بررسی جذب و تجمع کادمیم در اندامهای مختلف محصولات غده‌ای در خاکهای آلوده

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیئت علمی موسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی و دکترای مهندسی محیط زیست، دانشگاه تهران

2 استادیار، دانشکده محیط زیست، دانشگاه آزاد، واحد اهر

3 دانشیار، دانشکده محیط زیست، دانشگاه تهران

4 استادیار، موسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، تهران

5 دانشیار آب و محیط زیست، دانشکده فنی دانشگاه تربیت معلم تهران

چکیده

آلودگی محیط‌زیست با فلزات سنگین و انتقال آن به محصولات زراعی به‌عنوان یک مشکل جهانی در حال گسترش، مطرح می‌باشد. مطالعات زیادی در زمینه استفاده از آبهای آلوده و پسابهای حاوی فلزات سنگین در کشاورزی انجام شده است، ولی اطلاعات در زمینه جذب فلزات سنگین از محیط ریشه و تجمع آن در بخشهای مختلف گونه‌های زراعی، به‌ویژه محصولات غده‌ای بسیار محدود است. این تحقیق با هدف بررسی تأثیر غلظت کادمیم در خاک محیط ریشه بر مقدار جذب و تجمع آن در اندام مختلف چهار محصول غده‌ای رایج در کشور به‌صورت یک طرح آزمایشی فاکتوریل در قالب بلوک‌های کاملاً تصادفی در چهار تیمار و سه تکرار به اجرا در آمد. تیمارها شامل غلظتهای صفر، 50 و100 میلی‌گرم کادمیم در خاک و 50 میلی‌گرم کادمیم در خاک همراه با 0/5 مولار اتیلن دی‌آمین تترا استیک اسید (EDTA) در آب آبیاری می‌باشد. خاک مورد استفاده بعد از دوبار الک کردن با مش2 میلی‌متر و افزودن نیترات کادمیم ((Cd(NO3)2 و مخلوط نمودن کامل، تهیه و برای کاشت از گلدان‌های پلاستیکی استوانه‌ای به‌قطر 30 و ارتفاع 60 سانتی‌متر استفاده شد. در پایان فصل زراعی از بخشهای مختلف گونه‌های مورد مطالعه برای سنجش مقدار تجمع کادمیم، نمونه‌برداری و آزمایش به‌‌عمل آمد و نتایج حاصل با استفاده از نرم افزار SPSS مورد تجزیه و تحلیل آماری قرار گرفت. براساس نتایج حاصل، میزان تجمع کادمیم با افزایش غلظت آن در محیط ریشه نسبت مستقیم داشته و افزایش 0/5 مولار EDTA به آب آبیاری، به‌طور متوسط باعث افزایشی معادل 32 درصد در جذب کادمیم برگها، 6/53 درصد در ریشه، 62 درصد در غده و 65/2 درصد در پوست می‌گردد. همچنین نتایج نشان می‌دهد که به جز تیمار شاهد در سایر تیمارها میزان تجمع کادمیم در بخشهای مختلف گونه‌های مورد مطالعه بیش از حد مجاز برای مصارف انسانی است. ترتیب تجمع کادمیم در بخشهای مختلف گونه‌های مورد بررسی به شرح زیر است: ریشه: چغندر قند، تربچه، سیب زمینی و هویج؛ برگ: چغندرقند، هویج، تربچه و سیب‌زمینی؛ غده: تربچه، چغندرقند، هویج و سیب زمینی؛ پوست: هویج، تربچه، سیب زمینی و چغندرقند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of Cd Adsorption and Accumulation from Contaminated Soil in Different Parts of Root Crops

نویسندگان [English]

  • Bahman Yargholi 1
  • Ali Akbar Azimi 2
  • Akbar Baghvand 3
  • Fariborz Abasi 4
  • Abdolmajid Lyaghat 4
  • Gholamreza Asadollah Fardi 5
1 Faculty Member of Agricultural Engineering and Technology Research Institute and Ph.D of Environmental Engineering, University of Tehran
2 Assist. Prof., Dept. of Environmental Engineering, Ahar Branch of Azad University
3 Assist. Prof., Dept of Environmental Engineering, University of Tehran
4 Assist. Prof. of Agricultural Engineering and Technology Research Institute, Tehran
5 Assoc. Prof. of Water and Environmental, Dept. of Engineering, Tehran Teacher Training University
چکیده [English]

 









آب و فاضلاب                                                                                                                                                                      شماره 4 سال 1388
 





 



Environmental pollution with heavy metals and their absorption by plants form a universal problem around the world. Numerous investigations have been conducted to put wastewaters containing heavy metals to agricultural reuse. Little is known, however, about the absorption of cadmium in the root zone and its accumulation in the different organs of crops, particularly in root crops. This study was carried out to investigate the influence of different levels of Cd concentration in the root zone on the accumulation rate in various parts of four different types of common root crops in karaj Iran. The experiment was performed in a factorial testing plan in random blocks and in four treatments with three replicates. The treatments included four levels of Cd concentration in soil (50 mg/kg, 100 mg/kg, 50 mg/kg, control without Cd addition and water with 0.5 molar of EDTA). The soil used in this study was prepared by passing through a sieve with a 2mm mesh and adding Nitrate Cadmium (Cd(NO3)2). Cylinder plastic vases 40 Cm in diameter and 60 cm high were employed to cultivate vegetables. Water demandwas estimated via the Penman-Mantith method, in which Kc was calculated by means of recorded data at Meshgin-Abad synoptic station in Karaj. At the end of the growing season, samples were taken from different organs of the plants to measure Cadmium accumulation. The SPSS software was used for the variance analysis of the collected data. The Dunkan test (at 0.01 and 0.05 levels) was then used to evaluate averages of the specifications in the factorial testing levels. The results indicate a direct relationship between Cd concentration in the root zone and Cd accumulation in plant organs. Adding 0.5 molar of EDTA to the irrigation water caused Cd accumulation in plant organs to exceed 60 percent. The results also show that Cd concentration, except for the control, was in excess of the limit for human consumption and that its accumulation levels in the different species tested were ranked as: Root: carrot>potato>radish>sugar beet; Leaf: potato>radish>carrot>sugar beet; Fruit: potato>carrot>sugar beet>radish; and Fruit peel: sugar beet>potato>radish>carrot . 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cadmium
  • Polluted soil
  • Wastewater
  • Sugar beet
  • Radish
  • Potato
  • carrot
1-Kabatta, A., and Pendias, H. (2001). Trace elements in soils and plants, 3rd Ed., CRC Press,Boca RatonFL.

2- Rossini Oliva, S. A., and Fernandez, E. (2007). “Monitoring of heavy metals in topsoil, atmospheric particles and plant leaves to identify possible contamination sources.” Microchemical Journal, 86 (3), 131-139.

3- Carr, R. (2005). “WHO guidelines for safe wastewater use: More than just numbers.” J. Irrigation and Drainage, 54 (7), 103-111.

4- Richard-Sally, L., and Buechiler, S. (2005). “Managing wastewater agriculture to improve livelihoods and environmental quality in poor countries.” J. Irrigation and Drainage, 54 (1), 11-22.

5- Nicholson, F.A., Smith, S.R., Alloway, B.J, Carlton-Smith, C., and Chambers, B.J. (2003). “An inventory of heavy metals inputs to agricultural soils in Englandand Wales.” J. Sci, Total Env, 311 (9), 205-219.

6- Hossner, L.R., Kao, C.W., and Waggoner, J. A. (1978). Sewage disposal on agricultural soils; chemical and microbiological implications, 5thEd., United States Environmental Protection Agency (EPA-600/s-78-131a),Washington,DC.

7- Benham, B., and Affiliates, S. (1979). Long-term effects of land application of domestic wastewater,Dickinson, North Dankata, slaw rate irrigation site,WashingtonDC,United States Environmental Protection Agency(EPA-600/2-79-144).

8- Tchobanoglous, G., and Burton, F. (1991). Wastewater treatment, reuse and disposal, 3rd Ed., McGraw-Hill, Metcalf and Eddy International Edition Engineering Series,New York.

9-Johan Radcliffe, V. (2004). Water recycling in Australia, 1st Ed., Elsevier Inc.,AustralianAcademy of  Technological Sciences and Engineering, Melborn.

10 - Feizi, M. (2001). “Effect of treated wastewater on accumulation of heavy metals in plant and soil.” ICLD International Workshap on Wastewater Reuse Manegment,Seoul, Korea, 137-146.

11- FAO. (2003). “Unlocking water potential in agriculture.”RomeFood and Agriculture Organization of the United Nations.<http://www.fao.org/documents/> (Aug. 11, 2007).

12-Simmons, R.W., and Pongsakul, P. (2002). “Toward the development of an effective sampling protocol to "rapidly" evaluate the distribution of Cd in contaminated, irrigated rice-based agricultural systems.” In: Kheoruenromne I, ed. Transactions of the 17th word congress of soil science, International Union of Soil Science,Bangkok,Vienna.

13- Doyle, P. J. (1998). “Survey of literature and experience on the disposal of sewage on land.); Available <http://www.ecobody.com/ reports/ sludge/dole_ report_ VpToc.htm/> (Apr. 17, 2007).

14- Morishita, T. (1991). “Environmental hazard of sewage and industrial effluents on irrigated farmlands in Japan.” In: Pescod MB, Arar A, eds. Treatment and use of sewage effluent for Irrigation,Kent, Butterworths.

15- Lee, S., Lee, J. U., Choi, H., and Kim, K.W. (2004). “Sorption behaviors of heavy metals in SAT (soil aquifer treatment ) system.” Water Science and Technology, 50(2), 263-268.

16- Channey, R., Baker, A., Malik, Y., and Brown, J. (2001). “Phytoremediation of soil metals.” J. Current Opinion in Biotech., 36, 115-121.

17- Okoronkwo, N.E., Igwe, J.C., and Onwuchekwa, E.C. (2005). “Risk and health implications of polluted soils for crop production.” African Journal of Biotech., 4(13), 1521-1524.

18- Channey, R.L. (1980). “Health risks associated with toxic metals in municipal sludge.” In: sludge-14ealth risks of land application, G. L. Damron, G .T. Edds. and  J. M. Davidson, editors, Ann Arbor, Science Publication Inc.

19- Alloway, B.J. (1990). Heavy Metal in Soils, 2nd Ed., John Wiley and Sons Inc.,New York.

20- Sauerbeck, D.R. (1991). “Uptake and availability of heavy metals.” J. Water, Air and Soil Pollution, 57(58), 227-237.

21- USEPA. (1992). Guidelines for water reuse, United States Environmental Protection Agency and United States Agency for International Development (Technical Report No. 81 ), Washington, DC.

22- USEPA. (1981). Land treatment of municipal wastewater, United States Environmental Protection Agency (EPA 625/1-81/013),Washington,DC.

23-WHO. (1989). Health guidelines for the use of wastewater in agriculture and aquaculture, World Health Organization (Technical Report Series No.776 ),Geneva.

24- یارقلی، ب. (1386). بررسی تغییرات کمی- کیفی فاضلاب فیروزآباد جهت استفاده در کشاورزی، گزارش نهایی. مؤسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، کرج.

25- ترابیان، ع.، و بغوری، ا . )1373(.بررسی آلودگیهای ناشی از کاربرد پسابهای شهری و صنعتی در اراضی کشاورزی جنوب تهران. م. محیط شناسی، 18، 33-45.

26- ترابیان، ع. و مهجوری، م. (1381). بررسی اثر آبیاری با فاضلاب روی جذب فلزات سنگین به وسیله سبزیهای برگی جنوب تهران. م. علوم، خاک و آب، 16 (2)، 39-52.

27- مستشاری، م. (1380). بررسی شدت و گسترش آلودگی خاکها به عناصر سنگین و تعیین مقدار آنها در گیاهان آبیاری شده با فاضلاب در قزوین. مجموعه مقالات هفتمین کنگره علوم خاک، شهر کرد، 152-165.

28- شریعت، م.، و فرشی، ص. (1381). مقدار عناصر سنگین محصولات در جنوب تهران. مجموعه مقالات آب وخاک، جلد 5 (4-3)، 13-25.

29- جعفرزاده حقیقی، ن. (1375). تأثیر فاضلاب شیراز در آبیاری محصولات کشاورزی بر افزایش غلظت فلزات سنگین در خاک و برخی محصولات کشاورزی. دومین کنگره ملی مسائل آب و خاک کشور، تهران، 303-310.

30- فرشی، ع. ا.، شریعتی، م. ر.، جارالهی، ر.، قائمی، م.ر.، شهابی فر، م. (1376). برآورد آب مورد نیاز گیاهان عمده زراعی و باغی کشور، جلد اول: گیاهان زراعی، چاپ اول مؤسسه تحقیقات خاک و آب، نشر آموزش کشاورزی، تهران.

31-Markert, B. (1996). Insturmental element and multi-element analysis of plant samples, 2nd Ed., John Wiley and Sons,Sussex,England.

32- Giordano, P.M., and Mays, D.A. (1977). “Yield and heavy metal content of several vegetable species grown in soil amended with sewage sludge.” In Biological Implications of Heavy Metals in the Environment, ERDA Rep. Conf. 750929, Oak, Ridge,Tennessee, 108-119.

33- Hattori, H. Asari, E, and Mitsuo, C. (2002). “Estimate of cadmium concentration in brown rice.” 17th WorldConference of Soil Science, Thailand, 23-24.

34- Fazeli, M.S. (1998). “Enrichment of  heavy metal in paddy crops irrigated by paper mill effluents near Nanjangud, Mysore District, Karnatake, India Environmental.” J. Geology, 34, (4) 42-53.

35- Tiller, K.G. (1989). “Heavy metals in soils and their environmental significance advances in soil science.”
European Journal of Soil Science, 9 (8), 113-142.

36- Gardiner, D.T., Miller, R.W., Badamchian, B., Azzari, A.S., and Sisson, D.R. (1995). “Effects of repeated sewage sludge applications on plant accumulation of heavy metals.” J. Agri. Ecosystems and Env., 55 (2),
1-6.

37- Ramos, I., Esteban, E., Lucena, J.J., and Garate, A. (2002). “Cadmium uptake and subcellular distribution in plants of lactuca sp. Ca-Mn intraction.” J. Plant Science, 162 (7), 761-767.

38- Li, Z., and Shuman, L.M. (1999). “Extractability of zinc, cadmium and nickel in soils amended with EDTA.” Soil Sci., 161 (2), 226-241.

39-Lee, J., Reeves, RD., and Brooks, R. (1998). “The relation between nickel and citric acid in some nickel accumulation plants.” Phytochemistry, 17 (12), 1033-8.

40-Robinson, B.H. (1997). “The Phytoextraction of metals from metalliferous soils.” Ph.D Thesis,MasseyUniversity,Wellington, NZ.

41-Lasat, M.M. (2003). “The use of plants for the removal of toxic metals from contaminated soil.” J. Env., Pollution, 113 (2), 121-127.