رديابي آلودگي هوا و خاک در اصفهان
نويسندگان:شاپور حاج رسوليها*، حسين اميني**،مهران هودجي***،پيام نجفي***
Biomonitoring of Air and Soil Pollution in Isfahan Region
کلمات کليدي: زيست ردياب، درخت اقاقيا، فلزات سنگين، آلودگي هوا، آلودگي خاک، منطقه صنعتي، منطقه پر ترافيک
هر گاه غلظت آلاينده ها در محيط از حد معيني که به آن غلظت آستانه (Concentratio Threshold) گفته مي شود تجاوز کند، علاوه بر سلامت انسان و حيوانات مي توانند براي گياهان نيز سمي باشند. اين سميت ابتدا با کاهش رشد گياه همراه بوده سپس عملکرد گياه کاهش يافته و در شرايط شديدتر ممکن است مرگ گياه را سبب گردن (Kabata-Pendias and Pendias, 1992). با توجه به خطري که آلاينده ها به حيات موجودات زنده وارد مي سازند، اطلاع کافي از نوع و ميزان هر يک از آنها در محيط حائز اهميت شاياني است. يکي از جديدترين راه هاي مطمئن جهت دسترسي به تعيين مقدار و نوع بسياري از آلاينده هاي محيطي استفاده از زيست رديابي طبيعي است. گرچه در گذشته از زيست رديابها بيشتر به منظور تخمين آلودگي هوا استفاده شده است، اما امروزه با شدت کمتري از آنها براي تخمين و اندازه گيري آلودگي آب و خاک نيز استفاده مي گردد (Soylak and Dogan, 2000; Mulgrew and Williams, 2004 ). نظر به اين که بسياري از گياهان قادرند تعدادي از آلاينده ها را از طريق اندام هاي هوايي خود بخصوص برگ ها جذب و در خود ذخيره نمايند، لذا زيست رديابي به وسيله گياهان روشي مفيد براي تخمين آلاينده ها است. سالهاست از گياهان براي ارزيابي جذب و انباشتگي آلاينده هاي هوا و به طور کلي محيط زيست استفاده شده است. زيست رديابي با گياهان روشي کم هزينه و با ارزش جهت بررسي تاثير آلاينده هاي مختلف هوا و به طور کلي محيط زيست مي باشد (Celik and Aslihan, 2004; Monaci and Bargali, 2000) غلظت آلاينده هاي هوا و جمع آوري اطلاعات در اين زمينه روشي کاربردي بوده که مي تواند ما در جهت پيدا کردن راهکارهاي عملي در زمينه کنترل آلودگي هوا کمک کند (Aksoy and Sahin, 2000; Adel, 2003) .
به طور کلي زيست ردياب ها را به زيست ردياب هاي فعال (Aactive Biomonitoring) و زيست ردياب هاي غير فعال (Passive Biomonitoring) طبقه بندي کرده اند. در زيست رديابي غير فعال، از گياهاني که در نواحي مورد مطالعه به طور طبيعي رشد کرده اند يا وجود دارند مانند گياهان بومي، گياهان باغي، گياهان زراعي و گياهان زينتي استفاده مي شود. از گياهان زيست ردياب غير فعال که در منابع علمي از آنها استفاده شده است مي توان به برخي از گياهان عالي نظير درختان سپيدار، کاج، نخل خرما، سنجد، انجير، زبان گنجشک، سيب، غان، عرعر، آقطي، بلوط، تبريزي و اقاقيا اشاره کرد. در اين گياهان از برگ و در برخي از موارد پوست و چوب آنها براي رديابي آلاينده ها استفاده شده است ( Madegon and Robinson, 2004; Brady, 1990; Djingova and Kuleff, 1993 ) از ميان جانوران ماهي ها و بسياري ديگر (بخصوص جانوران آبزي) جهت زيست رديابي مورد استفاده قرار گرفته اند (Askoy and Sahin, 2000; Brady, 1990; Madegon and Robinson, 2004 ). در روش زيست رديابي فعال گياهاني که به صورت ژنتيکي نسبت به آلاينده هاي هوا واکنش نشان مي دهند در منطقه مورد مطالعه کشت گرديده و يا از مناطق ديگري که آلوده نيستند جمع آوري و به محيط عرضه مي گردد مانند خزه ها و گلسنگ ها (Djingova and Kuleff, 1993) .آلاينده ها به نوبه خود مختل کننده اکوسيستم به شمار مي روند که از ميان آنها فلزات سنگين به دليل غير قابل تجزيه بودن و اثرات فيزيولوژيکي بر موجودات زنده، حتي در غلظت هاي کم، حائز اهميت شناخته شده اند. به لحاظ کاربرد فلزات سنگين در صنعت و ضروري بودن تعدادي از آنها، براي گياهان دخيل بودن در برخي از فعاليت هاي فيزيولوژيکي براي گياهان و حيوانات، ضرورت اطلاعات هر چه بيشتر از آنها در محيط زيست لازم به نظر مي رسد (Diatta and Grazebisz, 2003). در کشور ما نيز با توجه به توسعه صنعتي در نيمه دوم قرن اخير و برنامه ريزي هاي آتي و همچنين روند رو به رشد تعداد وسائط نقليه بنزين سوز، بررسي و بحث بر روي آلاينده ها و اثرات آنها در چرخه زيست محيطي به صورت امري ضروري در آمده است.
بخش اعظم استان و شهر اصفهان نيز به لحاظ استقرار واحدهاي صنعتي آلوده ساز، وضعيت ترافيکي خاص و سنگين، موقعيت جغرافيايي، وجود کارگاههاي کوچک و بزرگ (که بعضاً با تاکيد بر افزايش توليد بدون وجود تجهيزات کافي براي مهار آلودگي مشغول فعاليت اند) در معرض خطر آلودگي هوا، خاک و آب قرار گرفته اند. روي همين اصل مطالعات مربوط به تعيين ميزان و نوع آلاينده هاي ناشي از ترافيک شهري و صنعتي و غيره موجود در هوا و خاک مي تواند راهگشاي ارائه راه حل هاي عملي در جهت سالم سازي محيط زيست قرار گيرد. بنابراين اجراي يک طرح تحقيقاتي در جهت تعيين آلودگي هوا و خاک در چند نقطه از مناطق صنعتي و غير صنعتي اصفهان با استفاده از روش زيست رديابي لازم و ضروري به نظر رسيد. هدف از اجراي اين طرح بررسي شدت آلودگي هوا و خاک به برخي از فلزات سنگين مانند Fe, Cu , Pb, Zn, Cd, Mn در مناطق پر ترافيک و صنعتي شهر و حاشيه شهر اصفهان با استفاده از درخت اقاقيا (.Robinia pseudoacacia L ) به عنوان يک گياه زيست ردياب غير فعال انجام شد.
1- حاشيه شهر داراي فضاي سبز کافي و ترافيک کمتر (دانشگاه آزاد اسلامي واحد خوراسگان)
2- محل پر ترافيک شهر اصفهان ( خيابان هشت بهشت شرقي) .
3- منطقه صنعتي ذوب آهن اصفهان (داخل محوطه ذوب آهن).
4- روستا داراي ترافيک جزئي - به عنوان شاهد (قريه باغ بهادران ).
اسيديته (PH) عصاره اشباع نمونه هاي خاک به وسيله دستگاه pH سنج متراهم مدل 262، کربن آلي با استفاده از روش و الکي و بلاک (Nelson and Sommers, 1982) و کربنات کلسيم خاک با اضافه کردن 2 ميلي ليتر اسيد کلريدريک يک مولار به يک گرم خاک و تيتر کردن اسيد باقيمانده با هيدروکسيد سديم يک مولار اندازه گيري شد.
(Sommers, R.E. 1982) . براي تعيين غلظت فلزات سنگين در نمونه هاي خاک، يک گرم خاک در بشر 100 ميلي ليتري ريخته شد و به آن 10 ميلي ليتر اسيد نيتريک غليظ اضافه و به مدت يک ساعت روي بن ماري حرارت داده شد. پس از سرد شدن به نمونه هاي خاک آب اکسيژنه اضافه کرده تا نمونه ها بي رنگ شوند، پس از صاف کردن با کاغذ صافي واتمن 42، داخل بالن 100 ميلي ليتري به حجم رسانده، غلظت عناصر سنگين در آن با استفاده از دستگاه جذب اتمي اندازه گيري گرديد (Pydtt, 1999, Soon and Abboud, 1993) .
در هر سايت 5 درخت به طور تصادفي انتخاب و نمونه برداري برگ از ارتفاع حدود يک متري سطح زمين در چهار سمت درخت انجام گرديد. سپس نمونه هاي برداشت شده از چهار سمت هر درخت با هم مخلوط و به دو قسمت مساوي تقسيم گرديد. يک قسمت شديداً با آب مقطر شستته شد تا گرد و غبار و مواد نهشته شده روي برگ زدوده شود و قسمت ديگر دست نخورده باقي ماند. اين نمونه ها براي تجزيه هاي آزمايشگاهي در نظر گرفته شد. بنابراين تعداد کل نمونه هاي گياهي آماده شده در دو نوبت براي تجزيه 80 نمونه بود که 40 نمونه شسته شده و 40 نمونه شسته نشده بوده است.
نمونه هاي گياهي ابتداء روي ورقه هاي کاغذ تميز هوا خشک و سپس به داخل پاکت هاي کاغذي منتقل و پاکت ها در آون الکتريکي تا رسيدن به وزن ثابت در 60 درجه سانتي گراد خشک و سپس با آسياي وايلي به صورت پودر در آورده شده و آماده تجزيه گرديد. جهت هضم نمونه هاي گياهي يک گرم از هر يک از نمونه هاي گياهي خشک و پودر شده، به ارلن شيشه اي 250 ميلي ليتري منتقل گرديد و بر طبق روشي که در مورد خاک در همين مقاله نوشته شد هضم و با استفاده از دستگاه جذب اتمي نسبت به اندازه گيري Cd , Mn, Cu, Pb, Zn, Fe اقدام گرديد.
به منظور بررسي تفاوت معني دار بين سايت هاي مورد بررسي از نظر فلزات سنگين از طرح کاملاً تصادفي نامتعادل استفاده شد. براي تعيين اهميت شستشوي برگها، آزمون t جفت شده براي مقايسه محتواي فلزات سنگين گياهان شسته شده و شسته نشده براي هر سايت به کار گرفته شد. تست ANOVA)F ) براي مقايسه مکان هاي مختلف و مقايسه ميانگين مقدار فلزات سنگين در برگهاي شسته شده و خاک استفاده گرديد. براي تجزيه و تحليل و پردازش داده ها از برنامه آماري MINITAB, SAS استفاده شد.
pH خاک بر ميزان حلاليت و قابليت جذاب بسياري از عناصر و شکل گونه هاي عناصر نادر، از جمله فلزات سنگين، موثر است. اشکال مختلف گونه هاي فلزات سنگين، به سبب دارا بودن حلاليت هاي متفاوت در pH هاي مختلف، در روند جذب و حتي انتقال به اندام هاي هوايي و انباشتگي در اين اندام ها و بخصوص برگها داراي الگوهاي متفاوتي مي باشند- Kabata ).
(Pendias and Pendias, 1992, Cook and Sgardelis, 1994, Brady, 1990) ميانگين مواد آلي نمونه هاي خاک مورد مطالعه از 37 /0تا 72 /0درصد متفاوت بوده است. مواد آلي خاک افزايش ظرفيت تبادل کاتيوني و ايجاد کمپلکس با فلزات سنگين در محيط خاک را سبب مي گردند. تأثير مواد آلي و pH به طور گسترده اي بر دستيابي زيستي (Bioavailability) فلزات سنگين مورد مطالعه قرار گرفته است. نتايج اين تحقيقات، حاکي از آن است که افزايش pH و مواد آلي در خاک قابليت دستيابي زيستي گياهان به فلزات سنگين را کاهش مي دهد (Handreek, 1994, Kabata-Pendias and Pendias, 1992) .
ميانگين آهک موجود در خاک سايت هاي چهارگانه مورد بررسي با يکديگر از تفاوت زيادي برخوردارند و به ترتيب 47/5 ، 38/6، 60/4 و 21/8 درصد مي باشند. آهک موجود در خاک مي تواند دستيابي زيستي عناصر سنگين را تحت تأثير قرار دهد و بنابراين از اهميت زيادي برخوردار مي باشد (Kabata-Pendias and Pendias, 1992 )
مقدار عناصر سنگين Pb , Cd, Zn, Mn, Cu, Fe موجود در نمونه هاي خاک سايت هاي مورد مطالعه و ميانگين مقدار هر سايت بر حسب ميکروگرم در گرم وزن خشک خاک µg g-1 در جدول 2. ارائه شده است.
ميانگين مقدار سرب قابل عصاره گيري در نمونه هاي خاک سايت هاي چهارگانه به ترتيب صفر (در خوراسگان)،24/5 (در هشت بهشت)، 9/95 ( در منطقه ذوب آهن) و صفر (در باغ بهادران) ميکروگرم در گرم اندازه گيري شد که از نوسان قابل توجهي برخوردار بود. مبدأ بخش زيادي از سرب موجود در نمونه هاي خاک مي تواند به ترافيک شهري مربوط باشد، (Kabata-Pendias and Pendias, 1992 ، رحماني و همکاران ، 1379).
ميانگين مقدار روي قابل استخراج از خاک سايت هاي چهارگانه مورد مطالعه به ترتيب 23/8، 66/7، 41/3 و 35 ميکروگرم در گرم اندازه گيري شد. در ميان محل هاي مورد بررسي، ميانگين مقدار روي در خاک سايت 2 (خيابان هشت بهشت شرقي) بيشترين و در خاک سايت 1 (دانشگاه آزاد اسلامي- خوراسگان) کمترين بوده است. زيادي مقدار روي در خاک سايت 2 را مي توان به عوارضي ناشي از سايش لاستيک و استفاده از سوخت هاي فسيلي نسبت داد.
ميانگين مقدار کادميوم قابل استخراج از خاک سايت هاي چهارگانه مورد بررسي به ترتيب 7، 6/9، 8/2 و 5/3 ميکروگرم در گرم خاک بود که اين مقادير براي سايت 4 (باغ بهادران) کمترين و در سايت 3 (داخل محدوده کارخانه ذوب آهن اصفهان) بيشترين بوده است. زياد بودن مقدار کادميوم در سايت 3 ناشي از ذرات منتشره از دودکش کارخانه و رسوب بر سطح خاک مي باشد.
ميانگين مقدار منگنز در سايت هاي چهارگانه مورد بررسي به ترتيب 191، 231، 276 و 286 ميکروگرم در گرم خاک اندازه گيري شد که اين ميانگين براي خاک سايت 1 کمترين و براي خاک سايت 4 (باغ بهادران) بيشترين بوده است. زيادي مقدار منگنز در خاک سايت 4 را مي توان احتمالاً به مواد مادري نسبت داد.
ميانگين مقدار مس قابل استخراج در خاک سايت هاي چهارگانه مورد بررسي به ترتيب 13/08، 25/3، 15/4و 21/7 ميکروگرم در گرم خاک بوده است. از روند بالا چنين استنباط مي شود که ميانگين ميزان مس قابل استخراج در سايت 1 (خوراسگان) کمترين و در سايت 2 (هشت بهشت) بيشترين بوده است. زيادي مس در خاک هشت بهشت را مي توان به ترافيک وسائط نقليه در اين مکان نسبت داد.
ميانگين مقادير آهن قابل استخراج در خاک اين چهار سايت به ترتيب 731، 1013/8، 1006 و 1170 ميکروگرم در گرم اندازه گيري و محاسبه شده است. زيادي مقدار آهن در خاک سايت 4 (باغ بهادران) ممکن است با توجه به عدم وجود منشاء آلوده کننده منطقه، به سبب مواد مادري باشد. مقادير مجاز تعدادي از عناصر سنگين در خاک و مقايسه آنها با مقادير اندازه گيري شده در سايت هاي چهارگانه در جدول 3، ارائه شده است. همان گونه که اين جدول نشان مي دهد در ميان عناصر اندازه گيري شده در نمونه هاي خاک سايت هاي چهارگانه فقط مقدار کادميوم از مقدار مجاز بيشتر است که بايد مورد توجه دست اندرکاران محيط زيست قرار گيرد. خوشبختانه مقادير سرب، روي، منگنز و مس اندازه گيري شده در اين تحقيق در محدوده مجاز قرار دارند. در ارتباط با مطالعات خاکشناسي انجام شده در اين بررسي و مراجعه به جدول 2. چنين نتيجه گيري مي شود که منشأ اغلب عناصر سنگين در خاک سايت هاي چهارگانه مورد مطالعه به گونه اي مستقيم يا غير مستقيم به فعاليتهاي انساني مربوط مي گردد. بنابراين لااقل بخشي از اين عناصر اندازه گيري شده در گروه «عناصر با منشأ انساني» طبقه بندي مي گردند، زيرا اين عناصر بيشتر به سبب فعاليت انسان در محيط زيست (خاک) نهشته شده اند.
آهن يکي از عناصر ضروري کم مصرف مورد نياز گياهان است که گياهان بدون وجود آن قادر به تکميل چرخه حياتي خود نمي باشند. اما وجود همين عنصر در مقادير بيشتر از حد نرمال مي تواند براي گياه سمي باشد. حد کفايت اين عنصر در بيشتر گياهان 500-50 ميکروگرم در گرم است و حد بحراني آن براي برخي از گياهان 50 ميکروگرم در گرم مي باشد (عابدي و هنرجو، 1382). جدول 4. نمايشگر آن است که غلظت آهن در برگ هاي شسته شده و شسته نشده متفاوت بوده و ميانگين اين غلظت در برگهاي شسته نشده بيشتر از برگ هاي شسته شده بود. اين پديده نشان مي دهد که تمام آهن نهشته شده روي برگ فرصت جذب توسط اين اندام را نداشته و تنها بخشي از آن همراه با آهن محلول موجود در خاک توانسته است جذب گياه شده و در فرآيندهاي مربوط وارد گردد. همچنين جدول فوق نشان مي دهد که ميانگين غلظت آهن در مرحله دوم نمونه برداري مشابه مرحله اول بوده است. با توجه به جدول تجزيه واريانس جدول 5. گياهان مناطق نمونه برداري شده از نظر مقدار آهن در سطح يک درصد معني دار مي باشند. همچنين غلظت آهن در همه مناطق از مقدار زمينه ( µg g-1 150 ) که توسط مارکرت گزارش شده بالاتر است (Markert, 1993) . بيشترين غلظت آهن برگ مربوط به سايت ذوب آهن به مقدار 856 ميکروگرم در گرم و کمترين آن مربوط به سايت (باغ بهادران) 405 ميکروگرم در گرم مي باشد. مطالعات انجام شده نيز نشان داد مقدار آهن در خاک و گياه در مناطق صنعتي و پر ترافيک بيشتر از مقدار زمينه بوده است. نتيجه ديگر از داده ها اين است که مقادير زيادي از آهن موجود در گياه، از طريق اتمسفر و به کمک باد در اختيار گياه قرار گرفته است و نه از طريق خاک.
مس در زمره عناصر ضروري کم مصرف براي گياهان است. حد مجاز آن در بافت هاي گياهي 30-5 ميکروگرم در گرم است. هر گاه غلظت مس در بافت هاي گياهي از گستره 30-20 ميکروگرم در گرم تجاوز نمايد گياه تحت تأثير سميت قرار مي گيرد (عابدي و هنرجو، 1382). با توجه به جدول تجزيه واريانس جدول (5) مناطق مورد مطالعه از نظر مقدار مس با يکديگر اختلاف معني داري ندارند. ميانگين غلظت مس برگ در مرحله اول و دوم به يکديگر نزديک مي باشند. اما اين مقادير از حد زمينه 10 ميکروگرم در گرم ارائه شده توسط مارکرت (1993) بالاتر بوده، که بيشترين آلودگي مربوط به سايت صنعتي ذوب آهن (39/8 ميکروگرم در گرم) و سپس سايت پر ترافيک هشت بهشت (29/6 ميکروگرم در گرم) است. نتايج به دست آمده در اين پژوهش با نتايج گزارش شده توسط ديگران که منشأ مس در هوا را به اکسيداسيون روغن، سائيدگي لاستيک و لنت ترمز اتومبيل ها و ضايعات صنعتي مربوط مي دانند، همخواني دارد (Celik and Aslihan, 2004; Monaci and Bargali, 2000; Harrison and Chirawi, 1989) همچنين نتيجه مي شود، مس توسط گرد و غبار جابه جا شده و باعث آلودگي برگ هاي گياهان منطقه گرديده است.
منگنز يکي ديگر از عناصر ضروري گياهان است. مقدار آن در گياهان 500-100 ميکروگرم در گرم است. حد کفايت براي اکثر گياهان 300-200 ميکروگرم در گرم گزارش شده است (عابدي و هنرجو، 1382). مطابق جدول تجزيه واريانس جدول 5. از نظر مقدار منگنز بين سايت ها اختلاف معني داري وجود ندارد. ميانگين مقدار منگنز برگ مطابق جدول 4. زير حد زمينه مي باشد. منشأ اصلي منگنز موجود در هوا و خاک از ترمز اتومبيل ها ناشي مي گردد (Monaci, 2000; Celik and Aslihan, 2004) . روي نيز يک عنصر کم مصرف ضروري براي گياهان است. حد مجاز در بافت هاي گياهي 100-20 ميکروگرم در گرم است، حد بحراني ضروري بودن آن براي اکثر گياهان 15 ميکرو گرم در گرم گزارش شده است (Kabata-Pendias and Pendias, 1992) بر اساس جدول تجزيه واريانس جدول 5. از نظر غلظت روي، ميان سايت هاي چهارگانه مورد مطالعه در سطح يک درصد اختلاف معني دار وجود دارد. اما ميانگين غلظت روي در دو مرحله نمونه برداري به هم نزديک است. مقدار روي در برگ گياهان مربوط به سايت هاي مورد مطالعه زير حد مجاز بوده است، لذا در مناطق اندازه گيري شده آلودگي روي مشاهده نمي شود.
ميانگين مقدار کادميوم در تمام سايت هاي چهارگانه مورد مطالعه در اين پژوهش، از حد مجاز ارائه شده توسط کاباتا و پندياس (Kabata and Pendias, 1992) بيشتر بود، جدول 4. اين محققين مقدار عنصر کادميوم در گياهان را 1- 0/1 ميکروگرم در گرم وزن خشک گياه گزارش نموده اند و عدم نياز گياهان و حيوانات به اين عنصر را ذکر کرده اند. سليک و اسليحان (Celik and Aslihan, 2004 ) نيز در منطقه صنعتي مورد مطالعه خود، ميزان کادميوم را بيشتر از حد مجاز گزارش نمودند. کادميوم موجود در هوا از صنايع فلز کاري، سايش لاستيک وسايل نقليه موتوري و احتراق سوخت هاي فسيلي منشأ مي گيرد.
مقدار سرب موجود در اکثر نمونه هاي برگ مورد مطالعه در اين تحقيق در زير حد تشخيص به وسيله دستگاه بود. اين عنصر براي گياهان و حيوانات ضروري نيست و با گذشت زمان مقدار آن در خون انسان انباشته شده و تا سر حد خطرناک افزايش مي يابد. گزارشات رحماني و همکاران حاکي از آن است که غلظت سرب در خاک ارتباط معني داري با حجم ترافيک دارد (Pydtt, 1999; Ceik and Aslihan, 2004; Rahmani et al, 2000 )
منابع
رحماني، ح. ر. کلباسي، م. و حاج رسوليها، ش. 1379. آلودگي خاک به وسيله سرب حاصل از وسايل نقليه در محدوده برخي از بزگراه هاي ايران، مجله علوم و فنون کشاورزي و منابع طبيعي. جلد چهارم، شماره چهارم، صفحات 42-31.
عبادي، م.ج. و هنرجو، ن. (مترجم). 1382. مرجع عناصر کمياب (جزئي)، کتاب مرجع. جهاد دانشگاهي دانشگاه مشهد. 236 ص.
/خ
چکيده
کلمات کليدي: زيست ردياب، درخت اقاقيا، فلزات سنگين، آلودگي هوا، آلودگي خاک، منطقه صنعتي، منطقه پر ترافيک
مقدمه
هر گاه غلظت آلاينده ها در محيط از حد معيني که به آن غلظت آستانه (Concentratio Threshold) گفته مي شود تجاوز کند، علاوه بر سلامت انسان و حيوانات مي توانند براي گياهان نيز سمي باشند. اين سميت ابتدا با کاهش رشد گياه همراه بوده سپس عملکرد گياه کاهش يافته و در شرايط شديدتر ممکن است مرگ گياه را سبب گردن (Kabata-Pendias and Pendias, 1992). با توجه به خطري که آلاينده ها به حيات موجودات زنده وارد مي سازند، اطلاع کافي از نوع و ميزان هر يک از آنها در محيط حائز اهميت شاياني است. يکي از جديدترين راه هاي مطمئن جهت دسترسي به تعيين مقدار و نوع بسياري از آلاينده هاي محيطي استفاده از زيست رديابي طبيعي است. گرچه در گذشته از زيست رديابها بيشتر به منظور تخمين آلودگي هوا استفاده شده است، اما امروزه با شدت کمتري از آنها براي تخمين و اندازه گيري آلودگي آب و خاک نيز استفاده مي گردد (Soylak and Dogan, 2000; Mulgrew and Williams, 2004 ). نظر به اين که بسياري از گياهان قادرند تعدادي از آلاينده ها را از طريق اندام هاي هوايي خود بخصوص برگ ها جذب و در خود ذخيره نمايند، لذا زيست رديابي به وسيله گياهان روشي مفيد براي تخمين آلاينده ها است. سالهاست از گياهان براي ارزيابي جذب و انباشتگي آلاينده هاي هوا و به طور کلي محيط زيست استفاده شده است. زيست رديابي با گياهان روشي کم هزينه و با ارزش جهت بررسي تاثير آلاينده هاي مختلف هوا و به طور کلي محيط زيست مي باشد (Celik and Aslihan, 2004; Monaci and Bargali, 2000) غلظت آلاينده هاي هوا و جمع آوري اطلاعات در اين زمينه روشي کاربردي بوده که مي تواند ما در جهت پيدا کردن راهکارهاي عملي در زمينه کنترل آلودگي هوا کمک کند (Aksoy and Sahin, 2000; Adel, 2003) .
به طور کلي زيست ردياب ها را به زيست ردياب هاي فعال (Aactive Biomonitoring) و زيست ردياب هاي غير فعال (Passive Biomonitoring) طبقه بندي کرده اند. در زيست رديابي غير فعال، از گياهاني که در نواحي مورد مطالعه به طور طبيعي رشد کرده اند يا وجود دارند مانند گياهان بومي، گياهان باغي، گياهان زراعي و گياهان زينتي استفاده مي شود. از گياهان زيست ردياب غير فعال که در منابع علمي از آنها استفاده شده است مي توان به برخي از گياهان عالي نظير درختان سپيدار، کاج، نخل خرما، سنجد، انجير، زبان گنجشک، سيب، غان، عرعر، آقطي، بلوط، تبريزي و اقاقيا اشاره کرد. در اين گياهان از برگ و در برخي از موارد پوست و چوب آنها براي رديابي آلاينده ها استفاده شده است ( Madegon and Robinson, 2004; Brady, 1990; Djingova and Kuleff, 1993 ) از ميان جانوران ماهي ها و بسياري ديگر (بخصوص جانوران آبزي) جهت زيست رديابي مورد استفاده قرار گرفته اند (Askoy and Sahin, 2000; Brady, 1990; Madegon and Robinson, 2004 ). در روش زيست رديابي فعال گياهاني که به صورت ژنتيکي نسبت به آلاينده هاي هوا واکنش نشان مي دهند در منطقه مورد مطالعه کشت گرديده و يا از مناطق ديگري که آلوده نيستند جمع آوري و به محيط عرضه مي گردد مانند خزه ها و گلسنگ ها (Djingova and Kuleff, 1993) .آلاينده ها به نوبه خود مختل کننده اکوسيستم به شمار مي روند که از ميان آنها فلزات سنگين به دليل غير قابل تجزيه بودن و اثرات فيزيولوژيکي بر موجودات زنده، حتي در غلظت هاي کم، حائز اهميت شناخته شده اند. به لحاظ کاربرد فلزات سنگين در صنعت و ضروري بودن تعدادي از آنها، براي گياهان دخيل بودن در برخي از فعاليت هاي فيزيولوژيکي براي گياهان و حيوانات، ضرورت اطلاعات هر چه بيشتر از آنها در محيط زيست لازم به نظر مي رسد (Diatta and Grazebisz, 2003). در کشور ما نيز با توجه به توسعه صنعتي در نيمه دوم قرن اخير و برنامه ريزي هاي آتي و همچنين روند رو به رشد تعداد وسائط نقليه بنزين سوز، بررسي و بحث بر روي آلاينده ها و اثرات آنها در چرخه زيست محيطي به صورت امري ضروري در آمده است.
بخش اعظم استان و شهر اصفهان نيز به لحاظ استقرار واحدهاي صنعتي آلوده ساز، وضعيت ترافيکي خاص و سنگين، موقعيت جغرافيايي، وجود کارگاههاي کوچک و بزرگ (که بعضاً با تاکيد بر افزايش توليد بدون وجود تجهيزات کافي براي مهار آلودگي مشغول فعاليت اند) در معرض خطر آلودگي هوا، خاک و آب قرار گرفته اند. روي همين اصل مطالعات مربوط به تعيين ميزان و نوع آلاينده هاي ناشي از ترافيک شهري و صنعتي و غيره موجود در هوا و خاک مي تواند راهگشاي ارائه راه حل هاي عملي در جهت سالم سازي محيط زيست قرار گيرد. بنابراين اجراي يک طرح تحقيقاتي در جهت تعيين آلودگي هوا و خاک در چند نقطه از مناطق صنعتي و غير صنعتي اصفهان با استفاده از روش زيست رديابي لازم و ضروري به نظر رسيد. هدف از اجراي اين طرح بررسي شدت آلودگي هوا و خاک به برخي از فلزات سنگين مانند Fe, Cu , Pb, Zn, Cd, Mn در مناطق پر ترافيک و صنعتي شهر و حاشيه شهر اصفهان با استفاده از درخت اقاقيا (.Robinia pseudoacacia L ) به عنوان يک گياه زيست ردياب غير فعال انجام شد.
مواد و روش ها
موقعيت و محل اجراي پژوهش
1- حاشيه شهر داراي فضاي سبز کافي و ترافيک کمتر (دانشگاه آزاد اسلامي واحد خوراسگان)
2- محل پر ترافيک شهر اصفهان ( خيابان هشت بهشت شرقي) .
3- منطقه صنعتي ذوب آهن اصفهان (داخل محوطه ذوب آهن).
4- روستا داراي ترافيک جزئي - به عنوان شاهد (قريه باغ بهادران ).
نمونه برداري، آماده سازي و تجزيه نمونه هاي خاک
اسيديته (PH) عصاره اشباع نمونه هاي خاک به وسيله دستگاه pH سنج متراهم مدل 262، کربن آلي با استفاده از روش و الکي و بلاک (Nelson and Sommers, 1982) و کربنات کلسيم خاک با اضافه کردن 2 ميلي ليتر اسيد کلريدريک يک مولار به يک گرم خاک و تيتر کردن اسيد باقيمانده با هيدروکسيد سديم يک مولار اندازه گيري شد.
(Sommers, R.E. 1982) . براي تعيين غلظت فلزات سنگين در نمونه هاي خاک، يک گرم خاک در بشر 100 ميلي ليتري ريخته شد و به آن 10 ميلي ليتر اسيد نيتريک غليظ اضافه و به مدت يک ساعت روي بن ماري حرارت داده شد. پس از سرد شدن به نمونه هاي خاک آب اکسيژنه اضافه کرده تا نمونه ها بي رنگ شوند، پس از صاف کردن با کاغذ صافي واتمن 42، داخل بالن 100 ميلي ليتري به حجم رسانده، غلظت عناصر سنگين در آن با استفاده از دستگاه جذب اتمي اندازه گيري گرديد (Pydtt, 1999, Soon and Abboud, 1993) .
زمان، روش نمونه برداري، آماده سازي و تجزيه نمونه هاي گياه
در هر سايت 5 درخت به طور تصادفي انتخاب و نمونه برداري برگ از ارتفاع حدود يک متري سطح زمين در چهار سمت درخت انجام گرديد. سپس نمونه هاي برداشت شده از چهار سمت هر درخت با هم مخلوط و به دو قسمت مساوي تقسيم گرديد. يک قسمت شديداً با آب مقطر شستته شد تا گرد و غبار و مواد نهشته شده روي برگ زدوده شود و قسمت ديگر دست نخورده باقي ماند. اين نمونه ها براي تجزيه هاي آزمايشگاهي در نظر گرفته شد. بنابراين تعداد کل نمونه هاي گياهي آماده شده در دو نوبت براي تجزيه 80 نمونه بود که 40 نمونه شسته شده و 40 نمونه شسته نشده بوده است.
نمونه هاي گياهي ابتداء روي ورقه هاي کاغذ تميز هوا خشک و سپس به داخل پاکت هاي کاغذي منتقل و پاکت ها در آون الکتريکي تا رسيدن به وزن ثابت در 60 درجه سانتي گراد خشک و سپس با آسياي وايلي به صورت پودر در آورده شده و آماده تجزيه گرديد. جهت هضم نمونه هاي گياهي يک گرم از هر يک از نمونه هاي گياهي خشک و پودر شده، به ارلن شيشه اي 250 ميلي ليتري منتقل گرديد و بر طبق روشي که در مورد خاک در همين مقاله نوشته شد هضم و با استفاده از دستگاه جذب اتمي نسبت به اندازه گيري Cd , Mn, Cu, Pb, Zn, Fe اقدام گرديد.
به منظور بررسي تفاوت معني دار بين سايت هاي مورد بررسي از نظر فلزات سنگين از طرح کاملاً تصادفي نامتعادل استفاده شد. براي تعيين اهميت شستشوي برگها، آزمون t جفت شده براي مقايسه محتواي فلزات سنگين گياهان شسته شده و شسته نشده براي هر سايت به کار گرفته شد. تست ANOVA)F ) براي مقايسه مکان هاي مختلف و مقايسه ميانگين مقدار فلزات سنگين در برگهاي شسته شده و خاک استفاده گرديد. براي تجزيه و تحليل و پردازش داده ها از برنامه آماري MINITAB, SAS استفاده شد.
نتايج و بحث
الف- نتايج تجزيه خاک
pH خاک بر ميزان حلاليت و قابليت جذاب بسياري از عناصر و شکل گونه هاي عناصر نادر، از جمله فلزات سنگين، موثر است. اشکال مختلف گونه هاي فلزات سنگين، به سبب دارا بودن حلاليت هاي متفاوت در pH هاي مختلف، در روند جذب و حتي انتقال به اندام هاي هوايي و انباشتگي در اين اندام ها و بخصوص برگها داراي الگوهاي متفاوتي مي باشند- Kabata ).
(Pendias and Pendias, 1992, Cook and Sgardelis, 1994, Brady, 1990) ميانگين مواد آلي نمونه هاي خاک مورد مطالعه از 37 /0تا 72 /0درصد متفاوت بوده است. مواد آلي خاک افزايش ظرفيت تبادل کاتيوني و ايجاد کمپلکس با فلزات سنگين در محيط خاک را سبب مي گردند. تأثير مواد آلي و pH به طور گسترده اي بر دستيابي زيستي (Bioavailability) فلزات سنگين مورد مطالعه قرار گرفته است. نتايج اين تحقيقات، حاکي از آن است که افزايش pH و مواد آلي در خاک قابليت دستيابي زيستي گياهان به فلزات سنگين را کاهش مي دهد (Handreek, 1994, Kabata-Pendias and Pendias, 1992) .
ميانگين آهک موجود در خاک سايت هاي چهارگانه مورد بررسي با يکديگر از تفاوت زيادي برخوردارند و به ترتيب 47/5 ، 38/6، 60/4 و 21/8 درصد مي باشند. آهک موجود در خاک مي تواند دستيابي زيستي عناصر سنگين را تحت تأثير قرار دهد و بنابراين از اهميت زيادي برخوردار مي باشد (Kabata-Pendias and Pendias, 1992 )
مقدار عناصر سنگين Pb , Cd, Zn, Mn, Cu, Fe موجود در نمونه هاي خاک سايت هاي مورد مطالعه و ميانگين مقدار هر سايت بر حسب ميکروگرم در گرم وزن خشک خاک µg g-1 در جدول 2. ارائه شده است.
ميانگين مقدار سرب قابل عصاره گيري در نمونه هاي خاک سايت هاي چهارگانه به ترتيب صفر (در خوراسگان)،24/5 (در هشت بهشت)، 9/95 ( در منطقه ذوب آهن) و صفر (در باغ بهادران) ميکروگرم در گرم اندازه گيري شد که از نوسان قابل توجهي برخوردار بود. مبدأ بخش زيادي از سرب موجود در نمونه هاي خاک مي تواند به ترافيک شهري مربوط باشد، (Kabata-Pendias and Pendias, 1992 ، رحماني و همکاران ، 1379).
ميانگين مقدار روي قابل استخراج از خاک سايت هاي چهارگانه مورد مطالعه به ترتيب 23/8، 66/7، 41/3 و 35 ميکروگرم در گرم اندازه گيري شد. در ميان محل هاي مورد بررسي، ميانگين مقدار روي در خاک سايت 2 (خيابان هشت بهشت شرقي) بيشترين و در خاک سايت 1 (دانشگاه آزاد اسلامي- خوراسگان) کمترين بوده است. زيادي مقدار روي در خاک سايت 2 را مي توان به عوارضي ناشي از سايش لاستيک و استفاده از سوخت هاي فسيلي نسبت داد.
ميانگين مقدار کادميوم قابل استخراج از خاک سايت هاي چهارگانه مورد بررسي به ترتيب 7، 6/9، 8/2 و 5/3 ميکروگرم در گرم خاک بود که اين مقادير براي سايت 4 (باغ بهادران) کمترين و در سايت 3 (داخل محدوده کارخانه ذوب آهن اصفهان) بيشترين بوده است. زياد بودن مقدار کادميوم در سايت 3 ناشي از ذرات منتشره از دودکش کارخانه و رسوب بر سطح خاک مي باشد.
ميانگين مقدار منگنز در سايت هاي چهارگانه مورد بررسي به ترتيب 191، 231، 276 و 286 ميکروگرم در گرم خاک اندازه گيري شد که اين ميانگين براي خاک سايت 1 کمترين و براي خاک سايت 4 (باغ بهادران) بيشترين بوده است. زيادي مقدار منگنز در خاک سايت 4 را مي توان احتمالاً به مواد مادري نسبت داد.
ميانگين مقدار مس قابل استخراج در خاک سايت هاي چهارگانه مورد بررسي به ترتيب 13/08، 25/3، 15/4و 21/7 ميکروگرم در گرم خاک بوده است. از روند بالا چنين استنباط مي شود که ميانگين ميزان مس قابل استخراج در سايت 1 (خوراسگان) کمترين و در سايت 2 (هشت بهشت) بيشترين بوده است. زيادي مس در خاک هشت بهشت را مي توان به ترافيک وسائط نقليه در اين مکان نسبت داد.
ميانگين مقادير آهن قابل استخراج در خاک اين چهار سايت به ترتيب 731، 1013/8، 1006 و 1170 ميکروگرم در گرم اندازه گيري و محاسبه شده است. زيادي مقدار آهن در خاک سايت 4 (باغ بهادران) ممکن است با توجه به عدم وجود منشاء آلوده کننده منطقه، به سبب مواد مادري باشد. مقادير مجاز تعدادي از عناصر سنگين در خاک و مقايسه آنها با مقادير اندازه گيري شده در سايت هاي چهارگانه در جدول 3، ارائه شده است. همان گونه که اين جدول نشان مي دهد در ميان عناصر اندازه گيري شده در نمونه هاي خاک سايت هاي چهارگانه فقط مقدار کادميوم از مقدار مجاز بيشتر است که بايد مورد توجه دست اندرکاران محيط زيست قرار گيرد. خوشبختانه مقادير سرب، روي، منگنز و مس اندازه گيري شده در اين تحقيق در محدوده مجاز قرار دارند. در ارتباط با مطالعات خاکشناسي انجام شده در اين بررسي و مراجعه به جدول 2. چنين نتيجه گيري مي شود که منشأ اغلب عناصر سنگين در خاک سايت هاي چهارگانه مورد مطالعه به گونه اي مستقيم يا غير مستقيم به فعاليتهاي انساني مربوط مي گردد. بنابراين لااقل بخشي از اين عناصر اندازه گيري شده در گروه «عناصر با منشأ انساني» طبقه بندي مي گردند، زيرا اين عناصر بيشتر به سبب فعاليت انسان در محيط زيست (خاک) نهشته شده اند.
ب- تجزيه گياه
آهن يکي از عناصر ضروري کم مصرف مورد نياز گياهان است که گياهان بدون وجود آن قادر به تکميل چرخه حياتي خود نمي باشند. اما وجود همين عنصر در مقادير بيشتر از حد نرمال مي تواند براي گياه سمي باشد. حد کفايت اين عنصر در بيشتر گياهان 500-50 ميکروگرم در گرم است و حد بحراني آن براي برخي از گياهان 50 ميکروگرم در گرم مي باشد (عابدي و هنرجو، 1382). جدول 4. نمايشگر آن است که غلظت آهن در برگ هاي شسته شده و شسته نشده متفاوت بوده و ميانگين اين غلظت در برگهاي شسته نشده بيشتر از برگ هاي شسته شده بود. اين پديده نشان مي دهد که تمام آهن نهشته شده روي برگ فرصت جذب توسط اين اندام را نداشته و تنها بخشي از آن همراه با آهن محلول موجود در خاک توانسته است جذب گياه شده و در فرآيندهاي مربوط وارد گردد. همچنين جدول فوق نشان مي دهد که ميانگين غلظت آهن در مرحله دوم نمونه برداري مشابه مرحله اول بوده است. با توجه به جدول تجزيه واريانس جدول 5. گياهان مناطق نمونه برداري شده از نظر مقدار آهن در سطح يک درصد معني دار مي باشند. همچنين غلظت آهن در همه مناطق از مقدار زمينه ( µg g-1 150 ) که توسط مارکرت گزارش شده بالاتر است (Markert, 1993) . بيشترين غلظت آهن برگ مربوط به سايت ذوب آهن به مقدار 856 ميکروگرم در گرم و کمترين آن مربوط به سايت (باغ بهادران) 405 ميکروگرم در گرم مي باشد. مطالعات انجام شده نيز نشان داد مقدار آهن در خاک و گياه در مناطق صنعتي و پر ترافيک بيشتر از مقدار زمينه بوده است. نتيجه ديگر از داده ها اين است که مقادير زيادي از آهن موجود در گياه، از طريق اتمسفر و به کمک باد در اختيار گياه قرار گرفته است و نه از طريق خاک.
مس در زمره عناصر ضروري کم مصرف براي گياهان است. حد مجاز آن در بافت هاي گياهي 30-5 ميکروگرم در گرم است. هر گاه غلظت مس در بافت هاي گياهي از گستره 30-20 ميکروگرم در گرم تجاوز نمايد گياه تحت تأثير سميت قرار مي گيرد (عابدي و هنرجو، 1382). با توجه به جدول تجزيه واريانس جدول (5) مناطق مورد مطالعه از نظر مقدار مس با يکديگر اختلاف معني داري ندارند. ميانگين غلظت مس برگ در مرحله اول و دوم به يکديگر نزديک مي باشند. اما اين مقادير از حد زمينه 10 ميکروگرم در گرم ارائه شده توسط مارکرت (1993) بالاتر بوده، که بيشترين آلودگي مربوط به سايت صنعتي ذوب آهن (39/8 ميکروگرم در گرم) و سپس سايت پر ترافيک هشت بهشت (29/6 ميکروگرم در گرم) است. نتايج به دست آمده در اين پژوهش با نتايج گزارش شده توسط ديگران که منشأ مس در هوا را به اکسيداسيون روغن، سائيدگي لاستيک و لنت ترمز اتومبيل ها و ضايعات صنعتي مربوط مي دانند، همخواني دارد (Celik and Aslihan, 2004; Monaci and Bargali, 2000; Harrison and Chirawi, 1989) همچنين نتيجه مي شود، مس توسط گرد و غبار جابه جا شده و باعث آلودگي برگ هاي گياهان منطقه گرديده است.
منگنز يکي ديگر از عناصر ضروري گياهان است. مقدار آن در گياهان 500-100 ميکروگرم در گرم است. حد کفايت براي اکثر گياهان 300-200 ميکروگرم در گرم گزارش شده است (عابدي و هنرجو، 1382). مطابق جدول تجزيه واريانس جدول 5. از نظر مقدار منگنز بين سايت ها اختلاف معني داري وجود ندارد. ميانگين مقدار منگنز برگ مطابق جدول 4. زير حد زمينه مي باشد. منشأ اصلي منگنز موجود در هوا و خاک از ترمز اتومبيل ها ناشي مي گردد (Monaci, 2000; Celik and Aslihan, 2004) . روي نيز يک عنصر کم مصرف ضروري براي گياهان است. حد مجاز در بافت هاي گياهي 100-20 ميکروگرم در گرم است، حد بحراني ضروري بودن آن براي اکثر گياهان 15 ميکرو گرم در گرم گزارش شده است (Kabata-Pendias and Pendias, 1992) بر اساس جدول تجزيه واريانس جدول 5. از نظر غلظت روي، ميان سايت هاي چهارگانه مورد مطالعه در سطح يک درصد اختلاف معني دار وجود دارد. اما ميانگين غلظت روي در دو مرحله نمونه برداري به هم نزديک است. مقدار روي در برگ گياهان مربوط به سايت هاي مورد مطالعه زير حد مجاز بوده است، لذا در مناطق اندازه گيري شده آلودگي روي مشاهده نمي شود.
ميانگين مقدار کادميوم در تمام سايت هاي چهارگانه مورد مطالعه در اين پژوهش، از حد مجاز ارائه شده توسط کاباتا و پندياس (Kabata and Pendias, 1992) بيشتر بود، جدول 4. اين محققين مقدار عنصر کادميوم در گياهان را 1- 0/1 ميکروگرم در گرم وزن خشک گياه گزارش نموده اند و عدم نياز گياهان و حيوانات به اين عنصر را ذکر کرده اند. سليک و اسليحان (Celik and Aslihan, 2004 ) نيز در منطقه صنعتي مورد مطالعه خود، ميزان کادميوم را بيشتر از حد مجاز گزارش نمودند. کادميوم موجود در هوا از صنايع فلز کاري، سايش لاستيک وسايل نقليه موتوري و احتراق سوخت هاي فسيلي منشأ مي گيرد.
مقدار سرب موجود در اکثر نمونه هاي برگ مورد مطالعه در اين تحقيق در زير حد تشخيص به وسيله دستگاه بود. اين عنصر براي گياهان و حيوانات ضروري نيست و با گذشت زمان مقدار آن در خون انسان انباشته شده و تا سر حد خطرناک افزايش مي يابد. گزارشات رحماني و همکاران حاکي از آن است که غلظت سرب در خاک ارتباط معني داري با حجم ترافيک دارد (Pydtt, 1999; Ceik and Aslihan, 2004; Rahmani et al, 2000 )
نتيجه گيري و پيشنهادات
منابع
رحماني، ح. ر. کلباسي، م. و حاج رسوليها، ش. 1379. آلودگي خاک به وسيله سرب حاصل از وسايل نقليه در محدوده برخي از بزگراه هاي ايران، مجله علوم و فنون کشاورزي و منابع طبيعي. جلد چهارم، شماره چهارم، صفحات 42-31.
عبادي، م.ج. و هنرجو، ن. (مترجم). 1382. مرجع عناصر کمياب (جزئي)، کتاب مرجع. جهاد دانشگاهي دانشگاه مشهد. 236 ص.
پي نوشتها:
1-اين مقاله بخشي از يک طرح پژوهشي است که نويسندگان تيم تحقيقاتي اين طرح بوده اند و حمايت مالي آن توسط دانشگاه آزاد اسلامي واحد خوراسگان انجام گرفته است.
*استاد دانشگاه آزاد اسلامي واحد خوراسگان، پست الکترونيک: Shajrasuliha@yahoo.com ) **کارشناس ارشد دانشکده کشاورزي دانشگاه آزاد اسلامي واحد خوراسگان، اصفهان
***استاديار خاکشناسي دانشکده کشاورزي دانشگاه آزاد اسلامي واحد خوراسگان، اصفهان
/خ
