کادمیوم
در نشریات گروه محیط زیست-
سابقه و هدف
آلودگی خاک به فلزات سنگین بویژه در مناطق صنعتی یکی از اصلی ترین مشکلات محیط زیستی به شمار می آید. کادمیوم یک فلز سنگین است که در گیاهان تنش اکسیداتیو ایجاد می کند و اثرات مخرب بسیاری بر کیفیت محصول دارد. امروزه روش های مختلفی جهت کاهش اثرات منفی غلظت های بالای فلزات سنگین موجود در خاک مورد استفاده قرار گرفته است. در این راستا، استفاده از بیوچار، روشی مقرون به صرفه و سازگار با محیط زیست است که تاثیر آن به منظور کاهش قابلیت دسترسی زیستی فلزات سنگین در خاک یک مزیت مهم به شمار می رود.
مواد و روش هادر این مطالعه، آزمایشی گلخانه ای به صورت فاکتوریل در قالب طرح بلوک کامل تصادفی با سه تکرار و با نمک کلرید کادمیوم در شش سطح (0، 1، 3، 5، 7 و 10 میلی گرم بر لیتر) و سه سطح بیوچار (0، 5/1 و 3 درصد وزنی) بر گیاه دارویی همیشه بهار (Calendula officinalis L.) انجام شد. تاثیر تیمارهای آزمایش به طور جداگانه و ترکیبی بر خصوصیات مورفولوژیک (وزن تر و وزن خشک اندام های هوایی و ریشه)، فیزیولوژیک (مقادیر کلروفیل a، کلروفیل b، کلروفیل کل و کاروتنوئید) و بیوشیمیایی (قند محلول، کاتالاز، پراکسیداز و پرولین) این گیاه دارویی مورد بررسی قرار گرفت. مقایسه میانگین ها، با آزمون چند دامنه ای دانکن در سطح احتمال پنج درصد صورت پذیرفت.
نتایج و بحث:
نتایج نشان داد که غلظت های مختلف کادمیوم سبب کاهش وزن تر و خشک ریشه و اندام های هوایی گردید. بیشترین تاثیر کاهشی، مربوط به غلظت 10 میلی گرم بر لیتر کادمیوم بود. اثر متقابل بیوچار و کادمیوم فقط بر وزن خشک اندام های هوایی گیاه معنی دار شد. تاثیر تنش ناشی از افزایش غلظت کادمیوم بر فرآیندهای فیزیولوژیک گیاه متفاوت بود. به این ترتیب که با افزایش غلظت کادمیوم، روند کاهشی در محتوای کلروفیل و روند افزایشی در مقادیر کاروتنوئید و صفات بیوشیمیایی گیاه مشاهده شد. با توجه به اینکه اولین اثر کادمیوم بر گیاه، کاهش فتوسنتز و کلروز برگ ها می باشد، در بالاترین سطح کادمیوم، میزان کلروفیل کل نسبت به شاهد 40 درصد کاهش، اما میزان کاروتنوئید 50 درصد افزایش یافت (05/0>p). کاهش محتوای کلروفیل تحت تنش کادمیوم می تواند به دلیل آسیب های اکسیداتیو و بازدارندگی مراحل مختلف سنتز کلروفیل باشد. اما افزایش کاروتنوئیدها در مواجهه با تنش فلزات سنگین به این دلیل است که کاروتنوئیدها به عنوان مولکول های دخیل در سیستم دفاع آنتی اکسیدانی غیر آنزیمی، نقش حفاظتی در برابر تنش اکسیداتیو دارند. در مقابل، استفاده از تیمار بیوچار سبب افزایش معنی دار وزن تر اندام های هوایی، میزان کلروفیل a و کاروتنوئید گردید. همچنین، اثر متقابل تیمارها حاکی از این بود که در سطوح مختلف کادمیوم، با افزایش سطح بیوچار، وزن خشک اندام های هوایی، میزان کلروفیل b و کلروفیل کل روند افزایشی داشتند. از صفات بیوشیمیایی مورد بررسی، اثر متقابل تیمارها فقط بر میزان قند محلول (05/0>p) و کاتالاز (01/0>p) معنی دار شد. این یعنی جذب کادمیوم توسط بیوچار و کاهش اثر سمیت آن روی گیاهچه ها، شرایط تولید بیشتر قند محلول و کاتالاز را فراهم نمود. در واقع، بیوچار به دلیل ظرفیت تبادل کاتیونی بالا، سطح ویژه بالا و وجود گروه های عاملی، جذب مناسبی از کادمیوم داشت.
نتیجه گیریدر مجموع، نتایج به دست آمده بیانگر توان بیوچار در تثبیت و غیرقابل جذب نمودن کادمیوم بود. از این رو، استفاده از بیوچار در خاک می تواند دسترسی زیستی کادمیوم توسط گیاه در فرآیند گیاه پالایی را بهبود بخشد، هر چند که تاثیر نوع و واریته گیاه بر میزان کاهش تنش کادمیوم نبایستی نادیده گرفته شود.
کلید واژگان: کادمیوم، فلز سنگین، بیوچار، زیست پالایی، گیاه همیشه بهارIntroductionSoil pollution by heavy metals, especially in industrial regions is one of the main environmental problems. Cadmium (Cd) is a heavy metal that causes oxidative stress in plants and has many destructive effects on product quality. Nowadays, various methods are used to reduce the negative effects of high concentrations of heavy metals in the soil. In this regard, using biochar is a cost-effective and environmentally-friendly method and its influence on the reduction of heavy metals bioavailability of soil is an important advantage. Biochar is a carbon-rich material obtained by pyrolysis of biomass, such as agricultural residues and manures in conditions without oxygen or with limited oxygen content.
Material and MethodsIn this study, a factorial experiment was conducted in a completely randomized blocks design with three replications on Marigold (Calendula officinalis L.) medicinal plant with six levels of Cd (0, 1, 3, 5, 7, and 10 mg/l) and three levels of biochar (0, 1.5, and 3 w/w). The effect of experimental treatments was investigated separately and combined on the morphological (wet and dry weights of aerial parts and roots), physiological (the amount of chlorophyll a, chlorophyll b, total chlorophyll, and carotenoid), and biochemical (soluble sugar, catalase, peroxidase, and proline) characteristics of this medicinal plant. Means comparisons were done by Duncan's multiple range test at a probability level of 5%.
Results and DiscussionThe results showed that different concentrations of Cd decreased the wet and dry weights of roots and aerial parts of the plant. The most reduction effect was related to the concentration of 10 mg/l of Cd. The interaction effect of biochar and Cd was significant only on the dry weight of aerial parts. The effect of stress caused by increasing the concentration of Cd on the plant's physiological processes was different. Considering that the first effect of Cd on the plant is the reduction of photosynthesis and chlorosis of the leaves, at the highest level of Cd, the amount of total chlorophyll decreased by 40% compared to the control sample, but the amount of carotenoid increased by 50% (p<0.05). The reduction of chlorophyll content under Cd stress can be due to oxidative damage and inhibition of different stages of chlorophyll synthesis. However, the increase in carotenoids in response to heavy metal stress occurs because these molecules, as part of the non-enzymatic antioxidant defense system, play a protective role against oxidative stress. In contrast, the use of biochar treatment caused a significant increase in the wet weight of aerial parts, the amount of chlorophyll a and carotenoid. Also, the interaction effect of the treatments indicated that at different levels of Cd, the characteristics of the dry weight of aerial parts, the amount of chlorophyll b, and the total chlorophyll increased with the increase in the biochar level. Among the investigated biochemical traits, the interaction effect of the treatments was significant only on the amount of soluble sugar (p<0.05) and catalase (p<0.01). This means that the absorption of Cd by biochar and the reduction of its toxicity effect on seedlings provided the conditions for more production of soluble sugar and catalase. In fact, biochar had high adsorption of Cd due to its high cation exchange capacity, high specific surface, and presence of functional groups.
ConclusionIn total, the results showed the biochar capacity to stabilize and inactivity Cd absorption. Therefore, the incorporation of biochar to soil can improve Cd bioavailability by plants in the phytoremediation, although the effect of type and plant variety on the amount of decreasing Cd stress should not be ignored.
Keywords: Biochar, Bioremediation, Cadmium, Calendula Officinalis, Heavy Metal -
زمینه و هدف
گیاه پالایی نوعی تکنولوژی بر پایه استفاده از گیاهان است که کم هزینه و با محیط زیست سازگار است. هدف این مطالعه تعیین کارایی گیاهان گوجه فرنگی و پنبه در تثبیت لجن فاضلاب شهری با تاکید بر تثبیت کربن آلی و حذف فلزات سنگین سرب و کادمیوم می باشد.
روش بررسیدر این مطالعه تجربی آزمایشگاهی که در مقیاس پایلوت انجام شد، جهت دستیابی به اهداف تحقیق اقدام به کاشت گیاهان گوجه فرنگی و پنبه در بستر لجن ابگیری شده گردید. عملکرد گیاه پالایی با استفاده از سنجش تغییرات پارامترهای کربن آلی، pH، هدایت الکتریکی و فلزات سنگین سرب و کادمیوم طی مدت 120 روز مورد سنجش قرار گرفت.
یافته هانتایج حاصل از آنالیزهای آماری نشان داد که پس از گذشت زمان 120 روز راندمان تثبیت کربن آلی، حذف سرب و کادمیوم در گوجه فرنگی به ترتیب به میزان 4/0 ± 35درصد، 3/0 ± 29/74 درصد و 42/91 درصد و در پنبه به ترتیب به میزان 7/3 ± 38 درصد، 2/3 ± 93/54 درصد و 3/0 ± 2/93 درصد نسبت به کنترل کاهش معنا داری یافت. علاوه بر آن اختلاف میانگین کارایی گیاه پالایی در تیمارهای پنبه و گوجه فرنگی تا زمان 30 روز با یکدیگر معنادار نبود (05/0<p).
کلید واژگان: تثبیت لجن، گوجه فرنگی، پنبه، سرب، کادمیوم، کربن آلیHuman & Environment, Volume:22 Issue: 2, 2024, PP 107 -125Background and ObjectivePhytoremediation is a low-cost and environmentally-friendly technology. The aim of this study was to determine the efficiency of tomato and cotton plants in stabilizing urban sewage sludge with an emphasis on organic carbon, lead and cadmium removal.
Material and MethodologyIn this experimental study on pilot scale, in order to achieve the research objectives, we planted Tomato and Cotton plants in a condensed sludge bed. Also, a non-plant bed was considered as control bed. The performance of the phytoremediation was measured by the changes of organic carbon, pH, electrical conductivity and heavy metals of lead and cadmium during 120 days.
FindingsResults of statistical analysis showed that after 120 days, the removal efficiency of organic carbon, lead and cadmium in Tomato were 35 ± 0.4%, 74.29 ± 0.3% and 91.42% respectively and in Cotton were 38 ± 3.7%, 54.93 ± 3.2% and 93.2± 0.3% respectively. The difference in mean efficiency in Tomato and Cotton was not significant until 30 days (p>0.05). Moreover, the results of this study showed that the concentration of organic carbon, cadmium and lead in sludge treated with Tomato and Cotton plants was significantly lower than that of control treatment sludge.
Discussion and ConclusionsThe results showed that the noted plants have a high ability to stabilize urban sewage sludge and eliminate organic carbon, lead and cadmium. Therefore, this method can be used as an option to stabilize sewage sludge and reduce its organic and inorganic pollutants on a large scale.
Keywords: Sludge Stabilization, Tomato, Cotton, Lead, Cadmium, Organic Carbon -
سابقه و هدف
انتشار ذرات معلق از اگزوز خودروها، سایش لاستیک و لنت، روان کننده های موتور و سایش حصار خیابانی، حاوی فلزات سنگینی است که سلامت اکوسیستم شهری را با خطر آلودگی مواجه می سازد؛ اما عمده ی ذرات بر اندام هوایی گیاه و خاک بستر آن رسوب نموده و جذب گیاه می شود. گونه های مقاوم به آلودگی و دارای ظرفیت بالا برای جذب ذرات معلق، می تواند برای حذف ذرات معلق از هوای محیط شهری به کار آیند. به همین دلیل در پژوهش حاضر، سعی در سنجش و ارزیابی غلظت فلزات سنگین در اندام هوایی و خاک بستر گونه های درختی شهر بندرعباس است و گونه ای که بیشترین پتانسیل جذب فلزات سنگین را دارد، شناسایی گردد.
مواد و روش هابه منظور دستیابی به رهیافت پژوهش، ابتدا سه گونه ی درختی شامل: چریش (Azadirachta indica)، کونوکارپوس (Conocarpus erectus L.) و کهور (Prosopis juliflora) بعنوان گیاهان غالب شهر بندرعباس انتخاب گردید و در 30 نقطه از میدان ها و خیابان های اصلی شهر به همراه پنج نقطه از محیط غیرآلوده در بیرون شهر (شاهد)، از خاک سطحی و برگ این گونه ها نمونه برداری شد و پس از آماده سازی و هضم نمونه ها، غلظت فلزات سنگین (کادمیوم، منگنز، روی و سرب) با استفاده از دستگاه جذب اتمی در نمونه های خاک و برگ درختان اندازه گیری شد. سپس اختلاف غلظت فلزات سنگین بین گونه های درختی با آزمون تحلیل واریانس و همچنین بین خاک و برگ و بین محیط شهری و شاهد با آزمون تی استیودنت بررسی شد. درنهایت برای تعیین گونه ی درختی با تجمع دهندگی بالای فلزات سنگین، از دو شاخص تجمع زیستی (BCF) و شاخص تجمع فلز (MAI) استفاده گردید.
نتایج و بحث:
نتایج نشان داد که الگوی فلزات سنگین در خاک و برگ گونه های درختی به صورت Mn > Zn > Pb > Cd بود. بیشینه ی غلظت فلزات سنگین به ترتیب در خاک و برگ گونه ی کونوکارپوس، چریش و کهور بود. ازلحاظ مکانی، بیشترین غلظت فلزات سنگین در نقاط نمونه برداری مربوط به بلوار امام حسین بود که امتداد شرقی - غربی داشته و از شمال شهر بندرعباس عبور کرده و بلوارهای شمالی - جنوبی شهر نیز به آن متصل اند؛ اما کمینه ی غلظت فلزات سنگین در بلوار خلیج فارس مشاهده شد. غلظت فلزات منگنز و سرب در خاک گونه های گیاهی متفاوت بود و اختلاف آن ها در سطح 95 درصد معنادار بود، اما غلظت کادمیوم و روی در خاک گونه های درختی اختلافی مشاهده نشد. در اندام هوایی گونه های درختی موردمطالعه، غلظت سرب، منگنز و روی تفاوتی مشاهده نشد و اختلاف آن ها در سطح 95 درصد معنادار نبود؛ اما غلظت کادمیوم در اندام هوایی گونه ها (برگ درختان)، متفاوت بوده و اختلاف بین گونه ها در سطح 95 درصد معنادار بود. اختلاف آماری غلظت فلزات سنگین بین خاک و برگ درختان در سطح 95 و 99 درصد معنادار بود؛ همچنین غلظت فلزات سنگین در خاک و برگ درختان بین محیط شهری و شاهد در سطح 95 درصد اختلاف معناداری داشت. الگوی شاخص تجمع زیستی در همه ی گونه ها Zn > Pb > Mn > Cd بود و فلزات سنگین دارای انباشت گر متوسط برای گونه های درختی بودند. شاخص تجمع زیستی (MAI) نشان داد که کونوکارپوس دارای بیشترین پتانسیل جذب فلزات سنگین است و کمترین پتانسیل جذب نیز در گونه ی کهور مشاهده گردید. در توزیع مکانی این شاخص نیز، بلوار امام حسین و خیابان هایی که از آن انشعاب می گیرند، دارای بیشترین شاخص تجمع زیستی فلزات سنگین هستند.
نتیجه گیریگونه ی کونوکارپوس با جذب آلاینده های ناشی از ترافیک شهری، موجب پالایش هوای آلوده ی شهر بندرعباس می شود. کهور یا سمر که یکی از درختان مهاجر در شهر بندرعباس می باشد، با ریشه های قوی و عمیق موجب خشکیدن آب های سطحی و زیرزمینی منطقه می شود. از طرف دیگر، پتانسیل آن برای جذب آلاینده های هوای شهری بسیار ضعیف است. بنابراین کونوکارپوس و دیگر گیاهانی که علی رغم مقاومت در برابر خشکی و گرما، پتانسیل بالایی در پالایش آلودگی شهری دارند، می تواند جایگزین کهور گردد.
کلید واژگان: کنوکارپوس، بندرعباس، کادمیوم، شاخص تجمع فلز، شاخص تجمع زیستیIntroductionEmissions of particulate matter from car exhaust, tire wear, engine lubricants and street fence wear contain heavy metals, which are dangerous for the urban ecosystem. However, most of the particles are deposited on the canopy and soil of plants, which are absorbed by them. Pollution-resistant species with a high capacity to absorb suspended particles can be used to remove suspended particles from the urban environment. For this reason, in this study, concentrations of heavy metals in the leaves and soil of tree species in Bandar Abbas were measured and evaluated. Also, species with the highest potential for adsorption of heavy metals were identified.
Material and methodsFirst, three tree species including Azadirachta indica, Conocarpus and Prosopis juliflora were selected as the dominant plants in Bandar Abbas and in 30 points of the fields with 5 points of the non-polluted environment outside the city (control), and sampled from the surface soil and leaves of these species. After preparing and digesting the samples, the concentration of heavy metals (cadmium, manganese, zinc and lead) emitted from urban traffic was measured using atomic absorption spectrometry in soil and tree leaf samples. Next, the difference in heavy metal concentrations between tree species was analyzed by ANOVA and between soil and leaves and between urban and control environments was analyzed by t-student test. Then, to determine the tree species with high accumulation of heavy metals, two indices of heavy metal accumulation (BCF) and bioaccumulation index (MAI) were used.
Results and discussionThe results showed that the pattern of heavy metals in soil and leaves of tree species was Mn> Zn> Pb> Cd. The maximum concentrations of heavy metals in the soil and leaves were detected in Conocarpus, Azadirachta indica and Prosopis juliflora, respectively. Spatially, the highest concentration of heavy metals in the sampling points was related to Imam Hossein Street. However, the minimum concentration of heavy metals was observed in the Persian Gulf Street. The concentrations of Mn and Pb in the soil of plant species were different and their differences were significant at 95% level, but the concentration of Cd and Zn was not different in the soil of tree species. Pb, Mn and Zn concentrations were not different in the shoots of the studied tree species and their differences were not significant at the 95% level. However, the concentration of Cd in the shoots of the species was different and the difference between the species was significant at the 95% level. There was a significant difference in the concentration of heavy metals between soil and leaves at 95 and 99%. Also, the concentration of heavy metals in soil and leaves between urban and control fields was significantly different at 95%. The pattern of the BCF index in all species was Zn> Pb> Mn> Cd and heavy metals had moderate accumulation for tree species. Bioaccumulation index (MAI) showed that Conocarpus had the highest adsorption potential of heavy metals and the lowest adsorption potential was observed in Prosopis juliflora.
ConclusionConocarpus, by absorbing pollutants from urban traffic, purifies the polluted air of Bandar Abbas; However, Prosopis juliflora, which is one of the migratory trees in the city of Bandar Abbas, with strong and deep roots, dries up the surface and groundwater of the region. On the other hand, its potential to absorb urban air pollutants is weak. Therefore, despite their resistance to drought and heat, Conocarpus trees have a high potential to purify urban pollution and can replace Prosopis juliflora.
Keywords: Conocarpus erectus, Bandar Abbas, Cadmium, MAI index, BCF index -
زمینه و هدف
بررسی تغییر رفتار فلزات سنگین در خاک به عنوان یکی از چالش های زیست محیطی، موضوع بحث برانگیزی می باشد که توجه محققین زیادی را به خود جلب کرده است. تحقیق حاضر به منظور بررسی تغییر شکل های شیمیایی عناصر سنگین کادمیوم و سرب تحت تاثیر دو گونه باکتری حل کننده فسفات Pseudomonas sp. P169 و Pseudomonas koreensis P56 انجام پذیرفت.
روش بررسیدو خاک با درصد رس متفاوت انتخاب و همزمان با فسفر(منبع نمک پتاسیم دی هیدروژن فسفات)، کادمیوم و سرب (منبع نمک نیترات کادمیوم و سرب) جهت تشکیل کانی های فسفره این فلزات و آلوده سازی مصنوعی خاک، تیمار گردیدند. پس از گذشت دو ماه، خاک ها با دو گونه ی سودوموناس (با جمعیت 108 باکتری در هر میلی لیتر) تلقیح یافتند. پس از گذشت 5، 25، 60 و 90 روز از تلقیح، شکل های شیمیایی کادمیوم و سرب، با روش عصاره گیری متوالی و دستگاه جذب اتمی اندازه گیری شد.
یافته هانتایج نشان داد استفاده از باکتری باعث تغییر شکل های شیمیایی کادمیوم و سرب شد. باکتری کادمیوم محلول و تبادلی را نسبت به شاهد به طور معنی دار کاهش و جزء همراه با مواد آلی را به طور معنی دار افزایش داد. همچنین کاربرد باکتری، سرب کربناتی را به طور معنی دار افزایش و سرب همراه با اکسیدهای آهن و منگنز و همراه با مواد آلی را به طور معنی دار کاهش داد. به عبارت دیگر استفاده از باکتری باعث کاهش ترکیبات کادمیوم با حلالیت بیشتر و افزایش ترکیبات سرب با حلالیت بیشتر شد.
بحث و نتیجه گیریواکنش کادمیوم و سرب نسبت به باکتری های حل کننده فسفر در دو خاک متفاوت بود. رفتار فلزات سنگین تحت تاثیر باکتری حل کننده فسفر بسته نوع فلز و خصوصیات خاک متفاوت است. باکتری های مورد استفاده در این تحقیق باعث تثبیت کادمیوم و تحرک مجدد سرب شدند.
کلید واژگان: عصاره گیری متوالی، سودوموناس، سرب، کادمیومBackground and ObjectiveThe behavior of heavy metals in the soil as one of the environmental challenges has attracted the attention of many researchers. The present study was conducted to evaluate the phosphorus solubilizing bacteria on remobilization of cadmium (Cd) and lead (Pb) in two calcareous soils.
Material and MethodologyPhosphorus, cadmium and lead in the forms of KH2PO4, Cd(NO3)2 and Pb(NO3)2 simultaneously were introduced to the soils to promote the formation of phosphate minerals of added metals in two selected soils. Ater two months the soils were inoculated with two Pseudomonas species and incubated for 3 months. Sequential extraction scheme were applied to determine the chemical forms of Cd and Pb 5, 25, 60 and 90 days after incubation.
FindingsThe results showed that application of phosphorus solubilizing bacteria changed chemical forms of Cd and Pb. Inoculation with Pseudomonas decreased the soluble and exchangeable cadmium while increased organic matter-bound Cd concentration. Inoculation by Pseudomonas increased carbonate-bound Pb and decreased Fe-Mn oxide and organic matter bound Pb. In the other hand, phosphate solubilizing bacteria (Pseudomonas) decreased mobility and bio-availability of cadmium and immobilization of lead.
Discussion and ConclusionIn fact, the behavior of heavy metals in the presence of phosphorus solubilizing bacteria was different and depends on the type of metal and soil properties. In present study, bacteria cause immobilization of cadmium and remobilization of lead.
Keywords: Pseudomonas, Lead, Cadmium, sequential extraction -
مقدمه
مناطق حفاظت شده ابزارهایی حیاتی در مدیریت و حفاظت از محیط زیست خشکی و دریایی هستند. با این حال، تضاد بین اولویت های حفاظتی و برداشت منابع از مناطق حفاظت شده روز به روز در سراسر جهان حال افزایش است. پارک ملی و پناهگاه حیات وحش موته به واسطه تنوع زیستی بالا از ارزش حفاظتی برخوردار است، ولی در سال های اخیر به دلیل جاذبه های غنی معدنی به شدت مورد بهره برداری قرار گرفته است. از این رو، مطالعه حاضر به بررسی غلظت کادمیوم خاک و گیاه درمنه دشتی، عامل انتقال و عوامل موثر در بروز آن پرداخته است.
مواد و روش ها45 نمونه خاک از عمق 0 تا 30 سانتی متر و برگ گیاه درمنه دشتی (Artemisia sieberi) در 15 نقطه در منطقه دشتی پارک ملی و پناهگاه حیات وحش موته (با وسعت 423 کیلومترمربع) برداشت و غلظت کادمیوم نمونه ها توسط دستگاه جذب اتمی مدل محاسبه شد. جذب کادمیوم توسط گیاه با استفاده از عامل انتقال محاسبه و تفسیر شد. با استفاده از روش معکوس فاصله وزنی در نرم افزار GIS، نواحی آلوده به کادمیوم در بخش خاک و گیاه تعیین و وسعت و موقعیت مکانی نواحی با غلظت کادمیوم بیش از mg/kg 5 در خاک و بیش از mg/kg 2/0 در برگ گیاه بر اساس استاندارد سازمان بهداشت جهانی و آژانس حفاظت محیط زیست ایالات متحده آمریکا شناسایی شد. درنهایت از مدل های رگرسیون خطی، لگاریتمی، توانی، نمایی و چندجمله ای برای بررسی اثر حمل و نقل جاده ای در آلودگی به کادمیوم استفاده شد.
نتایجمتوسط غلظت کادمیوم در گیاه و خاک (mg/kg) به ترتیب برابر با 11/0 ± 39/0 و 15/0 ± 97/2 بدست آمد. بیشترین غلظت خاک این عنصر در میانه های منطقه برابر با mg/kg 69/0 ± 00/15 بدست آمد که با حرکت به سمت قسمت های جنوبی منطقه، به تدریج از غلظت آن کاسته شد. بیشترین غلظت این عنصر در برگ های گیاه درمنه در بخش های شمالی ناحیه برابر با mg/kg 09/0 ± 62/0 بود و کمترین مقدار نیز در بخش میانی (mg/kg 32/0 ± 05/0) ثبت گردید. عامل انتقال بین دو مقدار 005/0 تا 544/0 با متوسط 93/4 قرار داشت. بر اساس حد استاندارد mg/kg 5 کادمیوم در خاک، وسعتی برابر با 80/20 درصد از منطقه به عنوان ناحیه آلوده به این عنصر شناخته شد، حال آن که با در نظر گرفتن مقدار مجاز mg/kg 2/0 در گیاه، بخش های بسیار زیادی از پوشش گیاهی منطقه (بیش از 95 درصد) آلوده به کادمیوم شناسایی شد. بهترین مدل رگرسیونی در حالت مدل نمایی با مقدار ضریب تشخیص 301/0 نشان داد که حمل و نقل جاده ای به عنوان یکی از مهم ترین عوامل انسانی موجب افزایش آلودگی خاک و گیاه درمنه دشتی موته به کادمیوم شده است.
بحث:
اکتشاف طلا و احداث معادن متعدد در منطقه موته و همچنین احداث کنارگذرهای شمال استان اصفهان باعث شد تا تهدیدات زیادی متوجه اکوسیستم و گونه های این ناحیه شود. بر اساس نتایج بدست آمده، خاک های منطقه دشتی موته به عنصر کادمیوم آلوده شده است. غلظت بالای این عنصر در خاک های اطراف جاده ها و کاهش غلظت آن ها با افزایش فاصله از جاده معیاری از اثر حمل و نقل جاده ای بر افزایش آلودگی خاک است. بر این اساس، جلوگیری از احداث راه های مواصلاتی در مناطقی با اکوسیستم های ارزشمند، افزایش کیفیت سوخت و خودروها و همچنین کاهش بار ترافیکی از جمله مهم ترین راهکارها برای حفظ محیط زیست و کاهش آلودگی به عناصر سمی بالقوه است.
کلید واژگان: کادمیوم، موته، آلودگی خاک، درمنه دشتیIntroductionProtected areas are vital tools in the management and conservation of both terrestrial and marine environments. However, the conflict between conservation priorities and resource extraction from protected areas is increasing worldwide. Due to its high biodiversity, Mouteh National Park and Wildlife Refuge hold significant conservation value; nevertheless, in recent years, it has been heavily exploited due to rich mineral attractions. Consequently, the current study investigates the Cd concentration in the soil and plants in the Mouteh Basin, its transfer factor, and the influencing factors.
Materials and Methods45 soil samples were collected from a depth of 0-30 cm, and leaf samples of the Artemisia sieberi plant were obtained at 15 locations within the plain region of the Mouteh National Park and Wildlife Refuge, which spans an area of 423 km2. The concentrations of Cd in these samples were determined using an atomic absorption spectrometer. The uptake of Cd by the plants was calculated and interpreted using the transfer factor. The Inverse Distance Weighting method in ArcGIS software was used to identify areas contaminated with Cd, with concentrations exceeding 5 mg/kg in soil and 2.0 mg/kg in plant leaves, based on the standard limits set by the WHO and U.S. EPA. Finally, linear, logarithmic, power, exponential and polynomial regression models were employed to examine the impact of road transportation on Cd pollution.
ResultsThe mean Cd concentrations in plants and soil (mg/kg) were found to be 0.39 ± 0.11 and 2.97 ± 0.15, respectively. The highest soil concentration of this element was recorded in the central areas of the region, reaching 15.00 ± 0.69 mg/kg. This concentration gradually decreased towards the southern parts of the region. The highest concentration of Cd in the leaves of Artemisia sieberi was observed in the northern sections of the region, at 0.62 ± 0.05 mg/kg, while the lowest value was recorded in the central part (0.32 ± 0.05 mg/kg). The transfer factor of Cd ranged from 0.005 to 0.544, with a mean of 0.934. According to the standard limit of 5 mg/kg for Cd in soil, an area equivalent to 20.80% of the region was identified as Cd-contaminated. However, considering the permissible limit of 0.2 mg/kg in plants, a significant portion of the vegetation cover in the area (more than 95%) was found to be contaminated with Cd. The best regression model was achieved in the exponential form with a coefficient of determination of 0.301, indicating that road transportation is one of the most significant human factors contributing to the increase in Cd pollution in the Mouteh soil and plant species Artemisia sieberi.
DiscussionThe exploration of gold and the establishment of multiple mines in the Mouteh region, as well as the construction of highways in the northern province of Isfahan, have led to significant threats to the ecosystem and species of this area. Based on the results, the soils of the Mouteh plain region have been contaminated with Cd. The high concentration of this element in soils near the roads and its decrease with increasing distance from the road are indicators of the impact of road transportation on soil pollution. Therefore, preventing the construction of transportation routes in areas with rich biodiversity, improving the quality of fuels and vehicles, and reducing traffic congestion are among the most important measures for protecting the environment and reducing pollution from potentially toxic elements in natural areas.
Keywords: Cadmium, Muteh, Soil pollution, Artemisia sieberi -
سابقه و هدف
در طی دو دهه گذشته، مدل سازی به کمک رایانه برای شبیه سازی عناصر سنگین توسعه قابل توجهی کرده است. برآورد آلودگی خاک نقش مهمی در کنترل آلودگی و مدیریت زمین دارد. اما در مناطقی با وسعت بالا، جمع آوری داده ها به روش مستقیم به لحاظ هزینه و زمان چالش برانگیز است. در سال های اخیر،کاربرد روش های غیر مستقیم مانند شبکه ی عصبی مصنوعی (ANN) و مدل های مشابه دیگر برای برآورد عناصر سنگین مورد توجه قرار گرفته است.در شهرستان گرمسار 27 معدن نمک وجود دارد که از این تعداد 16 معدن فعال است. نمک استخراج شده از این معادن به عنوان یکی از چاشنی های غذا مورد استفاده قرار می گیرد. از آنجا که به دلیل فعالیت های معدن کاری، ممکن است خاک های این منطقه آلوده به عناصر سنگین گردد. لذا در این بررسی، کارآیی شاخص های زمینی و طیفی برای برآورد کادمیوم (Cd)کل خاک در اطراف خاک های معادن نمک گرمسارتوسط مدل پرسپترون چند لایه (MLP) شبکه عصبی مصنوعی مورد ارزیابی قرار گرفت.
مواد و روش هابرای انجام این پژوهش49 نمونه خاک مرکب از عمقcm20-0 منطقه مورد مطالعه جمع آوری گردید. ویژگی های فیزیکی و شیمیایی نمونه های خاک مانند درصد رس، شن، سیلت، اسیدیته خاک (pH)، هدایت الکتریکی (EC) و درصد آهک تعیین گردید. اندازه گیری غلظت Cd کل توسط دستگاه جذب اتمی مدل واریان (Varian-220AA) صورت گرفت. برای استخراج پارامترهای زمینی منطقه مورد مطالعه از نقشه رقومی ارتفاع (DEM) و برای محاسبه شاخص های طیفی، تصاویر باندهای لندست-8 با وضوح m30 استفاده شدند. 25 داده کمکی مستخرج از DEM و تصاویر لندست-8 برای برآورد غلظت Cd کل خاک منطقه مورد مطالعه استفاده گردید. داده های جمع آوری شده به صورت تصادفی به دو دسته آموزش و صحت یابی تقسیم شدند و از آنها برای ارزیابی مدل MLP استفاده شد. براساس داده های کمکی بدست آمده و ضرایب همبستگی بین این داده ها با مقدار Cd برآورد شده، 2 مدل مورد ارزیابی قرار گرفت.
نتایج و بحث:
نتایج این بررسی نشان داد که داده های کمکی مستخرج از باندهای لندست-8 (با بیشترین میزان دقت و کمترین میزان خطا) جزء تاثیرگذارترین پارامترها در برآورد آلودگی خاک به Cd بودند. براساس نتایج بدست آمده از ارزیابی عملکرد ANN در برآورد Cd کل، مقدار ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) و ضریب تبیین (R2) برای مدل اول 05/0 و 95/0 و برای مدل دوم 10/0 و 80/0 بدست آمد. در مدل 1، شاخص اشباع (Sat I)، شاخص اندازه ذرات (GSI)، شاخص کربنات (CrI)، شاخص رنگ خاک (Color I) و شاخص گچ (GI) جزء ویژگی های مهم و اصلی در مدل سازی Cd بودند. نتایج مطالعه حاضر کارآیی بالای شبکه ی ANN را در برآورد Cd کل خاک نشان داد.
نتیجه گیریبا توجه به توسعه مدل های یادگیری ماشین در رشته مهندسی محیط زیست بویژه در شبیه سازی عناصر سنگین، داشتن یک نقطه عطف برای پیشرفت آنها بسیار مهم است. نتایج این پژوهش نشان داد که مدل MLP برای برآوردCd کل خاک مناسب است و می توان با کمک این روش در هزینه های نمونه برداری و تجزیه خاک صرفه جویی نمود. بنابراین توصیه می شود روش بکار رفته در این بررسی، برای تهیه نقشه Cd کل خاک در مناطق مشابه صحت سنجی شود.
کلید واژگان: آلودگی خاک، شبکه ی عصبی مصنوعی، کادمیوم، لندست-8IntroductionDuring the past two decades, computer aid models for simulation of heavy metals have been remarkably developed. Prediction of soil pollution plays an important role in pollution control and land management. But in large areas, collecting data in a direct way is challenging in terms of cost and time. In recent years, the use of indirect methods such as artificial neural network (ANN) and other similar models to estimate heavy metals has been considered. There are 27 salt mines in Garmsar city. Of these, 16 mines are active. Salt extracted from these mines are used as one of the food spices. On the other hand, due to mining activities, the soils of this region may be contaminated with heavy metals. Therefore,in this study, the effectiveness of terrain and spectral indices for predicting total soil Cadmium (Cd) around the soils of Garmsar salt mines was evaluated by ANN – multilayer perceptron (MLP) model.
Material and methodsFor this research, 49 soil samples were collected from the 0-20 cm Physicochemical properties of soil samples such as percentage of clay, sand, silt, soil acidity (pH), electrical conductivity (EC) and lime percentage were determined. Total Cd concentration was measured by atomic absorption spectroscopy (AAS) (Varian, Spectra 220). All terrain attributes used in this study were derived from a digital elevation map (DEM) and to calculate the spectral indices, Landsat-8 OLI/TIRS bands image with a resolution of 30 meters were used. Twenty-five auxiliary data variables derived from a DEM and Landsat-8 were used to predict total soil Cd in the study area. Based on the auxiliary data obtained and the correlation coefficients between these data and the predicted total Cd value, 2 models were evaluated. The collected data were randomly divided into categories training and validation and were used to evaluate the MLP model.
Results and discussionThe results of this study show that the auxiliary data extracted from landsat-8 bands (with the highest accuracy and lowest error rate) were the effective parameters in predicting soil contamination with Cd. Based on the results obtained from the evaluation of ANN performance in estimating total Cd, the value of root mean square error (RMSE) and coefficient of explanation (R2) were 0.05 and 0.95 for the first model and 0.10 and 0.80 for the second model. In model 1, saturation index (Sat I), grain size index (GSI), carbonate index (CrI), soil color index (color I) and gypsum index (GI) were important and main parameters in total Cd modeling. The results of the present study showed the high efficiency of the ANN model in predicting total soil Cd.
ConclusionDue to the development of machine learning models in the field of environmental engineering especially in simulation of heavy metals, having a turning point for their advancement is very important. The results of this research show that the MLP model is suitable for total soil Cd prediction and this method can save the cost of soil sampling and analysis. Therefore, it is recommended to validate the method applied in this study to prepare total soil Cd map in similar areas.
Keywords: Artificial Neural Network, Cadmium, Landsat-8, Soil pollution -
زمینه و هدف
یک روش جایگزین و سازگار با محیط زیست جهت پالایش محیط زیست از آلودگی ها، استفاده از مواد زیست فعال سطحی مشتق شده از میکروارگانیسم ها است. مزیت زیست فعال سطحی، زیست تخریب پذیری، سمیت پایین و اثر بخشی در افزایش تجزیه بیولوژیکی است. برخلاف سورفکتنت های شیمیایی، مواد فعال سطحی تولید شده از میکروب ها به آسانی تجزیه می شوند و به همین دلیل برای کاربردهای زیست محیطی به خصوص زیست پالایی بسیار مناسب اند. این پژوهش با هدف زیست پالایی و بررسی سینتیک جذب فلزات سنگین(کبالت و کادمیم) و رنگ رودامین B از آب توسط بیوسورفکتنت تولید شده از باکتری سودوموناس آیروژینوزا صورت گرفت.
روش بررسیدر این مطالعه از یک باکتری مولد بیوسورفکتنت که از سایت زباله کهریزک در جنوب تهران به عنوان سویه سودوموناس آیرژینوزا HAK02 جداسازی و شناسایی شده جهت تولید زیست فعال سطحی برای حذف آلاینده ها استفاده شد. تست زتا پتانسیل برای تشخیص بار بیوسورفکتنت تولید شده و استفاده در زیست پالایی انجام شد. میزان حذف رنگ توسط دستگاه UV و حذف فلزات سنگین به وسیله آنالیز ICP_AES انجام گرفت.
یافته هابا توجه به بار منفی ماده برای حذف فلزات سنگین و رنگ کاتیونی رودامین B استفاده شد. بیوسورفکتنت تولید شده با سودوموناس آیرژینوزا قادر به حذف 95% رودامینB ، 43%Cd2+ و 35% Co2+ شد. بررسی مدل سینتیکی جذب نشان داد با مدل سینتیکی شبه درجه دوم تطبیق بهتری داشت.
بحث و نتیجه گیریزیست پالایی با استفاده از زیست فعال سطحی جهت حذف فلزات سنگین و رنگبری روشی سریع و سازگار با محیط زیست می باشد. این نمونه جهت حذف رودامینB بسیار مناسب است و برای فلزات سنگین Cd2+ و Co2+ توانایی متوسط دارد.
کلید واژگان: رودامین B، زیست پالایی، زیست فعال سطحی، کادمیوم، کبالت و مدل سینتیکی جذبBackground and ObjectiveAn alternative and environmentally friendly method for purifying the environment from pollution is the use of biosurfactant derived from microorganisms. The advantage of biosurfactant is biodegradability, low toxicity, and effectiveness in increasing biological decomposition. Unlike chemical surfactants, surface active substances produced by microbes are easily decomposed, and for this reason, they are very suitable for environmental applications, especially bioremediation. The aim of this study was bioremediation and investigation of the absorption kinetics of heavy metals and Rhodamine B from water by biosurfactant produced from Pseudomonas aeruginosa bacteria.
Material and MethodologyIn this study, a biosurfactant-producing bacterium that was isolated and identified as Pseudomonas aeruginosa HAK02 from the Kahrizak waste site in the south of Tehran was used to produce a surface bioactive agent to remove pollutants. Zeta potential test was performed to detect the load of biosurfactant produced and used in bioremediation. The amount of color removal was done by UV device and the removal of heavy metals was done by ICP_AES analysis.
FindingsDue to the negative charge of the substance, it was used to remove heavy metals and Rhodamine B cationic dye. Biosurfactant produced with Pseudomonas aeruginosa was able to remove 95% rhodamine B, 43% Cd2+, and 35% Co2+. Examining the kinetic model of absorption showed that better correlation with pseudo-second order kinetic model.
Discussion and ConclusionBioremediation using surfactants to remove heavy metals and dyeing is a fast and environmentally friendly method. This sample is very suitable for the removal of Rhodamine B and has the moderate ability for heavy metals Cd2+ and Co2+.
Keywords: Bioremediation, Bio-surfactant, Cadmium, Cobalt, Kinetic model of absorption, Rhodamine B -
برخی از فلزات سنگین مانند کادمیوم و سرب در متابولیسم طبیعی آبزیان هیچ نقشی نداشته و این فلزات حتی در غلظت های پایین نیز برای موجودات زنده سمی هستند. این تحقیق به منظور مطالعه تاثیر اندازه بدن (طول کل و وزن کل) بر میزان تجمع غلظت عناصر سرب و کادمیوم در ماهی سرخوی معمولی (Lutjanus lohni) در سه منطقه بندرعباس، بندر لنگه و جاسک در استان هرمزگان انجام گردید. تعداد نمونه در هر ایستگاه به طور مجزا نمونه برداری شد که در آزمایشگاه پس از زیست سنجی، بافت عضله تفکیک و فلز سرب و کادمیوم به روش هضم شیمیایی استخراج و غلظت آن ها توسط دستگاه جذب اتمی خوانده شد. نتایج حاصل از تحقیق نشان داد که غلظت عناصر سرب و کادمیوم در بافت عضله ماهی سرخو در سه منطقه بندر جاسک، بندرعباس و بندر لنگه با اندازه بدن (طول و وزن بدن) ضریب همبستگی پیرسون منفی (r) و معنی داری ندارد (0/05<p). نتایج حاصل از آنالیز بافت عضله ماهی سرخوی معمولی در مناطق مورد مطالعه به ترتیب بیش ترین و کم ترین میزان غلظت فلز سرب برابر با 0/1+0/2686 و 0/1+0/5850 میکروگرم بر گرم و برای فلز کادمیوم به ترتیب برابر با 0/01+0/0216 و 0/01+0/057 میکروگرم بر گرم نشان داده شد. هم چنین نتایج نشان دهنده آن است که منطقه بندر جاسک از نظر میزان عناصر سرب و کادمیوم در بافت عضله با مناطق بندرعباس و بندر لنگه تفاوت معنی داری دارد (0/05<p). می توان از داده های این تحقیق نتیجه گرفت که در مناطق مورد مطالعه در خلیج فارس (بندرعباس، بندر لنگه و جاسک) رابطه ای بسیار ضعیفی بین اندازه بدن گونه مورد مطالعه نشان داده شده است. روند تجمع عناصر مورد بررسی در ماهی سرخوی معمولی بر جنسیت (نر یا ماده) نیز تاثیر گذار نبوده، هم چنین این آلودگی این عناصر در تحقیق حاضر کم تر از حد استانداردهای جهانی گزارش شده بوده است.کلید واژگان: سرب، کادمیوم، ماهی، طول بدن، همبستگی، خلیج فارسSome heavy metals such as cadmium and lead have no role in the natural metabolism of aquatic animals and these metals are toxic to living organisms even at low concentrations. This study was conducted to study the effect of body size (total length and total weight) on the accumulation of lead and cadmium in common redfish (Lutjanus lohni) in three regions of Bandar Abbas, Bandar Lengeh and Jask in Hormozgan province. The number of samples in each station was sampled separately. In the laboratory, after bioassay, muscle tissue was separated and lead and cadmium were extracted by chemical digestion and their concentrations were read by atomic absorption spectrometry. The results of the study showed that the concentration of lead and cadmium in the muscle tissue of redfish in three areas of Bandar Jask, Bandar Abbas and Bandar Lengeh with body size (body length and weight) had a negative Pearson correlation coefficient (r) and was significant (p>0.05). The results of tissue analysis of common red fish muscle in the study areas have the highest and lowest concentrations of lead metal equal to 0.2686+0.1 and 0.550+0.1 μg/g and for cadmium metal, respectively. It was shown with 0.021+0.01 and 0.057+0.01 μg/g. The results also show that the Jask port area is significantly different from Bandar Abbas and Bandar Lengeh areas in terms of the amount of lead and cadmium elements in muscle tissue (p>0.05).It can be concluded from the data of this study that in the study areas in the Persian Gulf (Bandar Abbas, Bandar Lengeh and Jask) a very weak relationship between the body size of the studied species has been shown. The trend of accumulation of the studied elements in ordinary redfish has not affected the sex (male or female) and also the contamination of these elements in the present study has been less than the international standards reported.Keywords: Lead, Cadmium, fish, Body Length, Correlation, Persian Gulf
-
زمینه و هدف
امروزه افزایش شوری و آلودگی خاک ناشی از مصرف کمپوست زباله های شهری مشکلات عمده ای را به وجود آورده است. هدف اصلی از این تحقیق بررسی تاثیر اختلاط ضایعات گلخانه ای رز با زباله های شهری بر کیفیت کمپوست تولیدی و خواص شیمیایی و فیزیکی خاک پس از مصرف این کود می باشد.
روش بررسیبه منظور بررسی تاثیر ضایعات گلخانه ای رز بر کیفیت کمپوست تولیدی، آزمایشی در سال زراعی97-98 به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی با دو فاکتور 1) نوع زباله با دو سطح تفکیک شده و تفکیک نشده و 2) نسبت ماده اصلاحی با سه سطح الف) 100 درصد زباله - صفر درصد ماده اصلاحی، ب) 80 درصد زباله - 20درصد ماده اصلاحی و ج) 60 درصد زباله - 40 درصد ماده اصلاحی در سه تکرار انجام شد. سپس جهت بررسی تاثیر کمپوست تولیدی بر خواص خاک، آزمایشی مزرعه ای در قالب طرح کاملا تصادفی با هفت تیمار (شامل خاک مخلوط شده با شش نوع کمپوست تولیدی در مرحله قبل و یک تیمار شاهد) و سه تکرار به اجرا درآمد.
یافته ها:
نتایج نشان داد تفکیک زباله ها در مبدا، باعث افزایش کربن آلی به میزان 69 درصد و افزایش 75/2 برابری نیتروژن، 14/4 برابری ظرفیت تبادل کاتیونی، 14/2 برابری فسفر و 2 برابری ظرفیت نگهداشت آب در کمپوست گردید، ولی پتاسیم قابل جذب، pH و سدیم کمپوست تولیدی را کاهش داد. در خاک نیز باعث کاهش جرم مخصوص ظاهری، شوری و غلظت کادمیوم و سرب گردید و میانگین وزنی قطر خاکدانه ها را افزایش داد. اضافه کردن ضایعات گلخانه ای رز به میزان 40 درصد، شوری کمپوست را 58 درصد نسبت به شاهد کاهش داد. در خاک نیز باعث کاهش جرم مخصوص ظاهری، شوری و غلظت سرب و کادمیوم شد. تیمار خاک و کمپوست تفکیک شده با 40 درصد ماده اصلاحی شاخص Si را 078/0 واحد و کربن آلی خاک را 32 درصد نسبت به شاهد افزایش داد.
بحث و نتیجه گیرینتایج نشان داد تفکیک زباله ها در مبدا و افزایش ضایعات گلخانه ای رز می تواند خواص شیمیایی و فیزیکی کمپوست تولیدی و خاک را بهبود بخشد.
کلید واژگان: آلودگی، تفکیک زباله، سرب، کادمیوم، مواد اصلاح کنندهBackground and ObjectiveIn recent years, salinity and pollution due to municipal solid waste compost, has caused many problems. The main purpose of this research is to investigate the effect of mixing rose greenhouse waste with urban waste on the quality of produced compost and the chemical and physical properties of the soil after using this fertilizer.
Material and MethodologyAn experiment in CRD design as factorial was conducted to investigate the effect of Rose greenhouse wastes on quality of compost with two factors consisted of 1) waste type with 2 rates: a) separated and b) unseparated waste) and 2) amendment ratio with 3 rates: a) 100% waste-0% amendment, b) 80% waste-20% amendment and c) 60% waste-40% amendment, with three replications. Then a field experiment based on CRD, with 7 treatment (consisted of soil mixed with six types of produced compost in previous stage and control) and 3 replications was conducted to investigate the effects of produced compost on some characteristics of soil.
FindingsResults showed that the separation of wastes at the source, increased compost nitrogen by 2.75 times, cation exchange capacity by 4.14 times, phosphorus by 2.14 times, water holding capacity by 2 times and organic carbon by 69% compared to the non-separation. But reduced available potassium, pH and sodium of the compost. In soil, it also reduced bulk density, salinity, and cadmium and lead concentrations, and increased soil MWD. Adding Rose greenhouse waste in rate of 40%, reduced compost EC by 58% campared to control. It also reduced available sodium and potassium and increased pH of the compost. In soil, reduced bulk density, salinity and concentration of lead and cadmium. Treatment of soil and separated compost with 40% of amendment, increased soil Si by 0.078 unit and soil organic carbon by 32% compared to the control.
Discussion and ConclusionResults showed that separation of wastes at the source and adding Rose greenhouse waste can improve physical and chemical properties of compost and soil.
Keywords: Amendments, Cadmium, Lead, Pollution, Waste separation -
امروزه آلودگی رسوبات و منابع آبی به فلزات سنگین به ویژه کادمیوم به دلیل سمیت بالا، صدمات شدیدی را بر سلامت انسان و سایر موجودات وارد می نمایند. پاک سازی رسوبات آلوده به کادمیوم از اهمیت ویژه ای برخوردار بوده و مطالعات گسترده ای بر روی انواع روش های پالایشی انجام گرفته است. با توجه به اینکه هریک از روش های پالایشی مزایا و معایب خاص خود را به همراه دارند، انتخاب تکنیک پاک سازی مطلوب بر اساس شرایط جغرافیایی، اقتصادی، اجتماعی و همچنین محدودیت های موجود، نه تنها چالش برانگیز بوده بلکه نقشی اساسی در میزان موفقیت روش پالایشی در مرحله اجرا ایفا می نماید. در پژوهش حاضر از مدل تصمیم گیری چندمعیاره و تحلیل سلسله مراتبی فازی استفاده شده است. در این فرآیند روش ها و شاخص های مهم بر اساس ادبیات موضوع و با کمک از متخصصین درزمینه پاک سازی های زیست محیطی مشخص گردیده و توسط مدل تحلیل سلسله مراتبی فازی (FAHP) وزن دهی شد. بر اساس وزن دهی های صورت گرفته توسط FAHP هزینه به عنوان مهم ترین شاخص با 46% سهم ، در دسترس بودن تکنولوژی 39%، پتانسیل بازیابی آلاینده 9% و زمان 6% شاخص های اصلی تصمیم گیری تعیین شدند. همچنین، با استفاده از مدل تصمیم گیری چند شاخصه فازی ویکور (FVIKOR) برترین گزینه ها جهت پاکسازی رسوبات آلوده به کادمیوم مشخص گردیدند. برترین گزینه ها جهت پاک سازی رسوبات آلوده به کادمیوم در ابتدا روش جذب با استفاده از جاذب های زیستی (0٫205=R و0٫274=S و0٫002=Q) و سپس الکتروکینتیک (0٫214=R و 0٫271=S و 0٫005=Q) به عنوان بهترین رویکردهای ممکن جهت پاک سازی رسوبات آلوده به کادمیوم در نظر گرفته شدند.کلید واژگان: پالایش رسوبات، آلودگی آب ها، کادمیوم، FVIKOR، FAHPThese days, contamination of sediment and water resources to heavy metals, especially cadmium, cause severe human health and other organism’s disorders due to its high toxicity. Remediation of cadmium-contaminated sediments is of particular importance and several studies have been carried out on various remedial techniques. Considering that the remedial actions of sediment are diverse and each of them has its own pros and cons, Choosing the suitable and proper method based on geographical, economical, and social conditions is not only challenging but also plays a key role in implementing a successful remediation action. In this study, multi-criteria decision making model and fuzzy hierarchical analysis were used to find the best approach for restoring polluted sediment. In this regard, important methods and indicators have been determined consisting literature review and experts’ opinions. Based on the Weights determination by FAHP, the cost with 46% of weight, the availability of technology (39%), the potential of Pollutant recovery (9%), and time (6%) were determined as the main indicators of decision-making process. Moreover, by using VIKOR as a multi-criteria decision making model, the best options for cadmium-contaminated sediment were identified. Ranking the options shows that the absorption method by using biological adsorbents (Q=0.002, S=0.274, R=0.205) and electrokinetic (Q=0.005, S=0.271, R=0.214) has been selected as the best possible approaches.Keywords: Cadmium, FAHP, FVIKOR, Sediment, water pollution
-
بندپایان رده پادمان به دلیل تراکم بالا در اکوسیستم های خشکی زی و حساسیت زیاد به آلودگی های شیمیایی، از مهمترین شاخصهای زیستی در بررسی آلودگیها هستند. این پژوهش با هدف بررسی تاثیر آلودگیهای فلزات سنگین و هیدروکربن های نفتی در خاکهای دو منطقه پالایشگاه اصفهان و کارخانه فولاد مبارکه بر تنوع و فراوانی جمعیت پادمان انجام شد. با استفاده از قیف برلز، بندپایان رده پادمان از خاک جداسازی شدند و در مجموع 11 گونه متعلق به 6 خانواده از 2 زیر راسته پادمان شناسایی شدند. در خاک های آلوده به فلزات سنگین بیشترین درصد فراوانی مربوط به گونه های Isotomiella minor، Ceratophysella stercoraria و Hypogastura sp.1 بود و هیچ نمونه ای مربوط به گونه Folsomia candida جداسازی نشد. در خاک های آلوده به مواد نفتی بیشترین درصد فراوانی به ترتیب مربوط به گونه های Hypogastura sp.، Isotomiella minor و Ceratophysella stercoraria بود. در این پژوهش گونه F. candida در هیچکدام از دو نوع خاک آلوده جمع آوری نشد که نشان دهنده تاثیرپذیری زیاد این گونه از آلودگیهای شیمیایی خاک است و می توان از آن به عنوان یک نشانگر زیستی در پایش خاک های آلوده به ترکیبات شیمیایی استفاده نمود. این اولین گزارش از تغییرات فون پادمان در اثر آلودگیهای زیست محیطی خاکها در ایران میباشد.
کلید واژگان: نشانگرهای زیستی، آلودگیهای زیست محیطی، ترکیبات نفتی، کادمیومIntroductionSoil pollution and accumulation of heavy metals such as lead, cadmium, silver and mercury in agricultural products of industrial areas is one of the most important environmental issues that threaten the lives of plants, animals and humans. Harmful effects of these pollutants on living organisms, including disruption of biological activities, adverse effects on plants and humans due to their entry into the food chain have been proven. As well as, oil pollution is one of the most common of pollution in terrestrial and aquatic ecosystems. The development of the petrochemical industry and the non-observance of environmental requirements, have led to the introduction of large amounts of hydrocarbon pollutants into the environment in recent decades.Biomarkers include biological processes, species, or communities of living organisms that are used to assess the quality of the environment and how the environment changes over time. In recent years, the use of biomarkers to identify environmental pollutants, especially heavy metals and petroleum hydrocarbons, has increased. Collembolan arthropods are one of the most important soil decomposers with high species diversity and density, especially in forest ecosystems. These organisms are widely used organisms as biomarkers due to their short life cycle, high density and high susceptibility to various contaminants in terrestrial ecosystems. This research was aimed to identify the collembola fauna in soils contaminated with heavy metals and petroleum hydrocarbons in two industrial areas of Isfahan and to investigate the impact of these contaminants on the diversity and population abundance of these organisms as a biological indicator of soil contamination.
Materials and MethodsSoil samples were taken from the lands around Isfahan Oil Refinery and the area around Mobarakeh Steel factory, as contaminated areas to petroleum hydrocarbons and heavy metals respectively. Also, a sample of pristine soil (non-contaminated soil) was taken from the test areas as a control. Heavy metals concentration was measured by atomic absorption method and the amount of petroleum hydrocarbons in the samples was measured by Soxhlet method. The terrestrial arthropods were collected using Berlese funnel. To identify the Collembola species, microscopic slides were prepared and identified according to the taxonomic keys.
ResultsDiversity of Collembola in contaminated soilsThe results of chemical analysis of soils showed that there were different degrees of contamination with petroleum hydrocarbons and heavy metals including lead, cadmium and nickel in the sampled areas, and the soil of the control area was free of any contamination. The highest concentration of heavy metal in the studied soils was related to cadmium with 21.92 mg/kg and the lowest concentration of nickel was related to 42.85 mg/kg. Sampling was performed to collect collembolan arthropods throughout the year and a total of 11 species of collembola from 6 families and 2 suborders were collected (table 1).As shown in Figure 1a, Istomiella minor, Ceratophysella stercoraria, Hypogastrura sp.1, Entomobrya sp.1 and Onychiurus sp.2 species are more abundant in heavy metal contaminated area than uncontaminated soil (control). Also, Folsomia candida was not found in the soil samples around the steel factory. On the other, the diversity and abundance of Collembola species collected in soils contaminated with petroleum compounds around the oil refinery were similar to soils contaminated with heavy metals (Figure 1-b). In these soils, the highest abundance of collembolan communication is related to Hypogastura sp.1, I. minor and C. stercoraria, respectively. Also, the frequency percentage of F. candida, Pseudosinella sp.2 and Onychurus sp.1 was zero and no samples of these species were collected, which indicates the high sensitivity of these species to petroleum products and hydrocarbon compounds.Sampling was performed to isolate terrestrial Collembola in different seasons of the year. The results showed that these arthropods were active only in spring and summer. In both autumn and winter, no samples of Collembola were collected in either of the two areas contaminated with heavy metals and petroleum compounds. The interesting point in this study was that no significant difference was observed between the collembola population of contaminated soils and non-contaminated soils in spring. However, in summer, the population of non-contaminated soils was much higher than soils contaminated with heavy metals and petroleum compounds and a significant difference (p ≥ 0.05) was observed between them.As shown in Figure 2, the frequency of Hypogastrura sp.1 and Pseudosinella octoppuncta species in oil-contaminated soils is higher than their frequency in heavy metal-contaminated soils. The frequency of Hypogastrura sp.1 in oil-contaminated soils (40%) was significantly higher (p ≥ 0.05) than the frequency of this species in heavy metal-contaminated soils (12.5%) (Fig. 2). Therefore, Hypogastrura sp.1 is the most resistant species to petroleum products among the species studied in this research. Also, the I. minor showed the highest frequency (28.13%) in soils contaminated with heavy metals. Therefore, this species is the most resistant to heavy metals among the studied species.
Discussion and conclusionThe main purpose of this study was to compare the Collembola fauna in soils contaminated with heavy metals and petroleum compounds as a biological indicator in the some industrial regions of Isfahan. In this study, a total of 11 species belonging to 6 families from 2 suborders of Collembola were collected. F. candida was not isolated from contaminated soils with heavy metals, while this species has acceptable population abundance in pristine and non-polluted soils. These results indicate the high sensitivity of this species to heavy metals. Lead and cadmium have very destructive effects on the reproduction of F. candida and cause a significant reduction in reproduction of this species. According to Sandifer and Hopkin (1996), when the cadmium concentration in the soil reaches to 1.2 μg / kg, the reproduction of Folsomia species decreases dramatically. The soils studied in this study were also highly contaminated with cadmium and the concentration of this element in some samples was 21.92 mg / kg, which is several hundred times than the global pollution standard, this is why F. candida was not collected from these soils. Also the species F. candida, Pseudosinella sp.2 and Onchiusus sp.1 were not collected from soils contaminated with petroleum hydrocarbons. Studies by Fountain and Hopkin (2005) show the very high susceptibility of these species, especially F. candida, to chemical contaminants and introduce this species as a reliable biomarker against soil pollutants. In contrast, populations of some species such as I. minor, C. stercoraria and Hypogastrura sp.1 was higher in soils contaminated with heavy metals and petroleum compounds than in non-contaminated soils. These results may be due to the fact that some species of Collembola have the ability to detoxify and remove of poisonous chemicals from their bodies with repeated molting. In Conclusion, the genus Folsomia is one of the most well-known soil collembolan which whose species, due to non-migratory living and its low dependence on sub-habitats, make them important organisms for determining air and soil quality and tracking pollution. Among the identified species of this genus, F. candida has been considered as an ecological criterion and biological indicator of soil. In this study, this species was not isolated in soils contaminated with heavy metals and petroleum compounds and was introduced as the most sensitive species to chemicals. On the other hand, I. minor with a population frequency of about 25% in the studied soils was introduced as the most resistant species to chemical compounds.
Keywords: Biomarkers, Environmental pollutions, Oil hydrocarbons, Cadmium -
هدف از این مطالعه تجربی بررسی اثر کادمیوم (Cd) بر بیان ژن های ماتریکس متالوپروتییناز 9 (MMP9) و مهارکننده بافتی متالوپروتییناز 2 (TIMP2) و بررسی نقش محافظتی N-استیل سیستیین (NAC) بر سمیت کادمیوم در بافت کبد رت ها بود. در این مطالعه، رت های نر ویستار به طور تصادفی به 5 گروه: شاهد (G1)، تک دوز کادمیوم (80 میلی گرم/کیلوگرم) (G2)، دوز پیوسته کادمیوم (5/2 میلی گرم/کیلوگرم) (G3)، تک دوز کادمیوم (80 میلی گرم/کیلوگرم) و دوز پیوسته NAC (50 میلی گرم/کیلوگرم) (G4) و دوز پیوسته کادمیوم (5/2 میلی گرم/کیلوگرم) و دوز پیوسته NAC (50 میلی گرم/کیلوگرم) (G5) تقسیم شدند. رنگ آمیزی هماتوکسیلین و ایوزین (H & E) برای مطالعه تغییرات هیستوپاتولوژی استفاده شد. غلظت کادمیوم به روش اسپکتروسکوپی کوره گرافیتی در نمونه های کبدی اندازه گیری شد. بیان ژن های MMP9 و TIMP2 با استفاده از RT-PCR ارزیابی شد. مواجهه با کادمیوم، به ویژه در دوز پیوسته با آسیب شدید بافتی و افزایش سلول های التهابی در بافت کبدی همراه بود. میانگین غلظت بافتی کادمیوم 27% در گروه G2 (P<0/05) و 60% در گروه G3 (P<0/01) افزایش معنی دار داشت. تیمار با NAC در گروه G4 (P<0/01) و G5 (P<0/01) به طور معنی داری غلظت بافتی کادمیوم را کاهش داد. کادمیوم هم چنین بیان ژن MMP9 (P<0/001) و TIMP2 (P<0/01) را در گروه های G2 و G3 افزایش داد. تیمار با NAC به طور معنی داری این اثرات را معکوس کرد. یافته ها پیشنهاد می کنند که NAC سلول های کبدی را با کاهش تجمع کبدی کادمیوم و کاهش بیان ژن های TIMP2 و MMP9 محافظت می کند.کلید واژگان: کادمیوم، N استیل سیستئین، استرس اکسیداتیو، MMP9، TIMP2The aim of this experimental study was to investigate the effect of cadmium (Cd) on the expression of matrix metalloproteinase 9 (MMP9) and tissue inhibitor of metalloproteinase 2 (TIMP2) genes and to investigate the protective role of N-acetylcysteine (NAC) on cadmium toxicity in the liver tissue of rats. In this study, male Wistar rats were randomly divided into 5 groups: control (G1), single dose of cadmium (80 mg/kg) (G2), continuous dose of cadmium (2.5 mg/kg) (G3), Single dose of cadmium (80 mg/kg) and continuous dose of NAC (50 mg/kg) (G4) and continuous dose of cadmium (2.5 mg/kg) and continuous dose of NAC (50 mg/kg) (G5). Hematoxylin and eosin (H&E) staining was used to study histopathological changes. Cadmium concentration was measured by graphite furnace spectroscopy in the liver samples. The expression of MMP9 and TIMP2 genes was evaluated using RT-PCR. Cadmium exposure, especially at continuous dose, was associated with severe tissue damage and increased inflammatory cells in the liver. The mean tissue of cadmium concentration was significantly increased by 27% (P<0.05) in the G2 group and 60% (P<0.01) in G3 group. NAC treatment in G4 group (P<0.01) and G5 group (P<0.01) significantly reduced the tissue concentration of cadmium. Cadmium also increased the expression of MMP9 gene (P<0.001) and TIMP2 gene (P<0.01) in G2 and G3 groups. NAC treatment significantly reversed these effects. Our results suggested that NAC protects liver cells by decreasing the accumulation of cadmium and reducing the expression of TIMP2 and MMP9 genes.Keywords: Cadmium, MMP9, N-acetylcysteine, oxidative stress, TIMP2
-
زمینه و هدف
با کاهش منابع آب، استفاده از آبهای بازیابی شده افزایش یافته است که برخی از آنها تصفیه درستی نداشته اند. افزایش جمعیت و کاهش منابع آب، سبب افزایش استفاده از آبهای نامتعارفی شده است که در بخشهای مختلف تولید میگردند. پژوهش حاضر در راستای تاثیر آبیاری با فاضلاب های شهری بر غلظت دو فلز نیکل و کادمیوم در خاک و اثرات آنها بر ریشه، اندام هوایی، بذر و برخی خصوصیات عملکردی گندم مانند: وزن خشک ریشه، وزن خشک اندام هوایی، وزن هزار دانه، تعداد سنبله و تعداد بذر در سنبله، صورت گرفته است.
روش بررسینمونه برداری از خاک به صورت تصادفی در عمق صفر تا 20 سانتی متر و نمونه برداری گندم در زمان برداشت دقیقا در محل نمونه برداری خاک، در مساحت یک متر مربعی با ابعادm 1×1 ، با 20 نمونه برای هر فلز صورت پذیرفته است.
یافته هامیانگین غلظت کادمیوم و نیکل در بین نمونه های خاک، به ترتیب 6 /10 و 43/49 (mg/Kg) بوده که منجر به تجمع آنها در اندام های مختلف گندم شده است. افزایش میزان غلظت کادمیوم و نیکل در خاک موجب افزایش تجمع آنها در ریشه، اندام هوایی و دانه گیاه گندم می شود. افزایش غلظت کادمیوم و نیکل در خاک موجب کاهش وزن خشک ریشه، اندام هوایی و وزن هزار دانه می گردد. در عین حال تاثیری معنی داری بر دو صفت، تعداد دانه در سنبله و تعداد سنبله در متر مربع نداشتند.تاثیر غلظت فلز کادمیوم بر میزان تجمع آن در اندام های مختلف گندم و خصوصیات رویشی و عملکردی بیشتر از فلز نیکل برآورد گردید.
بحث و نتیجه گیریافزایش یک میلیگرم غلظت کادمیوم در خاک به ترتیب منجر به افزایش 6/0، 56/0، 081/0 میلیگرم کادمیوم در ریشه، اندام هوایی و دانه گندم می شود. در مورد نیکل نیز افزایش 1 میلیگرم غلظت در خاک به ترتیب منجر به افزایش 29/0، 29/0، 11/0 میلیگرم نیکل در ریشه، اندام هوایی و دانه گندم می شود.
کلید واژگان: پساب های شهری، فلزات سنگین، کادمیوم، نیکل، گندمBackground and ObjectiveDeclining water resources caused usage of recycled water that sometimes not purified well. The growing population and consequently increasing water demand, along with a shortage of available freshwater resources have inevitably led to the use of unconventional water resources. Irrigation lands with urban wastewater requires quality and quantity control for achieving food security. Therefore, the present study was conducted to investigate the effects of irrigation with urban wastewater on the concentration of Nickel and Cadmium in soils and their effects on plant, root, shoot, and functional characteristics of wheat.
MethodField sampling was carried out at random from a depth of 0 to 20 cm. Wheat samples were taken at harvest from a 1-meter by 1-meter area. A total of 20 samples for Cadmium metal and 20 samples of Nickel metal were taken.
FindingsThe results showed that the average concentration of Cadmium and Nickel was 10.6 and 49.43 kg, respectively, which resulted in an accumulation in various parts of the wheat plant. Increasing the concentration of Cadmium and Nickel in the soil increases the accumulation in the root, upper parts, and wheat seeds. Also, increasing the concentration of Cadmium and Nickel in the soil decreases the dry weight of the root, the shoot, and the weight of the thousand seed. However, there was no significant effect on two traits, number of grains per spike and number of spikes per square meter. The effect of Cadmium concentration was higher than that of Nickel.
Discussion and ConclusionIncreasing 1 mg of soil Cadmium caused increasing, 0.81, 0.56, 0.6 mg Cadmium in root, upper parts and seed. For Nickel increasing the soil concentrations caused 0.29, 0.29, 0.11 mg in root, upper parts and seed.
Keywords: Urban waste, Heavy Metals, Cadmium, nickel, wheat -
هدف
امروزه ورود پساب های حاوی فلزات سنگین که بیشتر حاصل فعالیت های صنعتی می باشند، به بوم سازگان های آبی و به تبع آن تجمع این فلزات در بدن آبزیان یک نگرانی عمده است،که حیات آبزیان و تنوع زیستی اکوسیستم های آبی را تحت تاثیر قرار می دهد. دریای خزر یکی از مهم ترین اکوسیستم های آبی است که ورود آلاینده های گوناگون آسیب جدی بر این بوم سازگان وارد کرده است. فوک خزری که تنها پستاندار دریای خزر می باشد، در معرض خطر انقراض قرار گرفته است. این مطالعه با هدف اندازه گیری کادمیوم در برخی بافت های فوک خزری در سواحل جنوب شرقی دریای خزر انجام یافته است.
روش بررسیدر مطالعه حاضر ده عدد لاشه فوک خزری از سواحل دریای خزرجمع آوری و کالبدگشایی شدند. نمونه های بافت کبد، کلیه و چربی به منظور اندازه گیری میزان فلز کادمیوم هضم گردیدند. غلظت فلز کادمیوم توسط دستگاه طیف سنج جذب اتمی مورد سنجش قرار گرفت.
یافته ها:
غلظت فلز کادمیوم در بافت کلیه با میانگین73/0 ±59/13 میکروگرم برگرم بیشتر از کبد با میانگین16/0 ±6/1 میکروگرم برگرم و بیشتر از چربی با میانگین02/0 0/07± بود. میزان غلظت کادمیوم در بافت های فوک های نر و ماده مورد بررسی قرار گرفت و رابطه معنی داری بین غلظت فلز کادمیوم با جنسیت فوک ها وجود نداشت. وجود مقادیر قابل توجه فلز کادمیوم در 90 درصد نمونه ها، آلودگی بالای دریای خزر به فلزات سنگین از جمله فلز کادمیوم که حتی در مقدار بسیار کم سمی می باشد، را نشان می دهد.
بحث و نتیجه گیری:
با توجه به کاهش چشم گیر جمعیت فوک خزری در سال های اخیر و پایداری فلزات سنگین، باید استفاده از این فلزات سمی در عرصه صنعت کاهش داده و همچنین منابع ورود این آلاینده ها را به دریای خزر شناسایی کرده تا مانع ورود این فلزات سمی به دریای خزر شده یا قبل از ورود عمل تصفیه صورت گیرد. از این طریق هم آلودگی دریای خزر را کاهش می دهیم و هم به سلامت آبزیان کمک خواهیم کرد.
کلید واژگان: دریای خزر، فوک خزری(Caspian Seals)، آلودگی، کادمیوم، فلز سنگینBackgrounds & ObjectivesNowadays, the entry of effluents containing heavy metals, which are mostly the result of industrial activities, into the ecosystem of aquatic organisms and, consequently, the accumulation of these metals in the body of aquatic animals is a major concern which is aquatic life and biodiversity of aquatic ecosystems affects. The Caspian Sea is one of the most important aquatic ecosystems that the entry of various pollutants has caused serious damage to these ecosystems. The Caspian seal, the only mammal in the Caspian Sea, is endangered. The aim of this study was to measure cadmium in some Caspian seal tissues on the southeastern shores of the Caspian Sea.
MethodIn the present study, ten corpses of Caspian seals were collected and inseminated from the coast of the Caspian Sea. Liver, kidney and fat samples were digested to measure cadmium content. The concentration of cadmium was measured by a mass spectrometer machine.
FindingsThe highest concentration of cadmium in kidney tissues was 13.59±0.73 μg / kg which higher than the liver with mean of 1.6±0.16 μg / kg and greater than mean of 0.07±0.02 fat. The concentration of cadmium in male and female tissues was investigated and there was no significant relationship between cadmium metal concentration and sex of seals. The presence of significant amounts of cadmium in 90% of the samples shows the high pollution of the Caspian Sea with heavy metals, including cadmium metal, which is even toxic at very low levels.
Discussion and ConclusionConsidering the significant decrease in the population of the Caspian seals in recent years and the persistence of heavy metals, the use of these toxic metals in the industry has to be reduced, as well as the sources of the input of these pollutants to the Caspian Sea to prevent the entry of these toxic metals into the Caspian Sea or before filtration proceed. This will reduce the pollution of the Caspian Sea and helps the health of the aquatic environment.
Keywords: Caspian Sea, Caspian Seals, Pollution, Cadmium, Heavy metal -
زمینه و هدف
آلودگی ناشی از ترکیبات نفتی (PAHs) و فلزات سنگین به دلیل خاصیت تجمعی و سمیت بالا، باعث مشکلات عمده زیست محیطی می شود. این ترکیبات با آن که در هوا و آب ردیابی شده اند، اما خاک پذیرنده نهایی و اصلی به شمار می رود. شستشوی خاک با استفاده از سورفکتانت ها یک فن آوری فیزیکوشیمیایی با کارایی بالا جهت خروج فنانترن و کادمیوم از محیط خاکی و انتقال آن ها به فاز آبی می باشد.
روش بررسیدر این مطالعه که در سال 1396 انجام شده است، کارایی فرایند با روش طراحی باکس بنکن به همراه روش پاسخ سطح برای طراحی آزمایش و بهینه سازی پارامترهایی چون غلظت سورفکتانت در محدوده mg/L 1000، 1500 و 2000، زمان شستشو برابر 2، 12 و 24 ساعت با نسبت حجم محلول سورفاکتانت به خاک (ml/g) (v/w) 10، 20 و 30 بررسی شد. به نمونه های خاک آلوده با غلظت های بالایی از فنانترن (mg/kg 500) و کادمیوم (mg/kg 80)، سورفکتانت Tween 80 و EDTA اضافه شد. غلظت نهایی فنانترن و کادمیوم توسط دستگاه HPLC و دستگاه طیف سنج جذب اتمی (ASS) سنجش شد.
یافته هانتایج نشان داد کارایی فرایند در شرایط بهینه برای جداسازی 76% فنانترن و 81% کادمیوم در غلظت های جداگانه Tween 80 و EDTA به مقدار mg/L 2000 ، نسبت محلول سورفکتانت به خاک L/S (v/w) 30، زمان شستشو 2 ساعت به دست آمد. غلظت سورفکتانت (0001/0<p) تاثیرگزارترین متغیر است.
بحث و نتیجه گیریجداسازی فنانترن و کادمیوم از خاک از طریق فرایند شستشوی خاک به کمک سورفکتانت، روشی موثر در پاک سازی خاک های آلوده می باشد.
کلید واژگان: فنانترن، کادمیوم، Tween 80، EDTA، فرایند شستشوی خاکBackground and ObjectivePollution caused by petroleum compounds (PAHs) and heavy metals due to their properties Cumulative and High toxicity Causing major environmental problems. These compounds, although detected in air and water, are the final and main receptive soil. Soil washing process using surfactants is a high-performance physicochemical technology for the removal of phenanthrene and cadmium from the soil environment and transferring them to the aqueous phase.
MethodIn this study, the efficiency of the process with the BBD method, with RSM, was designed to optimizing parameters such as surfactant concentration in the range 1000,1500 and 2000 mg/L, washing Time 2,12, 24 hours with L/S 10, 20 and 30 ml/g. To contaminated soil samples were added high concentrations Phenanthrene (500 mg/kg) and Cadmium (80 mg/kg), surfactant Tween 80 and EDTA.
FindingsThe final concentration of Phenanthrene and Cadmium was measured by HPLC and atomic absorption spectrometry (ASS). The results showed that the efficiency of the process under optimal conditions for the separation of 76% Phenanthrene and 81% Cadmium in separate concentrations of Tween 80 and EDTA was reached in 2000 mg/L, L/S 30 ml/g (v/w), washing time 2 hours. Surfactant concentration was the most influential variable in this regard (p< 0.0001).
Discussion & ConclusionThe separation of phenanthrene and Cadmium from the soil through the help of surfactants is an effective technique for remediation of contaminated soil.
Keywords: Phenanthrene, Cadmium, Tween 80, EDTA, Soil washing -
بررسی ارتباط غلظت فلزات سنگین (سرب و کادمیوم) در خاک و دانه گیاه گندم و ارزیابی ریسک ناشی از مصرف آنزمینه و هدف
در شهرک آسیابک زرندیه واقع در استان مرکزی، تخلیه فاضلاب تصیه نشده درفاصله 20 متری از زمین های زراعی گندم صورت می گیرد. تحقیق حاضر به هدف تعیین غلظت سرب و کادمیوم در خاکهای آلوده ،فاضلاب، آب آبیاری و گیاه گندم کشت شده در منطقه اطراف شهرک آسیابک و بررسی رابطه همبستگی بین آنها و ارزیابی ریسک احتمالی ناشی از مصرف گندم کشت شده دراین منطقه، صورت گرفته است
روش بررسینمونه برداری از فاضلاب، آب آبیاری ، خاک سطحی وگندم به روش تصادفی انجام گرفت. غلظت سرب و کادمیوم در تمامی نمونه ها اندازه گیری شد. نتایج مورد تجزیه و تحلیل آماری قرار گرفت. از نرم افزار GIS نقشه پهنه بندی فلزات فوق در خاک منطقه تهیه گردید.
یافته هامیزان سرب و کادمیوم در نمونه خاک کمتر از حد مجاز و در گندم بیش از حد مجاز استاندارد ملی ایران بود.بین میزان عناصر سرب و کادمیوم در نمونه های گندم ،خاک و آب آبیاری همبستگی مثبت بسیار قوی وجود داشت. در حالیکه بین غلظت این عناصر در گندم و مقدار آنها در فاضلاب رابطه ای وجود نداشت.
نتیجه گیریعدم همبستگی بین غلظت عناصر سرب و کادمیوم در گندم و مقدار آنها در فاضلاب نشان می دهد،فاضلاب پخش شده در منطقه در روند افزایش غلظت سرب و کادمیوم در گندم تاثیری نداشته و احتمالا افزایش این فلزات در گندم مربوط به آب ابیاری (آب چاه) می باشد. شاخص ریسک (HQ) ناشی از مصرف گندم کوچکتر از یک بدست آمد. میزان سرب و کادمیم در گندم بیش از حد استاندارد بدست آمد.
کلید واژگان: سرب، کادمیوم، گندم، فاضلاب، ارزیابی ریسکBackground and ObjectiveIn Asyabk Zarandieh town, located in Central Province, sewage discharge is released within 20 meter from arable land of wheat. This research is to determine the concentration of lead and cadmium in contaminated soils, sewage, irrigation water and wheat grown in the area around the town Asyabk and the correlation between them and assessing the potential risks arising from the consumption of wheat grown in the region.
MethodThe sampling of drainage and irrigation water, surface soil, wheat was done by random. Lead and cadmium concentrations in all samples were measured. The results were statistically analyzed. Also the zonation map was prepared by GIS software.
FindingsConcentration of lead and cadmium in soil samples obtained less than limit permissible but concentration of Cd and pb in wheat obtained exceeded the national standard of Iran. Based on the correlation results between the amount of lead and cadmium in the wheat samples, soil and irrigation water, there was a strong positive correlation. While there was no relationship between the concentrations of these elements in the wheat samples and the amount of metals in the wastewater samples.
Discussion and ConclusionThe lack of correlation between the concentration of lead and cadmium in wheat and wastewater showed sewage spread in the region unaffected in the process of increasing the concentration of lead and cadmium in wheat. The main reason of increase Pb and Cd in wheat samples is related to irrigation water (well water). The risk index (HQ) of wheat consumption in the region obtained smaller than 1 for lead and cadmium.
Keywords: Lead, Cadmium, wheat, Wastewater, Risk Assessment -
در مطالعه حاضر، فرآیند انعقاد الکتروشیمیایی (الکتروکواگولاسیون) در صنایع معدنی به منظور حذف یکی از فلزات سنگین، کادمیوم، از محلول باردار لیچینگ کارخانه فرآوری مس، موردبررسی قرارگرفت. روش سطح پاسخ (RSM) برای بهینه سازی عوامل موثر بر حذف این فلز، در فرآیند الکتروکواگولاسیون، استفاده شد. بدین منظور جهت بهینه سازی آزمایش ها، از طرح آزمایش باکس بنکن (BBD) استفاده شد. تاثیرات سه پارامتر مستقل مانند pH (X1)، زمان الکترولیز (X2)، چگالی جریان (X3) به منظور بررسی حذف کادمیوم از محلول باردار لیچینگ بررسی شد. از مدل درجه دوم برای پاسخ راندمان حذف کادمیوم استفاده شد. مهم ترین متغیرهای مستقل و تعامل بین آن ها با استفاده از آزمون ANOVA ارزیابی شد. این پژوهش نشان داد که شرایط عملیاتی بهینه حذف کادمیوم 96/96% در pH اولیه: 83/6، زمان الکترولیز: min 116 و چگالی جریان: A/m262/می باشد.. نتایج نشان داد که قابلیت فرآیند الکتروکواگولاسیون می تواند به عنوان یک روش قابل اطمینان به منظور حذف کادمیوم از پساب های صنعتی به ویژه در کارخانه های فرآوری مواد معدنی در نظر گرفته شود.
کلید واژگان: انعقاد الکتروکواگولاسیون، حذف، فلزات سنگین، کادمیومIn the present study, the electrochemical coagulation process (electrocoagulation) in the mining industry was investigated in order to remove one of the heavy metals, cadmium, from the leaching solution of the copper processing plant. The response surface methodology (RSM) was used to optimize the factors affecting the removal of this metal in the electrocoagulation process. For this purpose, Behnken Box Designv(BBD) was used to optimize the experiments. The effects of three independent parameters such as pH (X1), electrolysis time (X2), current density (X3) were investigated in order to investigate the removal of cadmium from the leaching solution. The quadratic model was used to respond to the cadmium removal efficiency. The most important independent variables and the interaction between them were evaluated using ANOVA test. This study showed that the optimal operating conditions for cadmium removal are 96.96% at initial pH: 6.83, electrolysis time: 116 min and current density: 69.262 A/m2. The results showed that the ability of electrocoagulation process can be considered as a reliable method to remove cadmium from industrial effluents, especially in mineral processing plants.
Keywords: Cadmium, Electrocoagulation, heavy metals, Removal -
عنصر کادمیوم برای گیاهان و حیوانات سمی است. نیتروژن و فسفر، مهمترین و معمول ترین ماده مغذی مشترک برای تولید محصول است و اغلب بیش از حد نیاز گیاه توسط کشاورزان برای سود اقتصادی بیشتر استفاده می شوند. نحوه عملکرد نیتروژن و فسفر در جذب، جابجایی و تجمع کادمیوم ممکن است راه حل مدیریت آلودگی کادمیوم در زنجیره غذایی باشد، این دو عنصر در سطح جهان، تهدیدی جدی برای پایداری کشاورزی و سلامت انسان است، افزایش میزان نیتروژن، صرف نظر از شکل ترکیب آن، جذب، جابجایی و تجمع کادمیوم در گیاهان را افزایش می دهد.کود نیتراته ظرفیت تبادل و محتوای یون های دو ظرفیتی موجود در خاک را تغییر می دهد. فرم اکسید آن بیان ژن کاتیونی Nramp1، HMA2 و IRT1 را تنظیم می کند و قوانین حاکم بر ساختار دیواره و نقش حفاظتی منع ورود دیواره سلولی را تغییر می دهد، کاهش در دسترس بودن کادمیوم در خاکهای زراعی با کوددهی فسفاته گزارش شده است. کاهش ظرفیت تبادل یون و مقاومت در برابر اکسیداسیون تسهیل گر تجمع کادمیوم در گیاهان است. با نشان دادن اثر متقابل بین تجمع کادمیوم و استفاده از کود نیتراته و بررسی مناطق زراعی آلوده به کادمیوم میزان بهینه این کود برای کاهش خطرات سلامت غذا در تولید محصولات کشاورزی تحلیل و ارزیابی شد.
کلید واژگان: نیتروژن، کادمیوم، فسفر، انباشتگی در گیاه -
اگرچه فلزات سنگین به طور طبیعی به محیط های آبی وارد می شوند، اما سطح آن ها به وسیله فعالیت های انسانی افزایش می یابد. این آلاینده ها در موجودات آبزی تجمع می یابند و میزان آن ها طی زنجیره غذایی افزایش می یابد. وجود این آلاینده های فلزی در ماهی ها به علت مصرف غذایی آن ها برای انسان از اهمیت ویژه ای برخوردار است. از این رو در این مطالعه تعداد 30 قطعه ماهی آترینا از تالاب بین المللی انزلی در تابستان سال 1392 صید و میزان فلزات روی و کادمیوم در بافت عضله آن ها با استفاده از دستگاه جذب اتمی تعیین شد. نتایج نشان داد که بین میانگین غلظت (میکروگرم برگرم وزن تر) فلزات کادمیوم (0/035±0/088) و روی (1/24±9/27) در بافت عضله ماهی آترینا اختلاف معنی داری وجود داشت (0/05>p). میزان THQ برای هریک از فلزات و نیز TTHQ کم تر از یک به دست آمد که نشان از عدم وجود خطر برایمصرف کنندگان آن دارد. مقایسه میزان های به دست آمده روی و کادمیوم با استانداردهای بین المللی حاکی از آن بود که به طور کلی میزان این فلزات پایین تر از استانداردهای ارایه شده می باشد. میزان جذب روزانه و هفتگی روی و کادمیوم در اثر مصرف ماهی آترینا پایین تر از میزان توصیه شده توسط JECFA بود. افراد بالغ از نظر روی و کادمیوم به ترتیب 2/27 و 0/8 و افراد نابالغ به ترتیب 0/47 و 0/16 کیلوگرم در روز می توانند، بدون آن که برای سلامتی آن ها عوارض غیر سرطان زایی داشته باشد از ماهی آترینا استفاده کنند. به طورکلی به نظر می رسد میزان فلزات روی و کادمیوم در ماهی آتزینا در محدوده امن قرار دارد و نیز برای مصرف کنندگان آن خطری را ایجاد نمی کند.
کلید واژگان: ماهی آترینا، کادمیوم، روی، تالاب انزلی، فلزات سنگینAlthough heavy metals naturally occur in the aquatic environment, but their level elevating by human activities. These contaminants concentrate in the aquatic organisms and their concentrations increase throughout the food chain. The presence of heavy metals in fish is important to humans because of food consumption. Therefore, in this study, 30 Atherina boyeri were collected from Anzali International Wetland in the summer of 2013 and the concentrations of zinc (Zn) and cadmium (Cd) in their muscle tissues were determined using atomic absorption spectrometry. The results showed there was a significant difference between the mean concentrations (µg/g) of Cd (0.08± 0.035) and Zn (9.27±1.24) in the muscle tissue of A. boyeri (p < 0.05). Target hazard quotient levels for each metal as well as TTHQ were lower than one, indicating that consumers would not experience health risks. In general, comparing the concentrations of Zn and Cd with international standards indicated that the levels of these metals were lower than the standards. Daily and weekly intake of Zn and Cd by the consumption of A. boyeri were lower than the acceptable intake recommended by the JECFA. In stand of Zn and Cd, adults can consume 2.27 and 0.8 kg/day and children 0.47 and 0.16 kg/day, respectively, without causing any non-carcinogenic health effects. In general, there appears to be little risk of exposure to metals associated with the consumption of A. boyeri for consumers.
Keywords: Atherina boyeri, Cadmium, zinc, Anzali wetland, heavy metals -
زمینه و هدف
آلودگی اکوسیستم ها با فلزات سنگین مبحث مهمی در دنیای امروز است. حذف فلزات سنگین از مکان های آلوده با استفاده از میکروارگانیسم ها، در مقایسه با روش های شیمیایی مقرون به صرفه تر است. هدف از این مطالعه جداسازی و شناسایی باکتری های مقاوم به کادمیوم، تعیین کم ترین غلظت مهاری کادمیوم (MIC) و بررسی توانایی حذف کادمیوم توسط سویه ها بود.
روش بررسیجداسازی باکتری های مقاوم با روش غنی سازی در محیط کشت حاوی فلز کادمیوم صورت گرفت. MIC کادمیوم با روش رقیق سازی در آگار و میزان حذف کادمیوم با استفاده از دستگاه جذب اتمی بررسی شد. شناسایی با روش برگی ((Bergey و مطالعات فیلوژنتیک بر مبنای توالی ژنrRNA 16S انجام شد.
یافته ها:
در این مطالعه 40 سویه مقاوم به کادمیوم از رودخانه سالور در شهرستان اسلامشهر جدا شدند. نتایج نشان داد سویه ST1 که از رسوبات جدا شده بود، مقاومت بالایی به کادمیوم داشته و MIC کادمیوم برای این سویه mM 6 بود. این سویه توانایی حذف 2/65 % کادمیوم را از محلول mM 1 کادمیوم داشت. مطالعات مولکولی نشان داد که سویه جدا شده به جنس Proteus تعلق داشته و 99 % با Proteus mirabilis مشابهت دارد. سویه جدا شدهProteus sp. HM_AF12 نامیده شد و توالی نوکلیوتیدی آن در GenBank ثبت شد. این سویه توانایی تحمل محدوده وسیعی از pH (9-5/5) را داشته و در 5/7 % نمک نیز رشد می کرد.
نتیجه گیری:
نتایج نشان می دهد که Proteus sp. HM_AF12 می تواند یک جاذب زیستی کم هزینه و دوست دار محیط زیست باشد و کاربردهای مهمی در حذف کادمیوم از محیط های آلوده داشته باشد.
کلید واژگان: Proteus sp. HM، AF12، حذف زیستی، کادمیوم، رودخانه سالورBackgroundThe contamination of ecosystems with heavy metals is an important issue in current world. Removal of heavy metals from contaminated sites using microorganisms is a cheaper alternative to chemical technologies. The aim of present study was isolation and characterization of Cadmium resistant bacteria, determination of Minimum Inhibitory Concentration (MIC) and bio removal potential of the isolates.
Materials and MethodsIsolation of Cadmium resistant bacteria was carried out by enrichment method by medium supplemented with Cadmium chloride. The minimum inhibitory concentration of Cd2+ was determined by the agar plate dilution method and the Cadmium removal evaluated by atomic absorption spectroscopy. Identification was carried out in accordance with Bergey's Manual of Systematic Bacteriology and phylogenetic analysis was performed based on 16S rRNA gene sequences.
ResultsA total of 40 Cadmium resistant strains were isolated from Salour River in Islamshahr. The results showed that bacterial strain ST1 isolated from sediments was highly resistant to Cadmium. The MIC of Cd2+ for selected isolate was 6 mM. The isolate was able to remove 65.2% of Cadmium at Cadmium concentration of 1 mM. Phylogenetic analysis showed that ST1 belongs to the genus Proteus with 99% similarity to Proteus mirabilis then designated as Proteus sp. HM_AF12. The strain had a wide pH tolerance of 5.5–9.0, and salt tolerance was up to 7.5% NaCl.
ConclusionThe results implied that Proteus sp. HM_AF12 can be a low cost and environmental friendly bio sorbent that may have important application in Cd2+removal from polluted environment.
Keywords: Proteus sp. HM, AF12, bio removal, Cadmium, Salour River
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.