مدلی نوین برای گیاه‌پالایی توأمان نیکل و کادمیم از خاک های آلوده بر مبنای توابع ضرب پذیر عملکرد

نوع مقاله : مقالات پژوهشی

نویسندگان

چکیده

چکیده
آلودگی خاک به فلزات سنگین از مهم‌ترین چالش های زیست محیطی عصر کنونی در سرتاسر جهان است. از میان فلزات سنگین، نیکل و کادمیم به دلیل پیامدهای وخیم برای سلامت انسان، حیوانات و گیاهان اهمیتی ویژه در آلودگی زیست بوم دارند. هدف از این پژوهش، مدل سازی مقدار گیاه‌پالایی آلاینده های توأمان نیکل و کادمیم از خاک های آلوده به این آلاینده ها بود. از این رو، تلاش شد با ترکیب توابع ضرب پذیر کاهش عملکرد و غلظت نسبی آلاینده های نیکل و کادمیم در گیاه، مدلی نوین برای برآورد مقدار گیاه‌پالایی توأمان این دو آلاینده‌ از خاک ارائه شود. به منظور ارزیابی دقت مدل پیشنهادی، خاکی لوم رسی با هر دو آلاینده نیکل و کادمیم در سطوح مختلف آلوده و بذر کلم زینتی در آنها کشت گردید. با گذشت شش ماه از زمان جوانه زنی، گیاهان در سه تکرار برداشت شدند. نیکل و کادمیم نمونه های خاک و گیاه به ترتیب با روش های اکسیداسیون تر و اکسیداسیون با اسید نیتریک M 4 عصاره گیری، و با دستگاه های جذب اتمی و پرتو سنجی نشری پلاسمایی جفت القایی اندازه گیری شدند. نتایج نشان داد در مقایسه با شرایطی که فلزهای نیکل و کادمیم به تنهایی در خاک وجود دارند کاهش عملکرد نسبی کلم زینتی در حضور توأمان این آلاینده ها بیشتر است. با افزایش غلظت نیکل در هر سطح ثابت کادمیم در خاک، جذب نیکل توسط کلم زینتی افزایش یافت. این در حالی بود که با افزایش غلظت کادمیم در غلظت های زیاد نیکل کل خاک، جذب نیکل توسط گیاه کاهش یافت. افزون بر این، با افزایش غلظت نیکل در هر سطح ثابت کادمیم در خاک، جذب کادمیم توسط گیاه اندکی افزایش یافت. نتایج نشان داد مدل پیشنهادی که از ترکیب تابع ضرب پذیر بدون آستانه عملکرد نسبی و غلظت نسبی آلاینده ها در گیاه اشتقاق یافته بود، در برآورد مقدار پالایش آلاینده ی نیکل از خاک کارآیی بالایی دارد. با این حال این مدل تنها توانست برآوردهایی کلی از مقدار گیاه‌پالایی کاد‌میم توسط کلم زینتی ارائه دهد. نتایج همچنین نشان داد که به رغم تحمل زیاد کلم زینتی به آلودگی های بالای نیکل و کادمیم در خاک و تولید زیست‌توده انبوه، از این گیاه تنها می توان برای پالایش آلودگی های کم تا نسبتاً متوسط توأمان این آلاینده ها استفاده کرد.

واژه های کلیدی: گیاه‌پالایی، کادمیم، کلم زینتی، نظریه ضرب پذیری، نیکل

عنوان مقاله [English]

A New Yield Multiplicative Model for Simultaneous Phytoextraction of Ni and Cd from Contaminated Soils

نویسندگان [English]

  • M. Davari
  • M. Homaee
چکیده [English]

Abstract
Soil Contamination by heavy metals is yet one of the most important environmental concerns. Among heavy metals, Nickel and Cadmium have dangerous influences on human, animals and plants. The objective of this study was to derive a new model for simultaneous phytoextraction of Ni and Cd from contaminated soils. Consequently, a macroscopic model was derived by combining yield reduction functions and relative concentrations of Ni and Cd in plant tissues. To verify the derived model, a clay loam soil was simultaneously contaminated with different concentrations of Ni and Cd. The Ornamental Kale seeds were then seeded in these packed contaminated soils in three replicates. Plants were harvested after full development. The Ni and Cd contents of soil samples and plant materials were extracted by 4M HNO3 oxidation and wet oxidation methods, respectively. The Ni and Cd concentrations were measured by Atomic Absorption Spectrometer (Shimadzu, AA 670-G) and Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (Varian Vista-PRO). The results indicated that relative yield of Ornamental Kale in the contaminated soils with both Ni and Cd was reduced more than the soil polluted with separate Cd or Ni. The results also indicated that at any given soil Cd concentration, the Ni content of Ornamental Kale increases with increasing soil Ni concentration. Meanwhile, with increasing soil Cd, the Ni content in Ornamental Kale was decreased. Further, at any given Cd content, the amount of Cd in Ornamental Kale was increased by increasing Ni concentration in soil. The results further indicated that the proposed model can well predict Ni phytoextraction from soils contaminated with both Ni and Cd. However, this model could only provide an overall estimate for Cd phytoextraction. It was further concluded that Ornamental Kale due to its high biomass production and high tolerance to Ni and Cd concentrations can be used to remediate low to moderate combined Ni -Cd contaminated soils.

Keywords: Cadmium, Multiplicative theory, Nickel, Ornamental kale, Phytoextraction