مدلي نوين براي گياه‌پالايي توامان نيكل و كادميم از خاك هاي آلوده بر مبناي توابع ضرب پذير عملكرد

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

آلودگي خاك به فلزات سنگين از مهم‌ترين چالش هاي زيست محيطي عصر كنوني در سرتاسر جهان است. از ميان فلزات سنگين، نيكل و كادميم به دليل پيامدهاي وخيم براي سلامت انسان، حيوانات و گياهان اهميتي ويژه در آلودگي زيست بوم دارند. هدف از اين پژوهش، مدل سازي مقدار گياه‌پالايي آلاينده هاي توامان نيكل و كادميم از خاك هاي آلوده به اين آلاينده ها بود. از اين رو، تلاش شد با تركيب توابع ضرب پذير كاهش عملكرد و غلظت نسبي آلاينده هاي نيكل و كادميم در گياه، مدلي نوين براي برآورد مقدار گياه‌پالايي توامان اين دو آلاينده‌ از خاك ارايه شود. به منظور ارزيابي دقت مدل پيشنهادي، خاكي لوم رسي با هر دو آلاينده نيكل و كادميم در سطوح مختلف آلوده و بذر كلم زينتي در آنها كشت گرديد. با گذشت شش ماه از زمان جوانه زني، گياهان در سه تكرار برداشت شدند. نيكل و كادميم نمونه هاي خاك و گياه به ترتيب با روش هاي اكسيداسيون تر و اكسيداسيون با اسيد نيتريك M 4 عصاره گيري، و با دستگاه هاي جذب اتمي و پرتو سنجي نشري پلاسمايي جفت القايي اندازه گيري شدند. نتايج نشان داد در مقايسه با شرايطي كه فلزهاي نيكل و كادميم به تنهايي در خاك وجود دارند كاهش عملكرد نسبي كلم زينتي در حضور توامان اين آلاينده ها بيشتر است. با افزايش غلظت نيكل در هر سطح ثابت كادميم در خاك، جذب نيكل توسط كلم زينتي افزايش يافت. اين در حالي بود كه با افزايش غلظت كادميم در غلظت هاي زياد نيكل كل خاك، جذب نيكل توسط گياه كاهش يافت. افزون بر اين، با افزايش غلظت نيكل در هر سطح ثابت كادميم در خاك، جذب كادميم توسط گياه اندكي افزايش يافت. نتايج نشان داد مدل پيشنهادي كه از تركيب تابع ضرب پذير بدون آستانه عملكرد نسبي و غلظت نسبي آلاينده ها در گياه اشتقاق يافته بود، در برآورد مقدار پالايش آلاينده ي نيكل از خاك كارآيي بالايي دارد. با اين حال اين مدل تنها توانست برآوردهايي كلي از مقدار گياه‌پالايي كاد‌ميم توسط كلم زينتي ارايه دهد. نتايج همچنين نشان داد كه به رغم تحمل زياد كلم زينتي به آلودگي هاي بالاي نيكل و كادميم در خاك و توليد زيست‌توده انبوه، از اين گياه تنها مي توان براي پالايش آلودگي هاي كم تا نسبتاً متوسط توامان اين آلاينده ها استفاده كرد.

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