پایش زیستی فلزات سنگین با استفاده از گیاه نی (Phragmites australis) در تالاب هشیلان کرمانشاه

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه ملایر، ملایر، ایران، * (مسئول مکاتبات)

2 دانش آموخته کارشناسی ارشد، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه ملایر، ملایر، ایران

3 استادیار ، دانشگاه ازاد اسلامی، واحد اصفهان (خوراسگان)، گروه محیط زیست، اصفهان، ایران

10.22034/jest.2017.11625

چکیده

زمینه و هدف: از مهم­ترین روش­های بررسی فلزات سنگین، استفاده از گونه­های ماکروفیت بعنوان پایشگر­های زیستی می باشد که به­عنوان شاخصی مناسب جهت بیان کیفیت محیط زیست مورد استفاده قرار می­گیرند. در پژوهش حاضر به­ منظور بررسی وضعیت آلودگی تالاب هشیلان کرمانشاه و تأثیر گونه­ غالب گیاهی Phragmites australis در منطقه­، غلظت فلزات سنگین Cu, P­b, Zn در اندام­های زیرزمینی و هوایی گیاه نی و رسوبات سطحی تالاب، مورد مطالعه قرار گرفت.
مواد و روش‌ها: آماده­سازی نمونه­ها با ا­سید نیتریک، پر کلریک و پراکسید اکسیژن آن جام گرفت و غلظت عناصر مورد مطالعه با دستگاه جذب اتمی اندازه گیری گردید.
یافته‌ها : نتایج حاصل نشان داد، غلظت فلزات مس، سرب و روی در رسوبا­ت به ترتیب 23/17،47/6 و21/24 میکروگرم بر گرم می باشد. همچنین میانگین غلظت فلز مس در اندام­های زیرزمینی و­هوایی گیاه نی  738/2و190/2، فلز سرب143/15و02/13و برای فلزروی 11/6 و37/6 میکروگرم بر گرم وزن خشک بدست آمد که بیشترین تجمع فلزات در اندام­های زیرزمینی گیاه بود.  بالا بودن مقدار شاخص انتقال برای فلز روی  بیانگر توانایی بالای انتقال این فلز در گیاه است.
بحث و نتیجه گیری: در همین راستا بین غلظت فلزروی در اندام­های زیرزمینی واندام­های هوایی همبستگی مثبت و معنی داری وجود دارد؛ لذا احتمال می­رود اندام زیرزمینی گیاه نی، پایشگری مناسب برای آلودگی ناشی از عنصر روی در رسوبا­ت منطقه باشد.

کلیدواژه‌ها


 

 

 

 

 

علوم و تکنولوژی محیط زیست، دورهنوزدهم، شماره چهار، زمستان 96

 

 

پایش زیستی فلزات سنگین با استفاده از گیاه نی (Phragmites australis)

 در تالاب هشیلان کرمانشاه

 

ثمر مرتضوی*[1]

mortazavi.s@gmail.com

جمال رحمانی [2]

عاطفه چمنی[3]

 

تاریخ دریافت: 15/1/95

تاریخ پذیرش:6/5/95

چکیده

زمینه و هدف: از مهم­ترین روش­های بررسی فلزات سنگین، استفاده از گونه­های ماکروفیت بعنوان پایشگر­های زیستی می باشد که به­عنوان شاخصی مناسب جهت بیان کیفیت محیط زیست مورد استفاده قرار می­گیرند. در پژوهش حاضر به­ منظور بررسی وضعیت آلودگی تالاب هشیلان کرمانشاه و تأثیر گونه­ غالب گیاهی Phragmites australis در منطقه­، غلظت فلزات سنگین Cu, P­b, Zn در اندام­های زیرزمینی و هوایی گیاه نی و رسوبات سطحی تالاب، مورد مطالعه قرار گرفت.

مواد و روش‌ها: آماده­سازی نمونه­ها با ا­سید نیتریک، پر کلریک و پراکسید اکسیژن آن جام گرفت و غلظت عناصر مورد مطالعه با دستگاه جذب اتمی اندازه گیری گردید.

یافته‌ها : نتایج حاصل نشان داد، غلظت فلزات مس، سرب و روی در رسوبا­ت به ترتیب 23/17،47/6 و21/24 میکروگرم بر گرم می باشد. همچنین میانگین غلظت فلز مس در اندام­های زیرزمینی و­هوایی گیاه نی  738/2و190/2، فلز سرب143/15و02/13و برای فلزروی 11/6 و37/6 میکروگرم بر گرم وزن خشک بدست آمد که بیشترین تجمع فلزات در اندام­های زیرزمینی گیاه بود.  بالا بودن مقدار شاخص انتقال برای فلز روی  بیانگر توانایی بالای انتقال این فلز در گیاه است.

بحث و نتیجه گیری: در همین راستا بین غلظت فلزروی در اندام­های زیرزمینی واندام­های هوایی همبستگی مثبت و معنی داری وجود دارد؛ لذا احتمال می­رود اندام زیرزمینی گیاه نی، پایشگری مناسب برای آلودگی ناشی از عنصر روی در رسوبا­ت منطقه باشد.

واژه­های کلیدی: تالاب هشیلان، رسوب،­ پایشگر، فلزات سنگین، گیاه نی.

 

 

J.Env. Sci. Tech., Vol 19, No.4, winter, 2018

 

 

 


Biomonitoring of Heavy Metals using Phragmites australis in Hashilan Wetland, Kermanshah

 

Smar Mortazavi [4]*

mortazavi.s@gmail.com

Jamal Rahmani [5]

Atefeh Chamani[6]

 

Date Received: April 3, 2016

Admission Date: July 27, 2016

 

Abstract

Background and Objective: One of the most important methods to investigate heavy metals is to apply bio-monitors used as an appropriate index to express the environment quality. In this study, the concentrations of such heavy metals as Zn, Pb and Cu in the underground and aerial organs of Phragmites australis were investigated to study the pollution status in Hashilan Pond, Kermanshah and the effects of dominant species called Phragmites australis in the region.

Method: The samples were prepared by nitric acid, perchloric acid and peroxide oxygen and afterwards, the concentrations of elements were measured by the atomic absorption spectrometry.

Findings: Results demonstrated that the concentrations of copper, lead and zinc were estimated at 47.23, 6.17 and 24.21 in the sediments, respectively. Also, the mean concentrations of copper, lead and zinc were 2.738-2.190, 15.143-13.02 and 6.11-6.37 mg-1in the underground and aerial organs, respectively; furthermore, the highest metal concentration was related to the underground organs of plant. High values of transfer index concerning zinc indicated high ability of zinc transfer in the plant. In this regard, a positive significant correlation exists between the concentration of zinc in the underground and aerial organs;

Discussion and Counclusion: Therefore, the underground organs of reed are introduced as a suitable monitor for the resultant pollution of zinc in the regional sediments.

 

Key words: Biomonitor, Sediment, Hashilan wetland, Heavy metals, Phragmites australis.

 

 

مقدمه


اکوسیستم­­های آبی دریافت کننده­ی نهایی فلزات سنگین هستند به همین دلیل در سا­ل­های اخیر توجه ویژه­ای به آن ها شده است (1). تالاب هشیلان از جمله تالآب های آبی کشور و زیستگاه بسیار با ارزش برای گونه­های مختلف موجودات آبزی است که در شمال غربی شهر کرمانشا­ه و­اقع شده است (2). با توجه به محصور شدن تالاب در زمین­های کشاورزی اطرا­ف و ورود انواع آفت­کش­ها­، کود­های شیمیایی و همچنین ورود آب سد گاوشان که حامل فاضلاب شهرکامیاران می باشد؛ بررسی آلودگی آن به فلزات سنگین لازم و ضروری به نظر می­رسد. از سوی دیگر وجود نیزارهای طبیعی تالاب که محل مناسبی برای موجودات زنده منطقه است، می­تواند به عنوان سیستم­ طبیعی پالایش آب­های آلوده­ی شهری، صنعتی و کشاورزی عمل نماید. پایشگرهای زیستی[7] موجودات زنده­ای هستند که توانایی تجمع آلاینده­ها را در بافت­های خود دارا می­باشند به نحوی که تغییرات این تجمع هم­سو با تغییرات میزان آلاینده در محیط باشد (3). در این میانP. australis به­ عنوان یکی از مهم­ترین گونه های گیاهی است که برای تعیین فلزات سنگین و ترکیبات مضر مورد استفاده قرار می­گیرد (4). نظر به اهمیت مطالعه گونه های پایشگر و پالایشگر در بوم سازگان های آبی مطالعات بسیاری در این خصوص آن جام شده است. نوروزی فرد و همکاران در سال 1392 به بررسی تجمع فلزات سنگین در اندام­های مختلف ماکروفیت آبزی Phragmites australisو رسوبات رودخانه دز واقع در شهر دزفول پرداختند. نتایج نشان داد، بیشترین تجمع فلزات در اندام­های زیرزمینی گیاه بوده و بین غلظت فلز سرب در رسوبات و اندام­های زیرزمینی همبستگی مثبت و معنی داری وجود دارد (5). در سال 1391 تجمع فلزات سنگین (Cu, Pb, Ni, Cd, Zn) در رسوب، برگ و ریشه گیاه حرا (Avicenia marina) در بندر ا­مام خمینی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد بیشترین غلظت فلزات در رسوب و کمترین مقدارآن در برگ بوده و بین مقادیر غلظت فلز نیکل، سرب، مس و کادمیوم در رسوب، ریشه و برگ این گیاه اختلاف معنی­داری وجود دارد؛ هم­چنین همبستگی معنی داری بین غلظت این فلزات در رسوب و برگ گیاه مشاهده شد (6). مطالعاتی نیز در خصوص نقش گیا­ه نی درجذب عناصر فسفر و نیتروژن و ­همچنین توا­نایی حذف فلزات سنگین کادمیوم، جیوه وکروم از آب های آلوده که به یک تالاب مصنوعی  وارد می شوند صورت گرفت و  نتایج نشان داد تجمع فلزات سنگین کادمیوم و جیوه در سا­قه گیاه نی بیشتر از ریشه و غلظت فلزکروم در ریشه بیشتر از سایر ا­ندام­ها می­باشد؛ در نهایت بیشترین تجمع نیتـروژن وکمتـرین تجمـع فسفر در برگ ها گزارش گردید (7).

از آن جا که سیستم­های آبی به­ طور طبیعی دریافت کننده­ی نهایی انواع آلاینده ها به ویژه فلزات سنگین می باشند و نیز با توجه به اهمیت تالاب ارزشمند هشیلان در منطقه، فلزات سنگین مس، روی و سرب که امکان سنجش و بررسی آن ها در آزمایشگاه دانشگاه مقدور می باشد انتخاب گردید. این عناصر با اثرات مشخص در محیط و موجودات زنده به علت انتقال  آسان و سـریع در زنجیره­ی غـذایی از اهمیت ویــژه­ای بـرخـوردار می باشند.

به منظور بررسی ارتباط بین غلظت فلزات (Cu، Pb و Zn) در رسوبات و گیاه نی و پاسخگویی به این مسئله که آیا گیاه نی می­تواند شاخص مناسبی از وضعیت آلودگی ناشی از فلزات سنگین در تالاب هشیلان باشد، غلظت فلزات در رسوبات و اندام­های مختلف این ماکروفیت آبزی مورد بررسی قرار گرفت.

مواد و روش­ها

تالاب هشیلان در شمال غربی شهر کرمانشا­ه و در مختصات جغرافیایی ¢46°51 تا ¢46°54 طول شرقی و ¢34°34 تا ¢35°34 عرض شمالی قرار دارد (شریفی و همکاران، 1383). مطالعا­ت میدانی و نمونه­­برداری در اوا­خر تیرما­ه سال 1393 از تالاب صورت گرفت. در نهایت پنج ایستگاه نمونه­­‌برداری (شمال، جنوب، مرکز، شرق و غرب) مشخص و در هر ایستگاه سه نمونه از گیاه نی درون یک قطعه 3×2 جمع­آوری و نمونه­های رسو­ب از محلی که نمونه­ی گیاه هر ایستگاه جمع ­آوری شده بود با سه تکرار از لایه‌ی سطحی (صفر تا 5 سانتی­متر) بدلیل تغیرات دانه بندی از ریز به درشت برداشت ‌گردید. موقعیت­های جغرافیایی و مشخصات هر ایستگاه ثبت، نمونه­ها کدگذاری شدند و در یخدان محتوی یخ به آزمایشگا­ه منتقل و نمونه­های گیاهی ا­بتدا به اندام زیرزمینی، ساقه و برگ تفکیک شدند. در مرحله­ی دوم نمونه­های گیاهی و نمونه­های رسوب در آون قرار گرفت تا وزن نمونه­ها ثا­­­بت گردید. پس از خشک شدن، نمونه­ها در هاون کوبیده و نمونه­های رسوب از الک عبور داده شدند (4). به منظور هضم نمونه­ها ابتدا یک گرم از نمونه خشک شده رسوب یا نمونه­ی گیاهی توسط ترکیبی از اسید ­نیتریک، اسید پرکلریک و پراکسید هیدروژن به نسبت 2:2:6 بر روی دستگاه هضم کننده[8] ابتدا در دمای پایین (40 درجه) به مدت یک سا­عت و سپس در دمای 140 درجه به مدت سه ساعت هضم گردید؛ سپس نمونه­ها توسط آب مقطر دو­بار تقطیر به حجم رسا­­نده شده و توسط کاغذ صافی واتمن شماره یک فیلتر شدند (8). غلظت فلزات در نمونه های رسوب و بافت‌های گیاهی توسط دستگاه جذب اتمی مدل ContrAA 700 analytic jena مشخص گردید. جهت اطمینان از دقت عملیات آماده سازی و رفع خطای ناشی از آماده­سازی، نمونه شاهد در هر سری از نمونه ها در نظر گرفته شد. همچنین ریکاوری نتایج حاصل در حدود 80% تا 92% محاسبه گردید.

به منظور آن جا­م تجزیه و تحلیل­های آماری، ابتداداده­های حاصل با ا­ستفاده از نرم­افزار Excelدسته­­­بندی و­ برای بررسی نرمال بودن داده­ها از نرم افزار Minitab نسخه 16 و آزمون Ryan-joiner، استفاده گردید؛ همچنین از نرم افزار SPSS  نسخه 21 و آزمون Corrolation جهت تعیین روابط همبستگی بین غلظت فلزات (سرب، روی و مس) در رسوبات و اندام­های گیاهی و نیز اندام­های مختلف گیاهی با یکدیگر استفاده گردید. به­ منظور مقایسه­ی غلظت فلزات با استاندارد­های جهانی آزمون One Sample T-Test مورد استفاده قرار گرفت. در نهایت به منظور بررسی وضعیت آلودگی رسوبات، توانایی گیاهان برای انتقال فلزات از محیط به درون گیاه و نیز ظرفیت گیاه برای تجمع و تحمل این فلزات در اندام­های خود به ترتیب شاخص غنی­شدگی، شاخص انتقال و نیز شاخص تجمع­زیستی بکار گرفته شد.

 

1-      شاخص غنی شدگی[9]

شاخص غنی شدگی به­ منظور برآورد شیمی رسوبات در رابطه با منابع آلودگی انسانی و طبیعی بکار می رود که مطابق رابطه­ی(1) محاسبه می­شود (9).

       رابطه (1)                                                                                   

 C: میانگین غلظت فلز در رسوبات (میلی گرم بر کیلوگرم)

 CMaxوCMin:غلظت کمینه و بیشینه برآورد شده در این مطالعه

 

2-     شاخص تجمع­زیستی

شاخص تجمع زیستی یا ضریب تجمع زیستی مشخص کننده­ی توانایی گیاهان برای تحمل و تجمع فلزات سنگین در اندام­های خود بوده که برای اندام­های هوایی از نسبت غلظت فلز در اندام هوایی به غلظت فلز در رسوب و برای اندام زیرزمینی از نسبت غلظت فلز در اندام زیرزمینی به غلظت فلز در رسوب، بدست می­آید ( 10).

3-     شاخص انتقال

شاخص ا­نتقال یا ضریب ا­نتقال نشا­ن دهنده­ی توانایی خاص گیا­هان برای جذب و انتقال فلزا­ت از رسوبات و سپس ذخیره­ی آن ها در بخش­های بالایی سطح زمین است­ (11) مقادیر این شاخص از نسبت بین غلظت فلز در اندام هوایی به غلظت فلز در اندام زیرزمینی محاسبه می­گردد.

 

نتایج

مقایسه­ی غلظت فلزات سنگین در رسوبات و اندام­های گیاه نی

شکل( 1، 2 و 3 ) به ترتیب نمودار مقایسه­ی میزان غلظت فلز مس، سرب و روی در رسوبات، اندام زیرزمینی  و اندام هوایی گیاه نی در ایستگاه­های مختلف را نشان می­دهد.

 

 

شکل1-  مقایسه غلظت میانگین فلز  در رسوب و  اندام های  گیاه نی

Figure 1. Compersion of Cu means concentration in plant organs and sediment

 

شکل 2- مقایسه غلظت میانگین سرب در رسوب و  اندام های گیاه نی

Figure 2. Compersion of Pb means concentration in plant organs and sediment

 

 

شکل3-مقایسهغلظت میانگین فلز روی در رسوب و اندام های گیاه نی

Figure 3. Compersion of Zn means concentration in plant organs and sediment

 


نتایج همبستگی بین غلظت فلزات سنگین در اندام­های گیاهی و رسوبات

مطابق جدول (1) برای فلز مس بین بخش­های هوایی، زیر زمینی و رسوبات هیچ گونه همبستگی مثبت و معنی­داری وجود ندارد. برای فلز سرب بین اندام­های هوایی، زیرزمینی و رسوبات هیچ گونه همبستگی مثبت و معنی­داری وجود ندارد؛ اما فلز روی از آن ­جایی که 01/0p <، بین اندام زیرزمینی و اندام هوایی گیاه رابطه­ی مثبت و معنی داری با اطمینان99 درصد وجود دارد.

 

 

جدول 1- مقادیر همبستگی فلزات بین اندام­های گیاهی و رسوبات

Table 1. Correlation coefficients of metals among plant organs and sediments

فلز

 

اندام هوایی

اندام زیرزمینی

رسوبات

مس

اندام هوایی

1

 

 

اندام زیرزمینی

397/0

1

 

رسوبات

593/0

579/0

1

سرب

اندام هوایی

1

 

 

اندام زیرزمینی

243/0-

1

 

رسوبات

042/0-

041/0

1

روی

اندام هوایی

1

 

 

اندام زیرزمینی

**724/0

1

 

رسوبات

015/0

401/0

1

 ** معنی دار در سطح 01/0

 

 

 

 


شاخص غنی شدگی

 

مقادیر محاسبه شده مربوط به شاخص غنی شدگی در جدول (2) آورده شده است.


 

جدول 2- شاخص غنی شدگی فلزات در رسوبات (برحسب درصد)

Table 2. Enrichment Factor (EF) of metals in sediments (%)

ایستگاه­

EF (Cu)

EF (Pb)

EF (Zn)

شمال

63/79

88/25

04/65

شرق

48/60

62/31

96/87

مرکز

58/8

86/27

03/12

جنوب

37/37

46/50

37/49

غرب

11/51

91/54

74/28

 

 


شاخص تجمع زیستی و شاخص انتقال

 

نتایج حاصل از محاسبه­ی شاخص تجمع زیستی و شاخص انتقال از اندام زیرزمینی به اندام هوایی در جدول (3) آمده است.

 

 

جدول 3- شاخص تجمع زیستی و انتقال از اندام های زیرزمینی به هوایی

Table 3. Bio-accumulation and translocation indices values for underground organ to aerial organ

Zn

Pb

Cu

 

537/0

870/0

118/0

شاخص تجمع­زیستی اندام هوایی

627/0

343/0

147/0

شاخص تجمع­زیستی اندام زیرزمینی

04/1

86/0

8/0

شاخص انتقال

 

 

بحث


-         غلظت فلزات سنگین مس،سرب وروی در رسوبات واندام های گیاهی 

کمینه غلظت فلز مس رسوبات در ایستگاه سوم وا­قع در مرکز تالاب با 510/9 و بیشینه غلظت مس در ایستگاه اول واقع درشما­ل تالاب  با 79/25 میکروگرم برگرم دروزن خشک تعیین شده است که می­تواند در نتیجه ورود آب سد گاوشان که حاوی آفت کش ها وسموم کشاورزی باشد.

کمینه غلظت فلز سرب رسوبات در ایستگاه مرکز با 64/4 و بیشینه غلظت آن در ایستگاه شمال تالاب با 93/7 میکروگرم برگرم وزن خشک تعیین شده است که ناشی از آب سد گاوشان وسوخت موتور تلمبه های برداشت آب سطحی تالاب است. کمینه غلظت فلز روی رسوبات در ایستگاه مرکز با  55/10 و بیشینه غلظت این عنصر در ایستگاه شرق تالاب  با 65/38 میکروگرم برگرم وزن خشک تعیین شده است که می تواند ناشی از ورود روان آب های سطحی اراضی حاشیه تالاب  باشد. کمینه غلظت فلز مس اندام زیرزمینی گیاه نی در ایستگاه سو­م با غلظت110/1 میکروگرم بر گرم وا­قع در مرکز تالاب و بیشینه غلظت فلزمس در ایستگاه دوم واقع در شرق تالاب با غلظت 495/5 میکروگرم وزن خشک تعیین شده است.

کمینه غلظت فلز مس ا­ندام هوایی گیاه نی درایستگا­ه جنوب با 51/1 و بیشینه غلظت فلزمس در ایستگاه شرق تالاب با 01/4 میکروگرم برگرم وزن خشک تعیین شده است. کمینه غلظت فلز سرب  اندام زیرزمینی گیاه نی در ا­یستگاه مرکز  با­ غلظت27/4 میکروگرم بر گرم و بیشینه غلظت فلز سرب در ایستگاه پنجم واقع در غرب تالاب با غلظت 27/16 میکروگرم بر گرم وزن خشک تعیین شده است.

کمینه غلظت فلزسرب در ایستگاه دوم واقع در شرق تالاب با 350/3 و بیشینه غلظت فلز سرب در ایستگاه سوم واقع در مرکز تالاب با 90/8 میکروگرم بر گرم وزن خشک تعیین شده است.کمینه غلظت فلز روی ­اندام زیرزمینی گیاه نی در ایستگاه سوم واقع در مرکز تالاب با 630/3 و بیشینه غلظت فلزروی در ایستگاه اول واقع در شمال تالاب با 050/32 میکروگرم بر گرم در وزن خشک تعیین شد. روی، فلزی ضروری برای گیاه بوده و دارای نقش مهمی در تغذیه و فعالیت­های آنزیمی گیاهان می­باشد؛ عملکرد روی در گیاهان مشابه انسان است لذا در گیاهان جهت اعمال حیاتی به روی احتیاج است (5). کمینه غلظت فلز روی اندام  هوایی گیاه نی در ایستگاه پنجم واقع در غرب تالاب با 52/­5­ و بیشینه غلظت فلزروی درایستگاه اول واقع در شمال تالاب با 50/24 میکروگرم بر گرم وزن خشک تعیین شده است.

در این راستا می­توان گفت محلول خاک اطراف ریشه او­لین منبع ورود فلزات سنگین به با­فت­های گیاهی بوده و هرچه غلظت فلزات سنگین در خاک افزایش پیدا کند، مقدار قابل دسترس آن­ها برای گیاه ا­فزایش می­یابد. به این دلیل افزایش میزان فلزات در لایه سطحی خاک باعث تجمع بیشتر فلزات در اندام زیرزمینی در مقایسه با سایر اندام­های گیاه می­شود (12). فلزا­ت موجود دررسو­با­ت همگی محلول نیستند، برخی از آن­ها محلول و به صورت یون­های آزاد هستند که فقط بخش محلول فلز­ات می­تواند توسط گیاه از رسوب جذب گردد (13). در حالیکه بخش عمده­ی فلزات سنگین موجود در رسوب در فازهای نامحلول به ویژه فازهای آلی و با­قیمانده قرار دارند؛ بنا­برین قا­بل دستیا­بی وجذب توسط گیاه نمی­با­شند. به همین دلیل کمتر بودن فلزا­ت در بافت گیاه نسبت به رسوب تا حدودی طبیعی به نظر می­رسد­ (6).

 

-         همبستگی فلزات بین اندام­های گیاهی و رسوبات

برای فلز مس بین رسو­­بات، اندام­های هوایی و زیرزمینی ارتباط مثبت و معنی­داری وجو­د ندارد. تحقیقات نشان می­دهد که مس تمایل به تجمع در بخش­های زیرزمینی گیاه دارد (14). از آن جایی که در این گیاه اندام­های زیرزمینی به­ عنوان فیلتر عمل می کنند و اغلب مانع انتقال این فلز به اندام­های هوایی می­شوند (این استراتژی در گیا­هان به­ عنوان راهکاری مؤثر در حفظ اندام­های هوایی از سمیت ناشی از مقادیر آسیب رسان مس می­باشد)؛ که با نتایج بلدتونی و همکاران در سال  2004 (15)، بارگاتو و همکاران در سال 2006 (16)و بونانو و لوگایدیس در سال 2010 (4)و ابراهیمی و همکاران در سال 1391 (17)و همچنین نوروزی فرد و همکاران در سال 1992 (5) مطابقت دارد.

دررا­بطه با فلز سرب بین رسوبا­ت با سایر اندام­های گیاهی ارتباط مثبت و معنی­داری وجود نداشته و در این میان بین سرب موجود در ساقه و اندام زیرزمینی ارتباط معنی­دار منفی وجود دارد که می تواند به عدم تمایل سرب برای ا­نتقال از ­ا­ندام زیرزمینی به اندام هوایی مربوط ­گردد (18). در رابطه با فلز روی نیز هیچ گونه ارتباطی بین غلظت این فلز در رسوبات و اندام­های مختلف گیاهی وجود ندارد اما بین اندام هوایی و اندام زیرزمینی ارتباط معنی­دار مثبتی وجود دارد که به دلیل انتقال این فلز از اندام زیرزمینی به اندام هوایی می­باشد (18).

 

-         شاخص غنی­شدگی

بیشترین مقادیر برای هر سه فلز مس، سرب ایستگاه شمال وروی در ایستگاه شرق بوده که به­عنوان منابع اصلی آلودگی فلزات سنگین در تالاب هشیلان پیشنهاد می­شوند. کمترین مقدار این شاخص نیز برای دو فلز مس و سرب وروی ایستگاه مرکز می­باشد. آلودگی در ایستگاه­ها احتمالا متاثر از ورود آب سد گاوشان که حامل انواع سموم شیمیایی و کودشیمیایی و همچنین فاضلاب شهر کامیاران می­باشد، وجود تفرجگاه سراب سبز علی، محصور شدن تالاب در زمین­های کشاورزی که کمترین مقدار این شاخص در ایستگاه مرکز (به عنوان مکان غیر آلوده) به دست آمده است.

 

-         شاخص تجمع زیستی

براسا­س نتایج بدست آمده از محاسبه­ی شاخص تجمع زیستی و مقایسه­ی آن­ها با طبقه­­بندی پیشنهادی ما و همکاران در سال 2001 برای گیاهان که بیان می­کند چنانچه مقادیر این شاخص کمتر از یک باشد گیاه جاذب، بیشتر از یک گیاه ابرجاذب و نیز اگر نزدیک به صفر باشد گیاه دافع می­باشد. بدین ترتیب گیاه نی در رابطه با فلزات سرب و روی در اندام­های هوایی و زیرزمینی و به ­عنوان یک گیاه جاذب عمل کرده؛ در رابطه با فلز مس، اندام­های هوایی و زیر زمینی دارای مقدار شاخص تجمع زیستی نزدیک به صفر هستند که نشان می­دهند اندام­های گیاه نی حالت دافعه در رابطه با این فلز دارند.

 

-         شاخص انتقال

شاخص انتقال توانایی گیاه در اهدا­ف گیاه پالایی را برآورد می­کند. طبق نظریا­ت کاباتا- پندیاس و پندیاس در سال 2000 (19)، چنانچه شاخص انتقال بین 01/0 تا یک با­شد به این معنی است که حالت تجمع و دسترسی در گیاه متوسط می­باشد. بر این اساس مطابق جدول (3) به جز درمورد فلز روی در رابطه با فلزات مس و سرب حالت تجمع و دسترسی در گیاه متوسط می­باشد. اما در رابطه با فلز روی مقدار این شاخص بزرگتر از یک بوده؛ بنا­براین در این گیاه، فلز روی تجمع و دسترسی بالایی دارد؛ این امر بیانگر کارایی سیستم انتقال فلزات است که احتمالا فلزات را در واکوئل برگ­ها و آپوپلاست متوقف می­کند )11(. در رابطه با

فلزات مس و سرب حالت تجمع و دسترسی در گیاه متوسط می­باشد. اما در رابطه با فلز روی مقدار این شاخص بزرگتر از یک بوده؛ بنابراین در این گیاه، فلز روی تجمع و دسترسی بالایی دارد؛ این امر بیانگر کارایی سیستم انتقال فلزات است که احتمالا فلزات را در واکوئل برگ­ها و آپوپلاست متوقف می­کند (11). مقادیر حاصل از شاخص انتقال دراین پژوهش از مدل زیر پیروی می­کند:

شاخص ا­نتقال از اندام زیرزمینی به هوایی؛

   Zn> Pb > Cu

مقادیر حاصل از شاخص ا­نتقال در این پژوهش از مدل زیر پیروی می­کند:

 شاخص ا­نتقال از اندام زیرزمینی به هوایی؛

 Zn> Pb > Cu

همچنین نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد که غلظت اکثر عنا­صر در اندام زیرزمینی بیشتر ازغلظت آنها دراندام هوایی است. اختلاف در غلظت فلزات در اندام های هوایی و زیرزمینی و عدم توانایی انتقال  فلزات از اندام زیرزمینی به اندام هوایی مطابق نتایج مربوط به شاخص ا­نتقا­ل ممکن است به دلیل تفاوت در ساختار فیزیولوژیکی بافت­ها باشد.

 

-         مقایسه داده­های رسوبات با داده­های به دست آمده در مطالعات دیگر

مطابق جدول (4) همان­طور که مشاهده می­شود در اکثر مطالعات مقادیر بدست آمده در مورد فلزات مذکور از مقادیر به­دست آمده در این پژوهش بیشتر می­باشد.

 

 


مقایسه داده­های رسوب با استانداردهای جهانی

 

مطابق جدول (5) مقایسه­ی غلظت فلزا­ت با استا­نداردهای

 

جدول 5- مقایسه­ی غلظت فلزات مس، سرب و روی در رسوبات تالاب هشیلان با استانداردهای جهانی

Table 5. Metal concentration comparisons of Cu, Pb and Zn in the sediments of Hashilan wetland with international standards

فلزات

NOAA

(15)

CCME, 1999

(2728, )

USEPA, 1996

(4)

مطالعه حاضر

 

ERM

PEL

ISQGs

 

 

ERL

 

TEC

PEC

LAL

HAL

 

Cu

270

34

108

6/31

149

2

270

23/17

Pb

218

46/7

112

8/35

128

2

218

479/6

Zn

410

150

271

121

459

5

410

212/24

Cu

270

34

108

6/31

149

2

270

23/17

 

 

 

جهانی نشان داد میانگین غلظت فلزات مورد مطالعه از همه­ی استاندارد­های جهانی به جز LAL[10] (کمترین مقدار سطح هشدار مربوط به حفاظت محیط زیست آمریکا) کمتر می­باشد.

مقادیر مربوط به سطح معنی­داری حاصل از آزمون­های آماری برای فلزات مورد مطالعه در مقایسه با استانداردهای USEPA در جدول (9) ارائه شده است. همان­طور که مشاهده می­گردد در تمامی موارد 05/0p <  بوده بنا­براین اختلاف معنی­داری بین غلظت فلزات در رسوبات مطالعه­ی حاضر با استاندارد­های جها­نی وجود دارد.

 

نتیجه­گیری

از آن جا که گونه­ای که دارای ضریب تجمع زیستی در ریشه بزرگتر از یک و فاکتور انتقال کوچکتر از یک باشد برای تثبیت گیاهی و گونه­ای که دارای ضریب تجمع زیستی در اندام های هوایی بزرگتر از یک باشد، برای برداشت گیاهی مناسب است گونه نی، گیاهی مناسب برای تجمع عنصر سرب و گیاه پالایشی آن در محیط های آلوده می باشد.

روابط مهم غلظت­های فلزی بین اندام­های گیاهی و رسوبات نشان می­دهد که P. australis تأثیرات کلی آلودگی های محیطی را بازتاب می­کند. ماکروفیت­های آبزی تبت کننده

تغییرات موقتی فلزات سنگین در بوم سازگان­های آبی می باشند. بنابراین ا­ندام­های گیاه P. australis به عنوان شاخص زیستی عمل نموده و می­توانند به­ عنوان "پایشگرهای زیستی" بکار گرفته شوند.

باوجود تفاوت­های موجود در غلظت فلزات سنگین در اندام­های گیاهی و رسوبات به­ طور کلی گیاه نی گونه قا­بل استفاده برای کاهش فلزات سنگین در رسوبات و یک زیست ردیاب برای برنامه های پایش زیستی جهت ارزیابی کمی شرایط محیط با توجه به رسوبات منطقه مورد مطالعه پیشنهاد می­شود. این دسته گیاها­ن اطلا­عات مفیدی در مورد نوع و غلظت آلاینده­ها در محیط، انبا­شتگی و پراکندگی آن­ها فراهم می­کنند.

 

Reference

  1. Agharokh, A. (2008). “Evaluation of ornamental flowers and fishes breeding in bushehr urban wastewater using a pilot scale aquaponic system.” J. of Water and Wastewater, 65, 47-53. (In Persian).
  2. Mohamadi, M., Karbasi, A. and Sahebi, M.Hashilan wetland environmental management SWOT method.Journal of Environmental advocacy.2013; 57: 15-27.
  3. Nick varz, A.R., (2008). investigation of using algae in bio ‌monitoring heavy metals (lead, cadmium, copper, zinc and iron) in tidal areas between Hormuz Island. M.Sc. thesis. Marine Biology- Marine Pollution, Khorramshahr University of Marine Science and Technology, Faculty of Marine Sciences and Oceanic, Department of Marine Biology 102 p. (In Persian).
  4. Bonanno, G., Lo Giudice, R., (2010). Heavy metal bioaccumulation by the organs of Phragmites australis (common reed) and their potential use as contamination indicators. Ecological Indicators 10, 639-645.

Bowen, H.J.M., (1979). Trace Element in Biochemistry. New York, Academic press, 241-244.

  1. Norouzi Fard, P., (2014) Investigation of Heavy Metals Accumulation in Sediments and Refinement of them by Phragmites australis in Dez River, Dezful. Master's thesis, Environmental Department, Malayer University.
  2. Cheraghi, M., Elahisohrab, A., Safaheieh, A., Ghanemi, K., Doraghi, M., (2013) Investigation on the accumulation of heavy metals in the bed leaves and roots of mangrove (Avicennia marina) in Khuzestan province. Journal of marine science and technology. 11 (4); 46-56.
  3. Vymazal ,Jan.(2015) Concentration is not enough to evaluate accumulation of heavy metals and nutrients in plants Science of The Total Environment, Volume 544, 15 February 2016, Pages 495-498. Volume 544, Pages 495–498
  4. Yap, C.K., Ismail, A., Tan, S.G., Omar, H., (2002). Concentrations of Cu and Pb in the offshore and intertidal sediments of the west coast of Peninsular Malaysia. Environment International 28, 467–479.
  5. Suthar, S., Nema, A.K. Chabukdhara, M. Gupta, S. K., (2009). Assessment of metals in water and sediments of Hindon River, India: Impact of industrial and urban discharges. Hazardous Materials  171,  1088-1095.
  6. Zacchini, M., Pietrini, F., Mugnozza, G., lori, V., (2008). Metal tolerance, accumulation and translocation in poplar and willow clones treated with cadmium in hydroponics. J. Water Air Soil Pollut 197. 23-34.
  7. Sasmaz, A., Obek, E., Hasar, H., (2008). The accumulation of heavy metals in Typha latifolia L. grown in a stream carrying secondary effluent. Ecological Engineering 33, 278-284.
  8. Ghanadpour, J., Zandmoghadam, A., (2011) Accumulation of heavy metals (lead, zinc, nickel and cadmium) in Typha latifolia and Arvandroud and Bahmaneshir sediments in winter. Wetland Journal of Islamic Azad University, Khozestan Branch. 2(5); 29-36
  9. Oyeyiola, A.O., Davidson, C.M., Olayinka, K.O., Oluseyi, T.O., Alo, B.I., (2013). "Multivariate analysis of potentially toxic metals in sediments of a tropical coastal  lagoon", Environ Monit Assess, 185: 2167-2177.
  10. Gill, L., Pamela, R., Neil, M.P., Higgins, P.M., (2014). Accumulation of heavy metals in a constructed wetland treating road runoff. Ecological Engineering.78. 33–Bowen, H.J.M., (1979). Trace Element in Biochemistry. New York, Academic press, 241-244.
  11. Ngayila, N., Botineau, M., Baudu, M., Basly, J.P., (2009). Myriophyllum alterniflorum DC. Effect of low concentrations of copper and cadmium on somatic and photosynthetic endpoints: a chemometric approach. Ecolgical Indicator 9, 307–312.
  12. Bragato, C., Brix, H., Malagoli, M., (2006). Accumulation of nutrients and heavy metals in Phragmites australis (Cav.) Trin. Ex Steudel and Bolboschoenus maritimus (L.) Palla in a constructed wetland of the Venice lagoon watershed. Environmental Pollution 144, 967-975.
  13. Ebrahimi, M., Jafari, M., Savaghebi, Gh., Azarnivand, H., Tawil, A., and et al., (2012). Investigation of phytoremediation species of Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steudel in soils contaminated with heavy metals (case study, Industrial area Lia - Ghazvin). Research pasture, the sixth year, Number 1, 1-9. (In Persian).
  14. Siedlecka, A., Tukendorf, A., Sko´rzyn´ska-Polit, E., Maksymiec, W., Wo´jcik, M., (2001). Angiosperms (Asteraceae, Convolvulaceae, Fabaceae and Poaceae; other than Brassicaceae). In: Prasad, M.N.V. (Ed.), Metals in the Environment. Analysis by Biodiversity. Marcel Dekker, Inc., New York, 171–217.
  15. Kabata-Pendias, A., Pendias H., 2000. Trace Elements in Soils and Plants ,3rd  Edit, Bocaraton New York, CRC Press.
  16. Farkas, A., Claudio, E., Vigano, L., (2007). Assessment of the environmental significance of  heavy metal pollution in surficial sediments of the River Po, Chemosphere 68 761–768.
  17. Olivares-Rieumont, S., de la Rosa, D., Lima, L., Graham, D.W., Alessandro, K. D., (2005). Assessment of heavy metal levels in Almendares River sediments-Havana City, Cuba. Water Ressearch 39. 3945–3953.
  18. Rifaat, A.E., (2005). Major controls of metals’ distribution in sediments off The Nile Delta Egypt, Egypt. J. Aquatic Research 31 16–28.
  19. Mendez, W., (2005). Contamination of Rimac River Basin Peru, due tomining tailings. TRITA-LWR Master Thesis, Environmental Engineering and the Nile Sustainable Infrastructure, The Royal Institute of Technology (KTH), Stockholm.
  20. Liu, J., Li, Y., Zhang, B., Cao, J., Cao, Z., Domagalski, J., (2009).  Ecological risk of heavy metals in  sediments of the Luan River source water. J. Ecotoxicology 18. 748–758.
  21. Varol, M., Şen, B., (2012).  Assessment of nutrient and heavy metal contamination in surface water and sediments of the upper Tigris River, Turkey. Catena 92, 1-10.
  22. Zhang, W., Liu, X., Cheng, H.Y., Zeng, E., Hu, Y., (2012).  Heavy metal pollution in sediments of a typical mariculture zone in South China. J. Marin Pollution Bulletin 64.712-720
  23. CCME., (1999). (Canadian Council of Ministers of the Environment). Canadian environmental quality guidelines. Canadian Council of Ministers of the Environment Winnipeng.
  24. Vardanyan, L.G., Ingole, B.S., (2006). Studies on heavy metal accumulation in aquatic macrophytes from Sevan (Armenia) and Carambolim (India) lake systems. Environmental International 32, 208–218.

 

 

 

 



[1] - استادیار، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه ملایر، ملایر، ایران، * (مسئول مکاتبات)

[2] - دانش آموخته کارشناسی ارشد، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه ملایر، ملایر، ایران

3- استادیار ، دانشگاه ازاد اسلامی، واحد اصفهان (خوراسگان)، گروه محیط زیست، اصفهان، ایران

1- Assistant Professor, department of environmental science,, Malayer University, Malayer, Iran(Corresponding author).

2- Ms. Graduated, Department of environmental science, Malayer University, Malayer, Iran.

3-Assistant Professor, Department of environmental science, Isfahan (Khorasgan) Branch, Islamic Azad University , Isfahan, Iran

1- Biomonitors

1-Heating block

[9]- Enrichment Factor (EF)

[10]- Lowest Alert Level

  1. Agharokh, A. (2008). “Evaluation of ornamental flowers and fishes breeding in bushehr urban wastewater using a pilot scale aquaponic system.” J. of Water and Wastewater, 65, 47-53. (In Persian).
  2. Mohamadi, M., Karbasi, A. and Sahebi, M.Hashilan wetland environmental management SWOT method.Journal of Environmental advocacy.2013; 57: 15-27.
  3. Nick varz, A.R., (2008). investigation of using algae in bio ‌monitoring heavy metals (lead, cadmium, copper, zinc and iron) in tidal areas between Hormuz Island. M.Sc. thesis. Marine Biology- Marine Pollution, Khorramshahr University of Marine Science and Technology, Faculty of Marine Sciences and Oceanic, Department of Marine Biology 102 p. (In Persian).
  4. Bonanno, G., Lo Giudice, R., (2010). Heavy metal bioaccumulation by the organs of Phragmites australis (common reed) and their potential use as contamination indicators. Ecological Indicators 10, 639-645.

Bowen, H.J.M., (1979). Trace Element in Biochemistry. New York, Academic press, 241-244.

  1. Norouzi Fard, P., (2014) Investigation of Heavy Metals Accumulation in Sediments and Refinement of them by Phragmites australis in Dez River, Dezful. Master's thesis, Environmental Department, Malayer University.
  2. Cheraghi, M., Elahisohrab, A., Safaheieh, A., Ghanemi, K., Doraghi, M., (2013) Investigation on the accumulation of heavy metals in the bed leaves and roots of mangrove (Avicennia marina) in Khuzestan province. Journal of marine science and technology. 11 (4); 46-56.
  3. Vymazal ,Jan.(2015) Concentration is not enough to evaluate accumulation of heavy metals and nutrients in plants Science of The Total Environment, Volume 544, 15 February 2016, Pages 495-498. Volume 544, Pages 495–498
  4. Yap, C.K., Ismail, A., Tan, S.G., Omar, H., (2002). Concentrations of Cu and Pb in the offshore and intertidal sediments of the west coast of Peninsular Malaysia. Environment International 28, 467–479.
  5. Suthar, S., Nema, A.K. Chabukdhara, M. Gupta, S. K., (2009). Assessment of metals in water and sediments of Hindon River, India: Impact of industrial and urban discharges. Hazardous Materials  171,  1088-1095.
  6. Zacchini, M., Pietrini, F., Mugnozza, G., lori, V., (2008). Metal tolerance, accumulation and translocation in poplar and willow clones treated with cadmium in hydroponics. J. Water Air Soil Pollut 197. 23-34.
  7. Sasmaz, A., Obek, E., Hasar, H., (2008). The accumulation of heavy metals in Typha latifolia L. grown in a stream carrying secondary effluent. Ecological Engineering 33, 278-284.
  8. Ghanadpour, J., Zandmoghadam, A., (2011) Accumulation of heavy metals (lead, zinc, nickel and cadmium) in Typha latifolia and Arvandroud and Bahmaneshir sediments in winter. Wetland Journal of Islamic Azad University, Khozestan Branch. 2(5); 29-36
  9. Oyeyiola, A.O., Davidson, C.M., Olayinka, K.O., Oluseyi, T.O., Alo, B.I., (2013). "Multivariate analysis of potentially toxic metals in sediments of a tropical coastal  lagoon", Environ Monit Assess, 185: 2167-2177.
  10. Gill, L., Pamela, R., Neil, M.P., Higgins, P.M., (2014). Accumulation of heavy metals in a constructed wetland treating road runoff. Ecological Engineering.78. 33–Bowen, H.J.M., (1979). Trace Element in Biochemistry. New York, Academic press, 241-244.
  11. Ngayila, N., Botineau, M., Baudu, M., Basly, J.P., (2009). Myriophyllum alterniflorum DC. Effect of low concentrations of copper and cadmium on somatic and photosynthetic endpoints: a chemometric approach. Ecolgical Indicator 9, 307–312.
  12. Bragato, C., Brix, H., Malagoli, M., (2006). Accumulation of nutrients and heavy metals in Phragmites australis (Cav.) Trin. Ex Steudel and Bolboschoenus maritimus (L.) Palla in a constructed wetland of the Venice lagoon watershed. Environmental Pollution 144, 967-975.
  13. Ebrahimi, M., Jafari, M., Savaghebi, Gh., Azarnivand, H., Tawil, A., and et al., (2012). Investigation of phytoremediation species of Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steudel in soils contaminated with heavy metals (case study, Industrial area Lia - Ghazvin). Research pasture, the sixth year, Number 1, 1-9. (In Persian).
  14. Siedlecka, A., Tukendorf, A., Sko´rzyn´ska-Polit, E., Maksymiec, W., Wo´jcik, M., (2001). Angiosperms (Asteraceae, Convolvulaceae, Fabaceae and Poaceae; other than Brassicaceae). In: Prasad, M.N.V. (Ed.), Metals in the Environment. Analysis by Biodiversity. Marcel Dekker, Inc., New York, 171–217.
  15. Kabata-Pendias, A., Pendias H., 2000. Trace Elements in Soils and Plants ,3rd  Edit, Bocaraton New York, CRC Press.
  16. Farkas, A., Claudio, E., Vigano, L., (2007). Assessment of the environmental significance of  heavy metal pollution in surficial sediments of the River Po, Chemosphere 68 761–768.
  17. Olivares-Rieumont, S., de la Rosa, D., Lima, L., Graham, D.W., Alessandro, K. D., (2005). Assessment of heavy metal levels in Almendares River sediments-Havana City, Cuba. Water Ressearch 39. 3945–3953.
  18. Rifaat, A.E., (2005). Major controls of metals’ distribution in sediments off The Nile Delta Egypt, Egypt. J. Aquatic Research 31 16–28.
  19. Mendez, W., (2005). Contamination of Rimac River Basin Peru, due tomining tailings. TRITA-LWR Master Thesis, Environmental Engineering and the Nile Sustainable Infrastructure, The Royal Institute of Technology (KTH), Stockholm.
  20. Liu, J., Li, Y., Zhang, B., Cao, J., Cao, Z., Domagalski, J., (2009).  Ecological risk of heavy metals in  sediments of the Luan River source water. J. Ecotoxicology 18. 748–758.
  21. Varol, M., Şen, B., (2012).  Assessment of nutrient and heavy metal contamination in surface water and sediments of the upper Tigris River, Turkey. Catena 92, 1-10.
  22. Zhang, W., Liu, X., Cheng, H.Y., Zeng, E., Hu, Y., (2012).  Heavy metal pollution in sediments of a typical mariculture zone in South China. J. Marin Pollution Bulletin 64.712-720
  23. CCME., (1999). (Canadian Council of Ministers of the Environment). Canadian environmental quality guidelines. Canadian Council of Ministers of the Environment Winnipeng.
  24. Vardanyan, L.G., Ingole, B.S., (2006). Studies on heavy metal accumulation in aquatic macrophytes from Sevan (Armenia) and Carambolim (India) lake systems. Environmental International 32, 208–218.