بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به گسترش سمیت فلزات سنگین در خاکهای کشاورزی، این آزمایش به صورت فاکتوریل شامل چهار سطح کادمیوم - صفر، 100mg kg-1 کمپلکس با پلیمرA،100 mg kg- 1کمپلکس با پلیمرB و100 mg kg-1 از نمک نیترات کادمیوم - و تلقیح میکروبی در دو سطح - شاهد ، قارچ - AMF در کشت گیاه سورگوم اجرا گردید. نتایج نشان داد آلودگی کادمیومی خاک موجب کاهش معنادار تنفس میکروبی، تنفس برانگیخته با سوبسترا - SIR - ، شاخص قابلیت دسترسی کربن - CAI - ، کربن زیتوده میکروبی - MBC - و افزایش معنادار ضریب متابولیکی - qCO2 - میشود. حضور قارچ مایکوریز میتواند به طور معناداری آثار بازدارندگی کادمیوم را کاهش دهد.
مقدمه
پیشرفت سریع تکنولوژی در قرن گذشته در کنار مزایای فراوانی که برای بشر به ارمغان آورده، منابع طبیعی و محیط زیست از جمله خاک را در معرض آلودگی قرار داده است - وو و همکاران، . - 2016 عناصر سنگین از عمده ترین آلاینده های محیطی محسوب می شوند که وجودشان در خاک یا منشا طبیعی داشته و یا در نتیجه فعالیت های بشری مثل صنایع و معادن، مصرف قارچ کش ها و حشره کش ها، استفاده از پساب های صنعتی در کشاورزی و غیره وارد محیط زیست میشوند در میان فلزات سنگین کادمیوم از اهمیت ویژه ای برخوردار است، زیرا به راحتی از طریق ریشه گیاه جذب می شود و اثرات ناشی از سمیت آن تا 20 برابر بیشتر از سایر فلزات سنگین است
تغییراتی که در کوتاه مدت در سلامت خاک ایجاد می شود توسط پارامتر های فیزیکی و شیمیایی مثل بافت خاک، EC، pH، و غیره قابل سنجش نیستند ولیپارامترهای بیولوژیکی سریعاً تحت تاثیر سطوح بالای فلزات سنگین قرار گرفته و با اندازهگیری آن ها می توان به میزان و نوع تغییرات در اکوسیستم خاک پی برد
پارامترهای بیولوژیک در خاک، نظیر تنفس پایه خاک و تنفس برانگیخته با سوبسترا، شاخص قابلیت دسترسی کربن - CAI - و ضریب متابولیکی - qCO2 - شاخص های حساسی برای تعیین اثر متغیرهای محیطی و تنش های وارده بر جمعیت میکروبی خاک در ارزیابی های مرتبط با کیفیت و سلامت خاک استفاده می شود - کیلهام، . - 1994 برخی گزارش ها نشان داده است که قارچ های آربسکولار مایکوریز میزان تحمل گیاهان به عناصر سنگین را در خاک های آلوده افزایش می دهند واحتمالاً مکانیسم اصلی افزایش تحمل گیاه، اتصال هیف های قارچ به فلزات سنگین در ریزوسفر گیاه می باشد
هدف این پژوهش بررسی تاثیر قارچ ریشه آربسکولار در رشد گیاه سورگوم و برخی شاخص های زیستی، مانند تنفس میکروبی پایه، میزان تنفس برانگیخته با سوبسترا، شاخص قابلیت دسترسی کربن - CAI - ، کربن زیتوده میکروبی - MBC - ، ضریب یا سهم متابولیکی - qCO2 - در سطوح مختلف کادمیوم بود.
تئوری و پیشینه تحقیق
نتایج پژوهش های مختلف نشان داده که جمعیت ریزجانداران خاک تحت تاثیر آلودگی فلزات سنگین قرار می گیرند - وانگ و همکاران، 2010؛ ژانگ و همکاران، . - 2015 در پژوهشی دیگر که توسط خان و همکاران - 2010 - انجام گرفت کاهش تعداد و فعالیت قارچ ها را در خاک های آلوده به فلزات سنگین گزارش کردند.
خان - 2005 - گزارش کرد که تنفس خاک ارتباط مثبتی با مقدار مواد آلی خاک و اغلب با زیتوده و فعالیت میکروبی دارد. آن ها همچنین بیان کردند که گیاهان میکوریزی کادمیوم را بیشتر از گیاهان غیرمیکوریزی از خاک جذب کردند ولی قارچ ها آن را در داخل هیف های خود و درون ریشه ی گیاه میزبان رسوب داده و از انتقال کادمیوم به اندام های هوایی جلوگیری نموده و بنابراین باعث رشد بهتر گیاه می شوند.
مواد و روش
خاک مورد استفاده - جدول - 1 در این آزمایش که از مزرعه کشاورزی دانشگاه شهید چمران تهیه شد، یک خاک زراعی غیر گچی و غیر شور - از عمق 0-30 سانتیمتری - با بافت رسی لومی بود.
جدول-1برخی ویژگی های فیزیکی و شیمیایی اندازه گیری شده در خاک مورد مطالعه
فاکتور های مورد بررسی شامل 2 سطح قارچ شامل - بدون قارچ و با قارچ - و 4 سطح کادمیوم شامل - صفر، mg kg-1 100 کمپلکس با پلیمرA، 100mg kg- 1کمپلکس با پلیمرB و 100 mg kg-1 از نمک نیترات کادمیوم - بودند. دو پلیمر از جنس پلی آمید در این تحقیق استفاده شد . پلیمر A پلیمری فلوئورسنس و آبگریز و پلیمر B پلیمری محلول در آب میباشد که هر دو قابلیت جذب و کمپلکس بالایی با کادمیوم دارند.
برای آلوده کردن خاک به کادمیوم، ابتدا مقدار لازم از هر کدام از پلیمرها و نمک نیترات کادمیوم به صورت جداگانه در آب مقطر حل شده و به طور یکنواخت به خاک اسپری و همگن شد و پس از رساندن رطوبت آن به حد FC به منظور حصول تعادل فلزات سنگین با خاک گلدان ها، به مدت یک ماه در حالت انکوباسیون نگهداری گردید.
سپس نمونه های خاک آلوده شده در دمای 121 درجه سانتیگراد و فشار 1/5 بار در اتوکلاو استریل شدند - کریمی و همکاران، . - 2013 خاک های استریل شده به گلدان هایی با ظرفیت 2 کیلوگرم منتقل گردید. برای اعمال تیمارهای میکروبی، در تیمارهای مربوط به قارچ، قبل از کشت، در زیر بذرها 150 گرم از مایه تلقیح مایکوریزایی از گونه Glomus etunicatum شامل هیف، اسپور و قطعات کلونیزه شده ریشه ای - تهیه شده از شرکت زیست فناوران توران - بصورت لایه ای به ضخامت تقریبی 2 سانتی متر اضافه شد.
در آغاز در هر گلدان 12 عدد بذر ضدعفونی شده سورگوم - رقم اسپید فید - کشت گردید که در مرحله چهار برگی تنک و در هر گلدان 8 گیاه همسان نگهداری شد. آبیاری گلدان ها در طول دوره رشد، با آب مقطر به روش وزنی تا 70 الی 80 درصد ظرفیت زراعی تامین گردید. پس از گذشت 120 روز گیاه برداشت شد و برخی ویژگی های خاک اندازه گیری شد.
تنفس پایه میکروبی با استفاده از روش ظروف دربسته در مجاورت هیدروکسید سدیم و تیتراسیون برگشتی مقدار باقیمانده آن با اسیدکلریدریک، تعیین گردید اندازه گیری تنفس برانگیخته همانند تنفس پایه و با اضافه کردن گلوکز به میزان یک درصد وزنی به عنوان سوبسترا انجام شد
کربن زیتوده میکروبی خاک با روش تدخین - گازدهی - با کلروفرم و استخراج - عصاره گیری - با محلول سولفات پتاسیم اندازهگیری شد برای ارزیابی تاثیر آلودگی کادمیوم خاک بر قارچ ها ضریب متابولیکی با استفاده از نسبت تنفس پایه به کربن زیتوده میکروبی محاسبه گردید همچنین، شاخص دسترسی به کربن با استفاده از نسبت تنفس پایه به برانگیخته محاسبه شد -
این پژوهش به صورت آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی در سه تکرار اجرا گردید. آنالیز آماری داده ها با نرم افزار SAS 9.1 انجام شد و مقایسه میانگین ها با استفاده از آزمون دانکن در سطح احتمال پنج درصد صورت گرفت و نمودارهای مربوطه با برنامه Excel رسم گردید.
نتایج و بحث
تنفس میکروبی پایه و تنفس برانگیخته با سوبسترا - SIR -
آلودگی کادمیوم و مایه زنی با قارچ مایکوریز بر تنفس میکروبی پایه و برانگیخته تاثیر معنا داری - p<0/01 - داشت - جدول . - 2 همچنین تاثیر متقابل کادمیوم و مایه زنی قارچ بر تنفس پایه میکروبی نیز معنادار بود. تنفس میکروبی در همه تیمارهای آلوده به کادمیوم نسبت به شاهد به طور معناداری کاهش یافت. مقدار کاهش این شاخص با افزایش سطح آلودگی کادمیوم از صفر به 100 میلی گرم بر کیلوگرم در تیمارهای قارچی و غیر قارچی به ترتیب 31/9 و 25/8 درصد بود.
جدول -2نتایج تجزیه واریانس - میانگین مربعات - اثر تیمارها بر شاخص های اندازهگیری شده
بطور کلی، فلزات سنگین با ایجاد کمپلکس و با خارج نمودن سوبسترا از دسترس ریزجانداران خاک سبب کاهش تنفس خاک می شوند - موراوسکا و همکاران، . - 2013 همچنین کاهش تنفس میکروبی در سطوح بالای فلزات سنگین می تواند به دلیل برهمکنش فلزات و سمیت یونی باشد که بر مسیر متابولیکی سلول های میکروبی تاثیر می گذارد - ستی و گوپتا، . - 2014 نتایج این پژوهش با نتایج خان و همکاران، - 2010 - که گزارش کرده بودند تنفس میکروبی در آلودگی با سطوح بالای فلزات سنگین در خاک کاهش می یابد، مشابه بود.
