بخشی از مقاله
پایش آلودگی فلزات سنگین در تالاب با استفاده از زیست ردیاب ها
چکیده
آلودگی آلاینده هایی همچون فلزات سنگین آهن، مس، منگنز، روی، کادمیوم و سرب درمحیط زیست ارزیابی شد و مهم ترین منبع آلودگی، برای تلفات زیست محیطی تالاب ها محسوب گردید. نظر به اینکه بسیاری از گیاهان قادرند تعدادی از آلاینده ها را از طریق اندام های هوایی خود بخصوص برگ ها جذب و در خود ذخیره نمایند، لذا زیست ردیابی با گیاهان روشی مفید برای پایش آلاینده های صنعتی و اثرات آنها بر روی گیرنده های زیستی است. اقاقیا که یک زیست ردیاب آلودگی محیط به فلزات سنگین می باشد مهم ترین زیست ردیاب گیاهی می باشد، که اثر سمی این آلاینده ها را روی محیط تالاب ها نشان می دهد . برای توسعه زیست ردیاب های موثر در تعیین آلودگی محیط زیست تالاب ها، انواع زیست ردیاب ها از جمله اقاقیا و جلبک به عنوان شاخص برای بررسی آلودگی محیطی (تالاب) مورد بررسی قرار گرفتند. غلظت فلزات سنگین تعیین شدند و انتخاب زیست ردیاب برای حذف آلاینده ها روش مطلوبی محسوب گردید.
واژههای کلیدی: تالاب ، زیست ردیاب ، آلودگی، فلزات سنگین، اقاقیا ، جلبک
مقدمه
ترکیب اکوسیستم های خشکی و دریایی موجب پدیدار شدن زیستگاه هایی می شوند که به آنان تالاب یا مرداب می گوییم . این محیط های حیاتی بارورترین، پیچیده ترین و حساس ترین زیستگاه های کره زمین محسوب می گردند. در این بوم سازگان های پیچیده و ارزشمند از تک سلولی ها تا تکامل یافته ترین موجودات زندگی می کنند. ارزش های گوناگون تالاب ها و اهمیت آن ها در تامین نیازهای بشر سبب شده است که موسسات بین المللی متعددی در ارتباط با ویژگی های آن به تحقیق بپردازند. فوآید تالاب ها برای بشر از یک سو و اثرات سوء احتمالی ناشی از تخریب آن ها از سوی دیگر، سبب شده که در دهه های اخیر تلاش های زیادی به منظور حفظ تالاب ها صورت گیرد.
در ایران مساحت کل تالاب ها معادل با 2 تا 5ر2 میلیون هکتار می باشد، که از جمله می توان به تالاب های گاوخونی در مرکز ایران واقع در 100 کیلومتری جنوب شرقی اصفهان، تالاب انزلی در حاشیه جنوبی دریای خزر و تالاب کانی برازان در 30 کیلومتری شمال شهرستان مهاباد اشاره نمود. این تالاب ها را به عنوان یک مخزن زیستی در منطقه در نظر می گیریم که اکوسیستم طبیعی آن ها دارای ویژگی های زیادی است. پساب های صنعتی، خانگی و کشاورزی جریانی از مواد غذایی، آلی و سمی از جمله فلزات سنگین را روانه تالاب می کنند که بطور مستقیم بر تالاب و تنوع زیستی آن اثر می گذارند. جاده کشی، احداث سد و تفریحگاه ها، برداشت آب و هدایت زهکش های کشاورزی بخش دیگری از برنامه های توسعه ای می باشند که بطور حتم به صورت مستقیم یا غیر مستقیم بر حیات تالاب اثر می گذارند و در طولانی مدت ضررهای جبران ناپذیری را به تالاب وارد می کنند .1 بنابراین تالاب ها بوسیله آلاینده هایی از منابع مختلف تهدید می شوند وبشدت تحت تاثیر فعالیت های انسان زاد ،صنعتی ،کشتیرانی ،کشاورزی ،عملیات نفت وصنعت گردشگری قرار دارند.
علاوه بر این، رسوبات، جزئی تفکیک ناپذیر از اکوسیستم تالابی هستند، آنها منابع غذایی بعضی از ارگانیسم ها بوده و از طریق فازهای آب و رسوب نقش موثری در آلودگی، یا پالایش آبهای دیگر با رسوب ایفا می کنند و مانند آرشیو تاریخی، در ثبت فلزات سنگین عمل می کنند 2 ، و به عنوان نوعی تله رسوبی عمل می کنند. بنابراین نقش مؤثری در کنترل آلودگی به عهده دارند. یکی از انواع این آلودگی ها فلزات سنگین هستند که آثار نامطلوبی بر شرایط زیست محیطی اکوسیستم های آبی دارند . تعیین غلظت این فلزات در رسوبات تالاب ها ،اطلاعات زیادی درباره منشاء توزیع ومیزان آلودگی منطقه در اختیار قرارمی دهند، زیرا این فلزات بشدت تمایل به تجمع در رسوبات دارند، همچنین رسوبات مانند مخزنی برای نگهداری کانی ها، فلزات و مواد زیستی منتقل شده از حوضه آبخیز عمل می کنند. بنابراین پیش بینی می شود، پس از سالها آلودگی ،از بین فلزات سنگین عناصری مانند آرسنیک ،کادمیوم،کروم ،سرب و روی بیش از بقیه مورد توجه اند . 4 به نظر می رسد یکی از عوامل مؤثر در کاهش میزان تمرکز فلزات سنگین در تالاب ها خاصیت خودپالایی آن است که تا حد زیادی قادر به جلوگیری از آلودگی تالاب شده و محیط را تصفیه می کند. با این حال توان خودپالایی تالاب محدود است. مقایسات نشان می دهد که غلظت فلزات سنگین در رسوبات تالابی نسبت به سایر رسوبات از جمله رسوبات دریایی بالاتر است لذا تالاب از لحاظ آلودگی به پالایش منظم نیاز دارد. آلودگی یکی از مهم ترین مسائلی است که تالاب با آن روبرو است. بررسی غلظت فلزات سنگین در رسوبات تالابها یکی از اهداف این تحقیق است.
تعریف آلودگی
آلودگی،یکی از معضلات زیانباری است که عمدتاً در جریان بهره برداری از منابع طبیعی و استفاده از سوخت های فسیلی به محیط زیست وارد می گردد . 4 امروزه آلودگی محیط زیست وخطرات ناشی از افزایش بارآلودگی که بر اثر پیشرفت تکنولوژی و صنعت بوجود آمده، اکوسیستم تالاب هارا تحت تأثیر خود قرار داده است. منظور از آلودگی محیط زیست ایجاد تغییرات نامطلوب در خواص فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی منابع اصلی حیات یعنی آب، هوا وخاک به مقداریست که بقاء وسلامت انسان و دیگر موجودات را به خطر انداخته ویا فعالیت آنها را محدود می سازد. با توجه به خطری که آلاینده ها به حیات موجودات زنده وارد می سازد اطلاع کافی از نوع ومیزان هر یک از آنها در محیط حائز اهمیت شایانی است.
( ازجمله فلزات سنگین و بسیاری دیگر ازعناصر نادر )
خطر آلودگی آب کمتر از آلودگی هوا نیست، اما از آنجا که این آلودگی ملموس نیست کمتر به آن توجه می شود هر ماده شیمیایی در آب که مصرف آن را به خطر اندازد یک آلاینده محسوب می شود ودر این میان آلودگی ناشی از آلاینده هایی همچون فلزات سنگین می تواند خسارات جبران ناپذیری به سلامت انسان و محیط زیست از جمله تالاب ها وارد نماید . 5
آلودگی صنعتی در تالاب
با رشد و توسعه جوامع پیشرفته و نیل به سمت صنعتی شدن کشورها، تولید دفع و بازیابی پساب های صنعتی یکی از دغدغه های بزرگ آنها محسوب می گردد یکی از مشکلات فاضلاب ها وپسماندهی صنعتی که وارد منابع آبی می شود فلزات سنگین است که موجب اثرات زیان باری بر محیط زیست می گردد. در اکثر شهرها شاهدایم که پساب کارخانه ها به رودخانه ها ریخته می شود که این مسئله علاوه بر آلودگی آب های سطحی و زیر سطحی به آلوده شدن تالاب ها نیز منجر می گردد. هرگاه غلظت آلاینده ها در محیط از حد معینی (غلظت آستانه) تجاوز نماید، این آلاینده ها می توانند برای محیط خطرناک بوده و برای گیاهان نیز سمی باشند. سمیت در گیاهان ابتدا سبب کاهش رشد شده سپس از عملکرد گیاه می کاهد و در شرایط سخت تر ممکن است به مرگ گیاه منجر شود. قابل ذکر این که، فلزات سنگین به دلیل غیر قابل تجزیه بودن و اثرات فیزیولوژیکی آنها بر موجودات زنده حتی در غلظت های کم نیز می توانند خطرناک باشند. حساسیت گیاهان در برابر تعدادی از آلاینده ها نیز طوری است که درجه آسیب دیدگی برخی از آنها می تواند در تعیین میزان دقیق آلودگی محیط مفید واقع گردد. با توجه به مشخصه مذکور این گیاهان به
عنوان یک معرف طبیعی یا ردیاب آلاینده ها مورد استفاده قرار گرفته اند.
فلزات سنگین به عنوان آلاینده محیط
فلزات سنگین که اغلب آنها در زمره عناصر نادر قرار می گیرد به عناصری اطلاق می شود، که دارای وزن اتمی بیشتر از وزن اتمی آهن 8ر55 گرم برمول بوده یا دارای وزن مخصوص بیشتر از5 گرم بر سانتی متر مکعب باشند. ازجمله این عناصرمی توان به روی ( (Zn ،سرب ( (Pb ، کادمیوم (Cd) ، نقره (Ag) ،جیوه (Hg) ،کبالت (Co) ، نیکل (Ni) ، ملبیدن (Mo) ، کروم (Cr) و مس (Cu) اشاره کرد . 6 تعدادی از این عناصر نادر و سنگین می باشند و به آنها عناصر غذایی کم مصرف گفته می شود، همین عناصر در صورتی که مقدارشان از حد معینی تجاوز کند می توانند در گیاه، حیوان و یا انسان بسته به غلظت آنها ایجاد سمیت نمایند. غلظت ها قابل استخراج و محلول فلزات خاک، که تعیین کننده کمبود و یا سمیت این عناصر در خاک می باشند،عمدتاً به عواملی مانند غلظت آنها در محیط (ریشه یا هوا)، PH ،خاک ، ظرفیت تبادلی کاتیونی، بافت خاک ، مقدار مواد آلی خاک، اکسیدهای فلزی آزاد و بالاخره حضور لیگاندهای کمپلکس کننده در خاک بستگی دارد.
عناصر سنگین از نظر مقدار جذب واتصال به اندام های هوای گیاهان بسیار متنوع بوده وبه صورت زیر تقسیم بندی می شوند:
. 1 آنهایی که در گیاه انباشته نمی شوند مانند: Au, Ag, Cr, Ti, Sn, Si
. 2 آنهایی که بوسیله ریشه گیاه جذب می شوند اما از نظر انتقال به اندام های هوایی گیاه دارای محدودیت می باشند Hg, Pb . 3 آنهایی که تا سرحد سمی جذب گیاه شده وبه اندام های هوایی گیاه نیز اتصال می یابند مانند: Cd
اغلب این عناصر به غیر از هوا، از طریق آب نیز در اختیار گیاهان قرار می گیرند، زیرا آب به عنوان یکی از اجزاء مهم محیط زیست، دریافت کننده پسماند های صنعتی وکشاورزی می باشد. به محض ورود این مواد در آب جزئی از چرخه آن می گردند که این چرخه خود صور گوناگون حیات را تحت تاثیرقرار می دهد لذا اطلاع از ماهیت فلزات سنگین، جهت پاکسازی یا خنثی سازی آنها در محیط امری مهم وحیاتی است. فلزات سنگین بر جوانه زنی بذر، استقرار گیاه وسلامت اندام های هوازی و ریشه گیاه، تشکیل گل و میوه و بالاخره اغلب فرایندهای فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی گیاه مانند فرایندهای پروتئین سازی فتوسنتز وتنفس تاثیر می گذارند.
منشاء انسانزاد فلزات سنگین
سرب : (Pb) مبدا بخش زیادی از سرب موجود در نمونه های آب و خاک می تواند به ترافیک شهری، آلودگی از طریق معادن سرب، دفن زباله های شهری و... مربوط باشد.
روی : (Zn) مقدارزیادی روی را می توان به عوارض ناشی از سایش لاستیک، سوخت های فسیلی نسبت داد. منگنز : (Mn) میزان زیادی منگنز به سبب انتقال غبار از طریق هوای کارخانه ها می باشد.
مس : (Cu) مقدار زیادی مس را می توان به ترافیک وسایل نقلیه نسبت داد و دفن زباله ها که نشاندهنده آلودگی انسانزاد این عنصر است.
آهن : (Fe) مقدار زیادی آهن را می توان به غبار های آورده از محل کارخانه ها و یا استفاده احتمالی از لجن فاضلاب کارخانه نسبت داد.
منشاء اکثر فلزات سنگین در مطالعات اکوسیستمی مربوط به فعالیت های انسانی می گردد. آلاینده های محیطی نیز در هوا، خاک و آب ناهنجاری و مشکلاتی را بوجود می آورد. یافتن منشاء آلودگی ها در تالاب ها نیز از اهمیت زیادی برخوردار است. برای تعیین میزان آلودگی ناشی از فلزات سنگین تعیین میزان آنها لازم است، برای این کار در محیط های تالابی از روش های آزمایشگاهی مانند تفکیک شیمیایی استفاده می گردد، که همواره با هزینه های زیادی همراه بوده است. یکی از گزینه های جایگزین برای کاهش هزینه ها ، می تواند استفاده از زیست ردیاب ها جهت یافتن ارتباط بین فلزات سنگین با محیط های تالابی باشد . 7
مفهوم و ویژگی زیست ردیاب ها
یکی از جدیدترین راه های مطمئن جهت دسترسی به تعیین مقدار و نوع بسیاری از آلاینده های محیطی استفاده از زیست ردیاب های طبیعی است (Natural Biomonitoring) ،نظر به اینکه بسیاری از گیاهان قادرند تعدادی از آلاینده ها را از طریق اندام های هوایی خود بخصوص برگ ها جذب و در خود ذخیره نمایند، لذا زیست ردیابی با گیاهان روشی مفید برای تخمین آلاینده های صنعتی و اثرات آنها بر روی گیرنده های زیستی است. گیاهان نسبت به آلودگی و فاکتورهای محیطی واکنش نشان داده و به عنوان روشی مطمئن به طور گسترده ای در بسیاری از کشورها به عنوان زیست ردیاب مورد استفاده قرار گرفته اند. برای مثال برگ های گیاهان عالی، خزه ها و گلسنگ ها، جلبک ها دارای ظرفیت انباشتگی موثر برای بسیاری از آلاینده های هوا می باشند، به همین دلیل این گیاهان به عنوان زیست ردیاب، مورد استفاده قرار گرفته اند. بطور کلی زیست ردیاب ها را به دو دسته به نام های زیست ردیاب های فعال و زیست ردیاب های غیر فعال طبقه بندی کرده اند. در زیست ردیابی غیر فعال، از گیاهانی که در نواحی مورد مطالعه بطور طبیعی رشد کرده اند یا وجود دارند مانند گیاهان بومی، گیاهان باغی، گیاهان زراعی و گیاهان زینتی استفاده می شود. در روش زیست ردیابی فعال گیاهانی که بصورت ژنتیکی نسبت به آلاینده های هوا واکنش نشان می دهد و در منطقه مورد مطالعه کشت می گردند و یا از مناطق دیگری که آلوده نیستند جمع آوری و استفاده می شوند به محیط عرضه می گردند. زیست ردیابی گیاهی در بسیاری از کشورهای جهان برای تخمین نوع و مقدار آلاینده های هوا، خاک و آب مورد استفاده قرار گرفته اند.
زیست ردیابی در تالاب ها
بر حسب تعریف، زیست ردیابی عبارت است، استفاده از موجودات زنده ( گیاهان و جانوران) برای بررسی نوع و غلظت آلاینده ها در محیط زیست. این روش ساده و کم هزینه بوده و برای بررسی مقدار و نوع آلودگی هوا، آب و خاک در بسیاری از کشورهای پیشرفته جهان مورد قبول قرار گرفته است. پدیده زیست ردیابی به قرن نوزدهم یا زمانی که پنلاندر (1866) از گیاه گلسنگ به عنوان یک شاخص برای بررسی اثرات آلودگی هوا استفاده نمود برمی گردد. سپس در سال های متمادی زیست ردیاب ها برای نشان دادن انباشتگی و پراکندگی اغلب آلاینده های محیط از جمله فلزات سنگین استفاده شده اند.
زیست انباشتگرها نه تنها برای اندازه گیری انباشتگی فلزات سنگین، بلکه برای اندازه گیری هسته های پرتوساز، هیدروکربن های معطر چند حلقه ای، دی اکسید ها و انواع ذرات گرد و غبار و گاز در هوا نیز استفاده می شوند . 8 به طور کلی انباشتگی فلزات سنگین در گیاهان نشان دهنده ی مقدار نسبی و پراکندگی آنها در محیط زیست است. در میان گیاهان مورد استفاده در زیست ردیابی آلاینده ها، درختان به سبب دارابودن عمر طولانی قادرند آلودگی محیط به آلاینده ها را بهتر نشان دهند.
