چکیده

در حال حاضر یکی از چالش های اساسی در زمینه محیط زیست، افزایش تدریجی غلظت فلزات سنگین در محیط به سبب عدم تجزیه آنها توسط میکروارگانیسمها میباشد. این گونه فلزات با توجه به داشتن خواص و اثرات بالقوه سیتوتوکسیک، کارسینوژنیک و موتاژنیک، مخاطرات جدی را بر سلامت انسان و سایر موجودات زنده وارد مینمایند. در سالهای اخیر، استفاده از گیاهان جهت پاکسازی محیطهای آلوده به فلزات سنگین به دلایل ارزانی و سادگی از توجه بسیار زیادی برخوردار گردیده است. این فرآیند به طور طبیعی به وسیله گیاهان و فلور میکروبی ریزوسفر آنها انجام شده و جهت زدودن آلایندههای آلی و معدنی از محیط، مورد استفاده قرار میگیرد. از تکنیک گیاهپالایی میتوان جهت پالایش فاضلابها، تالابها، مجموعههای طبیعی آب و خاکهای کشاورزی آلوده به فلزات سنگین، بهره برد . گیاه سنبل آبی به دلیل سازگاری به طیف گستردهای از عوامل زیست محیطی شامل اسیدیته، هدایت الکتریکی و درجه حرارت، میتواند به طور موفقیت آمیزی در سیستمهای تصفیه فاضلاب جهت بهبود کیفیت آب از طریق کاهش سطوح عناصر آلی و معدنی، مورد استفاده قرار گیرد. طی بررسی کارایی این گیاه در پالایش محیط بیان شده است که، از منظر گیاهپالایی گیاه سنبل آبی گونه گیاهی امید بخش در اصلاح طبیعی مجموعههای آبی و فاضلابهای آلوده به سطوح پایین فلزات سنگینی همچون روی، کروم، مس، کادمیوم، سرب، نقره و نیکل، میباشد. همچنین مطالعات نشان داده است که این ماکروفیت آبی در پالایش عناصر غذایی مانند نیتروژن مؤثر و کارا بوده است که میزان این کارایی و اثر در جذب این عنصر در ارتباط با نوع سیستم و هدف نهایی از حذف عنصر بوده است.

کلمات کلیدی: گیاهپالایی، سنبل آبی، فلزات سنگین، نیتروژن، محیط

مقدمه

در حال حاضر یکی از چالش های اساسی در زمینه محیط زیست، افزایش تدریجی غلظت فلزات سنگین در خاک به سبب عدم تجزیه آنها توسط میکروارگانیسمها میباشد. این گونه فلزات با توجه به داشتن خواص و اثرات بالقوه سیتوتوکسیک، کارسینوژنیک و موتاژنیک، مخاطرات جدی را بر سلامت انسان و سایر موجودات زنده وارد می نمایند ( Iskandar and Kirkham, 2001; Amouei et al. .(2006 در سال های اخیر، استفاده از گیاهان جهت پاکسازی خاک های آلوده به فلزات سنگین به دلایل ارزانی، سادگی، استفاده از انرژی خورشید، مقبولیت همگانی، انجام پالایش در محل، فقدان باقیمانده مواد و ترکیبات سمی، حفظ و نگهداری کیفیت های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیک خاک، رویکردی طبیعی و زیست محیطی، افزایش ظرفیتهای طبیعی و پوششهای گیاهی، جلوگیری از فرسایش خاک، کنترل نشتاب و جلوگیری از نفوذ آن به آبهای زیر زمینی، تلطیف هوا از طریق جذب ذرات و گاز های آلاینده و به ویژه گاز کربنیک و در نتیجه تعدیل اثر گلخانهای در اتمسفر، از توجه بسیار زیادی برخوردار گردیده است ( Amouei et al . 2006; ITRC, .(2009; Lasat, 2002; Pulford ID, Watson, 2003; Mudgal, 2010 به طور کلی، گیاه پالایی عبارت است از استفاده از گیاهان و میکروارگانیسمهای مرتبط با آنها، جهت پاکسازی محیط. این تکنولوژی از فرآیندهایی که به طور طبیعی به وسیله گیاهان و فلور میکروبی ریزوسفر آنها رخ میدهد، جهت کاهش و جدا کردن آلایندههای آلی و غیر آلی، بهره میبرد .(Pilon -Smit, 2005) این تکنولوژی به صورت موثر و ارزان مکانهای دفع پسماندهای خطرناک آلوده به فلزات، هیدروکربنها، آفتکشها و حلالهای chlorinated را پاکسازی میکند .(Xia et al. 2003) گیاهان قادر به تسهیل تجزیه بیولوژیک (biodegradation) آلایندههای آلی به وسیله میکروارگانیسمهای موجود در ریزوسفر خود بوده که این فرآیند، phytostimulation یا rhizodegradation نامیده میشود. همچنین گیاهان قادر به تنزل آلایندههای آلی به طور مستقیم از طریق فعالیتهای آنزیمی خود بوده که این فرآیند phytodegradation نامیده میشود .(McCutcheon and Schnoor, 2003) پس از جذب در بافت گیاهی، برخی آلاینده ها به صورت فرار از گیاه خارج میشوند که این عمل phytovolatilization نامیده می شود .(Terry et al. 1995) این انواع تکنولوژیهای گیاهپالایی با یکدیگر ناسازگار نبوده و ممکن است در یک تالاب ایجاد شده، همزمان تجمع، ثبات و تبخیر صورت گیرد

.(Hansen et al. 1998) سطوح سمی برخی از این عناصر سنگین و در نتیجه آلودگی محیطی، به دلیل تکنولوژی برداشت معدن، ترافیک سنگین، ذوب فلزات، صنعت، و ضایعات کشاورزی در طبیعت و مناطق کشاورزی، میباشد .(Oncel et al. 2000) این فلزات به آسانی توسط فرآیندهای شیمیایی یا میکروبی حذف یا تجزیه نشده و تمایل به انباشته شدن در خاک و رسوبات آبی دارند. سمیت این فلزات سنگین برای گیاهان، بسته به نوع فلز و غلظت آن متفاوت میباشد. کلروز برگ، کاهش تولید زیست توده و کیفیت ارزش غذایی، در گیاهان رشد کرده در خاکهای آلوده با سطوح متوسط فلزات سنگین، مشاهده شده است .(Clijsters et al. 1999) افزایش سطوح این فلزات در محیط، ورود آنها به زنجیره غذایی و اثرات کلی سلامت، نگرانی اصلی پژوهشگران در زمینه زیست محیطی میباشد. تکنولوژیهای پاکسازی (گیاهپالایی) موجود برای کاهش اثرات مضر مکانهای آلوده به فلزات سنگین شامل: -۱ خاکبرداری (حذف فیزیکی)، -۲ تثبیت فلزات در محل و -۳ استفاده از گیاهان جهت استخراج فلزات از محل آلوده، میباشد. به هر حال هر کدام از این روشها بسته به طبیعت و اندازه محلی که پالایش میشود، مزایای خود را دارا میباشد. روش خاکبرداری زمانی که محل آلوده کوچک، خشک و یا مرطوب (نه آبی) باشد، مطلوب میباشد. روش تثبیت۱، بیشتر میتواند به عنوان روش پالایش کاربردی به خصوص زمانی که محل آلوده اراضی کشاورزی باشد، مطرح گردد .(Chaney et al. 1999) گیاهپالایی نسبتاً مقرون به صرفه بوده و از مقبولیت عمومی گستردهای برخوردار میباشد. آن میتواند محل آلوده را بدون بر هم زدن چشمگیر نمای زمین، پالایش کند .(Lambert et al. 1997) گیاهپالایی تکنولوژی در حال ظهوری است که میتواند جهت پالایش فاضلاب، تالابها، مجموعه های طبیعی آب و خاکهای کشاورزی آلوده با فلزات سنگین، مورد استفاده قرار گیرد. این فرآیند به طور بالقوه در تعدادی از آلایندهها و محلها، مؤثر و کاربردی میباشد .(Lasat, 2002) گیاه سنبل آبی (Eichhornia crassipes) از خانواده Pontederiaceae، تکلپهای، دائمی، گیاهی آبزی شناور (به استثنای زمانی که در گل قرار می گیرد) (Wolverton and McDonald 1979)، گیاهی سازگار به طیف گستردهای از عوامل زیست محیطی شامل اسیدیته (pH)، هدایت الکتریکی (EC) و درجه حرارت ( El -Gendy et (al. 2004 میباشد. این گیاه به طور موفقیت آمیزی در سیستمهای تصفیه فاضلاب جهت بهبود کیفیت آب از طریق کاهش سطوح عناصر آلی و غیر آلی، مورد استفاده قرار گرفته است .(Delgado et al. 1995 ) گیاه سنبل آبی سطوح فلزات سنگین در آب اسیدی با علائم ضعیف سمیت، را کاهش میدهد (۱۹۹۵) Lytle et al. . (Falbo and Weaks 1990) بیان نمودهاند که گیاه سنبل آبی در جذب کروم (IV) کارآمد بوده، و به طور مؤثری مقدار آن را به کروم (III)، شکل با سمیت کمتر این عنصر، کاهش میدهد. این گیاه به دلیل سرعت رشد بالا و سیستم ریشهای گسترده، برای مطالعات هیدروپونیک مطلوب میباشد.