مدل‌سازي رياضي پالايش سبز نيكل از خاك‌هاي آلوده با استفاده از توابع كاهش تعرق

Mathematical Modeling of Phytoremediation of Nickel from Contaminated Soil by Functions of Transpiration Reduction

مدل هاي پالايش سبز براي شناخت بيشتر فرآيندهاي حاكم بر اين پديده و مديريت خاك هاي آلوده از اهميت بالايي برخوردارند. بررسي ها نشان داده است كه تاكنون تلاش هاي اندكي براي ارزيابي پتانسيل پالايش سبز فلزات براساس مدل هاي رياضي انجام گرفته است. هدف از اين پژوهش، مدل سازي پالايش سبز خاك آلوده به نيكل بود. بدين منظور، با استفاده از توابع كاهش تعرق نسبي و غلظت نيكل در خاك مدلي براي تعيين نرخ پالايش سبز نيكل از خاك ارائه شد. براي ارزيابي مدل، خاك با سطوح مختلفي از آلاينده نيكل آلوده شد. جهت آلوده كردن خاك از نمك نيترات نيكل استفاده شد. سپس با پر كردن گلدان ها با خاك هاي آلوده بذر ريحان (Ocimum tenuiflorum L.) در آنها كشت گرديد. براي دوري از تنش رطوبتي، گلدان ها با فواصل زماني كوتاه (48 ساعت) توزين و تا رسيدن به رطوبتي نزديك به ظرفيت زراعي آبياري شدند. گياهان در چهار نوبت برداشت شدند. در هر مرحله از برداشت، مقادير تعر ق نسبي و غلظت نيكل در نمونه هاي خاك و گياه اندازه گيري شد. در پايان كارآيي مدل ها با آماره هاي رياضي آزموده شد. براي ارزيابي مدل ها، محاسبه آماره هاي خطاي ماكزيمم، ريشه ميانگين مربعات خطا، ضريب تبيين، كارايي مدل و ضريب جرم باقي مانده براي هر كدام از مدل ها انجام شد. ترسيم روند تغييرات تعرق نسبي ريحان در بازه هاي مختلف زماني فصل رشد در سطوح مختلف آلودگي نيكل در خاك نشان داد كه در حضور آلاينده هاي فلزي در خاك تعرق گياه كاهش يافته است. اما به دليل پايين بودن غلظت هاي اعمال شده تغييرات چشمگير نبوده است. نتايج حاصل از مقايسه آماره ها نشان داد براي برآورد تعرق نسبي ريحان در آلودگي نيكل خاك براي تمام بازه هاي زماني در فصل رشد، كارآيي مدل خطي (940/0 =2R) تنها اندكي بهتر از مدل غيرخطي (84/0 =2R) است. هم چنين، مدل حاصل از تركيب تابع خطي و غلظت نيكل در خاك، برازش نسبتاً خوبي (7/0=R) با مقادير اندازه گيري شده نرخ پالايش سبز نيكل از خاك دارد.

Phytoremediation models are important to understand the processes governing phytoremediation and the management of contaminated soils. Little effort has been made for evaluating the potential of the phytoremediation of metals based on the mathematical models. Therefore, the purpose of this study was modeling the phytoremediation of the nickelcontaminated soils. For this purpose, a model was recommended for estimating the rate of the phytoremediation of nickel from the soil by means of relative transpiration reduction and concentration of nickel in the plant functions. To evaluate the model, soil was contaminated with different levels of nickel by nickel nitrate. Then, the pots were filled with contaminated soil and Basil (ocimum tenuiflirum L.) seeds were planted. To avoid the dry tension, the pots were weighed and irrigated to the point of field capacity (FC) at short time intervals (48 hours). The plants were harvested in four times. At each harvesting stage, the relative transpiration values and nickel concentration in the soil and plant sles were measured. The performance of the model was evaluated by statistical methods such as Maximum Error, Root Mean Square Error, Coefficient of Determination, Efficiency of Model and Coefficient of Residual Mass. Results demonstrated that in the case of nickel contamination in soil, changes in the relative transpiration of Basil can be measured by the two proposed models and the linear model (R2=0.94) has a better performance compared to the nonlinear one (R2=0.84). Also the model obtained from the combination of linear function and nickelʹs concentration in soil has a relatively good (R=0.7) fit with the measured values of the remediation rate of nickel in soil.