مدل‌سازي گياه پالايي خاك‌هاي آلوده به آلاينده‌هاي نيكل و كادميم با استفاده از توابع ماكروسكپيك كاهش تعرق

Modeling Phytoremediation of Ni and Cd from Contaminated Soils Using Macroscopic Transpiration Reduction Functions

گياه پالايي از روش هاي آلودگي زدايي نوين، درجا و مستقيم است كه طي آن از گياهان براي آلودگي زدايي خاك ها استفاده ميشود. اين روش در مقايسه با ديگر روش هاي پالايش، روشي پايدار، طبيعي، كم هزينه و قابل كاربرد در سطوح وسيع است. مدل سازي گياه پالايي مي تواند اطلاعاتي كمي از اين فناوري و فرايندهاي حاكم بر آن را در اختيار مديران قرار دهد. بنابراين هدف از اين پژوهش، مدل سازي گياه پالايي خاك هاي آلوده به آلاينده هاي نيكل و كادميم بود. بدين منظور، با استفاده از توابع كاهش تعرق نسبي و غلظت نسبي نيكل و كادميم در گياه به عنوان تابعي از غلظت اين آلاينده ها در خاك، مدلي براي تعيين نرخ گياه پالايي اين آلاينده ها از خاك ارائه شد. به منظور آزمون مدل هاي پيشنهادي، خاك با سطوح مختلفي از آلاينده هاي نيكل و كادميم آلوده شد. سپس با پر كردن گلدان ها با خاك هاي آلوده، بذر شاهي (Lepidum sativum) و كلم زينتي (Brassica oleracea var. Viridis) در آنها كشت شد. گياهان به ترتيب در سه و چهار بازه زماني برداشت شدند. در هر مرحله از ابتدا تا انتهاي دوره رشد، گياهان تا رسيدن به رطوبت ظرفيت زراعي با آب غير آلوده آبياري شدند. در هر مرحله از برداشت، مقادير تعرق نسبي و غلظت نيكل و كادميم در نمونه هاي خاك و گياه اندازه گيري شد. سپس، كارايي مدل هاي پيشنهادي با استفاده از داده هاي آزمايشگاهي آزمون شد. نتايج حاصل از مقايسه آماره هاي كارايي مدل، ريشه ميانگين مربعات خطا، خطاي بيشينه، ضريب تبيين و ضريب جرم باقي‌مانده نشان داد مدل غير خطي و بدون آستانه كاهش در برآورد تعرق نسبي كلم زينتي و شاهي در سطوح مختلف آلودگي نيكل و كادميم در خاك كارايي بالايي دارد. هم‌چنين، مدل حاصل از تركيب تابع غير خطي بدون آستانه و غلظت نسبي نيكل و كادميم گياه، نتايجي كارآمد در برآورد نرخ گياه پالايي نيكل و كادميم توسط شاهي (83/0<2R) و نيكل توسط كلم زينتي (78/0=2R) ارائه كرد.

Phytoremediation is a new, in-situ and emerging remediation technology for contaminated soils. This technology, compared to other methods, is a sustainable, natural, relatively cheap and applicable to large scale area. Modeling phytoremediation provides quantitative insight for the governing process as well as for managers to assess the remediated sites. The objective of this study was to introduce a macroscopic phytoremediation model for Ni and Cd- polluted soils. The proposed model assumes that relative transpiration reduction function can resemble total soilNi and Cd concentrations. Combining the related functions of soil and plant responses to soil Ni and Cd concentrations, the phytoremediation rate of Ni and Cd was predicted. In order to test the proposed model, large quantities of soil were thoroughly polluted with Ni and Cd. Upland Cress (Lepidum sativum) and Ornamental Kale (Brassica olerace var. Viridis) seeds were then germinated in the contaminated soils. The experimental pots were irrigated with fresh water to reach field capacity. Upland Cress and Ornamental Kale were harvested three and four times, respectively. At each harvest, relative transpiration, Ni and Cd contents of soil samples and plants were measured. Comparison of the maximum error, root mean square error, coefficient of determination, modeling efficiency and coefficient of residual mass indicated that the non-threshold non-linear model provide high efficiency to predict relative transpiration for Upland Cress and Ornamental Kale, respectively. The results also indicated that the proposed macroscopic model can well predict the phytoemediation rate of the Ni and Cd by Upland Cress (R2>0.83) and Ni by Ornamental Kale (R2=0.78).