علوم آب و خاک

---

آلودگی خاک و تجمع فلزات سنگین در محصولات کشاورزی در مناطق صنعتی یکی از مهم‌ترین مسایل زیست محیطی است که زندگی گیاهان، حیوانات و انسان را تهدیـد می‌نماید. هدف از این پژوهش بررسی پراکنش نیکل، منگنز و کادمیوم در خاک و محصولات کشاورزی در منطقه اطراف مجتمع فولاد مبارکه بوده است. در این بررسی بر اساس نقشه‌های رده‌بندی و قابلیت خاک و با در نظر گرفتن جهت باد غالب در منطقه (جنوب غربی- شمال شرقی)، 50 منطقه مجزا گردید. در هر منطقه از 4 عمق( 5-0 ، 10- 5 ، 20- 10 و 40- 20 سانتی‌متری) نمونه‌برداری گردید و در مجموع تعداد 200 نمـونـه خاک تهیه شد. ‌غلظت نیکل، منگنز و کادمیوم قابل استخراج با DTPA در نمونه‌های خاک، اندازه‌گیری شد. هم‌چنین غلظت کل نیکل، منگنز و کادمیوم در اندام‌های هوایی36 نمونه از هجده نوع محصول کشاورزی عمده در این مناطق اندازه‌گیری شد. نتایج نشان داد که، حداکثر غلظت نیکل و منگنز قابل استخراج با DTPA در شمال شرق منطقه و در لایه 5-0 سانتی‌متری خاک بوده است ( به ترتیب 2/4 و 312 میلی گرم در کیلوگرم خاک). غلظت این دو عنصر در لایه‌های 10- 5‏‏‏، 20-10 و 40-20 سانتی‌متری خاک کاهش یافته است ( به ترتیب 7/2 ، 7/2 ،1/2 و 200 ،212 ،146 میلی‌گرم در کیلوگرم خاک). غلظت نیکل و کادمیوم در اندام‌های هوایی محصولات کشاورزی منطقه در حد تشخیص دستگاه جذب اتمی نبود ولی غلظت منگنز در اندام هوایی برنج 6/716 میلی‌گرم در کیلوگرم ماده خشک گیاهی بود که در مقایسه با استاندارد آژانس حفاظت محیط زیست آمریکا (حدود 100- 15 میلی‌گرم در کیلوگرم ماده خشک گیاهی) بالا بوده است(24).

---

فلزات سنگین به دلیل آثار بازدارنده‎ای که بر رشد و فعالیت باکتری‌های ریزوبیوم و گیاهان لگوم میزبان آنها دارند، گره‎بندی و تثبیت نیتروژن سیستم‌های همزیستی را تحت تأثیر قرار می‎دهند. این تحقیق با هدف ارزیابی تأثیر تحمل سویه‎های ریزوبیوم به کادمـیوم در کاهش آثار سوء این فلز بر همزیسـتی سینوریزوبیوم ملیلوتی یونجه انجام شده است. بدین منظور، آزمایش گلخانه‌ای در قالب طرح بلوک‎های کامل تصادفی برنامه‎ریزی شد. تیمارهای این آزمون شامل 5 سطح کادمیوم (0، 2، 5، 10 و 20 میلی‎گرم در کیلوگرم خاک ) و شش تیمار مایه‎زنی با سویه‎های مختلف ریزوبیومی (حساس، نسبتاً متحمل و متحمل به کادمیوم) همراه با یک تیمار شاهد تلقیح نشده با باکتری بودند. در سطوح مختلف کادمیوم، آثار تلقیح گیاه یونجه با سویه‌های انتخابی بر تعداد گره‌های ریشه‎ای و مقدار کل نیتروژن اندام هوایی مورد مقایسه قرارگرفت. نتایج این پژوهش نشان داد که آلودگی خاک به کادمیوم حتٰی در سطح 2 میلی‎گرم بر کیلوگرم تأثیر قابل توجهی بر شاخص‌های همزیستی باکتری‌های سینوریزوبیوم ملیلوتی داشت و میزان این تأثیر بسته به میزان تحمل به کادمیوم سویه‎های مختلف، متفاوت بود. تأثیر کاهنده غلظت کادمیوم بر تعداد گره‎های ریشه‎ای و غلظت نیتروژن اندام هوایی گیاهان تلقیح شده با سویه‎های حساس به کادمیوم در مقایسه با سویه‎های مقاوم به ترتیب به حدود 41 و 29 درصد رسید. در این آزمون سویه R_95m از نظر توان گره‎زایی و جذب نیتروژن در سطوح مختلف کادمیوم به عنوان برترین سویه شناخته شد.

---

عناصر سنگین از جمله کادمیوم و سرب از مسیرهای مختلف و عمدتاً تحت تأثیر فعالیت‌های انسان وارد زمین‌های کشاورزی شده و به دلیل تحرک کم در طول زمان در خاک انباشته می‌شوند. انباشت کادمیوم و سرب در خاک در نهایت باعث ورود آنها به چرخه غذایی و تهدید سلامت انسان و سایر حیوانات می‌شود. بنابراین بررسی روند انباشت عناصر سنگین برای پیشگیری از آلودگی خاک و حفظ کیفیت محیط زیست ضروری بوده و باید مد نظر محققین و برنامه ریزان در سطوح مختلف مدیریتی قرار گیرد. این مطالعه به منظور مدل‌سازی روند انباشت کادمیوم و سرب در زمین‌های زراعی شهرستان‌های اصفهان، برخوار، خمینی شهر، لنجان، فلاورجان، مبارکه و نجف آباد صورت گرفت. روند انباشت عناصر در زمین‌های زراعی منطقه به کمک روش تصادفی مبتنی بر توازن جرمی و با استفاده از ترکیب روش لاتین هایپر کیوب و شبیه سازی مونت کارلو محاسبه گردید. به این منظور از اطلاعات زراعی (نوع، سطح زیر کشت و عملکرد محصولات)، اطلاعات مرتبط با احشام (انواع و تعداد)، آمار مربوط به میزان مصرف کودهای شیمیایی، کمپوست و لجن فاضلاب و همین‌طور اطلاعات مرتبط با غلظت عناصر در گیاهان و مواد اصلاح کننده خاک استفاده شد. نتایج حاکی از انباشت مقادیر قابل توجهی از عناصر کادمیوم و سرب در زمین‌های کشاورزی شهرستان‌های مورد مطالعه می‌باشد. بیشترین نرخ انباشت کادمیوم و سرب به ترتیب،(18g ha^-1yr^-1 ) و (260g ha^-1yr^-1) در شهرستان اصفهان و کمترین نرخ انباشت کادمیوم و سرب به ترتیب، (3g ha^-1yr^-1 ) و (10g ha^-1yr^-1) در شهرستان لنجان و مبارکه دیده شد. صرف‌نظر از ریزش‌های جوی، مهم‌ترین مسیر ورود کادمیوم به زمین‌های کشاورزی در مقیاس شهرستان کودهای فسفره است. در صورتی‌که در مورد سرب کودهای حیوانی نقش مهم‌تری را در شهرستان‌های مورد مطالعه به جز اصفهان دارند. ورود سرب از طریق کودهای حیوانی به طور عمده ناشی از ریزش جوی سرب روی سطح گیاهان و انتقال آن به زنجیره غذایی حیوانات می‌باشد. در شهرستان اصفهان کمپوست مهم‌ترین مسیر ورود سرب به زمین‌های کشاورزی است زیرا بیشترین مقدار کمپوست در این شهرستان استفاده می‌شود.

---

در این پژوهش، آثار افزودن کی‌لیت طبیعی اسید ‌سیتریک و کی‌لیت‌های مصنوعی HEDTA و EGTA در محلول کردن کادمیوم در خاک‌هایی که به طور مصنوعی آلوده شده‌اند و نیز توانایی آنها در افزایش پالایش گیاهی کادمیوم توسط گیاه تربچه (Raphanus sativus L.) از خانواده (Brassicaceae) با یکدیگر مقایسه و بررسی شد. این آزمایش با استفاده از یک طرح فاکتوریل در قالب بلوک‌های کامل تصادفی در سه تکرار انجام شد. تیمارهای غلظت برای کادمیوم با استفاده از نمک کلرید کادمیوم دارای غلظت‌ 0، 5، 20، 60 و 100 میلی‌گرم در کیلوگرم خاک بودند. در پایان فصل رشد، کی‌لیت‌ها با غلظت‌های 6، 20 و 20 (1-mMkg) به ترتیب برایHEDTA، EGTA و اسید ‌سیتریک به هر گلدان اضافه شدند. برای به دست آوردن شدت جذب آلاینده‌ها، ده روز پس از افزودن کی‌لیت‌ها از گیاهان و خاک گلدان‌ها نمونه‌برداری و غلظت کادمیوم در آنها اندازه‌گیری شد. در تمام تیمارها، کادمیوم محلول خاک در مقایسه با تیمار شاهد، بیشتر بوده است. مقادیر به دست آمده نشان داد که کی‌لیت‌های مصنوعی نسبت به اسید سیتریک که یک کی‌لیت طبیعی است حلالیت را بیشتر افزایش می‌دهد. در این میان HEDTA تأثیر بسیار مشهودتری بر افزایش حلالیت کادمیوم داشته است به طوری که غلظت کادمیوم محلول در خاک بعد از اضافه کردن HEDTA در غلظت‌های 0، 5، 20، 60، 100 (1-mgkg) به ترتیب 05/0، 48/3، 22/13، 8/33، 82/37 ( soil1-mgkg) بوده است. برای تمام تیمارها با افزایش میزان کادمیوم خاک، غلظت کادمیوم در ریشه و اندام هوایی افزایش یافته است. میزان کادمیوم در اندام‌ هوایی تربچه در مقایسه با ریشه بیشتر بوده که می‎تواند به دلیل زیست فراهمی بیشتر فلز و هم چنین حلالیت زیاد آن باشد. در تمام تیمارهایی که HEDTA به آنها اضافه شده میزان تجمع کادمیوم در ساقه و ریشه‌های تربچه بیشتر از سایر کی‌لیت‌هاست.

---

همزیستی‌های ریشه گیاهان و ریزجانداران خاک بویژه قارچ ریشه‌های آربسکولار‌(AM) و باکتری‌های افزاینده رشد گیاه (PGPR) بخشی اساسی و کارآمد از سامانه ریشه گیاهان است. این همزیستی‌ها نقش اساسی در کارآیی ریشه در جذب و بهبود رشد گیاه در مکان‌های شدیداً تخریب شده مانند مکان‌های آلوده به فلزهای سنگین دارند. هدف از این پژوهش، بررسی تأثیر مایه‌زنی خاک با میکروب‌های بردبار به فلزهای سنگین بر زیست‌فراهمی سرب و کادمیم در خاک، رشد گیاه و جذب فلز به‌وسیله گیاهان ارزن (Pennisetum glaucum)، بیدگیاه (Triticum repens) و یونجه وحشی (Medicago sativa) بود. یک نمونه خاک با غلظت‌های مختلف کادمیم یا سرب آلوده شد (خاک 1). هم‌چنین، برای تهیه مایه مایه‌زنی دارای سویه‌های بومی مناطق آلوده، از خاک کشتزارهای یونجه پیرامون معادن سرب و روی زنجان نمونه‌برداری (خاک 2) و با نسبت وزنی یک به پنج به خاک 1 افزوده شد. گیاهان ارزن، بیدگیاه و یونجه‌ وحشی در گلدان‌ و در شرایط گلخانه کشت شدند. در پایان فصل رشد، کارکرد ماده خشک بخش هوایی و غلظت سرب و کادمیوم در گیاه و خاک اندازه‌‌گیری شد. یافته‌ها نشان داد که عملکرد نسبی گیاهان و غلظت سرب در گیاهان در شرایط عدم مایه‌زنی میکروبی، بیشتر از تیمارهای مشابه در شرایط مایه‌زنی میکروبی بود. با این حال، غلظت کادمیم در گیاهان در شرایط مایه‌زنی میکروبی، بیشتر بود. بیدگیاه بالاترین اندوزش کادمیم و سرب را در میان گیاهان بررسی شده داشت.

---

این مطالعه به بررسی معادلات جذب سطحی لانگ مویر و فرندلیچ در رسوبات سه ایستگاه (پل پنجم اهواز، دارخوین و خرمشهر) در دو فصل کم‌آبی و پرآبی رودخانه کارون پرداخته است. برازش دادهای حاصل از آزمایش‌های جذب سطحی کادمیوم روی رسوبات با معادله لانگ‌مویر و فرندلیچ سازگار هستند. براساس آزمایشات انجام شده بین ضریب b معادله لانگ مویر با درصد مواد آلی و درصد رس در دو فصل کم‌آبی و پر‌آبی اختلافی معنی‌داری در سطح 01/0 وجود دارد. ولی در مورد ضریب K این معادله در دو فصل کم-آبی و پر‌آبی اختلاف معنی‌داری با درصد مواد آلی یا درصد رس وجود ندارد. هم‌چنین بین ضریب Kf معادله فروندلیچ با درصد ماده آلی در سطح 05/0 و برای رس در سطح 01/0 رابطه معنی‌دار برقرار است. آزمون مقایسه میانگین‌ها برای مقایسه دو فصل کم‌آبی و پر-آبی نشان می‌دهد که رابطه معنی‌داری بین ضرایب معادله لانگ مویر در دو فصل کم‌آبی و پرآبی به‌دست نیامده است اما در معادله فروندلیج، بین ضرایب (kf) در دو فصل کم‌آبی و پر‌آبی اختلاف معنی‌داری در سطح 01/0 وجود دارد. در مجموع سه ایستگاه، مقدار جذب سطحی کادمیوم به‌وسیله رسوبات در فصل کم‌آبی بیش از فصل پرآبی می‌باشد و رسوبات مربوط به پل پنجم اهواز به‌دلیل بافت شنی دارای شدت جذب پایین و ظرفیت کم بوده و توانایی خیلی کمتری نسبت به رسوبات دارخوین و خرمشهر در جذب و نگهداری عناصر سنگین کادمیوم دارا می‌باشند.

---

به‌منظور بررسی اثر تجمعی کاربرد سه‌ ساله کمپوست زباله شهری و کمپوست همراه با کود شیمیایی بر میزان غلظت برخی عناصر سنگین در اندام‌های مختلف گیاه برنج، آزمایشی در قالب طرح کاملاً تصادفی در سه تکرار به‌صورت مزرعه‌ای در سال 1388 انجام شد. تیمارهای این آزمایش شامل: شاهد (بدون مصرف کود شیمیایی و کمپوست)، کود شیمیایی (100 کیلوگرم اوره، 100 کیلوگرم سوپرفسفات تریپل و 100 کیلوگرم سولفات پتاسیم در هکتار)، 15، 30 و 45 تن کمپوست بدون کود شیمیایی، 15، 30 و 45 تن کمپوست به‌همراه مقادیر 25، 50 و 75 درصد کود شیمیایی بودند. نتایج نشان داد که کاربرد سه ساله کمپوست سبب افزایش میزان عناصر نیکل، سرب، کادمیوم و کروم در اندام‌های مختلف برنج گردید. هم‌چنین کاربرد کودهای شیمیایی به‌همراه کمپوست در مقایسه با تیمارهای بدون کمپوست میزان عناصر نیکل، سرب، کادمیوم و کروم در اندام‌های مختلف برنج را افزایش داد. بیشترین میزان نیکل و سرب (1/9 و 8/7 میلی‌گرم بر کیلوگرم) در دانه در تیمار 45 تن کمپوست در هکتار همراه با 50 درصد کود شیمیایی به‌دست آمده است. ضمناً بیشترین میزان کادمیوم دانه (6/1 میلی‌گرم برکیلوگرم) در تیمار 30 تن کمپوست در هکتار همراه با 75 درصد کود شیمیایی و بیشترین میزان کروم دانه (8/1 میلی‌گرم بر کیلوگرم) در تیمار کمپوست 30 تن در هکتار همراه 25 درصد کود شیمیایی حاصل شد.

---

گیاه‌پالایی یکی از روش‌های پاکسازی خاک‌های آلوده است که با انباشت عناصر سنگین در بافت‌های گیاهان، خروج این عناصر را از خاک‌های آلوده امکان‌پذیر می‌کند. لذا برای رسیدن به‌این هدف، این پژوهش، به‌صورت کشت گلدانی و در قالب طرح کاملاً تصادفی در سال 1390 در دانشگاه بیرجند انجام شد. از دو گونه گیاهی اسفناج و شاهی به‌منظور بررسی حذف یا کاهش غلظت دو فلز کادمیوم و کروم استفاده شد. در این مطالعه از سطوح مختلف کادمیوم با استفاده از نمک کلریدکادمیوم (5، 50 و100 میلی‌گرم بر کیلوگرم) و کروم با استفاده از نمک کلریدکروم (3) (50، 100 و150 میلی‌گرم بر کیلوگرم) و هم‌چنین شاهد (سطح صفر) برای هر گونه با سه تکرار استفاده شد .نتایج نشان داد که غلظت کادمیوم و کروم در اندام‌های هوایی اسفناج و شاهی به‎طور معنی‌داری (01/0P<) تحت تأثیر غلظت تیمارهای به‌کار رفته در خاک بودند. در گونه اسفناج با افزایش غلظت کادمیوم و کروم در خاک، میزان غلظت هر دو فلز در اندام‌های هوایی افزایش نشان داد. در گونه شاهی با افزایش غلظت کادمیوم در خاک، میزان غلظت آن در اندام‌های هوایی افزایش اما غلظت کروم کاهش نشان داد. هم‌چنین مقایسه میزان غلظت کادمیوم و کروم در اندام‌های هوایی دو گونه اسفناج و شاهی نیز نشان داد که هر دوگونه از نظر میزان غلظت کادمیوم، رفتار مشابه و از نظر میزان غلظت کروم رفتار متفاوتی نشان دادند. بنابراین، بر‌اساس نتایج، هر دو گونه اسفناج و شاهی برای گیاه‌جذبی کادمیوم و کروم در فناوری گیاه‌‌پالایی مناسب می‌باشند و در غلظت‌های بالای کروم استفاده از گیاه شاهی جهت گیاه‌پالایی توصیه نمی‌شود.

---

کادمیوم عنصری مضر برای حیات و آلاینده‌ای خطرناک بهشمار می‌رود. این عنصر از طریق پساب‌ها، زهاب‌ها و فاضلاب‌ها (شهری و صنعتی) سبب آلودگی، کاهش کیفیت وگاهی سمیت منابع آب می‌گردد. با افزایش جمعیت و نیاز به‌منابع آب بیشتر، هم‌چنین افزایش آلوده‌شدن این منابع آبی ارزشمند، نیاز شدیدی به روش‌های نو و ارزان برای پالایش و بهبود کیفیت آب‌ها احساس می‌شود. گیاه‌پالایی با گیاهان آبزی روشی مؤثر و ارزان برای بهبود کیفیت آب و پساب‌هاست. هدف از این مطالعه پتانسیل‌یابی حذف زیستی کادمیوم به‌وسیله عدسک آبی از محیط‌های آبی است که برای دست‌یابی به آن مهم، پس از تعیین pH بهینه‌ی رشد عدسک آبی (Lemna gibba L.)، این گیاه طی 11 روز در محلول غذایی هوگلند، آلوده به 4 سطح مختلف کادمیوم (1، 2، 4 و 6 میلی‌گرم در لیتر) کشت شد و با اندازه‌گیری روزانه‌ی کادمیوم در محلول کشت، هم‌چنین مقدار اولیه و نهایی آن در گیاه حذف زیستی این فلز سنگین از پساب‌ها امکان‌سنجی گردید. اثرات زیستی کادمیوم بر رشد گیاه با اندازه‌گیری شاخص تولید جرم زنده بررسی شد. گیاه عدسک آبی کادمیوم را به‌مقدار زیادی جذب کرد و کارایی حذف کادمیوم به بیش از 91% در سطح آلودگی 4 میلی‌گرم در لیتر رسید. ضریب انتقال و شاخص جذب حداکثری کادمیوم در سطح 6 میلی‌گرم در لیتر، 82/517 و 36/9 میلی‌گرم به‌دست آمد. کمترین و بیشترین مقدار شاخص تولید جرم زنده گیاهی 2 و 71/4 گرم در روز، به‌ترتیب مربوط به سطوح آلودگی 6 و 0 (شاهد) میلی‌گرم در لیتر بود. پالایش زیستی کادمیوم به کمک عدسک‌آبی که گیاه بومی آبگیرهای جنوب ایران است، در محیط مصنوعی امکان‌پذیر است و بررسی پتانسیل آن در گیاه پالایی نیکل از پساب‌های آلوده پیشنهاد می‌شود.

---