مقاله گیاه پالایی

بخشی از مقاله

چکیده:

گیاه پالایی - Phytoremediation - از روش های آلودگی زدایی جدید، درجا و مستقیم است که طی آن از گیاهان برای پاکسازی آلودگی ها از خاک، آب های زیرزمینی، رسوبات، آب های سطحی و نیوارها استفاده میشود. گیاه پالایی روشی پایدار، طبیعی، ارزان، آسان، دوستدار محیط زیست و قابل کاربرد در سطوح وسیع است .

تثبیت گیاهی: تکنیکی است که گیاهان استقرار یافته در مکان آلوده به جای خارج نمودن آلاینده ها از خاک، به وسیله ی جذب فلزات در درون یا بروی سطح ریشه های خود آنها را تثبیت وغیرمتحرک میسازند. تثبیت گیاهی در برگیرندهی استفاده از گونه های گیاهی ویژه به منظور غیرمتحرک کردن آلاینده ها در خاک از طریق جذب فلزات به درون سلولهای ریشه، جذب سطحی بر روی ریشه و یا رسوب در ناحیه ی ریزوسفر و تثبیت فیزیکی آلاینده های فلزی میباشد.

مقدمه:

گیاه پالایی تکنیک پالایشی است که مشمول بر جذب، تغییر شکل، تجمع و یا تصعید آلاینده ها با کمک گیاهان برای پاکسازی آلودگیهای آب، خاک و هوا میباشد. این روش را برای پاکسازی آلودگی های نفتی نیز بکار میبرند. گیاه پالایی با بهرمندی از مهندسی گیاهان سبز شامل گونه های چوبی و علفی برای برداشت مواد آلاینده از آب و خاک یا کاهش خطرات آلاینده های محیط زیست نظیر ترکیبات آلی ،فلزات سنگین، عناصر کمیاب و مواد رادیواکتیو مورد استفاده قرار میگیرد

گیاه پالایی - Phytoyemediation - واژه جامعی است که از سال 1991 برای بکارگیری از گیاه جهت کاهش میزان و سمیت آلاینده از خاک، آب زیرزمینی و یا دیگر محیط های آلوده استفاده شده است - اتیم، . - 2012 در صورتی که درصد بافت رس و شوری خاک مورد استفاده افزایش یابد تا حدی بر کارایی گیاه پالایی - Phytoyemediation - اثرات منفی بر جای می گذارد، که با استفاده از افزودن باگاس و یا کمپوست می توان شرایط رشد گیاه و میکروب های اطراف ریشه - که به دلیل بهبود مکانیسم تجزیه ریزوسفری، عمل گیاه پالایی و حذف آلاینده مورد مطالعه است - را فراهم ساخت و از این طریق بازدهی گیاه پالایی را بهبود بخشید

گیاه استخراجی - Phytoextraction - یکی از روشهای گیاه پالایی است که در آن آلاینده های معدنی آب و خاک به اندام های هوایی گیاه انتقال می یابند و انباشته میشوند که پس از آن برداشت، بازیافت، سوزانده و یا دفن میگردند - ابوالقاسم وهمکاران،. - 2008 طی ده سال اخیر، میزان انتشار سالانه فلزات سنگین در جهان به 22000 تن برای کادمیم، 939000 تن برای مس، 783000 تن برای سرب و 1350000 تن برای روی، رسیده است. - سینگ. - 2003

جدول - - 1 اثرات اصلی فلزات سنگین در گیاهان - ژرج، - 2005

کادمیوم    کاهش جوانه زنی بذر، مقدار لیپید و رشد گیاه؛ القای تولید کلات های گیاهی

کروم    کاهش فعالیت آنزیمی و رشد گیاه؛ آسیب رساندن به غشای سلول و ریشه ی گیاه و ایجاد سبزاک

مس    جلوگیری از فتوسنتز، رشد گیاه و فرآیندهای تولید مثلی؛ کاهش سطح بیرونی تیلاکوئید

جیوه    کاهش فعالیت فتوسنتزی، جذب آب و آنزیمهای آنتیاکسیدان؛ تجمع فنول و پرولین

نیکل    کاهش جوانه زنی بذر، تجمع مادهی خشک، تولید پروتئین، کلروفیلها و آنزیمها؛ افزایش آمینواسیدهای آزاد

سرب    کاهش تولید کلروفیل و رشد گیاه؛ افزایش سوپراکساید دیسموتاز

روی    کاهش سمیت نیکل و جوانهزنی بذر؛ افزایش رشد گیاه و نسبت ATP به کلروفیل

روش های گوناگونی جهت پاکسازی خاک های آلوده وجود دارد که انتخاب و بکارگیری یک روش به عوامل متعددی از جمله قوانین سخت گیرانه موجود، هزینه، نوع آلودگی، غلظت آلودگی و غیره بستگی دارد. به طور کلی روش های پاکسازی خاک های آلوده به سه گروه - 1 فیزیکی - مانند استخراج بخارات آلاینده از خاک - ، - 2شیمیایی - مانند شستشوی خاک - ، - 3 زیستی - مانند گیاه پالایی - تقسیم میشوند وگاه ممکن است ترکیبی از این روش ها بکار گرفته شود

گیاه پالایی - Phytoremediation - از روشهای آلودگی زدایی جدید، درجا و مستقیم است که طی آن از گیاهان برای پاکسازی آلودگی ها از خاک، آبهای زیرزمینی ، رسوبات ، آبهای سطحی و نیواراستفاده میشود. گیاه پالایی روشی پایدار، طبیعی، ارزان، آسان، دوستدار محیط زیست و قابل کاربرد در سطوح وسیع است. گیاه با ترسیب، تثبیت و تجزیه ترکیبات آلاینده در ریزوسفر، جذب انتخابی فلزات و تجمع آنها در شاخساره های خویش و یا تصعید آلایندها به اتمسفر، موجب کاهش مقدار و یا سمِیت آلاینده ها میشود

در گیاه پالایی، از گیاهان سبز و ارتباط آنها با میکروارگانیسم های خاک برای کاهش آلودگی خاک و آب های زیرزمینی استفاده میشود. این روش میتواند برای رفع هر دو نوع آلاینده خاک یعنی آلی و معدنی به کار رود. کاربرد تکنیک های فیزیکوشیمیایی سبب تخریب و نابودی میکروارگانیسم های مفید خاک مانند تثبیت کننده های نیتروژن میکروریزا میگردد که باعث میشود فعالیتهای بیولوژیکی خاک ضعیف شود و در مقایسه با تکنیک گیاه پالایی بسیار گرانتر است.

در روش ریزوفیلتراسیون گیاهان خاکی و آبی مورد استفاده می باشند که آلاینده های منابع آبی آلوده با غلظت کمتر در ریشه هایشان تغلیظ یا رسوب میکنند که این روش بخصوص برای فاضلاب های صنعتی، رواناب کشاورزی و یا فاضلاب معادن اسیدی کاربرد دارد و برای فلزاتی مانند سرب، کادمیم، مس، نیکل، روی و کرم مناسب است. گیاهانی مانند خردل هندی، آفتابگردان، تنباکو، چاودار و ذرت دارای این توانایی هستند

در روش گیاه پالایی، گیاه با استفاده از مکانیسمهای پاکسازی متفاوتی درمنطقه ریشه گیاه و یا درون خود گیاه نظیر تثبیت گیاهی - Phytostabilization - ، استخراج گیاهی - Phytoextraction - ، تبخیر گیاهی - Phytovolatalization - ، تجزیه ریزوسفر - - Rhizofilteration، ریزوفیلتراسیون - Rhizodegradation - ، تجزیه گیاهی - Phytodegradation - و کنترل هیدرولیکی،آلاینده ها را از آب و خاک حذف مینماید.

گیاهان بسیاری وجود دارند که میتوانند عمل گیاه پالایی در خاک های آلوده به ترکیبات نفتی را انجام دهند ولی نتیجه تحقیقات انجام شده در دنیا نشان میدهد که گونه های چمنی و لگومی به علت سیستم ریشه ای- افشان برای انجام عمل گیاه پالایی خاکهای آلوده به ترکیبات نفتی مناسب هستند - کایمی و همکاران،. - 2005 نشان داده شده که چمن برموداگراس میتواند درگیاه پالایی خاک های آلوده به ضایعات نفتی سمیت لجن را کاهش و تجزیه هیدروکربنهای نفتی را افزایش دهد که در چنین خاک های آلوده ای دارای بیشترین وزن خشک اندام هوایی و زیر زمینی بوده و این رقم بیشترین درصد کاهش هیدروکربنهای نفتی لجن مربوط به ریزوسفر را داشته است

در تحقیقات صورت گرفته بر روی گیاهان ذرت - Zea maize - و تاج خروس وحشی - Amaranthus retroflexus - جهت پاکسازی خاک های آلوده به فلزات سنگین که به دلایل قابلیت جذب زیاد، میزان تولید بیومس بالا و قابلیت رشد و نمو مناسب در اکثر مناطق کشور استفاده شده اند ثابت شده که میانگین غلظت سرب در اندام های هوایی گیاهان ذکر شده در خاک های اسیدی بیشتر از ریشه و در خاک های قلیایی کمتر از ریشه آنها بوده است و میانگین غلظت کادمیوم در اندام های زیرزمینی گیاهان بیشتر از اندام های هوایی آن می باشد. که بیانگر کاربردی مفید در جهت افزایش میزان جذب و تجمع سرب و کادمیوم در گیاهان مزبور و پالایش و پاکسازی خاک های آلوده به فلزات سنگین در مناطق مختلف کشور خواهد بود

تکنیک های مختلف فناوری گیاه پالایی:

تثبیت گیاهی: تکنیکی است که گیاهان استقرار یافته در مکان آلوده به جای خارج نمودن آلاینده ها از خاک، به وسیله ی جذب فلزات در درون یا بروی سطح ریشه های خود آنها را تثبیت وغیرمتحرک میسازند. تثبیت گیاهی در برگیرنده ی استفاده از گونه های گیاهی ویژه به منظور غیرمتحرک کردن آلاینده ها در خاک از طریق جذب فلزات به درون سلولهای ریشه، جذب سطحی بر روی ریشه و یا رسوب در ناحیه ی ریزوسفر و تثبیت فیزیکی آلاینده های فلزی میباشد. بااستفاده از این تکنیک قدرت تحرک آلاینده های فلزی کاهش یافته و از انتقال آنها به داخل منابع آب زیرزمینی و یا اتمسفر ممانعت به عمل میآید

با تحقیقات صورت گرفته بر روی دو گیاه کلم زینتی - - Brassica oleracae var. Viridis و شاهی - Lepidum sativum - بوسیله بهره مندی ازمقایسه تغییرات تعرق نسبی اندازه گیری شده، به عنوان تابعی از غلظت نیکل و کادمیم کل خاک؛ مدلی پیشنهادی ارائه شده که از ترکیب توابع تعرق نسبی گیاه و غلظت کادمیم و نیکل در فاز محلول خاک حاصل شده است که منجرب به این نتیجه گیری شدند که با وجود توابع غیرخطی میتوان میزان گیاه پالایی آلاینده نیکل را توسط کلم زینتی ومیزان گیاه پالایی آلایندههای نیکل و کادمیم را توسط شاهی - گیاهیست که به شدت تمایل به جذب و اندوزش این آلاینده از خاک دارد - با دقت بالایی برآورد نمود. معادله زیر برای برآورد میزان گیاه پالایی آلاینده های نیکل و کادمیم از خاک توسط کلم زینتی و شاهی به دست میآید

در روش گیاه پالایی که ارتباط میان گیاه سبز - شامل گیاهان چوبی و علفی - و ریزجانداران وابسته به آنها درون خاک است می توان آلاینده های آلی و معدنی خاک را پاکسازی کرد. در گیاه پالایی، آلودگی خاک به فلزات سنگین به کمک روش های شیمیایی،فیزیکی و بیولوژیکی کاهش داده می شود و انتخاب گیاه مناسب از اهمیت ویژه ای برخوردار است که به شرایط اقلیمی ، نوع و میزان آلودگی خاک منطقه بستگی دارد. هدف از این تکنیک، افزایش انتقال آلاینده ها از خاک به بخش های هوایی گیاه است، به گونه ای که با هر بار محصول دهی، بیشترین میزان آلاینده ها از محیط خاک خارج شود

بعضی از گیاهان میتوانند برای پاکسازی فلزات سمی در خاک موثر باشند که تکنیک گیاه پالایی به منظور رسیدگی به معضل تجمع فلزات سنگین و برگرداندن تعادل به محیط زیست کاربرد دارد

گیاهان برای محافظت از خود در مقابله با مسمومیت های فلزی باید مکانیسمی را گسترش دهند که به واسطه ی آن، فلز وارد سیتوسول شده و در آنجا یاسریعاً به بیرون رانده شود و یا پیوند برقرار کرده و غیرفعال گردد و بدین طریق ازغیرفعال شدن پروتئین های کاتالیزکننده - آنزیم ها - یا پروتئین های ساختاری توسط فلزجلوگیری به عمل میآید