بررسی آلودگی‌زدایی خاک‌های آلوده به‌فلزات‌ سنگین، یک پژوهش موردی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار بخش تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان آذربایجان شرقی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تبریز، ایران*(مسوول مکاتبات).

2 دانشیار گروه مهندسی پژوهشی حفاظت آب و خاک، پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران

10.22034/jest.2018.13742

چکیده

زمینه و هدف: آبیاری زمین­های زیر کشت سبزی­های خوراکی به وسیله پساب­های آلوده، موجب می­شود که فلزات سنگین در این گیاهان انباشته شوند. تثبیت فلزات سنگین در محل با استفاده از اصلاح­گرهای معدنی، روشی است که برای کاهش جذب فلزات به­وسیله گیاهان بسیار مورد توجه قرار گرفته است. بر این اساس، در پژوهش حاضر، بررسی کارآیی پنج نوع اصلاح­گر معدنی، برای تثبیت فلزات سنگین خاک­های کشاورزی اطراف شهرستان تبریز که با پساب های آلوده آبیاری می­شوند، مد نظر بوده است.
روش بررسی: به نیم گرم از  پنج اصلاح­گر کلسیت، ایلیت، هماتیت، زئولیت و بنتونیت و 10 نمونه خاک برداشت­شده از خاک­های واقع در شمال غرب شهرستان تبریز، محلول­های حاوی عناصر کادمیوم، سرب، نیکل، مس و روی اضافه شد. بعد از دو ساعت قرار دادن در دستگاه تکان­دهنده، غلظت این پنج عنصر در محلول­های صاف شده با استفاده از دستگاه جذب اتمی اندازه گیری شد.  با استفاده از آزمون دانکن، مقایسه میانگین­ها انجام و در نهایت، اصلاح­گرهای بهینه در این رابطه مشخص شد.
یافته­ها: نتایج نشان داد تفاوت آشکاری بین مواد اصلاح­گر از لحاظ میزان جذب پنج عنصر وجود دارد، به­طوری­که بیشترین میزان جذب عناصر کادمیوم، نیکل و روی مربوط به کلسیت؛ بیشترین میزان جذب عناصر سرب و مس مربوط به هماتیت و برای هر پنج عنصر کمترین میزان جذب مربوط به ایلیت بوده است. کلسیت، زئولیت، بنتونیت و هماتیت ظرفیت جذب بالاتر معنی­داری در سطح پنج درصد برای عناصر کادمیوم، نیکل و روی نسبت به تمام خاک­های مورد آزمایش داشتند. در مورد سرب، بالاترین میزان جذب با استفاده از اصلاح­گرهای کلسیت و هماتیت (بدون تفاوت معنی دار با همدیگر) انجام شد.
بحث و نتیجه گیری: کلسیت، هماتیت و زئولیت بالاترین میزان جذب مس را داشتند، در حالی که بیشترین میزان جذب این عنصر در سطح پنج درصد اختلاف معنی­دار با دو ماده اصلاحی دیگر، بوسیله هماتیت انجام گرفت. کلسیت و هماتیت مشترک بین پنج اصلاح­گر بودند که در صورت اضافه شدن به 10 نمونه خاک مورد آزمایش­، توانستند باعث افزایش معنی­دار (در سطح پنج درصد) ظرفیت جذب پنج آلاینده کادمیوم، مس، روی، نیکل و سرب شوند و بدین وسیله کاهش جذب عناصر یاد شده در گیاهان زیر کشت مناطق کشاورزی اطراف شهرستان تبریز را موجب شوند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


 

 

 

 

 

علوم و تکنولوژی محیط زیست، دورهبیست و یکم، شماره یک، فروردین98

                                        

بررسی آلودگی­زدایی خاک­های آلوده به­فلزات­ سنگین، یک پژوهش موردی

 

رامین سلماسی1  *

raminsalmasi@yahoo.com

 حمیدرضا پیروان 2

 

تاریخ دریافت:20/1/91

تاریخ پذیرش:21/6/91

 

چکیده

زمینه و هدف: آبیاری زمین­های زیر کشت سبزی­های خوراکی به وسیله پساب­های آلوده، موجب می­شود که فلزات سنگین در این گیاهان انباشته شوند. تثبیت فلزات سنگین در محل با استفاده از اصلاح­گرهای معدنی، روشی است که برای کاهش جذب فلزات به­وسیله گیاهان بسیار مورد توجه قرار گرفته است. بر این اساس، در پژوهش حاضر، بررسی کارآیی پنج نوع اصلاح­گر معدنی، برای تثبیت فلزات سنگین خاک­های کشاورزی اطراف شهرستان تبریز که با پساب های آلوده آبیاری می­شوند، مد نظر بوده است.

روش بررسی: به نیم گرم از  پنج اصلاح­گر کلسیت، ایلیت، هماتیت، زئولیت و بنتونیت و 10 نمونه خاک برداشت­شده از خاک­های واقع در شمال غرب شهرستان تبریز، محلول­های حاوی عناصر کادمیوم، سرب، نیکل، مس و روی اضافه شد. بعد از دو ساعت قرار دادن در دستگاه تکان­دهنده، غلظت این پنج عنصر در محلول­های صاف شده با استفاده از دستگاه جذب اتمی اندازه گیری شد.  با استفاده از آزمون دانکن، مقایسه میانگین­ها انجام و در نهایت، اصلاح­گرهای بهینه در این رابطه مشخص شد.

یافته­ها: نتایج نشان داد تفاوت آشکاری بین مواد اصلاح­گر از لحاظ میزان جذب پنج عنصر وجود دارد، به­طوری­که بیشترین میزان جذب عناصر کادمیوم، نیکل و روی مربوط به کلسیت؛ بیشترین میزان جذب عناصر سرب و مس مربوط به هماتیت و برای هر پنج عنصر کمترین میزان جذب مربوط به ایلیت بوده است. کلسیت، زئولیت، بنتونیت و هماتیت ظرفیت جذب بالاتر معنی­داری در سطح پنج درصد برای عناصر کادمیوم، نیکل و روی نسبت به تمام خاک­های مورد آزمایش داشتند. در مورد سرب، بالاترین میزان جذب با استفاده از اصلاح­گرهای کلسیت و هماتیت (بدون تفاوت معنی دار با همدیگر) انجام شد.

بحث و نتیجه گیری: کلسیت، هماتیت و زئولیت بالاترین میزان جذب مس را داشتند، در حالی که بیشترین میزان جذب این عنصر در سطح پنج درصد اختلاف معنی­دار با دو ماده اصلاحی دیگر، بوسیله هماتیت انجام گرفت. کلسیت و هماتیت مشترک بین پنج اصلاح­گر بودند که در صورت اضافه شدن به 10 نمونه خاک مورد آزمایش­، توانستند باعث افزایش معنی­دار (در سطح پنج درصد) ظرفیت جذب پنج آلاینده کادمیوم، مس، روی، نیکل و سرب شوند و بدین وسیله کاهش جذب عناصر یاد شده در گیاهان زیر کشت مناطق کشاورزی اطراف شهرستان تبریز را موجب شوند.

واژه­های کلیدی: آلاینده، پاک­سازی، تثبیت، خاک، کارآیی.

 

J.Env. Sci. Tech., Vol 21, No.1,March, 2019

 

 

 

 


Investigating the Remediation of Soils Polluted with Heavy

Metals as a Case Study

 

Ramin Salmasi[1] *

raminsalmasi@yahoo.com

Hamid Reza Pyrowan[2]

 

Admission Date:September 11, 2012

Date Received: April 8, 2012

 

Abstract

Background and Objective: Irrigation of the vegetables by polluted wastewater leads to accumulation of heavy metals in these plants. Heavy metals fixation in-situ using inorganic amendments is a method for reducing heavy metals absorption by plants. The goal of this study is to determine the efficiency of five types of amendments in heavy metals fixation in the waste-water-irrigated soils around Tabriz city.

Method: For this purpose, solutions containing Cd, Pb, Cu, Ni, and Zn were added to 0.5 g of five amendments including calcite, hematite, zeolite, illite, and bentonite and to 10 soil samples taken from the nortwest of Tabriz city. After shaking for 2 hours, concentration of these five elements in the solutions filtered by atomic absorption instrument was determined. The mean percentages of these elements were compared and the best amendments were determined by Dunkan method.

Findings: There were significant differences among the amendments in terms of heavy metals retention. Calcite had the highest Cd, Ni, and Zn absorption capacities; hematite had the highest Cu and Pb absorption capacities; and illite had the least absorption capacity for the five elemnts. Calcite, zeolite, bentonite, and hematite showed a significantly higher Cd, Ni, and Zn absorbtion capacity (5%) as compared to the 10 soil samples. The highest Pb absorption capacity by calcite and hematite (without significant differences) were observed.

Discussion and Conclusion: Calcite, hematite, and zeolite had the highest absorption of Cu. However, the highest absorption of Cu belonged to hematite with a significant difference of 5% as compared to the other two amendments. Among the five amendments, calcite and hematite showed a similar results and led to a significant increase in absorption capacity (by 5%) for the five pollutants when added to the 10 studied soil samples. These ammendments led to the reduced absorption and accumulation of the mentioned elements in the plants cultivated in the agricultural lands around Tabriz city.

 

Keywords: Fixation, Remediation, Soil, Pollutant, Efficiency

 

 

مقدمه


کاربرد پساب­های شهری و صنعتی در خاک­های کشاورزی، باعث بهبود ویژگی­های فیزیکی خاک می­شود. همچنین، این پساب­ها منبع با ارزشی از مواد آلی و عناصر غذایی پرمصرف و کم مصرف بشمار می­روند (1). با این وجود، پساب­ها شامل آلاینده­هایی نظیر فلزات سنگین، ترکیبات آلی ناخواسته و پاتوژن­ها و دیگر مواد زیان آور هستند که کاربرد آن­ها را در زمین­های کشاورزی محدود می­کند (2) در میان این عوامل، اغلب مقدار فلزات سنگین در خاک است که تعیین کننده اصلی محدودیت کاربرد پساب­ها در خاک­های کشاورزی بشمار می­رود (3).

روش­های کنونی پاک­سازی خاک­های آلوده علاوه بر پرهزینه بودن، ممکن است خطرات اضافه­ای برای کاربران داشته باشند و نیز پسماندهای ثانویه تولید نمایند. یکی از راه­های مهار فلزات سنگین، استقرار و تثبیت آن­ها در محل بر اساس کاهش تحرک و ایزوله نمودن آن ها بوسیله کاربرد مواد اصلاح کننده،­ می­باشد.­ مواد ­اصلاح­گر این توانایی را دارند که از تحرک و فراهمی فلزات در خاک، به­وسیله فرآیندهایی مانند جذب سطحی، رسوب، تشکیل کمپلکس یا ترکیبی از این فرآیندها، بکاهند (2). در نتیجه این کار، اثرات زیان بار فلزات سنگین برروی پذیرنده­های محیط زیست مانند ریز جانداران، گیاهان، حیوانات و منابع آب کاهش می یابد. یافته­های پژوهشی در رابطه با کارآیی اصلاح­گرهای بوکسیت، زئولت طبیعی و آهک در تثبیت سرب، کادمیوم و روی در خاک­های آلوده (4) نشان داد افزودن این اصلاح­گرها در سطح پنج درصد باعث کاهش حلالیت فلزات سنگین شده است. اضافه شدن واکنش خاک­ها به عنوان ساز و کار اصلی این بی تحرک­سازی در موارد آهک و بوکسیت ارزیابی شد. در یک آزمایش گلخانه­ای در خصوص نقش آهک، کمپوست و اکسید روی بر روی کاهش جذب کادمیوم به وسیله گندم (5) نتایج نشان داد هر سه این اصلاح­گر به طور معنی­داری منجر به کاهش جذب کادمیوم به وسیله گندم شد. از غلظت کادمیوم قابل حل، می­توان غلظت این عنصر را درگیاه گندم پیش­بینی نمود. در بررسی ظرفیت جذب فلزات سنگین به وسیله کانی­های گوناگون،  گارسیا سانچز و همکاران (6) به این نتیجه رسیدند که زئولیت مصنوعی توانایی بالایی در نگهداشت کاتیون­های یک و دو ظرفیتی دارد. یافته های پژوهش کلوپکا  و آدریانو (7) بر روی چهار نوع خاک به منظور بررسی اثر کانی­های زئولیت و آپاتیت بر روی کادمیوم، سرب و روی در بافت ذرت نشان داد میزان سرب در برگ­های این گیاه کاهش 50 درصدی نشان داد و در خاک تیمار شده با آپاتیت، کادمیوم به میزان 20 درصد کاهش داشت. اثر افزودن زئولیت مصنوعی بر روی میزان کادمیوم در کاهو(8) منجر شد که میزان این عنصر در برگ­ها و ریشه­های آن به ترتیب 85 و 45 درصد کاهش پیدا کند. جلیلی و جلالی (9) نشان دادند تیمار آهک به طور موثری باعث کاهش تحرک مس و سرب شده است و علت آن را مربوط به افزایش واکنش خاک حاصل از اضافه شدن آهک گزارش نمودند. بسیاری از خاک­های زیر­کشت سبزیجات منطقه شمال­غرب شهر تبریز، به دلیل کمبود منابع آب با پساب­های شهری و صنعتی بخش­های گوناگون این شهر آبیاری می­شوند. در بعضی از اراضی زیر­کشت، از لجن این پساب­ها به عنوان کود بهره­گیری می­شود. پیامد کاربرد این پساب­ها و لجن آن­ها، انباشت فلزات سنگین در خاک­های این مناطق می­باشد (10) که با توجه به جذب این فلزات به­وسیله گیاهان که به­طور عمده سبزیجات خوراکی را شامل می­شود، می­تواند گیاهان را به این آلاینده­ها آلوده سازد. برای کاهش مخاطرات زیست محیطی ناشی از آلودگی فلزات سنگین در این خاک­ها، لازم است روش­های ارزان قیمت پاک­سازی خاک که مناسب برای کاربرد در خاک­های سطحی بوده و باعث تخریب ساختمان و حاصل­خیزی خاک نشود، بکارگرفته شود. در پژوهش حاضر، هدف این است که بر اساس بررسی­های آزمایشگاهی، کارآیی اصلاح­گرهای معدنی گوناگون برای جذب فلزات سنگین موجود در خاک­ها تعیین شود. اصلاح­گری که جذب بالاتری از آلاینده­ها را داشته باشد، به وسیله گیاهان کمتر جذب می­شود و به این ترتیب زیان کمتری متوجه آن­ها و مصرف کنندگان خواهد شد. برای این منظور از خاک­های آبیاری شده با پساب موجود در اطراف شهرستان تبریز استفاده شد.

 

مواد و روش­ها

از مناطق کشاورزی واقع در شمال غرب شهرستان تبریز (منطقه اسپیران)، 10 نمونه خاک از قسمت­های سطحی (5-15 سانتی متر) هر نمونه به میزان حدود دو کیلوگرم که زیر کشت نبود، ولی در مجاورت اراضی زیرکشت قرار داشت، برداشت  شد. بر اساس نقشه خاک منطقه، خاک­های آن منطقه حالت همگنی داشتند و تغییرات کمی در آن­ها وجود داشت، در نتیجه به 10 نمونه خاک اکتفا شد. در آزمایشگاه بر روی نمونه­های خاک آزمایش­های واکنش خاک در گل اشباع با بکارگیری دستگاه پی­اچ متر، هدایت الکتریکی در عصاره اشباع با دستگاه هدایت سنج، ظرفیت تبادل کاتیونی (CEC) به روش باور، میزان آهک به روش تیتراسیون و میزان مواد آلی به روش وایکلی بلک انجام شد (11و 12). بعد از آن، از روش­های آزمایشگاهی برای تعیین ظرفیت جذب فلزات سرب، کادمیوم، نیکل، روی و مس با استفاده از اصلاح­گرهای مختلف و نمونه­های خاک، استفاده شد.  به این صورت که نیم­گرم از اصلاح گرهای معدنی آهک، زئولیت، اکسیدهای آهن، اکسید منگنز، بنتونیت و نمونه­های خاک برداشت شده از زمین­های مختلف در پنج تکرار درون فلاسک ریخته شد و به آن­ها، 50 میلی لیتر محلول یک هزارم مولار از عناصر سرب، کادمیوم، نیکل، مس و روی اضافه شد. غلظت­های یاد شده معادل در حدود 50 سال آبیاری با آب آلوده این مناطق می­باشد که بر اساس غلظت متوسط از پیش اندازه­گیری شده، محاسبه شده است. بعد از این که نمونه­ها در تکان دهنده رفت و برگشتی به مدت دو ساعت قرار گرفت، از صافی عبور داده شده و غلظت این عناصر با استفاده از دستگاه جذب اتمی Perkin Elmer مدل 560 با دقت در حد پی­پی­ام اندازه­گیری شد. اختلاف بین میزان کل فلز اضافه شده و میزان اندازه­گیری شده در محلول صاف شده، مقدار جذب فلز را نشان می­دهد که به صورت درصد محاسبه شد.

محاسبات آماری با استفاده از نرم افزار SPSS نسخه 18 انجام شد. با استفاده از آزمون کولموگروف- اسمیرنوف، وضعیت نرمال­بودن توزیع داده­ها (درصد جذب فلزات بوسیله پنج نوع اصلاح گر و 10 نمونه خاک) بررسی شد و از طریق آنالیز واریانس، اختلاف تیمارها بررسی شد. در صورت وجود اختلاف معنی­دار، با استفاده از آزمون دانکن مقایسه میانگین تیمار­ها انجام شد.

 

نتایج و بحث

نتایج  بدست آمده از اندازه­گیری واکنش خاک، هدایت الکتریکی، ظرفیت تبادل کاتیونی و مقادیر آهک و مواد آلی 10 نمونه خاک برداشت شده از منطقه در جدول (1) ارائه شده است. همان طور که در این جدول مشخص است، خاک­های مورد استفاده در این بررسی از لحاظ ویژگی­ها، متنوعند. واکنش آن­ها در بازه قلیایی ضعیف تا قلیایی، هدایت الکتریکی از 19/0 تا 56/0 دسی­زیمنس بر متر، ظرفیت تبادل کاتیونی از 5/12 تا  7/24  سانتی­مول بار بر کیلوگرم، میزان کربنات کلسیم معادل از 120 تا 235 گرم بر کیلوگرم و  میزان مواد آلی از 1/17 تا 5/37 سانتی­مول بار برکیلوگرم متغیر است. برای بررسی نرمال بودن توزیع داده­های میزان جذب عناصر، از آزمون کولموگروف- اسمیرنوف استفاده شد. نتایج این آزمون نشان داد همه داده­ها در سطح پنج درصد دارای توزیع نرمال می­باشند.

در جدول(2)، مقایسه میانگین داده­های آزمایش درصد جذب فلزات با استفاده از پنج نوع اصلاح­گر و 10 نمونه خاک مورد آزمایش ارائه شده است. همان­گونه که داده­های این جدول نشان می­دهد، بیشترین میزان جذب عناصر کادمیوم، نیکل و روی با تفاوت معنی­دار (در سطح پنج درصد) نسبت به سایر اصلاح گرها با استفاده از کلسیت انجام شده است. در مورد سرب و مس، بیشترین جاذب، هماتیت بوده است. داده­های جدول (2) به صورت نمودار در شکل (2) که درصد جذب کادمیوم، نیکل، سرب، روی و مس توسط خاک ها و اصلاح­گرها را نشان می دهد، ارائه شده است.

 

جدول1 - برخی ویژگی­های فیزیکی و شیمیایی خاک­های مورد آزمایش

Table 1. Some physico-chemical properties of studied soils

کربنات کلسیم معادل

(گرم بر کیلوگرم)

ماده آلی

(درصد)

ظرفیت تبادل کاتیونی

(سانتی­مول  بار بر کیلوگرم)

رسانندگی الکتریکی

(دسی زیمنس بر متر)

واکنش خاک

شماره

 خاک

200

5/37

2/20

3/0

1/9

1

150

3/27

4/14

4/0

7/8

2

170

6/13

7/19

2/0

4/9

3

160

8/30

2/22

4/0

4/9

4

120

1/17

7/21

2/0

4/9

5

140

9/23

5/12

2/0

9/8

6

185

3/27

7/24

2/0

2/9

7

178

8/18

2/22

2/0

3/9

8

210

2/17

0/21

5/0

4/9

9

235

5/20

1/23

2/0

5/9

10


 

جدول 2-مقایسه میانگین داده­های آزمایش درصد جذب فلزات بوسیله پنج نوع ­اصلاح­گر و 10  نمونه خاک

Table 2. Comparison of mean data of metals adsorption percentage by five amendments and 10 soil samples

 

اصلاح­گر و نمونه­ خاک

مقایسه میانگین ها

کادمیوم

سرب

نیکل

مس

روی

کلسیت

0/1± a*0/91

6/2± a 0/84

0/0± a0/78

6/0± bc 5/82

1/2± ab7/94

زئولیت

5/2± b7/86

1/2± c 0/70

1/1± c7/67

1/1± bc 0/85

1/2± ab7/91

بنتونیت

0/3± ef0/73

0/3± b 0/74

0/1± b0/75

2/1± d 0/74

6/0± ab3/93

ایلیت

6/2± fg0/71

0/4± e 3/55

5/1± gh7/56

3/0± e 0/70

2/3± cd7/86

هماتیت

1/2± a7/92

5/2± d 3/64

1/1± b3/75

2/0± a 5/90

6/0± b7/91

1

6/0± b7/87

6/2± i 0/44

0/1± h0/5

5/1± bc 0/85

9/2± d3/86

2

0/3± b3/85

0/1± h 0/48

1/2± gh3/57

2/0± d 3/81

5/3± g0/76

3

5/1± c7/79

6/0± j 3/38

0/1± gh0/57

1/2± bc 0/85

1/2± h1/71

4

6/0± h3/67

6/0± fgh 3/51

0/2± h0/55

3/1± e 0/77

5/1± h3/70

5

5/1± gh6/68

5/1± fgh 3/51

0/1± d3/63

4/0± e 6/76

5/1± h1/70

6

1/1± gh7/71

5/1± gh 7/47

1/2± ed3/59

5/0± e 0/73

5/1± fg3/78

7

5/1± de3/75

0/1± ef 0/54

6/0± de0/61

2/1± fg 5/79

0/1± h0/69

8

5/1± de3/75

0/1± ef 0/54

6/0± de3/61

1/2± d 1/83

0/1± bc0/90

9

6/0± fg3/71

0/1± efg 0/52

6/0± gf3/58

3/0± ef 4/65

0/2± ef0/81

10

0/1± fg0/71

0/1± e 7/55

1/2± fgh3/57

1/2± ef 0/66

6/2± e0/82

 

 

 


در جذب پنج عنصر، هم به ویژگی­های سطح جذب کننده و هم به خصوصیات یون در فاز محلول بستگی دارد. از ویژگی­های سطح جذب کننده می­توان نوع مکان های تبادلی (پر انرژی در مقایسه با کم انرژی)، تراکم بار الکتریکی در واحد سطح، مکان فضائی بار الکتریکی، امکان تشکیل کمپلکس­های سطحی محیط داخلی از طریق ایجاد پیوندهای کووالانس با سطح و از خصوصیات یون در فاز محلول می­توان درصد عنصر به صورت کمپلکس محلول و نوع این کمپلکس­ها و شعاع یونی عنصر را نام برد (14).

یافته­های ریبیکا  و همکاران (15) نیز نشان داد عناصر کادمیوم، نیکل، سرب، مس و روی بر روی سطوح مونتموریلونیت جذب بالاتری نسبت به دو کانی ایلیت و بایدلیت داشته­اند که با یافته­های این پژوهش همخوانی دارد. همچنین، زیون و همکاران (16) برای جذب این پنج عنصر بر روی سطوح دارای بار دائمی مونتموریلونیت، ترتیبPb>Cu>Ni=Zn=Cd  را بدست  آوردند. در حالی که برای سطوح حاوی بار موقت این کانی، ترتیب Pb>>Cu>Zn>Cd>Ni را ارائه نمودند.

در مورد هماتیت، افزایش جذب سرب نسبت به کادمیوم و نیکل، به تمایل بیشتر سرب برای جذب بر روی سطوح اکسیدهای فلزات نسبت به کادمیوم و نیکل ربط داده شده است. تمایل زیاد سرب به جذب بر روی سطوح اکسیدهای فلزات ناشی از ثابت هیدرولیز بالای آن و در نتیجه تمایل زیاد این عنصر به هیدرولیز می­باشد (17). افزایش جذب نیکل نسبت به کادمیوم با استفاده از بنتونیت توسط  پالس و هنریچ (18) گزارش شده است. افزایش جذب سرب نسبت به کادمیوم بر روی سطوح ایلیت در یافته­های پژوهش  زاپارو و میلر­(19) آمده است.

 جذب عناصر سنگین به­وسیله خاک­ها و مواد اصلاح­گر

یافته­های جدول (1) نشان می­دهد کلسیت، زئولیت، بنتونیت و هماتیت دارای ظرفیت جذب بالاتر معنی­دار در سطح پنج درصد برای عناصر کادمیوم، نیکل و روی نسبت به تمام خاک­های مورد آزمایش می­باشند. در بین این چهار اصلاح­گر، کلسیت بالاترین ظرفیت جذب را دارد. ولی ظرفیت جذب ایلیت تفاوت چندان زیادی با خاک­ها ندارد. بنابراین، می­توان مطرح نمود که افزودن چهار ماده اصلاحی یاد شده به تمام 10 نوع خاک مورد آزمایش، افزایش ظرفیت جذب کادمیوم، نیکل و روی این خاک­ها را باعث می­شود و بیشترین افزایش مربوط به کلسیت است که با یافته­های فری­من و همکاران (20) مطابقت دارد.

آهک اضافه شده به خاک­های آلوده با کادمیوم، منجر به کاهش 75 درصدی این عنصر در ریشه­های جو و 50 درصد کاهش در ریشه­های توتون شد (21). علاوه بر آن، میزان سرب نیز در گیاهان یاد شده کاهش معنی­داری پیدا نمود. در پژوهش دیگری، محققین یادشده، نقش آهک را در کاهش جذب سرب موجود در گیاهان جو و توتون بدست آوردند. اضافه کردن ایلیت تاثیری در افزایش جذب این خاک­ها نداشت.

در مورد سرب، یافته­های پژوهش حاضر نشان داد بالاترین میزان جذب به­وسیله اصلاح­گرهای کلسیت و هماتیت (بدون تفاوت معنی­دار با همدیگر) انجام شده است. کلسیت، هماتیت و زئولیت بالاترین میزان جذب مس را داشته، در حالی که بیشترین میزان جذب این عنصر با اختلاف معنی­دار با دو ماده اصلاحی دیگر، به وسیله هماتیت  انجام شده است. کربنات­ها و اکسیدهای آهن اصلاح­گرهای اساسی برای تثبیت مس در خاک­ها طبق پژوهش کامپیت و همکاران (22) شمرده شدند و ساز و کارهای نگهداشت این عنصر را رسوب کربنات­ها و هیدروکسید­های مس، تبادل­یونی و تشکیل کمپلکس بر روی سطوح هیدروکسیدهای آهن، دانستند. در یک پژوهش گلخانه­ای برای پاک­سازی خاک­های آلوده به مس و کادمیوم (23) مشخص شد ترکیبی از اکسید آهن و کمپوست در کاهش جذب مس به­وسیله جو موثر بوده است. همین ترکیب و نیز مخلوط زئولیت و اکسیدآهن برای کاهش جذب کادمیوم در این گونه خاک­ها، نقش بسزایی داشته است.

اخوت و همکاران (24) نقش معنی­دار بنتونیت طبیعی را در جذب سرب و کادمیوم موجود در خاک های آلوده، نشان دادند. در مورد نقش زئولیت در توانایی تثبیت کنندگی بالای عناصر، یافته­های کورول و همکاران (25) نقش زئولیت را در کاهش آبشویی کادمیوم، مس، نیکل و روی نشان داد که با یافته­های  پژوهش حاضر همخوانی دارد. در پژوهش حمیدپور و همکاران (26)، در خصوص تحرک و فراهمی عناصر سرب و کادمیوم در گیاه ذرت نشان داده شد غلظت این دو عنصر در ریشه­ها و ساقه­های ذرت موقعی که در بستر زئولیتی رشد یافته­اند، کمتر از موقعی است که در بستر بنتونیتی بودند. در نتیجه توانایی جذب سرب و کادمیوم به وسیله زئولیت بیشتر از بنتونیت بود. یافته­های پژوهش محمود آبادی و همکاران (27) در ارزیابی گلخانه­ای کاهش سمیت سرب با کاربرد زئولیت بر روی گیاه سویا نشان داد کاربرد سرب تنها در خاک، باعث افزایش معنی­دار غلظت این عنصر در گیاه و کاهش وزن خشک ریشه و شاخساره و کاربرد توام سرب و زئولیت، کاهش معنی­دار غلظت سرب و افزایش وزن خشک ریشه و شاخساره شد. همچنین، گارسیاسانچز و همکاران (6) نیز تاثیر زئولیت در خروج آلاینده­های کاتیونی از خاک­های آلوده را نشان دادند. یافته­های پژوهشی جوورک (8) نقش زئولیت مصنوعی در کاهش میزان کادمیوم در 85 درصد از برگ­های کاهو و 45 درصد ریشه­های این گیاه را به اثبات رساند.

در مجموع، می­توان مطرح نمود در بین پنج اصلاح­گر مورد استفاده در این پژوهش، کلسیت و هماتیت مشترک بین این پنج اصلاح­گر هستند که در صورت اضافه شدن به  10 نوع خاک مورد آزمایش در این پژوهش (در حدود 10000 کیلوگرم در هکتار)، می­توانند باعث افزایش ظرفیت جذب در سطح پنج درصد اختلاف معنی­دار پنج فلز کادمیوم، نیکل، سرب، مس و روی در این خاک­ها شوند. بدین وسیله کاهش جذب و انباشت عناصر یاد شده در گیاهان زیر کشت مناطق کشاورزی اطراف شهرستان تبریز را موجب شده و از مخاطرات ناشی از انباشت این فلزات می­کاهند.

 

Reference

  1. Prasad, M.N.V. 2008. Trace elements as contaminated and nutrients, Wiley & Sons, Inc.
  2. Sherameti, I. 2006. Soil heavy metals, Springer Verlag.
  3. Iskandar, I.J. 1989. Environmental restoration of metal contaminated soils, CRC Press.
  4. Garau, L. 2002. In situ fixation of metals in soils using bauxite residue: chemical assessment. Env. Poll., 118:435-443.
  5. Tse-Ming, L. 2004. Effect of chemical amendments on the concentration of Cd and Pb in long-term contaminated soils. Chemosphere, 57: 1459-1471.
  6. Garcia-Sanchez, A., A. Alastuey and X. Querol. 1999. Heavy metal adsorption by different minerals: application to the remediation of polluted soils. Sci. Total Env., 242:179-188.
  7. Chlopeka, B. and N.  Adriano. 1997. Effects of amendments on heavy metal contents in maize. Soil Sci., 140:230-237.
  8. Gworek, B. 1992.  Lead inactivation in soils by zeolite. Plant Soil, 143:71-79.
  9. Jalili, A., M. Jalali. 2009. Effects of organic and Chemical amendments on reduction of heavy metals transport in a polluted soil. 11h Soil Sci. Con., 23-26 (In Persian).
  10. Taghipour, H. 2009. Invesigation of soil pollution of around of Tabriz city. Final report of Health and Nutrition Faculty, Medical Sci. of Tabriz university (In Persian).
  11. Page, A.L., R. H. Miller, D.R. Keeny, D.E. Baker and J.D. Roads.1965. Methods of soil analysis, Part 1. 2ed, Agronomy Monog. 9, ASA, Madison, WI.
  12. Klute, A., D.R. Nielson and R.D. Jackson. 1965. Methods of soil analysis, Part 2. 2ed, Agronomy Monog. 9, SA, Madison, WI.
  13. Zachara J.M., C.E. Cowan and C.T. Resch.1991. Sorption of divalent metals on calcite. Geochemica et Cosmochimica Acta, 55:1549-1562.
  14. Sposito, G. 1989. The Chemistry of soils, Oxford University Press.
  15. Rybicka, E,W. Calmano and A. Breeger. 1995. Heavy metals sorption/desorption on competing clay minerals. Applied Clay Science, 9:369-381.
  16.  Xueyuan G. J. Evans, and S. J. Barabash, 2010. Modeling the adsorption of Cd, Cu, Ni, Pb, and Zn onto montmorilonite. Geochemica et Cosmochimica Acta, 74:5718-5728.
  17. Puls, R.W. and L.B. Hinrich. 1998. Sorption of Cd, Ni, and Zn by kaolinite and montmorilonite suspensions. SSSA, 25:1289-1292.
  18. Zaparro, M. and K. Miller. 2001. Lead, cadmium and calcium selectivity coefficients on montmorillonte, kaolinite and illite. J. Env. Qual., 3:250-252.
  19. Freedman, Y.E., M. Magaritz and G.L. Long,. 1994. Interaction of metals with mineral surfaces in natural groundwater environment. Chemical Geology, 116:111-121.
  20. Mench, M.J., V.L. Didier, M. Löffer, A. Gomez and P. Masson. 1994. A mimicked in situ remediation study of metal contaminated soils with emphasis on cadmium and lead. J. Environ. Qual., 23:58-63.
  21. Kumpiene, J., A. Lagerkvist and C. Maurice. 2008. Stabilization of As, Cr, Cu, Pb and Zn in soil using amendments- A review. Waste Mana., 12:215-225.
  22. Gadepalle, V.P. 2009. Remediation of Cu and Cd in contaminated soils using compost with inorganic amendments. Water, Air, Soil Poll., 196:355-368. 
  23. Okhovvat, A., J. Mohammady. 2009. Investigation of bentonite effect in Pb and Cd adsorption. 11h Soil Sci. Con., 40-43 (In Persian).
  24. Querol, X., A. Alastuey and N. Moreno. 2006.  Immobilization of heavy metals in polluted soils by addition of zeolite material. Chemosphere, 62:171-180.
  25. Mahmodabady, M. R., B. Atarody, Gh. Hadarabady, M. H. Sabery. 2009. 11h Soil Sci. Con., 77-80 (In Persian).               

17.   Chubin, R.G. 1981. Adsorption of Pb onto soil constituents.  J. Env. Qual., 10:225-228.

26.   Hamidpour, M., M. Afyuni, M. Kalbasi, A.H. khoshgoftarmanes and V.J. Inglezakis.  2010. Mobility and plant availability of Cd and Pb adsorbed on zeolite and bentonite.  Applied Clay Science, 48:342-348 (In Persian).

 

 

 

 

 

 

 



1- استادیار بخش تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان آذربایجان شرقی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تبریز، ایران*(مسوول مکاتبات).

2- دانشیار گروه مهندسی پژوهشی حفاظت آب و خاک، پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران

1-Assistant Professor, Soil Conservation and Watershed Management Research Department, East Azerbaijan Agricultural and Natural Resources Research Center, AREEO, Tabriz, Iran*(Corresponding Author).

2-Associate Professor, Soil and Water Engineering Research Department, Soil Conservation and Watershed Management Institute, Agricultural and Natural Resources Research Center, AREEO, Tehran, Iran

Reference

  1. Prasad, M.N.V. 2008. Trace elements as contaminated and nutrients, Wiley & Sons, Inc.
  2. Sherameti, I. 2006. Soil heavy metals, Springer Verlag.
  3. Iskandar, I.J. 1989. Environmental restoration of metal contaminated soils, CRC Press.
  4. Garau, L. 2002. In situ fixation of metals in soils using bauxite residue: chemical assessment. Env. Poll., 118:435-443.
  5. Tse-Ming, L. 2004. Effect of chemical amendments on the concentration of Cd and Pb in long-term contaminated soils. Chemosphere, 57: 1459-1471.
  6. Garcia-Sanchez, A., A. Alastuey and X. Querol. 1999. Heavy metal adsorption by different minerals: application to the remediation of polluted soils. Sci. Total Env., 242:179-188.
  7. Chlopeka, B. and N.  Adriano. 1997. Effects of amendments on heavy metal contents in maize. Soil Sci., 140:230-237.
  8. Gworek, B. 1992.  Lead inactivation in soils by zeolite. Plant Soil, 143:71-79.
  9. Jalili, A., M. Jalali. 2009. Effects of organic and Chemical amendments on reduction of heavy metals transport in a polluted soil. 11h Soil Sci. Con., 23-26 (In Persian).
  10. Taghipour, H. 2009. Invesigation of soil pollution of around of Tabriz city. Final report of Health and Nutrition Faculty, Medical Sci. of Tabriz university (In Persian).
  11. Page, A.L., R. H. Miller, D.R. Keeny, D.E. Baker and J.D. Roads.1965. Methods of soil analysis, Part 1. 2ed, Agronomy Monog. 9, ASA, Madison, WI.
  12. Klute, A., D.R. Nielson and R.D. Jackson. 1965. Methods of soil analysis, Part 2. 2ed, Agronomy Monog. 9, SA, Madison, WI.
  13. Zachara J.M., C.E. Cowan and C.T. Resch.1991. Sorption of divalent metals on calcite. Geochemica et Cosmochimica Acta, 55:1549-1562.
  14. Sposito, G. 1989. The Chemistry of soils, Oxford University Press.
  15. Rybicka, E,W. Calmano and A. Breeger. 1995. Heavy metals sorption/desorption on competing clay minerals. Applied Clay Science, 9:369-381.
  16.  Xueyuan G. J. Evans, and S. J. Barabash, 2010. Modeling the adsorption of Cd, Cu, Ni, Pb, and Zn onto montmorilonite. Geochemica et Cosmochimica Acta, 74:5718-5728.
  17. Puls, R.W. and L.B. Hinrich. 1998. Sorption of Cd, Ni, and Zn by kaolinite and montmorilonite suspensions. SSSA, 25:1289-1292.
  18. Zaparro, M. and K. Miller. 2001. Lead, cadmium and calcium selectivity coefficients on montmorillonte, kaolinite and illite. J. Env. Qual., 3:250-252.
  19. Freedman, Y.E., M. Magaritz and G.L. Long,. 1994. Interaction of metals with mineral surfaces in natural groundwater environment. Chemical Geology, 116:111-121.
  20. Mench, M.J., V.L. Didier, M. Löffer, A. Gomez and P. Masson. 1994. A mimicked in situ remediation study of metal contaminated soils with emphasis on cadmium and lead. J. Environ. Qual., 23:58-63.
  21. Kumpiene, J., A. Lagerkvist and C. Maurice. 2008. Stabilization of As, Cr, Cu, Pb and Zn in soil using amendments- A review. Waste Mana., 12:215-225.
  22. Gadepalle, V.P. 2009. Remediation of Cu and Cd in contaminated soils using compost with inorganic amendments. Water, Air, Soil Poll., 196:355-368. 
  23. Okhovvat, A., J. Mohammady. 2009. Investigation of bentonite effect in Pb and Cd adsorption. 11h Soil Sci. Con., 40-43 (In Persian).
  24. Querol, X., A. Alastuey and N. Moreno. 2006.  Immobilization of heavy metals in polluted soils by addition of zeolite material. Chemosphere, 62:171-180.
  25. Mahmodabady, M. R., B. Atarody, Gh. Hadarabady, M. H. Sabery. 2009. 11h Soil Sci. Con., 77-80 (In Persian).               

17.   Chubin, R.G. 1981. Adsorption of Pb onto soil constituents.  J. Env. Qual., 10:225-228.

26.   Hamidpour, M., M. Afyuni, M. Kalbasi, A.H. khoshgoftarmanes and V.J. Inglezakis.  2010. Mobility and plant availability of Cd and Pb adsorbed on zeolite and bentonite.  Applied Clay Science, 48:342-348 (In Persian).