظت پایرن توسط دستگاه گاز کروماتوگرافی ساخت شرکت AGILENT کشور آمریکا مدل 6890 و جهت سنجش غلظت کادمیوم دستگاه جذب اتمی کورهای مدل 220FS FLAME- استفاده گردید. مطابق با جدول 1، تعداد نمونههای برداشتی و مراحل انجام تحقیق به صورت خلاصه آورده شده است.
جدول 1- مراحل انجام تحقیق و آماده سازی نمونهها
| ردیف | تیمار (مراحل انجام تحقیق) | تعداد نمونه |
| ۱ | خاک رس + پایرن + کادمیوم (بدون کاشت گیاه) | ۱۲ |
| ۲ | خاک رس + سورفکتانت + پایرن + کادمیوم (بدون کاشت گیاه) | ۱۲ |
| ۳ | خاک رس + کود حیوانی + پایرن + کادمیوم (بدون کاشت گیاه) | ۱۲ |
| ۴ | خاک رس + سورفکتانت + کود حیوانی + پایرن + کادمیوم (بدون کاشت گیاه) | ۱۲ |
| ۵ | خاک رس + سورفکتانت + پایرن + کادمیوم + کشت درخت کهور | ۱۲ |
| ۶ | خاک رس + کود حیوانی + پایرن + کادمیوم + کشت درخت کهور | ۱۲ |
| ۷ | خاک رس + کود حیوانی + سورفکتانت + گیاه + پایرن + کادمیوم کشت درخت کهور | ۱۲ |
| ۸ | خاک رس + سورفکتانت + کود حیوانی + گیاه (برای تعیین سرعت رشد اندامهای هوایی درخت کهور) | ۱۲ |
| تعداد کل نمونه | - | ۹۶ |
برای استخراج کادمیوم موجود در نمونههای خاک، 2 گرم خاک الک شده وزن گردید و 15 میلیلیتر اسید نیتریک به آن اضافه شد و به مدت 20 ساعت در بن ماری با دمای 60 درجه سلسیوس قرار داده شد و در نهایت از کاغذ صافی واتمن با اندازه 8 میکرو متر عبور داده شد. با آب مقطر به حجم 50 میلیلیتر رسانده و نمونهها برای تجزیه و تحلیل به آزمایشگاه فرستاده شد. به منظور استخراج کادمیوم از هر کدام از اندامهای مختلف گیاه خشک شده در شرایط آزمایشگاهی، 5/0 گرم از گیاه وزن گردید و 15 میلیلیتر HNO3 به آن اضافه شد و روی هات پلیت تا 275 درجه سلسیوس قرار داده شد تا حجم آن به کمتر از 15 میلیلیتر برسد و رنگ زرد بگیرد پس از ایجاد رنگ زرد H2O2 به آن اضافه گردید تا رنگ زرد آن از بین برود و با آب مقطر به حجم 25 میلیلیتر رسانده شد و در نهایت با دستگاه جذب اتمی مورد آنالیز قرار گرفت (14).
برای استخراج پایرن از نمونههای خاک از روش استاندارد Environmental Protection Agency (EPA) (روش 3540) استفاده شد (15). برای استخراج پایرن از نمونههای گیاهی، 10 میلیلیتر استون و هگزان به نسبت حجمی 1:1 به 5/0 گرم از هر کدام از اندامهای مختلف گیاه خشک شده در شرایط آزمایشگاهی اضافه شد و به مدت 10 دقیقه روی همزن مغناطیسی به هم زده شد. سپس نمونه به مدت 10 دقیقه به منظور یکنواخت سازی کامل، در حمام اولتراسونیک قرار داده شد تا غلظت آن به کمتر از 2 میلیلیتر رسید. پس از فیلتراسیون با فیلتر 22/0 میکرومتری، برای اندازه‌گیری غلظت پایرن، تمام نمونهها با استفاده از دستگاه گاز کروماتوگرافی ساخت شرکت AGILENT کشور آمریکا مدل 6890 مورد آنالیز قرار گرفتند. با توجه به مدل نرم افزار تاگوچی Qualitek-4 برای هر آزمون، متغیرها و سطوح آنها بر اساس آزمون پیشنهاد شد و آزمونها در شرایط یکسان انجام شده است. همچنین، دادههای خروجی حاصل از آزمونها با استفاده از نرم افزار اکسل مورد مقایسه قرار گرفت.
نتایج
همانطور که در جدول 2 آمده است، با توجه به شرایط آزمایش، تیمارهای تصفیه ۱ تا ۴ مورد آنالیز قرار گرفتند و پس از به دست آوردن غلظت ثانویه کادمیوم و پایرن در خاک با استفاده از معادله (1)، درصد حذف هر کدام از آلایندهها محاسبه و ثبت گردید (16). با توجه به معادله (1)، Removal (R%) در صد حذف آلاینده و Concentration (C1 و C2 ) غلظتهای اولیه و ثانویه تعریف میشوند.
R (%) 00 
(1)
بر اساس جدول ۲، به منظورتعیین اثربخشی خاک رس در حذف کادمیوم و پایرن بدون کشت گیاه نتایج به شرح ذیل به دست آمد. راندمان حذف پایرن و کادمیوم در هر سه غلظت روندی افزایشی داشت، بنابراین حداکثر راندمان حذف در ماه سوم رخ داد. اما با افزایش غلظت پایرن از 50 به 200 میلیگرم بر کیلوگرم خاک خشک، حداکثر راندمان حذف پایرن از 16/7 به 79/4 درصد در پایان ماه سوم کاهش یافت. در مورد کادمیوم، با افزایش غلظت کادمیوم از 50 به 100 میلیگرم بر کیلوگرم خاک خشک، حداکثر راندمان حذف از 46/1 به 33/0 درصد در پایان ماه سوم کاهش یافت.
بر اساس جدول 2، به منظور تعیین اثر سورفکتانت در حذف کادمیوم و پایرن از خاک رس (بدون کشت گیاه)، با در نظر گرفتن شرایط آزمایش مشروح در عنوان جدول، همانطور که در جدول 2، مشاهده میشود با گذشت زمان، راندمان حذف پایرن و کادمیوم در هر سه غلظت روندی صعودی داشت، بنابراین حداکثر راندمان حذف در ماه سوم رخ داد. اما با افزایش غلظت پایرن از 50 به 200 میلیگرم بر کیلوگرم خاک خشک، حداکثر راندمان حذف پایرن از 2/14 به 94/7 درصد در پایان ماه سوم کاهش یافت. همچنین در مورد کادمیوم، با افزایش غلظت کادمیوم از 50 به 100 میلیگرم بر کیلوگرم خاک خشک، حداکثر راندمان حذف از 64/3 به 13/1 درصد در پایان ماه سوم کاهش یافت.
بر اساس جدول 2، به منظورتعیین کارآیی خاک رس حاوی کود حیوانی (تیمار ۳)، در حذف کادمیوم و پایرن (بدون کشت گیاه) با توجه به شرایط آزمایش، راندمان حذف پایرن و کادمیوم در هر سه غلظت روندی صعودی داشت، بنابراین حداکثر راندمان حذف در ماه سوم رخ داد. اما با افزایش غلظت پایرن از 50 به 200 میلیگرم بر کیلوگرم خاک خشک، حداکثر راندمان حذف پایرن از 31/12 به 83/6 درصد در پایان ماه سوم کاهش یافت. در مورد کادمیوم، با افزایش غلظت کادمیوم از 50 به 100 میلیگرم بر کیلوگرم خاک خشک، حداکثر راندمان حذف از 91/0 به 58/0 درصد در پایان ماه سوم کاهش یافت.
بر اساس جدول 2، به منظورتعیین کارآیی خاک رس حاوی کود حیوانی و سورفکتانت در حذف کادمیوم و پایرن بدون کشت گیاهی (تیمار ۴)، راندمان حذف پایرن و کادمیوم با گذشت زمان از ماه اول به ماه سوم در هر سه غلظت روندی افزایشی داشت، بنابراین حداکثر راندمان حذف در ماه سوم رخ داد. اما با افزایش غلظت پایرن از 50 به 200 میلیگرم بر کیلوگرم خاک خشک، حداکثر راندمان حذف پایرن از 31/12 به 83/6 درصد کاهش یافت. در مورد کادمیوم، با افزایش غلظت کادمیوم از 50 به 100 میلیگرم بر کیلوگرم خاک خشک، حداکثر راندمان حذف از 91/0 به 58/0 درصد کاهش یافت.
با توجه به جدول (2) شرایط آزمایش: غلظت اولیه کادمیوم و پایرن خاک رس آلوده شده مشروح در جدول، سورفکتانت آنیونی SDS و غیریونی توین ۸۰ با غلظت بهینه ۷۵/۰ میلیمول بر لیتر، غلظت کود حیوانی ۱۵ درصد وزن خاک خشک میباشد.
برای استخراج پایرن از نمونههای خاک از روش استاندارد Environmental Protection Agency (EPA) (روش 3540) استفاده شد (15). برای استخراج پایرن از نمونههای گیاهی، 10 میلیلیتر استون و هگزان به نسبت حجمی 1:1 به 5/0 گرم از هر کدام از اندامهای مختلف گیاه خشک شده در شرایط آزمایشگاهی اضافه شد و به مدت 10 دقیقه روی همزن مغناطیسی به هم زده شد. سپس نمونه به مدت 10 دقیقه به منظور یکنواخت سازی کامل، در حمام اولتراسونیک قرار داده شد تا غلظت آن به کمتر از 2 میلیلیتر رسید. پس از فیلتراسیون با فیلتر 22/0 میکرومتری، برای اندازه‌گیری غلظت پایرن، تمام نمونهها با استفاده از دستگاه گاز کروماتوگرافی ساخت شرکت AGILENT کشور آمریکا مدل 6890 مورد آنالیز قرار گرفتند. با توجه به مدل نرم افزار تاگوچی Qualitek-4 برای هر آزمون، متغیرها و سطوح آنها بر اساس آزمون پیشنهاد شد و آزمونها در شرایط یکسان انجام شده است. همچنین، دادههای خروجی حاصل از آزمونها با استفاده از نرم افزار اکسل مورد مقایسه قرار گرفت.
نتایج
همانطور که در جدول 2 آمده است، با توجه به شرایط آزمایش، تیمارهای تصفیه ۱ تا ۴ مورد آنالیز قرار گرفتند و پس از به دست آوردن غلظت ثانویه کادمیوم و پایرن در خاک با استفاده از معادله (1)، درصد حذف هر کدام از آلایندهها محاسبه و ثبت گردید (16). با توجه به معادله (1)، Removal (R%) در صد حذف آلاینده و Concentration (C1 و C2 ) غلظتهای اولیه و ثانویه تعریف میشوند.
(1)بر اساس جدول ۲، به منظورتعیین اثربخشی خاک رس در حذف کادمیوم و پایرن بدون کشت گیاه نتایج به شرح ذیل به دست آمد. راندمان حذف پایرن و کادمیوم در هر سه غلظت روندی افزایشی داشت، بنابراین حداکثر راندمان حذف در ماه سوم رخ داد. اما با افزایش غلظت پایرن از 50 به 200 میلیگرم بر کیلوگرم خاک خشک، حداکثر راندمان حذف پایرن از 16/7 به 79/4 درصد در پایان ماه سوم کاهش یافت. در مورد کادمیوم، با افزایش غلظت کادمیوم از 50 به 100 میلیگرم بر کیلوگرم خاک خشک، حداکثر راندمان حذف از 46/1 به 33/0 درصد در پایان ماه سوم کاهش یافت.
بر اساس جدول 2، به منظور تعیین اثر سورفکتانت در حذف کادمیوم و پایرن از خاک رس (بدون کشت گیاه)، با در نظر گرفتن شرایط آزمایش مشروح در عنوان جدول، همانطور که در جدول 2، مشاهده میشود با گذشت زمان، راندمان حذف پایرن و کادمیوم در هر سه غلظت روندی صعودی داشت، بنابراین حداکثر راندمان حذف در ماه سوم رخ داد. اما با افزایش غلظت پایرن از 50 به 200 میلیگرم بر کیلوگرم خاک خشک، حداکثر راندمان حذف پایرن از 2/14 به 94/7 درصد در پایان ماه سوم کاهش یافت. همچنین در مورد کادمیوم، با افزایش غلظت کادمیوم از 50 به 100 میلیگرم بر کیلوگرم خاک خشک، حداکثر راندمان حذف از 64/3 به 13/1 درصد در پایان ماه سوم کاهش یافت.
بر اساس جدول 2، به منظورتعیین کارآیی خاک رس حاوی کود حیوانی (تیمار ۳)، در حذف کادمیوم و پایرن (بدون کشت گیاه) با توجه به شرایط آزمایش، راندمان حذف پایرن و کادمیوم در هر سه غلظت روندی صعودی داشت، بنابراین حداکثر راندمان حذف در ماه سوم رخ داد. اما با افزایش غلظت پایرن از 50 به 200 میلیگرم بر کیلوگرم خاک خشک، حداکثر راندمان حذف پایرن از 31/12 به 83/6 درصد در پایان ماه سوم کاهش یافت. در مورد کادمیوم، با افزایش غلظت کادمیوم از 50 به 100 میلیگرم بر کیلوگرم خاک خشک، حداکثر راندمان حذف از 91/0 به 58/0 درصد در پایان ماه سوم کاهش یافت.
بر اساس جدول 2، به منظورتعیین کارآیی خاک رس حاوی کود حیوانی و سورفکتانت در حذف کادمیوم و پایرن بدون کشت گیاهی (تیمار ۴)، راندمان حذف پایرن و کادمیوم با گذشت زمان از ماه اول به ماه سوم در هر سه غلظت روندی افزایشی داشت، بنابراین حداکثر راندمان حذف در ماه سوم رخ داد. اما با افزایش غلظت پایرن از 50 به 200 میلیگرم بر کیلوگرم خاک خشک، حداکثر راندمان حذف پایرن از 31/12 به 83/6 درصد کاهش یافت. در مورد کادمیوم، با افزایش غلظت کادمیوم از 50 به 100 میلیگرم بر کیلوگرم خاک خشک، حداکثر راندمان حذف از 91/0 به 58/0 درصد کاهش یافت.
با توجه به جدول (2) شرایط آزمایش: غلظت اولیه کادمیوم و پایرن خاک رس آلوده شده مشروح در جدول، سورفکتانت آنیونی SDS و غیریونی توین ۸۰ با غلظت بهینه ۷۵/۰ میلیمول بر لیتر، غلظت کود حیوانی ۱۵ درصد وزن خاک خشک میباشد.
جدول 2- تعیین کارآیی حذف پایرن و کادمیوم از خاک رس آلوده توسط ۴ تیمار تصفیه
| ماده شیمیایی | ماه نمونهبرداری | غلظت اولیه در خاک (میلیگرم بر کیلوگرم) |
درصد حذف تیمار ۱ (خاک رس + پایرن + کادمیوم) |
درصد حذف تیمار ۲ (تیمار ۱ + سورفکتانت) |
درصد حذف تیمار۳ (تیمار ۱ + کود حیوانی) | درصد حذف تیمار ۴ (تیمار ۱ + تیمار ۲ + تیمار ۳) |
| کادمیوم | ۱ | ۵۰ | ۴۴/۰ | ۶۸/۰ | ۴۴/۰ | ۳۴/۳ |
| ۲ | ۰۵/۱ | ۸۸/۲ | ۷۲/۰ | ۸۸/۴ | ||
| ۳ | ۴۶/۱ | ۶۴/۳ | ۹۱/۰ | ۹۸/۵ | ||
| ۱ | ۷۵ | ۱۹/۰ | ۴۶/۰ | ۴۵/۰ | ۶۸/۲ | |
| ۲ | ۳۸/۰ | ۵۲/۲ | ۵۴/۰ | 60/4 | ||
| ۳ | ۵۴/۰ | ۸۹/۲ | ۶۵/۰ | ۴۸/۵ | ||
| ۱ | ۱۰۰ | ۱۴/۰ | ۴۳/۰ | ۲۹/۰ | ۹۴/۰ | |
| ۲ | ۲۲/۰ | ۹۹۵/۰ | ۳۷/۰ | ۴۴/۱ | ||
| ۳ | ۳۳/۰ | ۱۳/۱ | ۵۸/۰ | ۲۳/۲ | ||
| پایرن | ۱ | ۵۰ | 40/4 | ۳۶/۹ | 90/8 | ۹۲/۱۸ |
| ۲ | ۷۶/۵ | ۷۶/۱۱ | ۳۶/۱۰ | ۲۶/۲۳ | ||
| ۳ | ۱۶/۷ | 20/14 | ۳۱/۱۲ | ۱۸/۲۵ | ||
| ۱ | ۱۰۰ | ۵۴/۳ | ۸۶/۶ | ۲۲/۷ | ۸۸/۱۳ | |
| ۲ | ۵۵/۴ | ۵۷/۸ | ۸۹/۷ | ۲۲/۱۵ | ||
| ۳ | ۹۵/۵ | ۹۵/۹ | ۹۱/۸ | ۶۹/۱۶ | ||
| ۱ | ۲۰۰ | ۳۹/۳ | ۷۹/۶ | ۷۸/۵ | ۷۸/۱۲ | |
| ۲ | ۱۴/۴ | ۳۲/۷ | ۰۲/۶ | ۹۴/۱۳ | ||
| ۳ | ۷۹/۴ | ۹۴/۷ | ۸۳/۶ | ۷۲/۱۴ |
همانطور که در جدول (3) نشان داده شده است، غلظت کادمیوم و پایرن در خاک رسی در ماه سوم نسبت به ماه اول کاهش یافت و به تبع آن با کاهش غلظت کادمیوم و پایرن در خاک، غلظت آنها در ریشه کاهش یافت اما در ساقه و برگ افزایش یافت. در مجموع، راندمان حذف کادمیوم از خاک این تیمار با غلظت اولیه ۵۰ میلیگرم بر کیلوگرم در پایان ماه اول از 02/42 درصد به 02/60 درصد در پایان ماه سوم افزایش یافت. در غلظت ۷۵ میلیگرم بر کیلوگرم از 15/36 درصد به 48 درصد و در غلظت ۱۰۰ میلیگرم بر کیلوگرم از 01/32 درصد به 72/40 درصد افزایش یافته است. راندمان حذف پایرن از خاک این تیمار با غلظت اولیه ۵۰ میلیگرم بر کیلوگرم در پایان ماه اول از 44/32 درصد به 04/62 درصد در پایان ماه سوم افزایش یافت. در غلظت ۱۰۰ میلیگرم بر کیلوگرم از 02/31 درصد به 34/40 درصد و در غلظت ۲۰۰ میلیگرم بر کیلوگرم از 61/13 درصد به 09/16 درصد افزایش یافته است.
جدول 3- کارآیی فرآیند گیاه پالایی با استفاده از درخت کهور در حذف پایرن از خاک رس آلوده حاوی کود حیوانی
| ماده شیمیایی | ماه نمونهبرداری | غلظت اولیه در خاک (میلیگرم بر کیلوگرم) |
غلظت ثانویه در خاک (میلیگرم بر کیلوگرم) |
غلظت ثانویه در ریشه (میلیگرم بر کیلوگرم) |
غلظت ثانویه در ساقه (میلیگرم بر کیلوگرم) |
غلظت ثانویه در برگ (میلیگرم بر کیلوگرم) |
مقدار از دست رفته (میلیگرم بر کیلوگرم) |
| کادمیوم | ۱ | ۵۰ | ۹۹/۲۸ | ۷۸/۱۰ | ۷۸/۳ | ۷۸/۲ | ۶۷/۲ |
| ۲ | ۹۲/۲۳ | ۲۸/۱۳ | ۸۹/۴ | ۲۸/۳ | ۶۳/۴ | ||
| ۳ | ۹۹/۱۸ | ۱۸/۱۵ | ۵۵/۵ | ۸۹/۳ | ۳۹/۶ | ||
| ۱ | ۷۵ | ۸۹/۴۷ | ۰۵/۱۴ | ۹۸/۴ | ۰۹/۳ | ۹۹/۴ | |
| ۲ | ۲۹/۴۲ | ۰۹/۱۶ | ۰۴/۶ | ۱۱/۴ | ۵۷/۶ | ||
| ۳ | 00/39 | ۰۵/۱۷ | ۷۷/۶ | ۷۷/۴ | ۴۱/۷ | ||
| ۱ | ۱۰۰ | ۹۹/۶۷ | ۸۹/۱۵ | ۷۷/۵ | ۰۵/۴ | 30/6 | |
| ۲ | ۱۹/۶۴ | ۸۸/۱۶ | ۱۲/۶ | ۰۹/۵ | ۲۲/۷ | ||
| ۳ | ۲۸/۵۹ | ۶۷/۱۸ | ۹۸/۶ | ۴۵/۶ | ۶۳/۸ | ||
| پایرن | ۱ | ۵۰ | ۷۸/۳۳ | ۳۳/۶ | ۳۳/۲ | ۲۷/۱ | ۲۹/۶ |
| ۲ | ۸۸/۲۵ | ۴۴/۷ | ۷۸/۳ | ۵۵/۱ | ۳۵/۱۱ | ||
| ۳ | ۹۸/۱۷ | ۲۸/۱۱ | 30/5 | ۱۸/۳ | ۲۶/۱۲ | ||
| ۱ | ۱۰۰ | ۹۸/۶۸ | 10/13 | ۳۸/۴ | ۲۸/۲ | ۲۶/۱۲ | |
| ۲ | ۸۹/۶۳ | ۳۶/۱۴ | ۴۷/۵ | ۲۸/۳ | 00/13 | ||
| ۳ | ۶۶/۵۹ | ۶۷/۱۶ | ۰۵/۶ | ۰۶/۴ | ۵۶/۱۳ | ||
| ۱ | ۲۰۰ | ۴۳/۱۶۴ | ۷۸/۱۴ | ۰۹/۵ | ۰۹/۲ | ۶۱/۱۳ | |
| ۲ | ۱۲/۱۵۹ | ۲۸/۱۷ | ۵۹/۶ | ۲۹/۳ | ۷۲/۱۳ | ||
| ۳ | ۵۶/۱۵۱ | ۲۷/۱۹ | ۶۹/۷ | ۳۸/۵ | ۰۹/۱۶ |
همانطور که در جدول (4) نشان داده شده است، غلظت کادمیوم و پایرن در خاک رسی در ماه سوم نسبت به ماه اول کاهش یافت و به تبع آن با کاهش غلظت کادمیوم و پایرن در خاک، غلظت آنها در ریشه کاهش و در ساقه و برگ افزایش یافت. در مجموع، راندمان حذف کادمیوم از خاک این تیمار با غلظت اولیه ۵۰ میلیگرم بر کیلوگرم در پایان ماه اول از 52/47 درصد به 68/64 درصد در پایان ماه سوم افزایش یافت. از 31/40 درصد به 51/50 درصد در غلظت 75 میلیگرم بر کیلوگرم و از 62/35 درصد به 51/42 درصد در غلظت 100 میلیگرم بر کیلوگرم افزایش یافته است. راندمان حذف پایرن از خاک این تیمار با غلظت اولیه ۵۰ میلیگرم بر کیلوگرم در پایان ماه اول از 81/34 درصد به 41/42 درصد در پایان ماه سوم افزایش یافت. در غلظت ۱۰۰ میلیگرم بر کیلوگرم از 1/37 درصد به 68/66 درصد و در غلظت ۲۰۰ میلیگرم بر کیلوگرم از 95/19 درصد به 41/26 درصد افزایش یافته است.
جدول 4- کارآیی فرآیند گیاه پالایی با استفاده از درخت کهور در حذف پایرن از خاک رس آلوده حاوی سورفکتانت
| ماده شیمیایی | ماه نمونهبرداری | غلظت اولیه در خاک (میلیگرم بر کیلوگرم) |
غلظت ثانویه در خاک (میلیگرم بر کیلوگرم) |
غلظت ثانویه در ریشه (میلیگرم بر کیلوگرم) |
غلظت ثانویه در ساقه (میلیگرم بر کیلوگرم) |
غلظت ثانویه در برگ (میلیگرم بر کیلوگرم) |
مقدار از دست رفته (میلیگرم بر کیلوگرم) |
| کادمیوم | ۱ | ۵۰ | ۲۶/۲۶ | ۲۹/۱۱ | ۰۶/۴ | ۸۸/۳ | ۵۹/۴ |
| ۲ | ۲۲/۲۱ | ۰۱/۱۴ | ۳۸/۵ | ۰۱/۴ | ۳۸/۵ | ||
| ۳ | ۶۶/۱۷ | ۰۹/۱۶ | ۱۲/۶ | ۸۹/۳ | ۲۴/۶ | ||
| ۱ | ۷۵ | ۷۷/۴۴ | ۸۷/۱۶ | ۵۶/۶ | ۸۷/۳ | ۹۳/۲ | |
| ۲ | ۲۸/۴۰ | ۶۶/۱۷ | ۰۹/۷ | ۱۱/۴ | ۸۶/۵ | ||
| ۳ | ۳۷/۱۲ | ۸۹/۱۸ | ۴۵/۷ | ۷۷/۴ | ۷۷/۶ | ||
| ۱ | ۱۰۰ | ۳۸/۶۴ | ۰۹/۱۸ | ۸۸/۷ | ۴۹/۵ | ۱۶/۴ | |
| ۲ | ۲۹/۶۱ | ۴۵/۱۹ | ۲۷/۹ | ۴۳/۵ | ۵۶/۴ | ||
| ۳ | ۴۹/۵۷ | ۱/۲۱ | ۷۹/۸ | ۹۸/۶ | ۶۴/۵ | ||
| پایرن | ۱ | ۵۰ | ۴۵/۳۱ | ۷۵/۶ | ۳۳/۲ | ۲۷/۱ | ۱۲/۸ |
| ۲ | ۷۸/۲۳ | ۴۴/۷ | ۹۹/۳ | ۲۷/۳ | ۵۲/۱۱ | ||
| ۳ | ۶۶/۱۶ | ۴۵/۱۱ | ۶۸/۵ | ۰۹/۴ | ۱۳/۱۲ | ||
| ۱ | ۱۰۰ | ۱۹/۶۵ | ۲۸/۱۳ | 70/6 | ۰۹/۳ | ۷۴/۱۱ | |
| ۲ | ۳/۶۰ | ۲۸/۱۵ | ۰۹/۷ | ۴۱/۳ | ۹۲/۱۳ | ||
| ۳ | ۲۹/۵۷ | ۰۵/۱۷ | ۴۸/۷ | ۰۹/۴ | ۰۹/۱۴ | ||
| ۱ | ۲۰۰ | 10/160 | ۳۹/۱۵ | ۰۴/۶ | ۳۳/۲ | ۱۴/۱۶ | |
| ۲ | ۲۹/۱۵۴ | ۸۸/۱۷ | ۷۷/۶ | ۳۴/۳ | ۷۳/۱۷ | ||
| ۳ | ۱۹/۱۴۷ | ۷۷/۲۰ | ۸۸/۷ | ۰۹/۶ | ۰۷/۱۸ |
همانطور که درجدول (5) و شکلهای (1و 2) نشان داده شده است، غلظت کادمیوم و پایرن در خاک رسی در ماه سوم نسبت به ماه اول کاهش یافت و به تبع آن با کاهش غلظت کادمیوم و پایرن در خاک، غلظت آنها در ریشه کاهش و ساقه و برگ افزایش یافت. در مجموع راندمان حذف کادمیوم از خاک این تیمار با غلظت اولیه ۵۰ میلیگرم بر کیلوگرم در پایان ماه اول از 62/65 درصد به 68/83 درصد در پایان ماه سوم افزایش یافت. در غلظت ۷۵ میلیگرم بر کیلوگرم از 41/62 درصد به 75/72 درصد و در غلظت 100 میلیگرم بر کیلوگرم از 71/58 درصد به 81/67 درصد افزایش یافته است. راندمان حذف پایرن از خاک این تیمار با غلظت اولیه ۵۰ میلیگرم بر کیلوگرم در پایان ماه اول از 22/71 درصد به 42/85 درصد در پایان ماه سوم افزایش یافت. در غلظت 100 میلیگرم بر کیلوگرم از 20/62 درصد به 01/72 درصد و در غلظت 200 میلیگرم بر کیلوگرم از 40/57 درصد به 94/56 درصد افزایش یافته است.
جدول 5- تعیین کارآیی حذف پایرن و کادمیوم از خاک رس آلوده با استفاده از فرآیند گیاه پالایی واجد سورفکتانت و کود حیوانی
| ماده شیمیایی | ماه نمونهبرداری | غلظت اولیه در خاک (میلیگرم بر کیلوگرم) |
غلظت ثانویه در خاک (میلیگرم بر کیلوگرم) |
غلظت ثانویه در ریشه (میلیگرم بر کیلوگرم) |
غلظت ثانویه در ساقه (میلیگرم بر کیلوگرم) |
غلظت ثانویه در برگ (میلیگرم بر کیلوگرم) |
درصد کلی حذف (%) | مقدار از دست رفته (میلیگرم بر کیلوگرم) |
| کادمیوم | ۱ | ۵۰ | ۱۷/۱۹ | ۱۸/۱۵ | ۷۱/۷ | ۱۹/۱۷ | ۶۲/۶۵ | 80/5 |
| ۲ | ۱۹/۱۴ | ۱۹/۱۷ | ۱۱/۸ | ۱۸/۱۴ | ۶۲/۷۱ | ۲۶/۶ | ||
| ۳ | ۱۶/۸ | ۱۹/۱۹ | ۶۷/۸ | ۱۶/۸ | ۶۸/۸۳ | ۱/۹ | ||
| ۱ | ۷۵ | ۱۹/۲۸ | ۱۷/۲۳ | ۲۸/۱۱ | ۱۹/۲۸ | ۴۱/۶۲ | ۸۵/۶ | |
| ۲ | ۲۹/۲۴ | ۱۹/۲۴ | ۱۹/۱۱ | ۲۹/۲۴ | ۶۱/۶۷ | ۸۴/۹ | ||
| ۳ | ۱۹/۲۱ | ۱۶/۲۶ | ۷۸/۱۱ | ۱۹/۲۱ | ۷۵/۷۱ | ۸۶/۹ | ||
| ۱ | ۱۰۰ | ۲۹/۴۱ | ۱۹/۲۸ | ۳۹/۱۴ | ۲۹/۴۱ | ۷۱/۵۸ | ۵۴/۹ | |
| ۲ | ۱۹/۳۶ | ۱۸/۳۲ | ۴۹/۱۵ | ۱۹/۳۶ | ۸۱/۶۳ | ۰۲/۹ | ||
| ۳ | ۱۸/۳۲ | ۸۹/۳۳ | ۲۹/۱۶ | ۱۹/۳۲ | ۸۰/۶۷ | ۴۴/۹ | ||
| پایرن | ۱ | ۵۰ | ۳۹/۱۴ | ۷۸/۱۳ | ۷۸/۳ | ۵۶/۲ | ۶۲/۶۵ | ۴۹/۱۵ |
| ۲ | ۳۹/۱۱ | ۲۷/۱۴ | ۱/۴ | ۳۴/۳ | ۴۲/۷۷ | ۱۷ | ||
| ۳ | ۲۸/۷ | ۲۸/۱۶ | ۸۱/۵ | ۱۶/۴ | ۴۳/۸۵ | ۴۶/۱۶ | ||
| ۱ | ۱۰۰ | ۸/۳۷ | ۲۶/۱۹ | ۷۶/۹ | ۱۱/۵ | ۲/۶۲ | ۰۵/۲۸ | |
| ۲ | ۷۸/۳۱ | ۸۹/۲۲ | ۸۹/۹ | ۴۸/۵ | ۲۲/۶۸ | ۹۶/۲۹ | ||
| ۳ | ۹۹/۲۷ | ۴۹/۲۵ | ۱۷/۱۰ | ۰۲/۶ | ۰۱/۷۲ | ۳۳/۳۰ | ||
| ۱ | ۲۰۰ | ۸۹/۱۰۲ | ۱۸/۲۹ | ۱۹/۱۱ | ۱۹/۷ | ۵۵/۴۸ | ۵۵/۴۹ | |
| ۲ | ۷۸/۹۵ | ۸۹/۳۱ | ۲۹/۱۳ | ۱۹/۸ | ۱۱/۵۲ | ۸۵/۵۰ | ||
| ۳ | ۸۹/۸۴ | ۲۹/۳۴ | ۲۹/۱۴ | ۵۹/۹ | ۵۵/۵۷ | ۹۴/۵۶ |
با توجه به جدول (5)، شرایط آزمایش: غلظت اولیه کادمیوم و پایرن خاک رس آلوده شده مشروح در جدول، سورفکتانت آنیونی SDS و غیریونی توین ۸۰ با غلظت بهینه ۷۵/۰ میلیمول بر لیتر، غلظت کود حیوانی ۱۵ درصد وزن خاک خشک و زمان فرآیند ۳ ماه میباشد.
شکل 1- کارآیی فرآیند گیاه پالایی با استفاده از درخت کهور در حذف کادمیوم از خاک رس آلوده حاوی سورفکتانت و کود حیوانی
شکل 2- کارآیی فرآیند گیاه پالایی با استفاده از درخت کهور در حذف پایرن از خاک رس آلوده حاوی سورفکتانت و کود حیوانی
بحث
پایرن و کادمیوم هر دو در خاک کاشته شده و کاشته نشده در پایان آزمایش 90 روزه به طور قابل توجهی کاهش یافتند. راندمان حذف پایرن و کادمیوم در خاک کاشته شده به طور قابل توجهی بیشتر از خاک کاشته نشده بود که تأثیر مفید گیاه پالایی را تأیید کرد. در تعیین نقش سورفکتانت آنیونی SDS و غیر یونی Tween80 در حذف پایرن و کادمیوم از خاک رس حاوی سورفکتانت، مشاهده شد که میزان حذف پایرن و کادمیوم نسبت به خاک رس به تنهایی افزایش یافته است که نشان دهنده اثر پیشرونده سورفکتانتها در حذف پایرن و کادمیوم از خاک آلوده بود. در مورد تیمار کود حیوانی، راندمان حذف پایرن و کادمیوم کمتر از تیمار سورفکتانت بود. در تیمار سورفکتانت آنیونی SDS و غیر یونی Tween80 و خاک رس با کود حیوانی، راندمان حذف پایرن و کادمیوم بیشتر از تیمار سورفکتانت و کود حیوانی به تنهایی بود. بنابراین، بیشترین راندمان حذف در بین تیمارهای کاشته نشده در این تیمار مشاهده شد. در تعیین کارآیی فرآیند گیاه پالایی در حذف پایرن و کادمیوم با استفاده از خاک حاوی کود حیوانی به میزان 15 درصد وزن خاک و درخت کهور، نتایج نشان داد که به مرور زمان از آغاز فرآیند تا ماه سوم، با افزایش زمان فرآیند، سطوح پایرن و کادمیوم در خاک کاهش یافته است. همزمان با کاهش پایرن و کادمیوم در خاک، میزان این دو ترکیب در اندامهای مختلف گیاه از جمله ریشه، ساقه و برگ افزایش یافته است. بیشترین میزان به ترتیب مربوط به ریشه، ساقه و برگ بود. همچنین، راندمان حذف در گیاه پالایی به طور معنیداری بیشتر از تیمارهای بدون کاشت بود.
در مطالعه Li و همکاران، کمپوست در افزایش تثبیت گیاهی فلزات سمی در مقایسه با کود حیوانی مؤثرتر بود. کشت خاکهای آلوده با افزودن کمپوست یک استراتژی موثر برای کاهش انتشار فلزات سمی در اکوسیستم و کاهش ورود آنها به زنجیره غذایی است (17). احتمالاً پایین بودن pH خاک و ترکیبات آلی غیرقابل تجزیه در کود حیوانی دلیل افزایش فراهمی زیستی کادمیوم و پایرن در خاک باشد (17). در مطالعه Wang و همکاران، همچنین افزودن کمپوست به خاک حذف پایرن را افزایش داد و پیشنهاد شد که فعل و انفعالات بین کنسرسیومهای ترشحات ریشه گیاه، میکروارگانیسمها و کمپوست در خاک میتواند فراهمی زیستی پایرن را تسهیل کند و متعاقباً تخریب آن را افزایش دهد (18). در مطالعه دیگری نیز، Wang و همکاران گزارش دادند که ورمی کمپوست کود خوک Pig manure vermicompost (PMVC) میتواند گیاه پالایی خاک آلوده با Cd و Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) را بهبود بخشد. بیشترین میزان حذف PAH در تیمار Plant + PMVC مشاهده شد. افزایش حذف PAH در تیمار Plant + PMVC میتواند به دلیل بهبود رشد ریشه گیاه باشد که ممکن است منجر به افزایش ترشحات ریشه و متعاقباً تغییر ساختار جامعه باکتریایی در جهت مطلوب برای حذف PAH شود. این مطالعه نشان داد که اصلاح خاکهای آلوده به کادمیم و PAH را میتوان با استفاده همزمان از PMVC افزایش داد (19). نتایج مطالعه حاضر نقش مثبت سورفکتانتها را در حذف پایرن و کادمیوم از خاک آلوده نشان داد.
همچنین اثرات مثبت سورفکتانتها بر گیاه پالایی اخیراً در مطالعات گلخانهای مشاهده شده است. حضور برخی از سورفکتانتهای غیریونی، از جمله پلی اکسی اتیلن سوربیتان مونولئات (Tween 80) و پلی اکسی اتیلن دودکانول (Brij35) در غلظتهای نسبتاً پایین منجر به اثرات قابل توجهی بر گیاه پالایی برای خاک آلوده به پایرن شد. با این حال، سورفکتانتهای آنیونی (SDS) و سورفکتانتهای کاتیونی ستیل تری متیل آمونیوم بروماید Cetyltrimethylammonium bromide (CTMAB) به دلیل سمیت گیاهی مفید نبودند (20). در مطالعه Liao و همکاران، مطالعه تجمع فنانترن و پایرن توسط گیاهان ذرت به طور قابل توجهی تحت تأثیر اصلاح خاک با سورفکتانت قرار گرفت سورفکتانتها میتوانند حذف آلایندهها را از خاکهای آلوده در طول گیاه‌پالایی افزایش دهند، که ممکن است به دلیل توانایی سورفکتانت برای دفع و فعالیت میکروبی در خاک باشد. علاوه بر این، سورفکتانتها با کاهش کشش سطحی بین آب و آلایندهها و یا تجمع آنها در میسلها، میتوانند حذف/ انتقال توده آلاینده به فاز آب را بهبود بخشند. همچنین، سورفکتانتها برای بهبود تجزیه زیستی آلایندههای آلی آبگریز در خاک و سیستم‌های هیدروپونیک گزارش شدهاند. به طور کلی، سورفکتانتها میتوانند فراوانی PAH یا سایر تجزیه کنندههای آلاینده را در طول قرار گرفتن در معرض افزایش دهند و همچنین میتوانند حلالیت آلایندهها را افزایش دهند، یا آب گریزی سطوح تجزیه کننده PAH را برای تغییرات تخریب PAH افزایش دهند. با این حال، استفاده از سورفکتانتهایی مانند Tween 80 برای اصلاح خاکهای آلوده به PAH ممکن است مقرون به صرفه باشد. علاوه بر این، اثرات منفی بالقوه سورفکتانتها بر محیط خاک به طور کامل درک نشده است و تحقیقات آینده مورد نیاز است.
علاوه بر این، این نتایج در مقیاس آزمایشگاهی به دست آمد و در اکوسیستم طبیعی، قرار گرفتن در معرض و تجمع آلایندهها در خاک در دورههای بسیار طولانیتری صورت میگیرد و عوامل متعددی مانند حرکت جزر و مد آب (در سواحل)، تغییرات فصلی در فعالیت گیاه و شرایط محیطی مؤثر است. بنابراین، برای اعتبارسنجی و تعمیم نتایج مطالعات آزمایشگاهی، مطالعات زیست محیطی نیز برای تدوین استراتژی‌های حفاظت از محیط زیست مورد نیاز است که با ترکیب نتایج تجربی و زیست محیطی میتوان به آن دست یافت.
نتیجهگیری
در پژوهش حاضر از تقویت کنندههای مختلفی برای بهبود کارآیی حذف پایرن و کادمیوم از خاک آلوده با استفاده از درخت بومی کهور استفاده شد. نتایج مطالعه حاضر نشان داد که استفاده از خاک رس حاوی کود حیوانی (15 درصد) و مخلوط SDS آنیونی و سورفکتانت غیر یونی Tween80 در حذف پایرن و کادمیوم در فرآیند گیاه پالایی با استفاده از درخت کهور راندمان حذف را در مقایسه با استفاده از خاک رس (کاشت نشده) یا کود حیوانی و سورفکتانت به تنهایی افزایش داده است. این مطالعه نشان داد که استفاده از کود حیوانی و سورفکتانتها به طور قابل توجهی اصلاح خاکهای آلوده به کادمیوم و پایرن را با گیاه پالایی افزایش می‌دهد. همچنین، نتایج این پژوهش برای اولین بار نشان داد که از گیاهان بومی میتوان پایرن و کادمیوم را با موفقیت از خاک آلوده حذف کرد.
تشکر و قدردانی
به اینوسیله از آزمایشگاه دانشگاه علوم پزشکی بوشهر و آزمایشگاه پتروشیمی پارس که در انجام این تحقیق همکاری لازم را داشتهاند، کمال تشکر و قدردانی میگردد.
تعارض در منافع: این پژوهش تعارض منافع ندارد.
حامی مالی: این پژوهش هیچگونه حامی مالی نداشته است و بر گرفته از پایان نامه کارشناسی ارشد دانشجو دانشگاه علوم پزشکی بوشهر میباشد.
ملاحظات اخلاقی (کد اخلاق): در این پژوهش قبل از اجرای آن کد اخلاق (IR.BPUMS.REC.1399.052) دریافت شده است.
مشارکت نویسندگان:
پایرن و کادمیوم هر دو در خاک کاشته شده و کاشته نشده در پایان آزمایش 90 روزه به طور قابل توجهی کاهش یافتند. راندمان حذف پایرن و کادمیوم در خاک کاشته شده به طور قابل توجهی بیشتر از خاک کاشته نشده بود که تأثیر مفید گیاه پالایی را تأیید کرد. در تعیین نقش سورفکتانت آنیونی SDS و غیر یونی Tween80 در حذف پایرن و کادمیوم از خاک رس حاوی سورفکتانت، مشاهده شد که میزان حذف پایرن و کادمیوم نسبت به خاک رس به تنهایی افزایش یافته است که نشان دهنده اثر پیشرونده سورفکتانتها در حذف پایرن و کادمیوم از خاک آلوده بود. در مورد تیمار کود حیوانی، راندمان حذف پایرن و کادمیوم کمتر از تیمار سورفکتانت بود. در تیمار سورفکتانت آنیونی SDS و غیر یونی Tween80 و خاک رس با کود حیوانی، راندمان حذف پایرن و کادمیوم بیشتر از تیمار سورفکتانت و کود حیوانی به تنهایی بود. بنابراین، بیشترین راندمان حذف در بین تیمارهای کاشته نشده در این تیمار مشاهده شد. در تعیین کارآیی فرآیند گیاه پالایی در حذف پایرن و کادمیوم با استفاده از خاک حاوی کود حیوانی به میزان 15 درصد وزن خاک و درخت کهور، نتایج نشان داد که به مرور زمان از آغاز فرآیند تا ماه سوم، با افزایش زمان فرآیند، سطوح پایرن و کادمیوم در خاک کاهش یافته است. همزمان با کاهش پایرن و کادمیوم در خاک، میزان این دو ترکیب در اندامهای مختلف گیاه از جمله ریشه، ساقه و برگ افزایش یافته است. بیشترین میزان به ترتیب مربوط به ریشه، ساقه و برگ بود. همچنین، راندمان حذف در گیاه پالایی به طور معنیداری بیشتر از تیمارهای بدون کاشت بود.
در مطالعه Li و همکاران، کمپوست در افزایش تثبیت گیاهی فلزات سمی در مقایسه با کود حیوانی مؤثرتر بود. کشت خاکهای آلوده با افزودن کمپوست یک استراتژی موثر برای کاهش انتشار فلزات سمی در اکوسیستم و کاهش ورود آنها به زنجیره غذایی است (17). احتمالاً پایین بودن pH خاک و ترکیبات آلی غیرقابل تجزیه در کود حیوانی دلیل افزایش فراهمی زیستی کادمیوم و پایرن در خاک باشد (17). در مطالعه Wang و همکاران، همچنین افزودن کمپوست به خاک حذف پایرن را افزایش داد و پیشنهاد شد که فعل و انفعالات بین کنسرسیومهای ترشحات ریشه گیاه، میکروارگانیسمها و کمپوست در خاک میتواند فراهمی زیستی پایرن را تسهیل کند و متعاقباً تخریب آن را افزایش دهد (18). در مطالعه دیگری نیز، Wang و همکاران گزارش دادند که ورمی کمپوست کود خوک Pig manure vermicompost (PMVC) میتواند گیاه پالایی خاک آلوده با Cd و Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) را بهبود بخشد. بیشترین میزان حذف PAH در تیمار Plant + PMVC مشاهده شد. افزایش حذف PAH در تیمار Plant + PMVC میتواند به دلیل بهبود رشد ریشه گیاه باشد که ممکن است منجر به افزایش ترشحات ریشه و متعاقباً تغییر ساختار جامعه باکتریایی در جهت مطلوب برای حذف PAH شود. این مطالعه نشان داد که اصلاح خاکهای آلوده به کادمیم و PAH را میتوان با استفاده همزمان از PMVC افزایش داد (19). نتایج مطالعه حاضر نقش مثبت سورفکتانتها را در حذف پایرن و کادمیوم از خاک آلوده نشان داد.
همچنین اثرات مثبت سورفکتانتها بر گیاه پالایی اخیراً در مطالعات گلخانهای مشاهده شده است. حضور برخی از سورفکتانتهای غیریونی، از جمله پلی اکسی اتیلن سوربیتان مونولئات (Tween 80) و پلی اکسی اتیلن دودکانول (Brij35) در غلظتهای نسبتاً پایین منجر به اثرات قابل توجهی بر گیاه پالایی برای خاک آلوده به پایرن شد. با این حال، سورفکتانتهای آنیونی (SDS) و سورفکتانتهای کاتیونی ستیل تری متیل آمونیوم بروماید Cetyltrimethylammonium bromide (CTMAB) به دلیل سمیت گیاهی مفید نبودند (20). در مطالعه Liao و همکاران، مطالعه تجمع فنانترن و پایرن توسط گیاهان ذرت به طور قابل توجهی تحت تأثیر اصلاح خاک با سورفکتانت قرار گرفت سورفکتانتها میتوانند حذف آلایندهها را از خاکهای آلوده در طول گیاه‌پالایی افزایش دهند، که ممکن است به دلیل توانایی سورفکتانت برای دفع و فعالیت میکروبی در خاک باشد. علاوه بر این، سورفکتانتها با کاهش کشش سطحی بین آب و آلایندهها و یا تجمع آنها در میسلها، میتوانند حذف/ انتقال توده آلاینده به فاز آب را بهبود بخشند. همچنین، سورفکتانتها برای بهبود تجزیه زیستی آلایندههای آلی آبگریز در خاک و سیستم‌های هیدروپونیک گزارش شدهاند. به طور کلی، سورفکتانتها میتوانند فراوانی PAH یا سایر تجزیه کنندههای آلاینده را در طول قرار گرفتن در معرض افزایش دهند و همچنین میتوانند حلالیت آلایندهها را افزایش دهند، یا آب گریزی سطوح تجزیه کننده PAH را برای تغییرات تخریب PAH افزایش دهند. با این حال، استفاده از سورفکتانتهایی مانند Tween 80 برای اصلاح خاکهای آلوده به PAH ممکن است مقرون به صرفه باشد. علاوه بر این، اثرات منفی بالقوه سورفکتانتها بر محیط خاک به طور کامل درک نشده است و تحقیقات آینده مورد نیاز است.
علاوه بر این، این نتایج در مقیاس آزمایشگاهی به دست آمد و در اکوسیستم طبیعی، قرار گرفتن در معرض و تجمع آلایندهها در خاک در دورههای بسیار طولانیتری صورت میگیرد و عوامل متعددی مانند حرکت جزر و مد آب (در سواحل)، تغییرات فصلی در فعالیت گیاه و شرایط محیطی مؤثر است. بنابراین، برای اعتبارسنجی و تعمیم نتایج مطالعات آزمایشگاهی، مطالعات زیست محیطی نیز برای تدوین استراتژی‌های حفاظت از محیط زیست مورد نیاز است که با ترکیب نتایج تجربی و زیست محیطی میتوان به آن دست یافت.
نتیجهگیری
در پژوهش حاضر از تقویت کنندههای مختلفی برای بهبود کارآیی حذف پایرن و کادمیوم از خاک آلوده با استفاده از درخت بومی کهور استفاده شد. نتایج مطالعه حاضر نشان داد که استفاده از خاک رس حاوی کود حیوانی (15 درصد) و مخلوط SDS آنیونی و سورفکتانت غیر یونی Tween80 در حذف پایرن و کادمیوم در فرآیند گیاه پالایی با استفاده از درخت کهور راندمان حذف را در مقایسه با استفاده از خاک رس (کاشت نشده) یا کود حیوانی و سورفکتانت به تنهایی افزایش داده است. این مطالعه نشان داد که استفاده از کود حیوانی و سورفکتانتها به طور قابل توجهی اصلاح خاکهای آلوده به کادمیوم و پایرن را با گیاه پالایی افزایش می‌دهد. همچنین، نتایج این پژوهش برای اولین بار نشان داد که از گیاهان بومی میتوان پایرن و کادمیوم را با موفقیت از خاک آلوده حذف کرد.
تشکر و قدردانی
به اینوسیله از آزمایشگاه دانشگاه علوم پزشکی بوشهر و آزمایشگاه پتروشیمی پارس که در انجام این تحقیق همکاری لازم را داشتهاند، کمال تشکر و قدردانی میگردد.
تعارض در منافع: این پژوهش تعارض منافع ندارد.
حامی مالی: این پژوهش هیچگونه حامی مالی نداشته است و بر گرفته از پایان نامه کارشناسی ارشد دانشجو دانشگاه علوم پزشکی بوشهر میباشد.
ملاحظات اخلاقی (کد اخلاق): در این پژوهش قبل از اجرای آن کد اخلاق (IR.BPUMS.REC.1399.052) دریافت شده است.
مشارکت نویسندگان:
- طراحی ایده: سید عنایت هاشمی، غلامرضا عبدی
- روش کار: امین عالیوند، فرزانه نصر زاده، محمد حیدری، مجتبی بهروزی
- جمع آوری دادهها: امین عالیوند، فرزانه نصرزاده
- تجزیه و تحلیل آماری دادهها: امین عالیوند، مجتبی بهروزی
- نظارت: سید عنایت هاشمی، غلامرضا عبدی
- مدیریت پروژه: سید عنایت هاشمی، غلامرضا عبدی
- نگارش- پیش نویس اصلی: امین عالیوند، سید عنایت هاشمی
- نگارش- بررسی و ویرایش: سید عنایت هاشمی، غلامرضا عبدی، محمد حیدری
[1]- دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی بهداشت محیط ،گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشکده بهداشت و تغذیه، دانشگاه علوم پزشکی بوشهر، بوشهر، ایران
[2]- (نویسنده مسئول) دانشیار گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشکده بهداشت و تغذیه، دانشگاه علوم پزشکی بوشهر، بوشهر، ایران
تلفن: ۳۳۴۵۰۱۳۴-077، پست الکترونیکی: seyedenayat_hashemi@yahoo.com
تلفن: ۳۳۴۵۰۱۳۴-077، پست الکترونیکی: seyedenayat_hashemi@yahoo.com
[3]- استادیارگروه بیوتکنولوژی، پژوهشکده خلیج فارس، دانشگاه خلیج فارس، بوشهر، ایران
[4]- کارشناس آزمایشگاه خاک و پسماند، دانشکده بهداشت و تغذیه، دانشگاه علوم پزشکی بوشهر، بوشهر، ایران
[5]- دکتری محیط زیست، آزمایشگاه EB/SM، پتروشیمی پارس، عسلویه، ایران
[6]- کارشناس گروه مهندسی بهداشت محیط، معاونت بهداشتی، دانشگاه علوم پزشکی بوشهر، بوشهر، ایران
فهرست منابع
1. Jeelani N, Yang W, Zhu H-L, An S. Phytoremediation for co-contaminated soils of cadmium and pyrene using Phragmites australis (common reed). Inter Journal of Phytorem 2020; 22(13): 1385-95.
2. Sun Y, Zhou Q, Wang L, Liu W. Cadmium tolerance and accumulation characteristics of Bidens pilosa L. as a potential Cd-hyperaccumulator. Journal of Hazard Mate 2009; 161(2-3): 808-14.
3. Khan N, Mir M, Nazar R, Singh S. The application of ethephon (an ethylene releaser) increases growth, photosynthesis and nitrogen accumulation in mustard (Brassica juncea L.) under high nitrogen levels. Plant Biology 2008; 10(5): 534-8.
4. González-Gaya B, Martínez-Varela A, Vila-Costa M, Casal P, Cerro-Gálvez E, Berrojalbiz N, et al. Biodegradation as an important sink of aromatic hydrocarbons in the oceans. Nat Geosci 2019; 12(2): 119-25.
5. Ogundiran MB, Adejumo SA, Fagbenro JA. Chapter 10 - Sustainable remediation techniques for solid waste polluted soils. In: Frazer-Williams R, Ogundiran MB, Unuabonah EI, editors. Environmental Pollution and Public Health: Elsevier 2024; p. 265-88. [Book]
6. Zhang X, Zhang X, Wang S, Zhao S. Improved remediation of co-contaminated soils by heavy metals and PAHs with biosurfactant-enhanced soil washing. Scientific Reports 2022; 12(1): 3801.
7. Albatrni H, Qiblawey H, Almomani F, Adham S, Khraisheh M. Polymeric adsorbents for oil removal from water. Chemosphere 2019; 233: 809-17.
8. Mohammadi F, Samaei MR, Azhdarpoor A, Teiri H, Badeenezhad A, Rostami S. Modelling and optimizing pyrene removal from the soil by phytoremediation using response surface methodology, artificial neural networks, and genetic algorithm. Chemosphere 2019; 237: 124486.
9. Ehsan S, Ali S, Noureen S, Mahmood K, Farid M, Ishaque W, et al. Citric acid assisted phytoremediation of cadmium by Brassica napus L. Ecotoxicology and environmental safety 2014; 106: 164-72.
10. Matanzas N, Afif E, Díaz T, Gallego J. Phytoremediation potential of native herbaceous plant species growing on a paradigmatic brownfield site. Water, Air, Soil Pollut 2021; 232: 1-14.
11. Singh N, Pareek A. Prosopis cineraria: a potential functional food for improving sports performance. Vegetos 2023.
12. Prasad MNV, Tewari JC. Chapter 5 - Prosopis juliflora (Sw) DC: Potential for bioremediation and bio-based economy. In: Prasad MNV, editor. Bioremediation and Bioeconomy (Second Edition): Elsevier 2024; p. 99-118. [Book]
13. Dosoky WM, Farag SA, Almuraee AA, Youssef IM, Awlya OFA, Abusudah WF, et al. Vitamin C and/or garlic can antagonize the toxic effects of cadmium on growth performance, hematological, and immunological parameters of growing Japanese quail. Poultry Science 2024; 103(3): 103457.
14. Parmoon G, Ebadi A, Jahanbakhsh S, Hashemi M. Physiological Response of Fennel (Foeniculumvulgare Mill.) to Drought Stress and Plant Growth Regulators. Rus Plant Physiol 2019; 66(5): 795-805.
15. Lu L, Chen Y, Zou S, Wang Z, Fan L. The sources, diffusion, and health risks of polycyclic aromatic hydrocarbons in water and sediment of a typical underground river in South China. Environ Earth Sci 2024; 83(3): 100.
16. Mathur J, Panwar R. Synergistic effect of pyrene and heavy metals (Zn, Pb, and Cd) on phytoremediation potential of Medicago sativa L. (alfalfa) in multi-contaminated soil. Environ Sci Pollut Res 2024; 31(14): 21012-27.
17. Li J, Chang Y, Al-Huqail AA, Ding Z, Al-Harbi MS, Ali EF, et al. Effect of manure and compost on the phytostabilization potential of heavy metals by the halophytic plant wavy-leaved saltbush. Plants 2021; 10(10): 2176.
18. Wang MC, Chen YT, Chen SH, Chang Chien SW, Sunkara SV. Phytoremediation of pyrene contaminated soils amended with compost and planted with ryegrass and alfalfa. Chemosphere 2012; 87(3): 217-25.
19. Wang K, Zhang J, Zhu Z, Huang H, Li T, He Z, et al. Pig manure vermicompost (PMVC) can improve phytoremediation of Cd and PAHs co-contaminated soil by Sedum alfredii. J Soils Sediments 2012; 12: 1089-99.
20. Yan-Zheng G, Wan-Ting L, Li-Zhong Z, Bao-Wei Z, ZHENG Q-S. Surfactant-enhanced phytoremediation of soils contaminated with hydrophobic organic contaminants: potential and assessment. Pedosphere 2007; 17(4): 409-18.
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |
