Authors
Department of Biology, Faculty of Sciences, Arak University, P.O. Box 38156-8-8349, Arak, Iran
Abstract
Keywords
نفت‌خام منبع عمده انرژی در رشد اقتصادی-اجتماعی یک کشور محسوب می‌شود (Peng et al., 2009). تولید جهانی نفت‌خام تقریباً 72 میلیون بشکه در روز است که بیانگر مقیاس و حجم بالایی از استخراج، انتقال و پالایش و مصرف فرآورده‌های آن است. چنانچه فرض کنیم حداقل یک درصد از این حجم عظیم از طریق سایت‌های بهره‌برداری، نشت از خطوط انتقال، پسماندهای حاصل از پالایش و تصاعد آنها به محیط اضافه گردند، چیزی حدود 266 میلیون بشکه در سال است (Singh and Jain, 2003). نفت‌خام ترکیب پیچید‌ه‌ای از هزاران ترکیب هیدروکربنی و غیرهیدروکربنی از جمله فلزات سنگین است که می‌توانند سرطان‌زا و جهش‌زا باشند (Dai et al., 2011). برخی عناصر کمیاب از قبیل وانادیوم، نیکل، آهن، آلومینیوم، مس و برخی فلزات سنگین مانند سرب و کادمیوم در نفت‌خام موجود هستند (Odjegba and Badejo, 2013). این آلاینده‌ها می‌توانند به طور سطحی جذب ذرات خاک شده، به تدریج به غلظت آنها افزوده و همراه با جریان‌های سطحی و عمقی، به آب‌های سطحی و زیرزمینی وارد شوند و در نهایت به زنجیره غذایی گیاه، حیوان و انسان وارد شده، موجودات زنده را مسموم کنند (Rababah and Matsuzawa, 2002). نفت‌خام سبب چسبندگی و اتصال ذرات خاک شده و به دنبال سخت و غیرقابل نفوذ شدن خاک، زهکشی آب و انتشار اکسیژن را مختل می‌کند. آب‌گریزی بالای این ترکیبات موجب پیوستن آنها به ذرات خاک و سبب تشکیل رسوب شده و موجب کاهش دسترسی زیستی به این آلاینده‌ها جهت جذب زیستی می‌گردد (Luepromchai et al., 2007). اختلالات خاک به دلیل تهویه ناقص ناشی از جایگزینی هوای خاک با نفت، فعالیت میکروارگانیسم‌های غیرهوازی، اختلال در توازن آب در سیستم خاک-گیاه، سمّیت ناشی از سولفیدها و زیادی منگنز آزاد شده در تجزیه هیدروکربن‌ها است. این اختلالات به تغییرات خواص فیزیکی، مورفولوژیکی و شیمی خاک منجر می‌شود و نیترات، فسفر قابل دسترس و کلسیم را کاهش می‌دهد که به موجب آن کاهش محصولات زراعی رخ می‌دهد Chupakhina and Maslennikov, 2004)؛ Odjegba and Badejo, 2013). همچنین گیاهان و میکروب‌های خاک آلوده به نفت برای عناصر غذایی کم‌مصرف با یکدیگر رقابت می‌کنند که به سبب آن رشد گیاهان در چنین خاک‌هایی سرکوب می‌شود (Akujobi et al., 2011). مهم‌ترین و رایج‌ترین نشانه‌های مشاهده شده در گیاهان آلوده با نفت شامل فرسایش موم، تجزیه کلروفیل، تغییرات مکانیسم روزنه‌ای، کاهش فتوسنتز و تنفس، افزایش تولید هورمون‌های گیاهی مربوط به تنش، تجمع مواد سمّی یا محصولات فرعیشان در بافت‌های گیاهی، کاهش اندازه و تولید کمتر بیوماس Adenipekun et al., 2008)؛ (Bona et al., 2011 است. گیاه‌پالایی فن‌آوری نوینی است که از گیاهان برای حذف آلاینده‌های محیطی مانند فلزات سنگین و ترکیبات آلی استفاده می‌شود (Gerhardt et al., 2009). نخستین بار Adam و Duncan (2002) نقش گیاهان را در پالایش آلودگی هیدروکربن‌های نفتی مطرح نمودند. سطوح پایین آلودگی نفتی از طریق کشت گیاهان در خاک می‌تواند تجزیه شود و حاصلخیزی، ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی خاک در اثر کشت گیاهان بهبود می‌یابد (Anoliefo et al., 2006). یکی از نخستین گام‌ها در انتخاب گیاهان برای گیاه‌پالایی در مناطق گرمسیری، شناخت گونه‌هایی است که قادر به رشد و نمو در خاک‌آلوده با نفت هستند و سپس ارزیابی تأثیر گیاهان بر تجزیه هیدروکربن‌های نفت و مشتقات آنها است (Merkl et al., 2004).
پریوش یا پروانش با نام علمی Catharanthus roseus از خانواده خرزهره امروزه به عنوان یک گیاه دارویی-زینتی در جهان مورد توجه قرار گرفته است. این گیاه اغلب در مناطق معتدل و گرمسیری رشد می‌کند و به خشکی و گرما مقاوم است (Gilman and Howe, 2011). پریوش دارای آلکالوئیدهای مهمی از جمله آجمالیسین، وین‌بلاستین و وین‌کریستین است (Kumar and Gupta, 2008). آجمالیسین در درمان فشار خون بالا کاربرد دارد (Jaleel et al., 2006). وین‌بلاستین و وین‌کریستین نیز از داروهای مهم مورد مصرف در شیمی‌درمانی و درمان انواع مختلف سرطان هستند (Filippini et al., 2003). پژوهشگران معتقدند که مقدار آلکالوئیدهای گیاه پریوش تحت تأثیر تنش‌های غیرزیستی افزایش می‌یابد (Jaleel et al., 2006؛ Misra and Gupta, 2006؛ Amdoun et al., 2009). ضمن این که برخی از گیاهان این خانواده و گیاهان تولیدکننده آلکالوئید به عنوان گونه مقاوم به آلاینده‌های نفتی معرفی شده‌اند (Anoliefo et al., 2006). از طرفی ایران یکی از کشورهای نفت‌خیز جهان است که همواره در معرض این نوع آلاینده محیطی قرار دارد (Celik et al., 2005). بیشتر مخازن نفت‌خام و پالایشگاه‌های نفت ایران در مناطقی با فعالیت‌های کشاورزی و مناطق شهری قرار گرفته است (Besalatpour et al., 2008). شناسایی گیاهانی که در پالایش آلودگی‌های نفتی نقش دارند و مطالعه شرایطی که در بهینه عمل کردن این مجموعه مؤثر هستند، می‌تواند راهکارهایی جهت حذف این آلودگی‌ها از خاک این مناطق باشد (Celik et al., 2005). بررسی توانایی گیاه پریوش به عنوان یک گیاه دارویی مناطق گرمسیری در کاهش هیدروکربن‌های نفتی و برخی فلزات سنگین خاک آلوده به نفت‌خام از اهداف پژوهش حاضر است.
مواد و روش‌ها
بذرهای گیاه پریوش از مؤسسه تحقیقاتی پاکان بذر اصفهان و نفت‌خام از پالایشگاه شازند تهیه شد. بذرهای پریوش ضدعفونی سطحی شده (Wang and Oyaizu, 2009) درون پتری‌دیش‌های محتوی محلول هوگلند در تاریکی با دمای 25 درجه سانتیگراد قرار گرفتند. دانه‌رُست‌های سه روزه در عمق 2 سانتی‌متری خاک، درون گلدان‌های محتوی خاک آلوده به نفت‌خام در غلظت 0 درصد به عنوان شاهد، 5/0، 1، 2، 3 و 4 درصد (حجمی/وزنی) انتقال یافتند. گلدان‌های شاهد از همان خاک بدون افزودن نفت‌خام پُر شدند. پس از پوشاندن روی دانه‌رُست‌ها توسط خاک همان گلدان، آبیاری با 250 میلی‌لیتر محلول هوگلند (Hoagland and Arnon, 1950) صورت گرفت و گلدان‌ها در شرایط محیط در درجه دمای 25 درجه سانتیگراد در شب و 28 درجه سانتیگراد در روز و فتوپریود D12/L12 قرار گرفتند. آبیاری هر هفته با توجه به نیاز گیاه، به میزان 250 میلی‌لیتر محلول هوگلند صورت گرفت. آزمایش در طرح کاملاً تصادفی در سه تکرار انجام شد. هر هفته ارتفاع بخش هوایی اندازه‌گیری شد. در پایان 70 روز، برداشت نهایی انجام شد. ارتفاع بخش هوایی و وزن تر و خشک گیاهان 70 روزه نیز اندازه‌گیری شد.
میزان هیدروکربن‌های کل (TPHs, Total Petroleum Hydrocarbons) در خاک آلوده به سطوح مختلف نفت‌خام پیش از آغاز دوره کشت (بلافاصله پس از آلوده شدن خاک در شروع کاشت) و همچنین بعد از دوره 70 روزه کشت در خاک کشت‌شده با پریوش و کشت‌نشده اندازه‌گیری شد. اختلاف میزان هیدروکربن‌های کل خاک در ابتدا و انتهای دوره، به عنوان میزان حذف هیدروکربن‌ها از خاک به تنهایی (در خاک‌های کشت نشده) یا میزان حذف هیدروکربن‌ها از خاک کشت‌شده در نظر گرفته شد. برای جداسازی به مقدار یک گرم خاک، 10 میلی‌لیتر حلال دی‌کلرومتان اضافه شد. مخلوط به شدت تکان داده شد تا نفت موجود در خاک توسط حلال جدا شود. سپس مخلوط به مدت 5 دقیقه با دور
rpm 3000 سانتریفیوژ گردید تا خاک از حلال جدا شود. از محلول رویی 1 میلی‌لیتر جدا شد، به ظروفی که از قبل وزن شده بود منتقل و اجازه داده شد که حلال در مجاورت هوا به مدت 48 ساعت تبخیر شود، سپس ظرف دوباره وزن گردید که تفاوت وزن آن با وزن اولیه ظرف خالی، مشخص‌کننده مقدار TPHs در خاک بود که بر حسب میلی‌گرم بر کیلوگرم محاسبه گردید. مقدار هیدروکربن‌های کل نفت TPHs هر نمونه با مقدار TPHs خاک در زمان صفر مقایسه و کاهش آن به عنوان میزان حذف هیدروکربن‌ها توسط خاک به تنهایی یا گیاه و خاک مشخص شد.
اندازه‌گیری عناصر سنگین (روی، سرب و نیکل) در برگ گیاه و در خاک توسط دستگاه جذب اتمی (مدل Shimadzu AA-680، شرکت Shimadzu، ژاپن) انجام شد. اندازه‌گیری عناصر در برگ گیاه به منظور ارزیابی گیاه در انباشت عناصر فوق انجام شد. به 2/0گرم برگ خشک گیاهان، 4 میلی‌لیتر نیتریک اسید 65 درصد اضافه و به مدت 24 ساعت در دمای اتاق قرار داده شد، سپس 5 تا 6 ساعت در آون 90 درجه سانتیگراد قرار گرفتند. پس از خنک شدن، نمونه‌ها صاف و با آب مقطر به حجم 10 میلی‌لیتر رسانده شدند. محلول‌های استاندارد نیترات‌روی (N2O6Zn. 4H2O)، نیترات‌نیکل (Ni(NO3)2.6H2O) و نیترات‌سرب (N2O6Pb) تهیه شدند و جذب آنها و نمونه‌ها در دستگاه جذب اتمی خوانده شد. نمودار استاندارد بر اساس جذب رسم و رابطه خطی محلول‌ها به دست آمد (Celik et al., 2005).
مقادیر عناصر سرب، نیکل و روی در خاک پیش از آغاز کشت (بلافاصله پس از آلوده شدن خاک) و همچنین در پایان دوره 70 روزه در خاک کشت‌شده اندازه‌گیری شد. اختلاف میزان عناصر فوق درون خاک در ابتدا و انتهای دوره محاسبه شد. 2 گرم خاک آلوده به نفت‌خام را پس از خشک و الک کردن (2 میلی‌متری) با 5/2 میلی‌لیتر نیتریک اسید غلیظ و 5/7 میلی‌لیتر کلریدریک اسید غلیظ به مدت یک شب به حال خود گذاشته و پس از آن به دمای 70-80 درجه سانتیگراد منتقل نموده و در نهایت پس از ته‌نشینی رسوبات با نیتریک اسید 1 درصد به حجم 50 میلی‌لیتر رسانده شد. محلول‌های استاندارد نیترات‌روی، نیترات‌نیکل و نیترات‌سرب مانند مرحله قبل تهیه شدند و جذب آنها به همراه نمونه‌ها توسط دستگاه جذب اتمی خوانده شد. نمودار استاندارد بر اساس جذب رسم و رابطه خطی محلول‌ها به دست آمد (Celik et al., 2005).
آنالیز داده‌ها با نرمافزار SPSS نسخه 16 و مقایسه میانگین‌ها با استفاده از آزمون‌های دانکن انجام شده است. برای رسم نمودارها از نرمافزار Excell استفاده گردید.
نتایج
در گلدان‌های آلوده به 4 درصد نفت‌خام هیچ گیاهی رشد نکرد، بنابراین غلظت فوق، غلظت کشنده نفت‌خام برای گیاه پریوش در نظر گرفته شد. آنالیز آماری داده‌ها، اثر معنی‌دار (سطح 01/0) تیمار نفت‌خام را بر ارتفاع بخش هوایی و وزن تر و خشک ساقه گیاهان تحت تیمار نشان می‌دهد (جدول 1). پس از 70 روز، شاهد و تیمار 3 درصد به ترتیب با ارتفاع 33/7 و 87/1 سانتی‌متر بلندترین و کوتاه‌ترین گیاهان بودند. کاهش ارتفاع گیاهان 70 روزه در تیمارهای 5/0، 1، 2 و 3 درصد نسبت به شاهد به ترتیب 79/31، 39/70، 67/73 و 49/74 درصد اندازه‌گیری شد. بین تیمارهای 1، 2 و 3 درصد نفت‌خام تغییر معنی‌داری در ارتفاع گیاه مشاهده نشد. تا روز سی و پنجم اختلاف معنی‌داری بین شاهد و تیمار 5/0 درصد مشاهده نشد (جدول 2). مطابق جدول 2 در طول زمان ارتفاع بخش هوایی در تمامی تیمارهای نفتی نیز رشد صعودی داشته است اما در تیمارهای نفتی، رشد با تأخیر و کاهش شدت رشد نسبت به شاهد همراه است. به طوری که گیاهان 70 روزه درون خاک آلوده به 5/0 درصد نفت‌خام دارای ارتفاعی تقریباً برابر گیاهان شاهد 56 روزه داشتند. بیشترین و کمترین وزن تر ساقه به ترتیب 33/53 و 7 میلی‌گرم مربوط به گیاهان موجود در گلدان‌های شاهد و تیمار 3 درصد نفت‌خام بود. وزن تر ساقه در غلظت‌های 5/0، 1، 2 و 3 درصد نفت‌خام به ترتیب 61/15، 13/85، 18/86 و 87/86 درصد کاهش نسبت به شاهد را نشان می‌دهد. بیشترین و کمترین وزن خشک ساقه نیز مربوط به گیاهان شاهد و تیمار 3 درصد نفت‌خام به ترتیب 2/6 و 9/0 میلی‌گرم اندازه‌گیری شد. وزن خشک ساقه نیز در غلظت‌های 5/0، 1، 2 و 3 درصد نفت‌خام به ترتیب 75/10، 72/81، 41/84 و 48/85 درصد کاهش نسبت به شاهد نشان دادند.
جدول 3 درصد کاهش مقدار هیدروکربن‌های کل خاک آلوده به نفت‌خام را در خاک کشت‌نشده و کشت‌شده پس از یک دوره 70 روزه نشان می‌دهد. در گلدان‌های شاهد که به نفت آلوده نشده‌اند هیچ هیدروکربنی نه در ابتدا و نه در انتهای دوره مشاهده نشده است یعنی گلدان‌های شاهد فاقد هیدروکربن بوده‌اند. در ابتدای دوره با افزایش سطح نفت‌خام مقدار هیدروکربن‌های خاک افزایش یافته است. آنالیز آماری داده‌های فوق که حاصل اختلاف مقادیر TPHs موجود در خاک‌های آلوده به نفت‌خام در ابتدا و انتهای دوره 70 روزه است اختلاف معنی‌داری (01/0(P≤ را بین داده‌ها نشان می‌دهد. یعنی بین میزان درصد برداشت هیدروکربن‌های خاک‌آلوده در خاک کشت‌شده و خاک کشت‌نشده اختلاف معنی‌داری مشاهده می‌شود (جدول 4). مطابق جدول 3 کشت گیاه پریوش برداشت هیدروکربن‌های کل را به طور معنی‌داری افزایش داده است. میزان کاهش TPHs با افزایش غلظت نفت‌خام بیشتر شده است. بیشترین مقدار کاهش TPHs در غلظت 3 درصد (67/822 میلی‌گرم بر کیلوگرم) در خاک کشت‌شده و کمترین مقدار (6 میلی‌گرم بر کیلوگرم) در خاک کشت‌نشده و آلوده به غلظت 5/0 درصد نفت مشاهده می‌شود. مقادیر کاهش TPHs خاک در غلظت‌های 5/0، 1، 2 و 3 درصد کشت‌شده نسبت به همان غلظت‌ها در خاک کشت‌نشده به ترتیب 5/18، 98/10، 88/9 و 09/6 برابر افزایش نشان می‌دهد. گیاهان پریوش در خاک آلوده به 5/0 درصد نفت‌خام پس از 70 روز 73/29 درصد هیدروکربن‌های خاک را حذف نمودند، در حالی که در همین مدت میزان حذف در خاک کشت‌نشده آلوده به 5/0 درصد نفت‌خام تنها 61/1 درصد کل هیدروکربن‌های خاک بوده است. همچنین، در خاک آلوده به 3 درصد نفت‌خام در صورت کشت گیاه میزان حذف و برداشت هیدروکربن‌ها 59/36 درصد و در صورت عدم کشت گیاه تنها 38/3 درصد اندازه‌گیری شده است.
جدول 1- جدول آنالیز واریانس اثر سطوح مختلف نفت‌خام (0، 5/0، 1، 2، 3 درصد نفت‌خامحجمی/وزنی) بر شاخص‌های رشد ساقه، غلظت فلزات سنگین درون برگ گیاه پریوش و درصد کاهش مقدار فلزات سنگین در خاک آلوده به سطوح مختلف نفت‌خام. ** معنی دار در سطح 01/0.
|
منابع تغییر |
شاخص رشد ساقه |
|
غلظت عنصر درون برگ |
|
درصد کاهش عناصر |
||||||
|
ارتفاع گیاه |
وزن خشک |
وزن تر |
|
روی |
نیکل |
سرب |
|
روی |
سرب |
نیکل |
|
|
اثر نفت‌خام |
**09/210 |
**55/413 |
**47/132 |
|
**8/66 |
**5/316 |
**05/61 |
|
**975/12 |
**442/104 |
**358/84 |
جدول 2- مقایسه میانگین‌های اثر غلظت‌های مختلف نفت‌خام (0 ، 5/0، 1، 2 و 3 درصدنفت‌خامحجمی/وزنی) بر طول ساقه (سانتی‌متر) و وزن تر و خشک ساقه (گرم) گیاه پریوش. مقادیر میانگین سه تکرار ± SD است. حروف یکسان بیانگر اختلاف معنی‌دار (01/0(P≤ طبق آزمون دانکن را نشان می‌دهد. مقایسه برای هر ردیف جداگانه انجام شده است.
|
شاخص |
سن |
|
غلظت‌های مختلف درصد نفت‌خام در خاک |
||||
|
(روز) |
|
0 |
5/0 |
1 |
2 |
3 |
|
|
ارتفاع بخش هوایی (سانتی‌متر) |
7 |
|
66/0a±14/0 |
6/0ab±1/0 |
53/0abc±06/0 |
43/0bc±06/0 |
37/0c±06/0 |
|
14 |
|
3/1a±15/0 |
1/1b±1/0 |
7/0c±1/0 |
6/0c±1/0 |
53/0c±06/0 |
|
|
21 |
|
9/1a±4/0 |
77/1a±15/0 |
97/0b±15/0 |
7/0b±0 |
63/0b±05/0 |
|
|
28 |
|
3/2a±56/0 |
1/2a±2/0 |
23/1b±29/0 |
87/0b±06/0 |
8/0b±1/0 |
|
|
35 |
|
9/2a±1/0 |
56/2a±11/0 |
4/1b±36/0 |
1/1b±1/0 |
07/1b±11/0 |
|
|
42 |
|
63/3a±23/0 |
93/2b±06/0 |
53/1c±31/0 |
27/1c±06/0 |
2/1c±1/0 |
|
|
49 |
|
57/4a±51/0 |
47/3b±05/0 |
73/1c±47/0 |
47/1c±05/0 |
2/1c±09/0 |
|
|
56 |
|
4/5a±36/0 |
8/3b±1/0 |
88/1c±32/0 |
6/1c±1/0 |
58/1c±11/0 |
|
|
63 |
|
11/6a±31/0 |
53/4b±4/0 |
2c±36/0 |
73/1c±06/0 |
66/1c±1/0 |
|
|
70 |
|
33/7a±29/0 |
5b±5/0 |
17/2c±25/0 |
93/1c±06/0 |
87/1c±15/0 |
|
|
وزن تر ساقه (میلی‌گرم) |
70 |
|
33/53a±77/5 |
45b±5 |
93/7c±69/0 |
36/7c±56/0 |
7c±9/0 |
|
وزن خشک ساقه (میلی‌گرم) |
70 |
|
2/6a±3/0 |
53/5b±38/0 |
13/1c±05/0 |
97/0c±12/0 |
9/0c±1/0 |
جدول 3- مقایسه درصد کاهش هیدروکربن‌های کل TPHs (میلی‌گرم بر کیلوگرم خاک) از خاک‌های آلوده به غلظت‌های مختلف نفت‌خام (0، 5/0، 1، 2 و 3 نفت‌خامحجمی/وزنی) در خاک کشت‌شده (Plant+) و خاک کشت‌نشده (-Plant) طی یک دوره 70 روزه. مقادیر میانگین سه تکرار ± SD است. حروف یکسان بیانگر اختلاف معنی‌دار (01/0(P≤ طبق آزمون دانکن است.
|
تیمار نفت و کشت گیاه |
هیدروکربن‌های کل نفت‌خام خاک بر حسب میلی‌گرم بر کیلوگرم خاک |
||
|
ابتدای دوره |
انتهای دوره |
درصد کاهش TPHs |
|
|
+ Plant شاهد |
0 |
0 |
0i |
|
– Plant شاهد |
0 |
0 |
0i |
|
+ Plant 5/0 درصد |
33/373 |
262/33 |
72/29d±76/0 |
|
– Plant 5/0 درصد |
33/373 |
33/367 |
60/1h±27/0 |
|
+ Plant 1 درصد |
67/744 |
67/517 |
48/30c±11/0 |
|
– Plant 1 درصد |
67/744 |
724 |
77/2g±21/0 |
|
+ Plant 2 درصد |
33/1496 |
33/995 |
47/33b±086/0 |
|
– Plant 2 درصد |
33/1496 |
66/1445 |
56/3f±33/0 |
|
+ Plant 3 درصد |
33/2248 |
66/1425 |
58/36a±12/0 |
|
– Plant 3 درصد |
33/2248 |
33/2113 |
6e±11/0 |
جدول 4- جدول آنالیز واریانس تأثیر سطوح مختلف نفت‌خام (0، 5/0، 1، 2، 3، 4 درصد حجمی/وزنی) و تأثیر کاشت گیاه پریوش بر درصد کاهش هیدروکربن‌های کل خاک آلوده (** معنی‌دار در سطح 01/0).
|
منابع تغییر |
درصد کاهش TPHs |
|
اثر نفت‌خام |
**51/4866 |
|
اثر کشت گیاه |
**49/47311 |
|
اثر متقابل کشت گیاه و نفت |
**18/2982 |
آنالیز آماری داده‌های حاصل از اندازه‌گیری مقدار روی، سرب و نیکل درون برگ تحت تنش نفت‌خام اختلاف معنی‌داری در سطح 01/0 نشان می‌دهد (جدول 1). بیشترین مقدار روی (ppm 4/1) در برگ گیاهان تحت تیمار غلظت 3 درصد و کمترین مقدار (ppm 45/0) در شاهد مشاهده شد. مقدار عنصر روی در برگ گیاهان تحت غلظت‌های 5/0، 1، 2 و 3 درصد نفت نسبت به شاهد 44/44، 100، 88/138 و 11/211 درصد افزایش را نشان می‌دهد. در برگ گیاهان شاهد که نفت‌خام دریافت نکردند، هیچ نیکل و سربی مشاهده نشد. بیشترین مقدار نیکل (ppm 17/0) و سرب (ppm 226/0) در برگ گیاهان تحت غلظت 3 درصد و کمترین مقدار سرب (ppm 09/0) و نیکل (ppm 085/0) در برگ گیاهان تحت تیمار غلظت 5/0 درصد نفت‌خام مشاهده شد. مقدار نیکل در غلظت‌های مختلف نفت‌خام نسبت به تیمار نفتی 5/0 درصد به ترتیب 76/11، 52/23 و 100 درصد افزایش داشت. مقدار سرب برگ در غلظت‌های مختلف نفت‌خام نسبت به تیمار نفتی 5/0 درصد به ترتیب 70، 33/103 و 11/151 درصد افزایش نشان می‌دهد. در فلزات سنگین اندازه‌گیری شده سرب بیشترین تجمع را در برگ گیاه پریوش نشان داد و نیکل کمترین تجمع را نشان می‌دهد (شکل 1).
|
شکل 1- اثر غلظت‌های مختلف نفت‌خام (0، 5/0، 1، 2 و 3 درصد نفت‌خام حجمی/وزنی) بر میزان فلزات سنگین. A) روی، B) سرب و C) نیکل (ppm) در برگ گیاه پریوش70 روزه. مقادیر میانگین سه تکرار ± SD است. حروف یکسان بیانگر اختلاف معنی‌دار در سطح 01/0P≤ طبق آزمون دانکن است. |
عناصر روی، سرب و نیکل موجود در خاک در ابتدای دوره (بلافاصله پس از آلوده ساختن خاک) و انتهای دوره در خاک گلدان‌های شاهد و تیمارهای 5/0 تا 3 درصد نفت‌خام کشت‌شده اندازه‌گیری شدند و درصد کاهش عناصر فوق از خاک آلوده بررسی گردید. آنالیز آماری داده‌های حاصل از درصد حذف عناصر روی، سرب و نیکل خاک در غلظت‌های مختلف نفت‌خام اختلاف معنی‌داری را در سطح 01/0 نشان می‌دهد (جدول 1). با افزایش غلظت نفت‌خام مقدار هر سه عنصر روی، سرب و نیکل موجود در خاک در ابتدای دوره، افزایش را نشان می‌دهند، به‌طوری‌که بیشترین و کمترین غلظت عنصر روی در ابتدای دوره به ترتیب ppm 05/6 و ppm 95/0 در خاک آلوده به 3 درصد نفت‌خام و خاک شاهد اندازه‌گیری شد. در پایان دوره 70 روزه نیز بیشترین حذف و برداشت عنصر روی از خاک در غلظت 3 درصد نفت‌خام با 47/45 درصد و کمترین مقدار حذف در شاهد با 97/28 درصد مشاهده شد. مقادیر حذف عنصر روی خاک در غلظت‌های مختلف 5/0، 1، 2 و 3 درصد نفت‌خام نسبت به شاهد به ترتیب افزایش 04/4، 0/5، 0/6 و 82/9 برابری مشاهده می‌شود. درصد حذف عنصر روی بین گیاهان شاهد و تحت تیمار 5/0 نفت اختلاف معنی‌داری مشاهده نمی‌شود (جدول 5).
بیشترین مقدار عنصر سرب (ppm 6/1) در خاک آلوده به 3 درصد نفت‌خام و کمترین آن (ppm 75/0) در خاک آلوده به 5/0 درصد در ابتدای دوره اندازه‌گیری شد. در خاک گلدان‌های شاهد در ابتدا و انتهای دوره هیچ سربی وجود نداشت. بیشترین مقدار حذف سرب در گلدان‌های تحت تیمار 3 درصد نفت‌خام با 64/41 درصد و کمترین مقدار در خاک گلدان‌های تحت تیمار نفتی 5/0 درصد با 96/28 درصد کاهش نسبت به ابتدای دوره مشاهده می‌شود. مقدار حذف سرب خاک در غلظت‌های مختلف نفت‌خام نسبت به غلظت 5/0 درصد به ترتیب 71/1، 66/2 و 14/3 برابر شده است (جدول 5).
جدول 5- مقادیر اولیه و درصد کاهش فلزات روی، سرب و نیکل (ppm) در خاک آلوده به غلظت‌های مختلف نفت‌خام (0، 5/0، 1، 2 و 3 درصد حجمی/وزنی) طی یک دوره 70 روزه بعد از کشت گیاه پریوش. مقادیر میانگین سه تکرار ± SD است. حروف یکسان بیانگر اختلاف معنی‌دار در سطح 01/0P≤ طبق آزمون دانکن است. مقایسه برای هر عنصر جداگانه انجام شده است.
|
تیمار نفت |
عنصر روی در خاک (ppm) |
|
عنصر سرب در خاک (ppm) |
|
عتصر نیکل در خاک (ppm) |
|||
|
مقدار اولیه |
درصد کاهش |
|
مقدار اولیه |
درصد کاهش |
|
مقدار اولیه |
درصد کاهش |
|
|
شاهد |
95/0±02/0 |
97/28c±8/3 |
|
0d |
0d |
|
0e |
0c |
|
5/0 |
78/3±05/0 |
72/29c±23/4 |
|
75/0±08/0 |
96/28c±17/4 |
|
15/1±04/0 |
28/23b±48/3 |
|
1 |
3/4±05/0 |
51/32bc±73/2 |
|
05/1±02/0 |
20/3b±18/35 |
|
46/2±04/0 |
17/31a±74/3 |
|
2 |
75/4±03/0 |
47/36a±04/3 |
|
4/1±02/0 |
17/40a±22/3 |
|
08/3±06/0 |
40/32a±87/1 |
|
3 |
05/6±06/0 |
47/45a±80/1 |
|
6/1±07/0 |
64/41a±91/1 |
|
03/4±11/0 |
87/33a±37/2 |
در ابتدای دوره، بیشترین و کمترین مقدار عنصر نیکل به ترتیب ppm 03/4 و ppm 15/1 در خاک آلوده به 3 و 5/0 درصد نفت‌خام اندازه‌گیری شد. همانند سرب در خاک گلدان‌های شاهد در ابتدا و انتهای دوره هیچ نیکلی وجود نداشت. بیشترین میزان حذف نیکل از خاک آلوده به غلظت 3 درصد
(ppm 37/1) با 87/33 درصد کاهش نیکل نسبت به ابتدای دوره کشت مشاهده می‌شود. کمترین مقدار حذف و برداشت نیکل (ppm 26/0) از خاک آلوده به غلظت 5/0 درصد نفت‌خام رخ داد که درصد برداشت نیکل 28/23 درصد نسبت به مقدار نیکل موجود در خاک در ابتدای دوره است. مقدار کاهش نیکل خاک در غلظت‌های مختلف نفت‌خام نسبت به غلظت 5/0 درصد به ترتیب 92/2، 84/3 و 23/5 برابر افزایش نشان می‌دهد. با افزایش غلظت نفت موجود در خاک، درصد حذف روی، سرب و نیکل افزایش معنی‌داری مشاهده می‌شود (جدول 5).
بحث
در پژوهش حاضر، کاهش ارتفاع و وزن تر و خشک ساقه به موازات افزایش غلظت نفت‌خام مشاهده گردید. مشابه کاهش رشد گیاه Phaseolus vulgaris در خاک تیمار شده با 1 تا 10 درصد نفت (Nwoko et al., 2007) و همچنین کاهش وزن تر و خشک ساقه اقاقیا که متناسب با افزایش غلظت نفت‌خام موجود در خاک گزارش شده است (Askary et al., 2011a). اثر منفی ترکیبات نفت‌خام می‌تواند ناشی از عدم نفوذپذیری هیدروکربن‌های نفت، عدم حرکت مواد غذایی عمدتاً نیتروژن یا اثر ممانعت‌کننده برخی ترکیبات حلقوی نفت یعنی آروماتیک‌ها باشد. ترکیبات آلیفاتیک کوچک، آروماتیک، نفتالیک و شبه فنولی موجود در نفت‌خام سبب کاهش تنفس، تبخیر، فتوسنتز و پاسخ هورمونی به تنش می‌شوند (Ogbo, 2009). نفت‌خام یک لایه آب‌گریز روی ریشه تشکیل می‌دهد که جذب آب و مواد غذایی را محدود می‌کند (Quinones-Aquilar et al., 2003). آلودگی نفتی مانع از تبادل طبیعی اکسیژن بین خاک و جو به علت خواص آب‌گریز نفت می‌شود (Njoku et al., 2009) و شرایط بد خاک را برای رشد گیاه ایجاد می‌کند که ناشی از کاهش سطح مواد غذایی در دسترس گیاه یا افزایش در حد سمّی عناصری مثل آهن و روی است (Omosun et al., 2008).
پالایش آلودگی‌های محیطی بر پایه و اساس گیاه یک تکنولوژی نسبتاً جدید، کارآمد و دوست‌دار محیط زیست است که می‌تواند جهت خروج بسیاری از آلاینده‌ها مثل آلودگی هیدروکربن‌ها و فلزات سنگین نویدبخش باشد Daryabeigi zand et al., 2010)؛ Qixing et al., 2011). آلودگی‌های آلی سهم مهم و بزرگی از آلاینده‌های خاک را تشکیل می‌دهند (Daryabeigi zand et al., 2010). خروج و حذف فلزات سنگین و هیدروکربن‌های نفت در خاک، اغلب به میکروارگانیسم‌های زنده ریزوسفر که تحت تأثیر ترشحات ریشه گیاهان قرار دارند نسبت داده می‌شود (Joner et al., 2004). پژوهش‌های مختلف نشان داده است که جمعیت میکروبی خاک‌های کشت شده بیشتر و فعال‌تر از خاک‌های کشت نشده است (Mueller and Shann, 2006). گیاهان با تجمع و انباشت فلزات سنگین (Peretiemo-Clarke and Achuba, 2007) و با تغییر دادن شرایط فیزیکی و شیمیایی خاک و افزایش تهویه و فراهم کردن اکسیژن جهت تجزیه ترکیبات نفتی در کاهش آلودگی‌های زیست محیطی مؤثر هستند (Shirdam et al., 2008).
در مطالعه حاضر کاهش معنی‌دار هیدروکربن‌های نفت‌خام در خاک کشت‌شده (7/29 تا 6/36 درصد در خاک آلوده به 5/0 تا 3 درصد نفت) در مقایسه با خاک کشت‌نشده (6/1 تا 6 درصد در همان تیمارهای نفتی) که به مدت 70 روز در محیط آزمایشگاه نگهداری شده مشاهده می‌شود. افزایش تجزیه هیدروکربن‌های نفت در خاکی که گیاه در آن کاشته شده است توسط پژوهشگران متعدد گزارش شده است
Muratova et al., 2003)؛ Rosa et al., 2005؛ Kechavarzi et al., 2007). بر اساس مطالعات Gunther و همکاران (1996) کشت رای‌گراس پس از یک دوره 22 هفته‌ای، غلظت هیدروکربن‌های خاک را از 4330 میلی‌گرم بر کیلوگرم به کمتر از 120 میلی‌گرم بر کیلوگرم در خاک تغییر (97 درصد کاهش) داد در حالی که در خاک‌های بدون گیاه فقط 790 میلی‌گرم بر کیلوگرم کاهش (82 درصد) صورت گرفت (Gunther et al., 1996). مشابه نتایج بررسی تأثیر آلودگی نفتی بر گیاهان فستوکا و ذرت که نشان‌دهنده کاهش میزان هیدروکربن کل در همه تیمارها بود. بیشترین برداشت هیدروکربن در گیاه فستوکا به میزان 3/96 درصد بود (Daryabeigi zand et al., 2010). برخی گیاهان هیدروکربن‌های نفتی را از طریق ریشه‌ها به وسیله آب آبیاری جذب و ممکن است آنها را در مقادیر اندکی در ریشه یا ساقه انباشت سازند یا وارد فرآیندهای متابولیکی گیاه می‌کنند (Durmishidze 1977). به طور کلی، حضور پوشش گیاهی می‌تواند از طریق افزایش قابلیت دسترسی زیستی هیدروکربن‌ها، ترشحات ریشه و تحریک رشد و فعالیت باکتری‌های تجزیه‌کننده هیدروکربن‌های نفتی در خاک و همچنین بهبود خواص فیزیکی خاک، سبب افزایش تخریب این آلاینده‌های آلی در خاک شود. کاهش غلظت هیدروکربن‌ها در خاک می‌تواند به دلیل فعالیت میکروارگانیسم‌های ریزوسفر یا در اثر تغییر ترشحات ریشه طی فرایند گیاه‌پالایی یا تجزیه زیستی باشد (Besalatpour et al., 2008)، در واقع ترشحات ریشه گیاه عموماً شامل آنزیم‌های زیادی مانند پراکسیدازها، لاکتازها و دی‌هالوژنازها است که ممکن است الگوی تجزیه ترکیبات آلی در محیط ریشه را تغییر دهند (Besalatpour et al., 2008). گیاهان و ریشه‌های آنها می‌توانند به طور غیرمستقیم از طریق تغییر دادن شرایط فیزیکی و شیمایی خاک و افزایش تهویه و فراهم کردن اکسیژن جهت تجزیه ترکیبات نفتی مؤثر باشند (Shirdam et al., 2008). در پژوهش Alikani و همکاران (2011) سه گیاه جو، ماش و لوبیا از دو خانواده‌ی گراس و لگومینه انتخاب و در خاک آلوده اطراف پالایشگاه با غلظت 67/27666 میلی‌گرم بر کیلوگرم TPH و غیرآلوده کشت گردیدند. نتایج نشان داده است که حداکثر نرخ پالایش مربوط به گیاه جو بود که میزان آلودگی را تا 78/45 درصد کاهش داد. محققان معتقدند مسؤول بیشترین تجزیه هیدروکربن‌های نفت در خاک کشت‌شده با گیاهان، تحریک رشد و فعالیت تجزیه میکروارگانیسم‌ها در ریزوسفر است (Ogbo, 2009). در مطالعه Shahriari و همکاران (2006) بر تأثیر کشت مخلوط فستوکا (Festuca arundinaceu) و یونجه در مدت زمان 120 روز، بر کاهش آلودگی نفت‌خام سبک در خاک‌های آلوده به غلظت‌های مختلف نفت‌خام (1، 3، 5، 7 و 10 درصد) مشخص شد که حضور گیاه توانسته است در تجزیه‌‌زیستی نفت مؤثرتر باشد. این تأثیر بیشتر در نمونه‌هایی که غلظت نفت در آنها کمتر از 5 درصد بود با بازدهی بهتری انجام شد. با توجه به کاهش بیشتر نفت در نمونه‌ها در 30 روز اول نسبت به روزهای 60 و 120، Shahriari و همکاران (2006) چنین پیشنهاد کردند که عامل تبخیر ترکیبات فرار موجود در نفت و تجزیه زیستی دو عاملی بودند که سبب کاهش نفت در 30 روز اول شده‌اند ولی با تبخیر مواد فرّار، عامل تبخیر در روزهای 60 و 120 آنچنان مؤثر نبوده و تجزیه زیستی عامل اصلی کاهش نفت از خاک بوده است.
در مطالعه حاضر، بیشترین مقدار انباشت و تجمع فلزات سنگین روی (ppm 4/1)، نیکل (ppm 17/0) و سرب (ppm 226/0) در برگ گیاهان تحت غلظت 3 درصد نفت‌خام مشاهده شد. در فلزات سنگین اندازه‌گیری شده، روی بیشترین و نیکل کمترین تجمع را در برگ گیاه پریوش نشان می‌دهند. آلودگی فلزات سنگین در خاک‌های کشاورزی ممکن است موجب بی‌نظمی در ساختار خاک، دخالت در رشد گیاه و حتی آسیب به سلامت انسان از طریق ورود به زنجیره غذایی گردد (Lee et al., 2006). به دلیل سمّیت بالقوه و مقاومت زیاد فلزات، خاک‌هایی که آلوده به چنین عناصری هستند به عنوان یک مشکل محیطی بزرگ مطرح هستند که به راه حلی مؤثر و ممکن نیاز دارند
Nascimento and Xing, 2006)؛ Groppa et al., 2007). به نظر می‌رسد که استخراج گیاهی امیدوارکننده‌ترین تکنیک باشد و محققان نیز توجه زیادی را به آن مبذول داشته‌اند (Nascimento and Xing, 2006). فرآیند جذب و تجمع فلز در گیاهان مختلف به غلظت فلزات موجود در خاک‌ها بستگی دارد (Gardea-Torresdey et al., 2005). توانایی گونه‌های گیاهی در حذف و تجمع فلزات سنگین متفاوت است (Zurayk et al., 2001). در خاک آلوده، عنصر روی بالاترین غلظت (85/180 میلی‌گرم بر کیلوگرم) را در میان فلزات سنگین در Alternanthera brasiliana داشته است (Ogedegbe et al., 2013). سرب یکی از مهم‌ترین فلزات سنگین است که از دیر باز به عنوان یکی از آلاینده‌های محیطی به شمار می‌رفته است. خاک‌های آلوده به سرب سبب کاهش شدید محصول شده، به این ترتیب باعث بروز مشکلات جدی در امر کشاورزی می‌شوند. سرب، ایجاد گونه‌های فعال اکسیژن را در گیاه افزایش داده، به ایجاد تنش اکسیداتیو در آنها منجر می‌شود، (Sharma and Dubey, 2005). در تحقیقی، تجمع سرب در Simmodsia chinensis در خاک آلوده به نفت‌خام افزایش یافت در حالی که غلظت یون Zn کاهش یافت (Shukry et al., 2013). در مطالعه Askary و همکاران (b2011) گیاهان اقاقیای تحت تیمار 1 درصد نفت نسبت به شاهد، 8/20 برابر عنصر سرب را در برگ‌هایش انباشت نموده بودند. نیکل در اعمال متابولیکی گیاهان به صورت اوره‌آز در متابولیسم‌های هیدروژناز دخالت دارد. نیکل از نظر خواص شیمیایی و فیزیولوژیکی به کبالت نزدیک است و به راحتی جذب گیاه شده و همانند کبالت می‌تواند جایگزین فلزات سنگین در مراکز فیزیولوژیکی مهم شود (Verma et al., 2007). در آلودگی نفت‌خام جذب فلزات سنگین (سرب و نیکل) با افزایش سطح آلودگی نفت‌خام در Arachis hypogea افزایش را نشان داد (Ogbuehi et al., 2011). فلزات سنگین با اختلال در فتوسنتز، تنفس، کاهش کلروفیل و کاروتنوئیدها و متابولیسم نیتروژن در گیاهان به کاهش رشد منجر می‌شوند (Gouia et al., 2001؛ (Malizia et al., 2012. احتمال دارد یکی از دلایل عدم بقای پریوش در غلظت 4 درصد به بالای نفت، غلظت بالای سرب موجود در نفت و تجمع بیش از حد آن در گیاه باشد. بر اساس پژوهش حاضر، غلظت فلزات سنگین بررسی شده (نیکل، سرب و روی) در برگ از حد آستانه تعریف شده برای گیاهان بیش‌انباشتگر کمتر است. نتایجی مشابه توسط Zoufan و همکاران (2013) گزارش شده است. آنها بیان کردند که با وجودی که گیاه علفی Taraxacum kotschyi و درختان Conocarpus erectus و Eucalyptus camaldulensis بیش‌انباشتگر نیستند اما با توجه به تغلیظ زیستی عناصر در برگ، توانایی تجمع و انباشت فلزات مطالعه شده را در بخش هوایی خود دارند.
در این مطالعه، مقدار فلزات سنگین در خاک آلوده به نفت‌خام، پس از یک دوره کشت 70 روزه، کاهش معنی‌داری را نشان دادند. بیشترین مقدار برداشت و حذف عناصر روی، نیکل و سرب از خاک آلوده به غلظت 3 درصد نفت‌خام انجام شده است که به ترتیب 47/45، 87/33 درصد و 64/41 درصد از کل فلزات موجود در خاک حذف گردیدند. Ogbuehi و همکاران (2011) نیز کاهش مقدار عناصر روی، نیکل و سرب خاک‌های آلوده به فلزات سنگین را با کشت گیاه بادام زمینی گزارش داده‌اند. مقدار باقی‌مانده فلزات روی، نیکل و سرب در خاک‌های آلوده به غلظت و نوع فلزات سنگین وابسته است. مقدار فلزات سنگین استخراج‌شده و تبخیرشده توسط گیاه به طور مستقیم با کاهش مشاهده شده در ارتفاع گیاه، تعداد و سطح برگ مرتبط بوده و باعث کاهش محصول شد (Ogbuehi et al., 2011). همچنین غلظت روی، سرب و نیکل در خاک آلوده با روغن طی گیاه‌پالایی با ذرت پس از هشت هفته کاهش یافته است (Stephen et al., 2013).
نتیجه نهایی این که برداشت و حذف 47/45، 64/41، 87/33 درصد و 6/36 درصدی عناصر روی، سرب، نیکل و هیدروکربن‌های کل از خاک‌های آلوده به نفت‌خام، توسط گیاه گرمسیری پریوش، نشان‌دهنده نقش این گیاه در پالایش، تصفیه و کاهش فلزات سنگین و هیدروکربن‌های نفت است. کشت پریوش در مناطق آلوده به غلظت‌های پایین نفت‌خام و فضاهای سبز ایران به عنوان یک گونه زینتی، دارویی، گیاه‌پالا و مؤثر در کاهش هیدروکربن‌های نفتی و فلزات سنگین پیشنهاد داده می‌شود.
سپاسگزاری
نگارندگان از مسؤولان محترم آزمایشگاه شرکت پتروشیمی شازند به خاطر همکاری صمیمانه در اندازه‌گیری فلزات سنگین تشکر و قدردانی می‌نمایند.
)
