بخشی از مقاله
چکیده
باتوجه به گسترش روز افزون غلظت آلودگیها و بخصوص فلزات سنگین در محیط، تصفیه ی این آلاینده ها جهت حفظ سلامت محیط و تجدید اکولوژی امری اجتناب ناپذیر است. استفاده از گیاهان جهت تصفیه ی آلودگیهای محیطی - گیاه پالایی - ، یک تکنولوژی جدید و ارزشمند و دوستدار محیطزیست است که به کمک آن میتوان با استفاده از گیاهان به طور طبیعی - استفاده از هایپر اکومولیتورها، چمنها و یا جلبکها در رابطه با آلودگیهای آب - و یا گیاهان ترانس ژنیک - گیاهان مقاوم سازی شده و اصلاح شده با کمک مهندسی ژنتیک - ، منابع آب و خاک آلوده شده با فلزات سنگین را تصفیه و پاک نمود.
گیاهپالایی در مقایسه با روشهای مکانیکی و سنتی پالایش خاک روشی بسیار کم هزینه و به عنوان یک تکنولوژی سبز، خوشایند و مورد اقبال عموم تلقی میگردد. البته این تکنیک بهترین کارایی را در سطوح پایین آلودگی دارد. زیرا در آلودگی با مقیاس بالا ممکن است یا رشد گیاه محدود شود و یا منجر به طولانی شدن مدت زمان تصفیهی آلودگی شود.
گیاهپالایی با توجه به نوع گیاه پالایش کننده، نوع آلاینده و تغییراتی که گیاه در آلاینده به وجود میآورد تکنیکهای متفاوتی دارد. این تکنیکها شامل Phyto Extraction-Phyto Stabilization-Rhizo Filtration-Phyto Degradation-Phyto Volatilization می باشد. این تکنیکها به ترتیب در استخراج، تثبیت، تصفیه، تخریب - تنزل یا تغییرشکل - و استخراج آلاینده به صورت بخار نقش دارند.
مقدمه
افزایش تقاضا برای محصولات کشاورزی باعث وسعت کشت و زرع در زمینهای کشاورزی شده است و این امر افزایش کاربرد کودهای شیمیایی، آفتکشها و علفکشها را جهت حفظ و نگهداری کمیت و کیفیت این تولیدات به دنبال داشته است. در هر حال استفادهی بیش از حد این مواد شیمیایی مشکلات زیادی را در طبیعت از قبیل تجمع مواد شیمیایی در خاک و جذب آن توسط گیاه بوجود آورده است.
به عنوان مثال کاربرد کودهای فسفاته در خاکهای کشاورزی میزان کادمیوم، مس، روی و آرسنیک را افزایش داده است .[26] هم چنین با آغاز انقلاب صنعتی، آلودگی با فلزات سنگین در بیوسفر به طور قابل ملاحظهای افزایش یافته و این آلودگیها به عنوان یک تهدید جدی برای منابع آب و خاک و سلامتی انسان مطرح می شوند .[25]
در سالهای اخیر با گسترش صنعت، آلودگی خاکها با فلزات سنگین نظیر کادمیوم، سرب، مس، روی، نیکل، آرسنیک و کروم به طور قابل ملاحظهای افزایش یافته است. به گونهای که سالانه نزدیک به 1000 مادهی جدید شیمیایی سنتز میشود .[22] به علاوه آلودگیهای محیطی با زنوبیوتیکهای ارگانیک مثل آفتکشها، داروها و ترکیبات نفتی یک مسئلهی جهانی است و برای رفع این آلودگیها نیاز به توسعهی تکنولوژیهای پالایش میباشد.
روشهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی همگی می-توانند جهت پالایش سایتهای آلوده مورد استفاده قرار گیرند. در هر حال گیاهپالایی به عنوان یک روش موثر و ارزشمند جهت پالایش منابع آب و خاک به رسمیت شناخته شده است .[4] گیاهان مورد استفاده در گیاهپالایی باید توانایی بالای تجمع فلز، سرعت رشد بالا، تولید زیست تودهی بالا و مقاومت بالایی به آفات و بیماریها داشته باشند .[24]
گیاهپالایی چیست؟
به معنای مجموع تکنولوژیهای گوناگون که از گیاهان طبیعی و یا گیاهان ترانس ژنیک - با استفاده از مهندسی ژنتیک - برای پالایش و تمیز کردن آلودگی از منابع آب و خاک استفاده میشود .[5] این ایده برای اولین بار در سال 1983 مطرح شد. مجموع تکنولوژیها در گیاهپالایی جهت محدود کردن اثر فلزات سنگین، تخریب و دگرگونی، استخراج و یا تجمع آلایندهها - شامل فلزات، آفتکشها، حلالهای کلره و ... - به کار می رود. و به عنوان یک روش موثر و با ارزش در اماکن پرخطر آلوده به فلزات سنگین استفاده میشود. گیاهپالایی به نام پالایش سبز و یک تکنولوژی جذاب و خوشایند نیز شناخته میشود.
مزایای گیاهپالایی
-1 مهار ترکیبات ارگانیک و غیر ارگانیک در خاک
-2 تکنولوژی سبز، جذاب، مسرت بخش، زیبا و مورد اقبال عموم .[16]
-3 مفید و موثر از نظر اجتماعی و روانشناسی .[7]
-4 کم هزینه بودن آن - به عنوان مثال هزینهی پالایش یک جریب خاک لومی شنی با یک آلاینده در عمق 50 سانتی متری خاک با روش سنتی حفاری و خاکبرداری و انهدام حدود 400 هزار دلار برآورد شده در حالیکه به روش گیاهپالایی این مقدار به حدود 60 تا 100 هزار دلار تقلیل مییابد .[23]
-5 عدم نیاز به افراد متخصص و اجرای نسبتا آسان
-6 اجتناب از خاکبرداری و انتقال بسترهای آلوده - کاهش پراکندگی آلایندهها - و عدم به کارگیری روشهای سنتی و مکانیکی
-7 پالایش سایتهای آلوده با بیش از یک نوع آلاینده
-8 کاهش توسعهی آلودگیهای آب و خاک با جلوگیری از سنگ شویی و فرسایش خاک
-9 عدم نیاز به انهدام سایتهای آلوده
معایب گیاهپالایی
-1 محدودیت عمق ریشه - ریشهدهی عمیق گیاهان پالایشکننده -
-2 محدودیت زمان و طولانی بودن دورهی پالایش توسط گیاهان .[15]
-3ساکن نبودن برخی از آلایندهها و عدم پالایش کامل
-4تنوع زیستی در اثر استفادهی هجومی از گونههای غیر بومی
-5مصرف گیاهان آلوده توسط حیات وحش
-6پیچیدگی حفظ پوشش گیاهی و احتمال ورود آلایندهها به زنجیرهی غذایی و به خطر افتادن سلامتی انسان
سمیت با فلزات سنگین
سمیت فلزات سنگین با تاثیر مستقیم روی عملکردهای بیوشیمیایی و فیزیولوژیکی گیاه، باعث کاهش رشد، دفرمه شدن اندامهای سلولی گیاه، تخریب اندامها و جلوگیری از فتوسنتز میشوند. همچنین در اثر نفوذ فلزاتی نظیر سرب، کروم، آرسنیک، کادمیوم، روی، مس، جیوه و نیکل به منابع آب و خاک و مصرف محصولات و سبزیجات رشد یافته در این خاکها حیات انسان و اکوسیستم به خطر میافتد.
فلزات سنگین به دو دسته ی ضروری و غیر ضروری برای رشد گیاه طبقه بندی میشوند. فلزات سنگین ضروری که گیاه جهت رشد و نمو و عملکردهای فیزیولوژیکی خود به آنها احتیاج دارد شامل منگنز، آهن، مس، روی و نیکل میباشد و فلزات غیر ضروری که برای رشد و نمو گیاه ضرورتی ندارند شامل کادمیوم، سرب، جیوه و آرسنیک میباشند .[3]
کاربرد گیاهان در گیاهپالایی
گیاهان به عنوان سیستمهای فیلتر و پمپاژ عمل میکنند که آلودگیها را جذب میکنند و یا با انتقال و جا بجایی آنها در بافتهای مختلف خود باعث متابولیزم، تفکیک و یا استخراج آلایندهها به صورت بخار میشوند. تقریبا 400 گونهی گیاهی از 45 خانواده گزارش شده که قدرت تجمع بالای فلزات را دارند. برخی از این خانوادهها شامل براسیکاسه، فاباسه، افوربیاسه، آستراسه، لامیاسه و اسکوروفولاریاسه میباشد .[3]
محصولاتی نظیر Alpine Pennycress-Ipomea Alpine-Haumaniastrum Robertii-Astragalus Racemosus -Sebertia Acuminate به ترتیب جهت تجمع فلزات کادمیوم، روی، مس، کبالت، سلنیوم و نیکل بسیار قابل توجهاند .[10] درخت بید، ذرت، خردل هندی و گل آفتاب گردان قدرت جذب و مقاومت بالایی را به فلزات سنگین نشان داده اند .[19]
از میان گیاهان خانوادهی براسیکا سه، - Indian mustard - Brassica juncea از سایر گیاهان به دلیل قدرت بالای استخراج فلزات سنگین و به خصوص کادمیوم مجزا شده است. هم چنین این گیاه باعث کاهش 28 درصدی سرب و کاهش 48-13 در صدی سلنیوم از خاک گردیده است .[18] برخی گونههای کلم، کاهو و تنباکو باعث تجمع سطوح بالای کادمیوم در برگها میشوند.
ریشهی خردل در انتقال فلزاتی مانند کادمیوم، کروم، مس، نیکل، سرب و روی نقش دارد. همچنین گل آفتاب گردان میتواند فلزاتی نظیر سرب و سزیوم را از محلولهای آبی در کشت هیدروپونیک منتقل کند .[11] خردل و آفتاب گردان هم چنین باعث افزایش جذب مس میشوند. در گیاهپالایی انتخاب گیاهان به دو روش صورت می گیرد.
-1کاربرد گیاهان با قدرت بالای تجمع فلز - هایپر اکومولیتورها - 1 که این گیاهان زیست تودهی کمی دارند اما قدرت تجمع فلز در آنها بسیار بالاست به گونهای که میتوانند باعث اجتماع یک یا چند عنصر به طور همزمان شوند.
-2کاربرد گیاهان با میزان زیست تودهی بالا ولی توانایی کم جهت تجمع فلز. زیست تودهی بالا در این گیاهان جبران قدرت پایین را کرده و افزایش کارایی را به دنبال دارد. کاربرد چمنها در گیاهپالایی بدلیل سرعت رشد بالا، زیست تودهی بالا و سازگاری بیشتر با تنشهای محیطی نسبت به درخت و درختچه برتری دارد .[12] غلظت فلزات سنگین در شاخسارهها باید 100-50 برابر بیشتر از گیاهان نورمال باشد و غلظت این فلزات در شاخسارهها بیشتر از ریشه است .[ 8] ضریب زیست تجمع - نسبت غلظت مادهی سمی در بافت ارگانیسم به غلظت آن در محیط زیست آن موجود - بایستی بیش از یک باشد.
