آلودگی خاك به فلزات سنگین، فلزاتی که جرم مخصوص آنها بیش از 6 است (آلووی[1]، 1990)، یکی ازمعضلات زیست محیطی عصر حاضر می­باشد، چرا که تجمع زیاد و طولانی مدت این فلزات درآب و خاك، امکان انتقال آنها را به زنجیره­های غذایی انسان و حیوان فراهم می­آورد (کانینگهام و همکاران[2]، 1975).

فلزات سنگین از طریق فرایند­های خاكسازی یا فعالیتهای انسانی وارد خاك می­شوند (ایوقبو و همکاران[3]، 2005). استخراج و ذوب فلزات، تخلیه فاضلاب­های شهری و صنعتی و مصرف لجن آنها به عنوان کود، کاربرد کودهای شیمیایی و آفت کش­ها در کشاورزی از جمله اصلی­ترین منابع انسانی آلودگی فلزات سنگین در خاك می­باشند (رایسویک و همکاران[4]، 2009). فلزات سنگین برخلاف آلودگی­های آلی، بعد از ورود به خاك با تجزیه­های شیمیایی و میکروبی از بین نرفته و برای مدت طولانی حضور دارند (آدریانو و همکاران[5]، 2004). این فلزات باعث كاهش فعالیت­های آنزیمی و تخریب ساختمان پروتئینی و در نتیجه باعث كاهش رشد گیاهان می­گردند (ویگ و همکاران[6]،2003).

1-2 کادمیم

کادمیم در بین فلزات سنگین میل ترکیبی کمی برای اتصال به فاز­های تثبیت کننده خاک نظیر اکسید­ها و کلات­ها دارد. بنابراین قابلیت جذب این عنصر توسط گیاه و انتقال آن به شاخساره گیاه زیاد است (کاباتا-پندیاس و پندیاس[7]، 1992). کادمیم همچنین توانایی بالایی برای عبور از غشای سلولی ریشه دارد. همه این عوامل باعث شده که خطر حضور کادمیم در زنجیره غذایی بیشتر شود (چنی و ریان[8] ،1994).

کادمیم برای رشد گیاهان ضروری نیست بلکه یک عنصر سمی برای گیاه است که در غلظت­های 5 تا 30 میلی گرم در کیلوگرم در برگ گیاهان سمیت ایجاد می­ کند (کاباتا- پندیاس و پندیاس، 1992). غلظت­های بالای کادمیم در زنجیره غذایی برای انسان خطرناک است و باعث بیماری­های کلیوی و کبدی، مشکلات استخوانی و بیماری­های عصبی می شود. علاوه بر این توازن سایر عناصر معدنی مانند کلسیم و فسفر بدن در حضور کادمیم به هم می­خورد. بروز بیماری ایتای ایتای در ژاپن وجود كادمیم در محیط زیست را به عنوان یک عامل خطرناك برای سلامت انسان نشان داد. كادمیم در انسان باعث از دست دادن حس بویایی، سرطان، سكته مغزی، آمفیزم و پوكی استخوان می شود (لالور[9]، 2008 ).

1-3 روش های پالایش فلزات سنگین در خاک

روش­های زیادی برای پالایش فلزات سنگین در آب و خاک وجود دارد که شامل روش­های الکترو شیمیایی، روش اسمز معکوس، روش تبادل یونی، استفاده از واسطه­های گیاهی، تثبیت شیمیایی، آبشویی خاک، اکسیداسیون، احیا، جذب سطحی، روش­های بیولوژیکی و سایر روش­ها می­باشد (گله­دار و یونسی، 1387؛ سلیمی و همکاران، 1390). در اغلب موارد بیش از یک روش برای بهینه سازی عمل پالایش لازم می­باشد. اغلب این روش­ها با مشکلاتی نظیر هزینه زیاد، زمان بر بودن، کارایی کم در مقیاس بزرگ، عدم کارایی در غلظت­های زیاد آلاینده و غیره مواجه هستند (گله دار و یونسی، 1387).

1-1-3 تثبیت شیمیایی

در تثبیت شیمیایی با افزودن مواد غیر متحرك کننده به خاك تحرك فلزات سنگین کاهش می­یابد (کامپین و همکاران[10]، 2008 ). کاهش تحرك فلزات در خاك با بهره گرفتن از مواد آلی و غیرآلی، به ساز و کار­های مختلفی نسبت داده شده است که شامل: جذب سطحی (آدریانو[11]، 2001 )، رسوب با سولفیدها، فسفاتها، هیدروکسیدها یا کربناتها و تشکیل کمپلکس­های نامحلول فلز- ماده آلی (نایدو و همکاران[12]، 1996) می­باشد.

در این پژوهش سعی شده است تا کاهش تحرک فلزات سنگین در خاک از طریق زئولیت و اسید هومیک مورد بررسی قرار گیرد.

1-4 زئولیت

زئولیت نوعی از آلومینوسیلیكاتهای متخلخل با بار منفی است که کارایی آن­ها وابسته به ظرفیت تبادل کاتیونی و میزان منافذ ریز آن­هاست (انصاری مهابادی و همکاران، 2007 ؛ محمدی ثانی و همکاران، 1390). این کانی دارای ساختار مولكولی تتراهیدرال بوده كه به وسیله اتم­های اكسیژن به هم متصل شده ­اند. زئولیت­ها کریستال­هایی آب­دار از عناصر گروه II و I جدول تناوبی به خصوص سدیم، پتاسیم، منیزیم، کلسیم، استرانسیم و باریم هستند (حسینی ابری و همکاران،2007)، که از نظر کریستالوگرافی دارای فرمول سلول واحدی به صورت زیر می باشند:

Mx / n [(Al₂O₃ )x (SiO₂ )y ].WH₂O

که در آن M: کاتیون قلیایی یا قلیایی خاکی با ظرفیت n، W: تعداد مولکول های آب و (x+y) بیانگر تعداد چهار وجهی­های سلول واحد می­باشد (حسینی ابری و همکاران، 2007).

زئولیت­ها فراوان­ترین رزین­های معدنی هستند که بیش از 40 نوع طبیعی و 150 نوع مصنوعی آن وجود دارد. انتخاب پذیری بالا برای یک یون بخصوص، امتیاز ویژه زئولیت­ها می­باشد که می­توان از این خصوصیت برای جدا کردن یون­های مضر استفاده نمود. در بین زئولیت­های طبیعی سه نوع از آن­ها هستند که از نظر اهمیت از بقیه برتر بوده و عبارتند از کلینوپتیلولیت، موردنیت و چابازیت. کلینوپتیلولیت با دارا بودن ظرفیت تبادل کاتیونی بالا، مقاومت مکانیکی بسیار خوب، سطح جذب وسیع و جذب انتخابی بالا از موثرترین گونه­ ها برای حذف آلاینده­های سمی می باشند (خسروی و همکاران، 1390).

1-5 اسید هومیک

اسید هومیک گروهی از مواد بیوژن به همراه مواد آلی هتروژن هستند که وزن مولکولی زیاد و رنگ زرد تا سیاه دارند. مواد هومیک از نظر ساختاری بسیار پیچیده بوده، دارای وزن مولکولی حدود ۲۰۰۰۰ تا ۱۵۰۰۰۰ دالتون هستند (کافی و همکاران، 1392). هومیک اسید دارای عناصر غذایی چون فسفر و نیتروژن می­باشد و همچنین باعث افزایش جذب دیگر عناصر غذایی چونCa ،Fe ،K ،P ،N می­ شود (دلفاین و همکاران[13]، 2005). تحقیقات زیادی اثرات مثبت اسید هومیک را توصیف كرده­اند. تأثیر اسید هومیک بر رشد گیاه ممكن است به صورت مستقیم (افزایش كل وزن خشك گیاه) و یا به صورت غیرمستقیم (افزایش راندمان مصرف كود و كاهش فشردگی خاك ) باشد (خزاعی و همکاران، 1391). مواد هومیكی بر جذب عناصر غذایی، فرایند تنفس، مقدار قند و اسیدهای آمینه و كاهش تجمع نیترات تاثیر دارند و گیاهان را بر علیه بیماری­ها و ویروس­ها مقاوم می­سازند (کمری شاهملکی و همکاران، 1389). همچنین بر جوانه زنی بذر، رشد گیاهچه­ها، رشد و توسعه ریشه تاثیر دارند (کافی و همکاران، 1392؛ کمری شاهملکی و همکاران، 1389). گزارش­های بسیاری نشان می­دهد كه هومیک اسید باعث كاهش جذب فلزات سنگین چون Cd، Zn،Cu از طریق باند كردن آنها می­ شود ( لگویراتی و همکاران[14]، 2004).

1-6 گندم

گندم با نام علمی Triticum aestivum از خانواده گرامینه Poaceae)) می­باشد (امام، 1383). گیاهی دانه‌ای، یک ساله با تیپ‌های پائیزه و بهاره که با توجه به شرایط اکولوژیک مناطق مختلف مورد زراعت قرار می‌گیرد، این نبات گیاهی بومی مکزیک است. دانه گندم دارای 7 تا 18 درصد پروتئین، 60 تا 70 درصد نشاسته، 2 تا 2/5 درصد سلولز (فیبر خام) و 2 تا 1/5 درصد چربی می­باشد (دیویس و همکاران، 2002). این گیاه یکی از قدیمی­ترین و پر مصرف­ترین گیاهان زراعی بوده که بیشترین سطح زیر کشت را در میان گیاهان زراعی در جهان به خود اختصاص داده است (نورمحمدی و همکاران، 1376). و مهمترین غذای انسان است که در محدوده وسیعی از شرایط آب و هوایی جهان رشد می­ کند و دارای بیشترین پراکندگی در دنیاست (پور صالح، 1373).

در حال حاضر تحقیقات زیادی درباره کادمیم و سمیت آن در گیاه انجام شده است اما مطالعه جامعی به منظور حذف و یا کاهش اثرات سمی آن توسط زئولیت و اسید هومیک صورت نگرفته است. بنابراین با توجه به مطالب گفته شده، در این تحقیق سعی بر آن شده است تا چگونگی جذب کادمیم در یک محیط آلوده، توسط گندم مورد بررسی قرار گرفته و تاثیر اسید هومیک و زئولیت در جذب فلزات سنگین و تعدیل سمیت کادمیم مطالعه شود.

فرضیه ­ها:

1. اسید هومیک و زئولیت در کاهش سمیت کادمیم قابل جذب گیاه در خاک توانایی­­های متفاوتی دارند.

1. کاهش اثر سمیت کادمیم در خاک توسط اسید هومیک و زئولیت باعث بهبود رشد گیاه می گردد.

اهداف اصلی:

1. بررسی اثر اسید هومیک و زئولیت در کاهش میزان جذب و اثرات سوء کادمیم در گیاه

اهداف فرعی:

1. تعیین میزان جذب کادمیم از خاک­های اصلاح شده با اسید هومیک و زئولیت توسط گیاه گندم

 

 

فصل دوم

بر منابع

 

فصل دوم : بر منابع

2-1 تعریف آلودگی

با مراجعه به لغت نامه واژه آلودگی مترادف با لغاتی مانند ناخالصی، ناپاکی، کثیفی و مضر به چشم می­خورد. اگر چه این معانی از نظر لغوی صحیح هستند اما تعریف کاربردی زیست محیطی را به دست نمی­ دهند (عرفان­منش و افیونی، 1388). به طور کلی عاملی که باعث برهم زدن شرایط طبیعی محیط زیست شده و موجب تغییرات نامطلوب در آن شود آلودگی نامیده می­ شود. به عبارت دیگر هر گونه تغییر در ویژگی­های اجزای محیط به طوری که استفاده پیشین از آن­ها غیر ممکن گردد و به طور مستقیم یا غیر مستقیم منابع حیات موجودات زنده را به مخاطره اندازد نوعی آلودگی خواهد بود (شهبازی و همکاران، 1391). ماده آلوده کننده ماده­ای است که در جایی قرار گیرد که به طور عادی نمی­بایست آنجا قرار می­گرفت و یا دارای غلظتی بیش از غلظت طبیعی باشد به نحوی که بر روی موجودات زنده اثر نامطلوب داشته باشد (عرفان­منش، 1385).

2-2 آلاینده­ها

نظریات مختلفی در مورد آلوده کننده و آلودگی وجود دارد. در یک نوع تقسیم بندی، منابع آلاینده را به دو دسته نقطه­ای (در یک نقطه متمرکز و معمولا دارای غلظت بالای آلاینده­ها) و غیر نقطه­ای (دارای غلظت کمتر و دامنه­ انتشار وسیع­تر) تقسیم می­ کنند (عرفان­منش و افیونی، 1388). در حال حاضر منابع آلاینده­های غیر نقطه­ای به عنوان مهم­ترین عوامل آلوده کننده آب و خاک در مقیاس جهانی به شمار می­روند و کشاورزی و حمل و نقل، بیشترین سهم را در ایجاد این نوع آلاینده­ها دارند (شهبازی و همکاران،1391).

در یک تقسیم ­بندی دیگر مواد آلاینده در دو گروه آلاینده­های معدنی و آلاینده­های آلی تعریف می­شوند ( درویشی، 1391).

1- آلاینده­های معدنی: فلزات (Pb، Cd ،Cr، Ni و …)، شبه فلزات (As، Se و…)، عناصر غذایی (N، P، K، S و…) و ذرات رادیواکتیو (Cs، Uو…).

2- آلاینده­های آلی: ترکیبات آلی یکی از عمده­ترین آلاینده­های آب و خاک محسوب می­شوند. از جمله این مواد می توان به بای­فنیل­های پلی کلرینه، هیدروکربن­های نفتی، هیدروکربن­های چند حلقه­ای، آفت­کش­های آلی و … اشاره کرد.

1-2-2 آلاینده­های معدنی

یک دسته از آلاینده­های معدنی فلزات سنگین و عناصر کمیاب می­باشند. عناصر کمیاب به عناصری اطلاق می شود که از غلظت کمی در خاک و گیاه برخوردار باشند. این عناصر ممکن است برای رشد و نمو گیاه ضروری باشند یا نباشند (عرفان منش و افیونی، 1388).

واژه فلزات سنگین در حوزه های علمی مختلف دارای تعاریف مشخصی است. بطور مثال، درسنگ­شناسی به فلزاتی این واژه اطلاق می­گردد كه با دی تیزون واكنش می­دهند. اما در اغلب کاربردهای رایج، این واژه به فلزاتی اشاره دارد كه وزن مخصوص آن­ها بیش از 5/4 گرم بر سانتیمتر مكعب باشد (گاهی ۴،۵ یا ۶ هم تعریف می شود) (توکلی محمدی و همکاران، 1390).

منابع آلوده کننده خاک، آب و هوا به قرار زیر می­باشند:

الف- ایجاد آلودگی از طریق صنعت

ب- ایجاد آلودگی از طریق زباله و فاضلاب­های شهری

ج- ایجاد آلودگی از طریق پساب­های کشاورزی و استفاده از نهاده­های شیمیایی (سروی، 1387).

آلودگی خاك، به دلیل تأثیر مستقیم در تولید محصولات كشاورزی و تغذیه موجودات، بسیار حائز اهمیت است. بیشترین آلودگی­ها در مناطق صنعتی، اطراف شهرهای بزرگ و معادن وجود دارد. یكی از مشكلات اصلی كشاورزی در این مناطق، آلودگی خاك به عناصر سنگین است. زیرا فلزات سنگین ابتدا به گیاهان منتقل شده و سپس وارد زنجیره غذایی می­گردند. فلزات سنگین پایدار و غیرقابل تجزیه می­باشند. اگرچه بسیاری از آنها به مقدار كم برای چرخه­های بیولوژیک لازم هستند، اما اكثرا در غلظت زیاد سمی می­باشند (آلبولینو و همکاران[16]، 2003).

برخلاف سایر آلاینده­ها، دفع این فلزات از محیط بسیار مشکل می­باشد زیرا این فلزات به طور شیمیایی یا بیولوژیکی تخریب نمی­شوند و غیر قابل تجزیه هستند اما می­توانند اکسید شوند، احیا شوند و یا به وسیله مواد آلی کمپلکس شوند (گله­دار و یونسی، 1387).

2-3 سمیت فلزات سنگین در خاک

بسیاری از فلزات سنگین نظیر روی و مس دارای وظایف فیزیولوژیک در گیاهان و حیوانات هستند اما در غلظت های زیاد سمی می­باشند. اما برخی دیگر از این فلزات نظیر کادمیم و سرب حتی در غلظت­های کم هم سمی هستند (باسیک و همکاران، 2006).

باید در نظر داشت که ممکن است غلظت یک عنصر در خاک بالاتر از حد سمی بودن آن باشد ولی به دلیل عدم جذب توسط گیاه اثر سمی آن ظاهر نشود. ثابت شده است عناصر سنگین با وجود غلظت بسیار کم دارای تاثیرات عمل خارق­العاده­ای می­باشند. روش مناسب شناخت خاصیت سمی فلزات سنگین ضروری از روی ردیف قرار گرفتن الکترونگاویته آن­ها می­باشد که این با قدرت پایداری مشتقات آن­ها ارتباط مستقیم دارد. این فلزات می­توانند مسمومیت مزمن ایجاد نمایند که میان این مسمومیت با قدرت الکترونگاویته این فلزات رابطه مستقیم وجود دارد. در مورد اکسید فلزات سنگین در جدول تناوبی، هر چه به طرف گازهای نادر پیش رویم، در طبیعت پایدارتر می شوند و در سیستم بیولوژیکی با مولکول­های آلی ایجاد کمپلکس­های پایدارتری می­نمایند و به وسیله جایگزینی در کمپلکس­ها می­توانند قدرت عملکرد آن­ها را تغییر دهند و ایجاد مزاحمت نمایند (نوروزی و همکاران).

ثبات و پایداری و همچنین تجمع زیستی عناصر سنگین در بدن موجودات زنده و انتقال آن به حلقه­های بعد زنجیره­ی غذایی سبب شده است تا مطالعه­ الگوهای مختلف تجمع و پراكنش این فلزات در بافت­های خوراكی و غیر خوراكی گیاهان از دیدگاه ­های مختلف، به ویژه سلامت غذایی مصرف كننده حائز اهمیت باشد. مكانیسم اثر سمی فلزات سنگین از نظر زیست­شیمیایی ناشی از تمایل شدید كاتیونهای این فلزات به واكنش با گوگرد است. كاتیونهای فلزات سنگین با ملكول­هایی كه این فلزات را دربردارند، از طریق بلع وارد بدن می­شوند و به آسانی به گروه­های سولفهیدریل (-SH) كه در بدن انسان و سایر جانداران به وفور وجود دارد، متصل می­شوند، پیوند فلز گوگرد حاصل، معمولاً در آنزیم­ هایی كه سرعت واكنش­های سوخت و سازی مهم در بدن موجودات را كنترل می كنند، اثر می­گذارد، بنابراین این آنزیم­ها نمی­توانند وظیفه­ی عادی خود را انجام دهند و سلامتی موجودات به خطر افتاده و گاهی به مرگ منتهی می­ شود (رحیمی آلاشتی و همکاران، 1390).

. Alloway

. Cuningham et al.

. Iwegbue et al.

. Raicevic et al.

. Adriano et al.

. Vig et al.

. Kabata-Pendias& Pendias

. Chaney&Ryan

Lalor .3

. Campian et al.

1. Adriano

1. Naidu et al.

1. 1. Delfin et al.

. Lguirati et al.

. Davis et al.

1. 1. Albolino et al.

. Basic et al.

ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود است

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)

ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه

 با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند