بخشی از مقاله
بررسی کاربرد گلسنگ بر ساختار و حفاظت از خاک و پایش آلاینده های هوا
چکیده:
گلسنگ به عنوان یکی از پوشش های بیولوژیکی سطح خاک، ترکیب و ساختار پیچیده ای است متشکل از قارچ ها، جلبک ها و سیانوباکترها که در سطح یا لایه های نزدیک به سطح زمین رشد می کنند. این پیکره های گیاهی که متشکل از جلبک و قارچ هستند، قبل از دهه 1860 در اروپا به عنوان شاخص زیستی جهت تشخیص آلودگی های هوا شناسایی شده اند. بطوریکه گلسنگ ها به آلاینده های هوا، بخصوص دی اکسید نیتروژن، ازن، فلوئور حساسیت نشان داده اند، بنابراین به عنوان یکی از زیست نشانگرهای آلودگی هوا مورد توجه قرار گرفته اند. همچنین گلسنگ ها به عنوان پوشش های بیولوژیکی سطح خاک، نقش بسیار مهمی را در ساختار شیمیایی خاک، پایداری خاک و جلوگیری از فرسایش خاک به عهده دارند. لذا به منظور تأثیر پوشش بیولوژیک گلسنگ بر ساختار شیمیایی خاک و حفاظت از خاک و از طرفی شاخص زیستی بودن آن برای تشخیص آلودگی هوا، در این مطالعه نقش آنها در این زمینه ها مورد بررسی قرار گرفته است.
کلیدواژه: گلسنگ، پوشش بیولوژیکی، شاخص زیستی، آلاینده های هوا
مقدمه:
گلسنگ یک اتحاد موفق میان قارچ و جلبک می باشد. البته فقط برخی از جلبک ها و قارچ ها می توانند گلسنگ را تشکیل دهند. به عبارت دیگر گلسنگ ها موجوداتی هستند ریسه دار که از همزیستی قارچ ها و مواد زنده نورساختی (جلبک) پدید می آیند. تاکنون حدود 15-20 هزار گونه گلسنگ شناسایی شده اند که در ساختمان آنها حدود یک پنجم از گونه های قارچی وارد شده اند. بخش قارچی گلسنگ بسیار مقاوم است و به راحتی به صورت پارازیت درمی آید و لذا ثبات و پایداری گلسنگ بستگی به شرایطی دارد که برای رشد قارچ نامناسب است. قارچ های همزیست در گلسنگ ها به صورت آزاد قادر به زندگی نیستند. تعداد گونه های جلبکی که در گلسنگ ها وارد می شوند بسیار اندک است. در حدود 24 جنس در این همکاری مشارکت دارند که بیشترین آنها به جلبک های سبز- آبی متعلق می باشند.[23]،.[4]
گلسنگ ها از اجزاء فلور گیاهی بسیاری از نقاط جهان به شمار می آیند که جزء مقاوم ترین موجودات به حساب می آیند. و اولین موجودات پرسلولی بودند که به خشکی وارد شدند. گلسنگ ها در واقع اولین گروه از موجودات زنده ای هستند که به مناطق دست نخورده وارد می شوند و شرایط بسیار نامناسب را در دوران زندگی خود تحمل می کنند. خود کفایی و بقای گلسنگ به دو دلیل توأم یعنی فتوسنتز و تثبیت انرژی خورشید توسط بخش جلبک و مقاومت ریسه قارچ در شرایط سخت محیطی توسط بخش مایکوبیونت می باشد. علیرغم خودکفایی و بقاء گلسنگ، سرعت رشد گلسنگ بسیار کند و بیشترین افزایش رشد در حدود 1mm تا 1cm در سال گذارش شده است. به همین دلیل طول عمر برخی از کلنی های گلسنگی به هزاران سال می رسد. به طور مثال سن برخی از گلسنگ های نواحی شمال بیشتر از 45 هزار سال است. تولیدمثل و تکثیر یک گلسنگ به دلیل امکان تکثیر و انتشار جداگانه هر بخش همزیست، بسیار پیچیده است. زیرا پس از تکثیر هر بخش لازم است تا دو عضو جدید موقعیت خود را مجدداً تثبیت کنند. روش های تولیدمثل مختلفی در گلسنگ ها ایجاد شده تا موفقیت توزیع جداگانه هر بخش در گلسنگ به مناسب ترین حالت فراهم گردد.[14]
گلسنگ ها در انواع زیستگاه ها و از شمال تا جنوب به طور مثال در نواحی کوهستانی در بالاتر از مرز پوشش گیاهی، بر روی صخره های بیابانی، جریان مواد گداخته ای در هاوایی، پوست درختان، برگ درختان و سنگ های مرمر تخریب شده یافت می شوند. گلسنگ ها به راحتی بر روی حصارها یا سقف ها یا روی زمین رشد می کنند. در جنگل های نواحی گرمسیری یا نواحی معتدله نیز به خوبی رشد می کنند. گلسنگ ها در نواحی سرد در مناطق شمالی مانند گریلند، ایسلند یا آلاسکا و حتی در نقاطی که فاقد هر نوع پوشش گیاهی است گاه به عنوان رویش غالب به شمار می آیند و آنقدر در این نواحی فراوانند که می توانند به عنوان غذای حیوانات مورد استفاده قرار گیرند. احمدجین در سال 1970 پنج گونه گلسنگی را معرفی نمود که در -198 درجه سانتیگراد زنده می ماند و در -18/5 درجه سانتیگراد در نواحی جنوب فتوسنتز انجام می دهند. گرچه اغلب تصور می گردد که گلسنگ ها گزروفیت یا مزوفیت می باشند ولی گونه های آبزی از گلسنگ ها نیز در نواحی متأثر از جزر و مد وجود دارند. گلسنگ هایی که بر روی صخره کلنی تشکیل می دهند، صخره زی و آنهایی که روی پوست یا تنه درختان کلنی تشکیل می دهند، پوست زی و آنهایی که روی زمین رشد می کنند، خاک زی نامیده می شوند. گلسنگ ها برخلاف گیاهان آوندی فاقد سلولز و لیگنین می باشند، به این جهت در نواحی معتدل و نواحی نیمه شمالی اروپا و
آمریکای شمالی به عنوان یک غذای زمستانی برای گوزن و آهو مورد استفاده قرار می گیرند[35]،.[22] تعدادی از محصولات تجاری مانند رنگ ها، لیتموس، روغن های خاص کارخانجات عطرسازی، الکل و یک نوع آنتی بیوتیک باکتریایی به نام اسیدیوسنیک از گلسنگ ها به دست می آید. تعدادی از گلسنگ ها آشیانه مناسبی برای برخی از حشرات از جمله عنکبوتیان هستند. از تعدادی از گلسنگ ها به عنوان رنگ طبیعی (در رنگ آمیزی پشم ) استفاده می شود. برخی گلسنگ ها هم خوراکی هستند، البته باید مراقب بود چرا که تعدادی گلسنگ سمی هم مشاهده شده است.[33] برخی از گلسنگ ها به آلودگی هوا حساس هستند و از این بابت به عنوان شاخص های زیستی مطرح می باشند. گلسنگ ها که نوعی پیکره گیاهی جلبک و قارچ هستند، قبل از دهه 1860 در اروپا به عنوان شاخص زیستی جهت تشخیص آلودگی های هوا شناسایی شده اند. گلسنگ ها به آلاینده های هوا، به خصوص دی اکسید نیتروژن، ازن، فلوئور و فلزهای سنگین حساسیت نشان داده، بنابراین به عنوان یکی از زیست نشانگرهای آلودگی هوا مورد توجه قرار گرفته اند. در واقع گلسنگ از جمله شاخص های بیولوژیکی است که به دلیل جذب آلاینده های موجود در اتمسفر، دارای اهمیت ویژه ای در پایش میزان آلودگی هوا می باشد. امروزه امکان پایش دی اکسید نیتروژن، ازن، دی اکسیدگوگرد، دود و ذرات، فلوراید، هیدروکربن ها، فلزهای سنگین، رادیونوکلوئیدها و یا مواد شیمیایی کشاورزی با استفاده از گلسنگ ها توجه دانشمندان زیادی را به خود معطوف کرده است.[5] همچنین پوشش های بیولوژیکی سطح خاک همانند گلسنگ ها به عنوان عامل جمع آوری ذرات خاک و پایداری خاکدانه ها (Aggregate Stability) و نهایتاً جلوگیری از فرسایش خاک محسوب می شود.[28] در این مطالعه به بررسی کاربرد و نقش گلسنگ در زمینه پایش آلاینده های هوا و حفاظت از خاک پرداخته می شود.
مواد و روش ها:
این مطالعه با استناد از منابع کتابخانه ای و مراجعه به سایت ها و مقالات علمی در این زمینه گردآوری شده است.
بحث و نتایج:
کاربرد گلسنگ در پایش آلاینده های هوا:
رشد جمعیت انسانی و صنایع و استفاده از منابع طبیعی، چرخه عمده زیست محیطی را تغییر داده است و نیز گونه های بسیاری از جمعیت های ژنتیکی مجزا در بوم سازگان زمین نابود شده اند. بسیاری از این تغییرات، قابل توجه هستند و باعث زیان های غیرقابل برگشت به تنوع زیستی نیز می شوند.[6] تکامل و پیشرفت انسان به طور عمده منجر به انتشار آلاینده های هوا شده است که این آلاینده ها باعث کاهش کیفیت هوا شده اند.[19] آلاینده های هوا را می توان به روش های مختلف فیزیکی، شیمیایی و یا شاخص های زیستی اندازه گیری نمود. امروزه، نتایج پژوهش های انجام شده هم در
محیط آزمایشگاهی و هم در محیط طبیعی، اطلاعات زیادی را در زمینه توانایی شاخص های زیستی به عنوان به کارگیری آنها به جای شاخص های کیفیت هوای محیط فراهم نموده است. پایش زیستی، اطلاعات مربوط به کیفیت محیط زیست و یا تغییرات آن را فراهم می کند، که به عنوان جایگزینی برای نظارت بر آلاینده های شیمیایی استفاده می شود. شاخص زیستی بودن گلسنگ در پایش آلودگی هوا از دهه 1860 در بریتانیا و اروپا شناسایی شده است.[35]
طبق یک مطالعه ای که بر روی گلسنگ ها صورت گرفت، نتایج نشان داد گلسنگ ها بیواندیکاتورهای مورد مطالعه برای کیفیت هوا هستند.[18] آنها به عنوان سیستم های کنترل دائمی برای ارزیابی آلودگی هوا تعریف شده اند. در واقع، گلسنگ مجموعه ای از جلبک و قارچ است که زندگی هر کدام وابسته به زندگی دیگری بوده و به صورت گسترده، جهت پالایش آلاینده هایی نظیر SO2 ، NO2، O3، فلوئور هوا و... استفاده می شوند.[37] گلسنگ از جمله شاخص های بیولوژیکی است که به دلیل جذب آلاینده های موجود در اتمسفر، دارای اهمیت ویژه ای در پایش میزان آلودگی هوا می باشد. امروزه امکان پایش دی اکسید نیتروژن، ازن، دی اکسید گوگرد، دود و ذرات، فلوراید، هیدروکربن ها، فلزهای سنگین، رادیونوکلوئیدها و یا مواد شیمیایی کشاورزی با استفاده از گلسنگ ها توجه بسیاری از دانشمندان را به خود معطوف کرده است. ذرات، مونواکسیدکربن، دی اکسید گوگرد، ازن و دی اکسید نیتروژن، 5 آلاینده اصلی هوا هستند که در تعیین کیفیت هوا مورد توجه می باشند.[5] اثرات آلودگی هوا بر روی گلسنگ ها اولین بار بیش از صد سال پیش در پاریس توسط ویلیام نایلندر((1866، گلسنگ شناس فنلاندی مشاهده شد، او متوجه شد که برخی از گونه های در حال رشد گلسنگ موجود در پارک لوکزامبورگ فرانسه، در سایر قسمت های شهر وجود ندارند، مه آلود نبودن هوا در پارک را علت اصلی رشد گلسنگ ها در این مناطق دانست. بررسی های بیشتر در رابطه با اثرات آلودگی هوا و گلسنگ در دهه 1960 در اروپا و آمریکای شمالی آغاز شد. از دهه 1960، پژوهش هایی در مقیاس بزرگتر و وسیع تر پیرامون ارزیابی کیفیت هوا با استفاده از گلسنگ در پارک های ملی، جنگل ها و مناطق حفاظت شده آمریکا در ایالت اورگان، واشنگتن و همچنین در پرتغال، هلند، سوئد و ایتالیا انجام شده است.[13] قابلیت گلسنگ ها در تجمع عناصر شیمیایی مختلف منتقله از هوا مثل فلزهای سنگین از یک سو و وجود ارتباط قوی بین سرطان ریه و تنوع زیستی گلسنگ در اثر آلودگی اتمسفری از سویی دیگر در پژوهش های بسیاری مشاهده شده است.[21] همانطور که اشاره شد گلسنگ ها به آلودگی هوا حساس بوده و طی گذشت یک قرن در بسیاری از مناطق شهری و صنعتی ناپدید شده اند. حساسیت آنها به آلاینده ها می تواند مفید بوده و با استفاده از این ویژگی از آنها به عنوان نشانگرهای زیستی در بررسی های مربوط به کنترل آلودگی هوا استفاده کرد.[27]
اثرات کلی آلودگی هوا بر روی گلسنگ ها عبارتند از: کاهش اندازه گیاه و میزان باروری، سفید شدن و پیچ خوردگی، محدود شدن گونه ها در بین سایر گیاهان و مرگ گونه های حساس. اکثر گونه های نوع مقاوم در مناطقی با غلظت های بالاتر این آلاینده دوام می آورند، با این حال ممکن است تغییرهای ظاهری یا داخلی در مورفولوژی آنها دیده شود.[12] حساسیت گلسنگ در مقابل عوامل زیست محیطی می تواند از طریق تغییر در برخی از اجزا یا پارامترهای خاص صورت گیرد. در واقع بسیاری از پارامترهای فیزیولوژیکی به منظور بررسی آسیب های زیست محیطی به گلسنگ استفاده می شوند. مانند محتوای کلروفیل و تخریب آن و آسیب های مربوط به سلول های غشایی گلسنگ[29]، فتوسنتز[34]، کاهش مقدار ATP
æ تغییرات سطح تنفس[29] و ... را دربرمی گیرد. بررسی و کنکاش پیرامون ارتباط بین غلظت های مختلف آلاینده های ازن
æ دی اکسید نیتروژن و... ، واکنش های تشریحی و فیزیولوژیکی و تخریب کلروفیل گلسنگ، به عنوان شاخص زیستی در پایش آلودگی هوا از اهمیت به سزایی برخوردار است. به همین دلیل در پیرامون این موضوع مطالعه ای توسط خانی و واعظی (1391) در جهت بررسی کارایی گلسنگ در ارتباط با پایش آلاینده های ازن و دی اکسید نیتروژن صورت گرفت. یافته های این پژوهش بیانگر آن بود که گاز دی اکسید نیتروژن و ازن بر گلسنگ اثر گذار بوده و منجر به افزایش تخریب کلروفیل شده اند که اثر تخریب کلروفیل در شرایطی که آلاینده مورد نظر ازن بوده بیشتر نشان داده شد. همچنین نتایج بیانگر آن بود که با تغییر غلظت دی اکسید نیتروژن و ازن تخریب کلروفیل در غلظت های مختلف متفاوت می باشد و این طور نیست که همیشه با افزایش میزان آلاینده تخریب کلروفیل هم مستقیماً افزایش می یابد بلکه اگر غلظت آلاینده ها از حدی بالاتر رود، تخریب بیشتری مشاهده نشود و یا برعکس در غلظت های کمتر شدت آسیب بیشتر باشد و این نکته در واقع به حساس بودن گلسنگ برمی گردد و نشان می دهد که می توان از آن به عنوان پایشگر استفاده نمود.[1] همچنین در پژوهش های مشابه مشخص گردید در گلسنگ هایی که به مناطقی با ترافیک شدید و تراکم بالای وسایل نقلیه منتقل می شوند، می توان شاهد افزایش تخریب کلروفیل a+bبود که متناسب با افزایش انتشار آلاینده ها می باشد. معمولاً چنین اثراتی به واسطه ی آلاینده های حاصل از ترافیک و به خصوص اکسید های گوگرد و نیتروژن ایجاد می شوند..[13]
نقش گلسنگ بر خصوصیات شیمیای خاک و حفاظت از خاک
علیرغم اهمیت خزه ها و گلسنگ ها از دیدگاه تأثیر گذاری آنها بر ویژگی های مختلف اکوسیستمی که در آن حضور دارند، همچنین با وجود پراکنش وسیع این دسته از گیاهان از بیابان های گرم و خشک تا کوهستان های مرتفع و حضور آنها در اکوسیستم های بیابانی، مرتعی و جنگلی ایران، به جز تعدادی مطالعات انجام شده در خصوص تاکسونومی آنها تحقیق چندانی درباره اکولوژی آنها انجام نشده، به طوریکه عملکرد و اکولوژی این بخش مهم از اکوسیستم کاملاً ناشناخته مانده است. یکی از ویژگی های مشترک محیط های خشک و نیمه خشک، وجود پوشش گیاهی پراکنده است. در این مناطق، در زیر گیاهان آوندی پراکنده و فضای خالی بین آنها محیط مناسبی برای ظهور گیاهان غیرآوندی هم چون خزه و گلسنگ که اصطلاحاً به آنها پوسته های بیولوژیک خاک یا کریپتوگام اطلاق می شود، می باشد. کریپتوگام ها گونه های پیشقراول در روند توالی یا تجدید پوشش خاک های تخریب شده هستند و در یک اکوسیستم نقش های بسیاری ایفا نموده و تأثیرا متعددی بر خصوصیات خاک و گیاهان آوندی موجود دارند.
کریپتوگام ها که متشکل از خزه ها، گلسنگ ها و سیانوباکتری ها بوده و بخشی از پوشش مراتع را به خصوص در مناطق خشک و نیمه خشک تشکیل داده و در جاهایی که گیاهان آوندی حضور کمتری دارند، پوشش زنده غالب سطح خاک محسوب می شوند و در فرآیند تحول پذیری خاک نقش مهمی دارند.[14] تانگوی و لودویگ (1990) معتقدند حضور کریپتوگام ها ضمن افزایش ماده آلی خاک، باعث کاهش آبشویی عناصر می شود. استفاده از ایزوتوپهای پایدار نشان داده
