بخشی از مقاله
گیاهان شاخص موثر در گیاه پالایی
چکیده
آلودگی منابع آبی و خاك ناشی از فعالیتهاي صنعتی انسان یکی از مهمترین مشکلات زیست محیطی بـراي زنـدگی انسـان اسـت. از اینرو تلاش براي توسعه روشهاي مقرون به صرفه تر براي تصفیه حجم زیادي از منابع طبیعی آلوده مانند خاك، آبهاي زیرزمینی و تالابهـا در حال انجام است. در سالهاي اخیر، استفاده از گیاهان براي پاکسازي خاك از انواع آلاینده ها مانند علـف کـش هـا، حشـره کـش هـا و هیدروکربنهاي آروماتیک امکان جدیدي به منظور مدیریت پسابها و فاضلابها در اختیار محققان این رشته قرار داده اسـت . ایـن روش راه حلی عملی براي پالایش و تصفیه مقادیر زیاد خاکهایی است که آلودگی کمی دارند . با اینکه تکنولوژیهـایی ماننـد هـوادهی و پـالایش از طریق میکروارگانیسمها و جامد سازي بدین منظور بکار میروند، اما از لحاظ اقتصادي براي حجمهاي زیاد خاك مقرون به صـرفه نیسـتند. بنابراین اینطور به نظر میرسد که تنها راه عملی، استفاده از گیاهان به منظور پالایش خاك باشد.
واژه هاي کلیدي
آلودگی ، خاك ، فلزات سنگین، گیاه پالایی
مقدمه
از آغاز انقلاب صنعتی، بشر بطور فزاینده اي در حال وارد کردن ترکیبات زیان آور به محیط زیست بوده است. این آلاینده هاي مضر از ترکیبات آلی متعدد و فلزات سنگین تشکیل شده اند که براي بشر خطرات جدي در پی دارد. آلوده شدن آب و خاك به وسیله فلزات یکی از معضلات مهم بهداشت انسان و محیط است که نیازمند راه حل هاي مؤثر و عملی میباشد . فلزات غیر رادیواکتیو مانند آرسنیک، کادمیوم، مس، جیوه و سرب و نیز فلزات رادیواکتیو مانند استرانسیوم، سزیوم و اورانیوم که در مجموع فلزات سنگین نامیده میشوند، مهمترین آلایندههاي فلزي محیط هستند گیاه پالایی یک فناوري رو به رشد است که در آن از گیاهان مختلف براي دگراده کردن، خارج کردن، حبس نمودن و یا غیر متحرك ساختن مواد آلاینده خاك و آب استفاده میشود. این فناوري به علت ماهیت مبتکرانه و مقرون به صرفه بودن، به عنوان جایگزینی براي روشهاي رایج مورد استفاده در محلهاي با آلایندههاي خطرناك عنوان میشود.[1]
گیاه پالایی با اصطلاحات زیست پالایی ، زیست پالایی گیاهی و پالایش سبز ، نیز شناخته میشود . ایده استفاده از گیاهان کمیابی که با فرا انباشت کردن فلزات بطور انتخابی آنها را از خاك خارج و بازیافت کنند اولین بار در سال 1983 مطرح شد و امروزه به عنوان روشی کم هزینه به جاي راهبردهاي پرهزینه مانند شستشو و جابجایی خاك به شمار میرود.[2]
البته با وجود تصویر خوبی که از گیاه پالایی وجود دارد، مطالعات میدانی زیادي در مورد این روش انجام نشده است و اطلاعات کافی براي جلب حمایت جهت تجاري سازي آن وجود ندارد. این امر یکی از دلایل گسترش کند گیاه پالایی است. دلیل دیگر، زمانبر بودن این روش است که گاهی بیش از یک دهه به طول میانجامد و امکان ارزیابی کوتاه مدت را سلب میکند، در نتیجه تنها راه ارزیابی، مدلسازي است. علاوه بر موارد فوق، مواد آلاینده باید در ناحیه ریشهاي گیاه قرار داشته باشند. محل مورد پالایش باید براي عملیات مناسب به اندازه کافی وسعت داشته باشد و نیز آسیبی به سلامت انسان و محیط زیست وارد ننماید. [3]
گیاهان شاخص گیاه پالایی آفتابگردان ( Helianthus annus)
این گیاهاخیراً به علت دارا بودن قابلیت بالاي گیاه پالایی، مورد توجه قرارگرفته است.[4] در آزمایشی جهت ارزیابی کارایی آفتابگردان در تصفیه اورانیوم موجود در آب زیرزمینی توسط ریشه ها، مشاهده شد که بیش از 80 درصد اورانیوم در عرض 24 سـاعت توسـط گیـاه حذف شد.[5] اورانیوم بیشتر در ریشه آفتابگردان ذخیره میشود .[6]استفاده از این گیاه در خاك آلوده به آرسنیک باعث شد غلظـت ایـن عنصر در خاك تا 3 برابرکاهش یابد.[7] گزارش شده است کـه عناصـر سـرب و روي در ایـن گیـاه بیشـتر در بخشـهاي هـوایی انباشـت میشود.[8] گیاه آفتابگردان براي پالایش خاکهاي حاوي تنگستن نیز مناسب است، هرچند غلظت بالاي تنگستن باعث کاهش وزن ریشـه، برگ و ساقه میشود. همچنین جهت پالایش خاك از کادمیوم نیز میتوان از این گیاه استفاده کرد. [9]
خردل هندي (Brassica juncea)
این گیاه نیز توانایی زیادي در پالایش اورانیوم دارد، و مانند آفتابگردان این عنصر را بیشتر در ریشه ها انباشت میکند. یکی ازخواص این گیاه، قابلیت فرار سازي سلنیوم و تبدیل آن به دي متیل سلنید است که از این توانایی در گیاه پالایی استفاده میشود.[10]خردل هندي قادر به پالایش آرسنیک از آب و خاك نیز میباشد و پس از جذب این عنصر، آن راعمدتاً در ریشه خود انباشت میکند. استفاده از این گیاه در خاك هاي مملو از فسفر بسیار مفید است، زیرا این عنصر در برگها و ساقه خردل هندي تجمع مییابد و با برداشت گیاه، به راحتی میتوان آن را حذف کرد. این گیاه در پالایش خاك و آب از فلزات کادمیوم، سرب و روي عملکرد بسیار موثري دارد. [11]
تاج خروس (Amaranthus spp)
گیاهان تاج خروس به علت کشت آسان و تولید بیوماس بالا، در گیاه پالایی فلزات سنگین مورد توجه میباشند. این گیاه توانایی فرا انباشت کردن کادیوم را دارد واکثراً آن را در اندامهاي هوایی ذخیره میکند..[12] پالایش فنانترن و پیرن در خاك که جزو هیدروکربنهاي چند حلقه اي آروماتیک هستند و نیز سزیوم توسط گیاه Amaranthus tricolor گزارش شده است.[13] مشاهده شده که عنصر بسیار مضر کادمیوم در کشتهاي هیدروپونیک و خاکی به صورت قابل توجهی توسط گیاه Amaranthus hybridus پالایش شده است. همچنین گونه Amaranthus paniculatus در انباشت کردن نیکل در اندامهاي هوایی خود موفق عمل کرده است.[14]
صنوبر (Populus spp)
گونه هاي این جنس بدلیل رشد سریع، تبخیر و تعرق زیاد، آسانی تکثیر، تحمل به دامنه وسیعی از شرایط محیطی و توانایی جذب مقادیر بالاي فلزات سنگین براي گیاه پالایی مناسب هستند. جذب و انباشت سلنیوم و بر در برگ بیشتر از سایر اندامها انجام میگیرد و
این گیاه در خاکهاي با شوري کمتر از هفت دسی زیمنس بر متر عملکرد خوبی در پالایش این عناصر دارد.[15] این گیاه قادر است ماده آلاینده تري کلرو اتن را جذب و دگراده نماید، گزارش شده است که در اثر گیاه پالایی آبهاي زیرزمینی حاوي این آلاینده با یکی از هیبریدهاي این جنس، 95 درصد تریکلرواتن از آب حذف شده است.[16] جنس Populous simonii در دگراده کردن مواد انفجاري تري نیترو تولوئن (TNT) و نیترو گلیسیرین مؤثر است و میتواند TNT را به ماده کم خطر تري نیترو بنزن تبدیل کند. موفقیت آمیز بودن پالایش علف کش کلرو استانیلید توسط گونه هاي این جنس نیز مشاهده شده است.[17]
یونجه (Medicago sativa)
گیاه یونجه براي زدودن خاك از ماده منفجره TNT و ترکیب پیرن که جزو هیدروکربن هاي چند حلقه اي آروماتیک محسوب میشود مفید است،مخصوصاً وقتی مقدار ماده آلی خاك مناسب باشد. تحقیقات نشان میدهد ریشه هاي یونجه وقتی که پیرنجدیداً به خاك اضافه شده باشد، توان پالایش مناسبی در مورد این آلاینده دارد . با وجود کاهش عملکرد زراعی یونجه در خاکهاي آلوده به نفت خام، این گیاه در پالایش خاك از این آلاینده نتایج مثبتی نشان داده است. یونجه قادر به حل مشکل وجود آلاینده هاي هیدروکربنی چند حلقه اي آروماتیک و پالایش عناصر کادمیوم،کروم، سرب و روي نیز میباشد. [18]
سورگوم (Sorghum bicolor)
گیاه سورگوم یکی از بهترین فرا انباشت کننده هاي فلزات سنگین از جمله کروم میباشد، همچنین این گیاه عنصر نیکل را به شکل مؤثري در ریشههاي خود انباشت میکند. با افزایش غلظت هیدروکربنهاي چند حلقه اي آروماتیک در خاك، فعالیت ترشحی ریشه سورگوم بیشتر میشود که نتیجه این امر، دگراده شدن هر چه بیشتر این آلاینده ها است گیاه سورگوماکثراً سرب را در برگها ذخیره میکند، در حالی که عناصر کادمیوم، روي و مس بیشتر در ساقه انباشت میشوند.[19] استفاده از سورگوم در زمینهاي حاوي نفت خام براي پالایش این آلاینده مؤثر گزارش شده است . سورگوم براي پالایش خاك از ترکیب بسیار خطرناك فروسیانید که از واکنش آهن با سیانید حاصل میشود نیز گیاه مناسبی است. [20]
ذرت (Zea mays)
این گیاه زراعی بسیار مهم، به علت دارا بودن ویژگیهایی از جمله تولید بیوماس بالا و گستردگی سیستم ریشه اي گزینه بسیار مناسبی براي پالایش فلزات سنگین به ویژه کادمیوم میباشد، اکثر کادمیوم جذب شده توسط ذرت در ریشه ها انباشت میشود.[21] وجود آلاینده آلی پیرن باعث ممانعت از جذب کادمیوم توسط گیاه ذرت میشود، ولی برخی ارقام ذرت به پیرن متحمل هستند و میتوان از آنها در حذف خاکهاي حاوي هر دوي این آلاینده ها استفاده نمود. خاکهاي حاوي فروسیانید را میتوان با گیاه ذرت پالایش نمود، و با توجه به تشدید این فرآیند در اثر گرما، استفاده از این گیاه در خاکهاي با گرماي بالا میتواند مؤثرتر باشد. [22]
توتون (Nicotiana tabacum)
توتون به علت رشد سریع و تکثیر آسان گزینه مناسبی براي گیاه پالایی است. در تحقیقی بر روي دو رقم بورلی و ویرجینیا در صربستان، مشاهده شد که این گیاه قادر است اورانیوم موجود در خاك با غلظت 15/3میلیگرم بر کیلوگرم را در برگهاي خود انباشت کند.[23] جذب کادمیوم از خاك و انباشت شدن آن در گیاه توتون باعث کاهش رشد و عملکرد میشود ولی کاشت این گیاه در زمینهاي حاوي این آلاینده توصیه شده است . [24] توتون قادر است ترکیب پرکلرات را از خاك جذب و در برگهاي خود انباشت کند. به همین جهت براي پالایش زمین از پرکلرات مفید است لکن باید توجه داشت که از این توتونها نباید جهت مصرف در صنایع دخانیات استفاده کرد. [25]
بید (Salix spp)
اخیراً استفاده از گونه هاي این جنس در پروژه هاي حفاظت از محیط زیست از جمله در زمینه گیاه پالایی رونق گرفته است. گیاهان جنس بید به علت رشد سریع، تکثیر آسان، سیستم ریشه اي گسترده و توانایی بالا در انباشت کردن مواد آلاینده، قادر هستند آنها را با روشهاي شیمیایی و متابولیک پالایش نمایند.[26] ضمن اینکه امکان استفاده از این گیاهان در سیستمهاي تناوب نیز جهت تولید انرژي وجود دارد.[27] استفاده از Salix babylonica در خاکهاي آلوده به سلنیوم جهت حذف این عنصر مضر توصیه شده است .[28] گزارش شده که گونه Salix nigra قابلیت بالایی جهت انباشت عناصر کادمیوم و مس دارد و میتواند در برنامه هاي گیاه پالایی مورد استفاده قرار گیرد.[29]
