گیاه‌پالایی؛ تکنولوژی محیط‌زیستی برای مدیریت عناصر آلاینده سمّی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد زمین شناسی محیط زیستی، دانشکده علوم طبیعی، دانشگاه تبریز، ایران

2 استادیار زمین شناسی اقتصادی، دانشکده علوم طبیعی، دانشگاه تبریز، ایران

چکیده

گیاه پالایی می‌‌تواند یکی از امیدوارکننده ترین تکنیک‌ها جهت حذف آلاینده‌ها از محیط آب و خاک و مدیریت محیط‌زیست باشد. به کمک فرآیند‌های جذب و عدم جذب سطحی می‌‌توان میزان نگهداری کاتیون‌ها و آنیون‌ها را تعیین نمود. بر اساس ضرایب انتقال عناصر مشخص می‌‌شود که عناصری مثل باریوم و لیتیوم حداقل انباشت و کادمیوم و بور بیشترین انباشت در بدنه گیاهان بیش اندوز مختلف را دارند. pH خاک از طریق کنترل حلالیت مواد آلی خاک، دخالت مستقیم در میزان دسترس پذیری و تحرک عناصر دارد و در ارتباط مستقیم با شرایط اکسایش و احیا است. جذب در ریشه می‌‌تواند به صورت غیر فعال (در جهت شیب انتشار) و فعال (در خلاف جهت شیب انتشار و با مصرف انرژی) باشد. گیاه پالایی در چهار حالت شامل: تثبیت گیاهی و ته نشست آلاینده‌ها در ریشه، استخراج گیاهی (در دو حالت پیوسته در تمام طول عمر گیاه و یا القایی و با افزودن کاتالیزور)، تبخیر گیاهی، انتقال آلاینده از ریشه به برگ‌ها و اتمسفر و تصفیه گیاهی به منظور حذف آلاینده‌ها از آب انجام می‌‌گیرد. برای نمونه، برای حذف آرسنیک، کادمیوم (روی)، کروم، جیوه، نیکل، سرب و سلنیوم می‌توان به ترتیب از گیاه سرخس دوپایه (P.vittata)، گیاه سوییس (T.cerulescen)، درخت توس (Betula sp.)، قارچ مگس Amanita) (muscaria، گل قدّومه (Alyssum lesbiacum)، گیاه رشادی (Arabidopsis sp.) و خردل چینی (B.juncea) استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها


آتشگاهی، م.؛ حمیدیان، ا.؛ خراسانی، ن.؛ افلاکی پاشاکی، ف. و محمد نژاد مطلق، م. 1390. بررسی کارایی حذف فلزات سنگین در فاضلاب پالایشگاه بید بلند. نشریه محیط‌زیست طبیعی، مجله منابع طبیعی ایران. 64 (1): 337-346.
پارسادوست، ف.؛ بحرینی نژاد، ب.؛ صفری سنجانی، ب. و کابلی، م. 1386. گیاه پالایی عنصر سرب توسط گیاهان مرتعی و بومی در خاک‌های آلوده منطقه ایران کوه (اصفهان). فصلنامه پژوهش و سازندگی در منابع طبیعی. 20 (2): 54-63.
طبیبی، ل.؛ حمیدیان، ا.؛ دانه کار، ا. و پور باقر، ه. 1395. بررسی توانایی گیاه نی در حذف فلز جیوه از پساب کارخانه کلر آلکالی پتروشیمی بندر امام. نشریه محیط‌زیست طبیعی، منابع طبیعی ایران. 69 (1): 95-105.
علایی، ا.؛ وکیلی، ف. و مهردار شریف، ا. 1389. گیاه پالایی خاک‌های آلوده به "فنانترن" با استفاده از گیاه سورگوم. مجله محیط شناسی، سال 63 (53): 79-88.
متشرع زاده، ب. و ثواقبی فیروز آبادی، غ. 1393. گیاه پالایی یا پالایش سبز. انتشارات دانشگاه تهران.
نیسی، ع؛ وثوقی، م؛ محمدی، ب؛ محمدی، م.؛ نعیم آبادی، الف. و هاشم زاده، ب. 1393. گیاه پالایی فلزات سنگین توسط گیاه آفتابگردان: یک مطالعه مروری. فصلنامه علمی دانشگاه علوم پزشکی تربت حیدریه. 2 (2): 60.
Baker, A. & Brooks, R. 1989. Terrestrial higher plants which hyperaccumulate metallic elements- a review of their distribution, ecology and phytochemistry. Biorecovery. 1:81-126.
Banuelos, G.; Ajwa, H.; Terry, N. & Zayed, A. 1997. Phytoremediation of selenium laden soils: A new technology. Journal of Soil and Water Conservation. 52:426-430.
Barber, S. 1984. Soil nutrient bioavailability: a mechanistic approach. Wiley, New York.
Barnett, M.; Harris, L.; Turner, R.; Stevenson, R.; Henson, T.; Melton, R. & Hoffman, D. 1997. Formation of mercuric sulfide in soil. Environ Sci Technol. 31:3037-3043.
Blaylock, M.; Salt, D.; Dushenkov, S.; Zakharova, O.; Gussman, C.; Kapulnik, Y.; Ensley, B. & Raskin, I. 1997. Enhanced accumulation of Pb in Indian mustard by soil-applied chelating agents. Environ Sci Technol. 31:860-865.
Brown, S.; Chaney, R.; Angle, J. & Baker, AJM. 1994. Phytoremediation potential of Thlaspi caerulescens and bladder campion for zinc-contaminated and cadmium-contaminated soil. J Environ Qual. 23:1151-1157.
Carty, A. & Malone, S. 1979. The Chemistry of Mercury in Biological Systems. In: Nriagu J (ed) The Biogeochemistry of mercury in the environment. ElsevierBiomedical, Amsterdam. 433-479.
Cosio, C.; Martinoia, & E. Keller, C. 2004. Hyperaccumulation of cadmium and zinc in Thlaspi caerulescens and Arabidopsis halleri at the leaf cellular level. Plant Physiol. 134:716725.
Davis, L.; Vanderhoof, S.; Dana, J.; Selk, K.; Smith, K.; Goplen, B& Erickson, L. 1998. Movement of chlorinated solvents and other volatile organics through plants monitored by Fourier transform infrared (FT-IR) spectrometry. J Hazardous Subst Research. 1:4-1, 4-26.
Davies, J. 1986. Occupational asthma caused by nickel salts. J Soc Occ Med. 36:29-31
Dushenkov, S. & Kapulnik, Y. 2000. Phytofilitration of metals. In I. Raskin & B. D. Ensley (Eds.), Phytoremediation of toxic metals – Using plants to clean-up the environment. 89-106.
Ebbs, S.; Lasat, M.; Brady, D.; Cornish, J.; Gordon, R. & Kochian, L. 1997. Phytoextraction of cadmium and zinc from a contaminated soil. J Environ Qual. 26:1424-1430.
Elless, P.; Poynton, Y.; Williams, A.; Doyle, P.; Lopez, C. & Sokkary, A. et al., 2005. Pilot-scale demonstration of phytofiltration for drinking arsenic in New Mexico drinking water. Water Research, 39(16), 3863–3872.
EPA. 1989. EPA Superfund Record of Decision: Picatinny Arsenal (US Army). Rockaway Township, NJ, U.S. Environmental protection agency superfund. http://www.epa.gov /superfund/sites /rods/fulltext /r0289093.pdf
Falandysz, J.; Lipka, K.; Kawano, M.; Brzostowski, A.; Dadej, M.; Jedrusiak, A. & Puzyn, T. 2003. Mercury content and its bioconcentration factors in wild mushrooms at Lukta and Morag, northeastern Poland. J Agric Food Chem. 51:2832-2836.
Gardea-Torresdey, J.; de la Rosa, G.; Peralta-Videa, J.; Montes, M.; Cruz-Jimenez, G. & CanoAguilera, I. 2005. Differential uptake and transport of trivalent and hexavalent chromium by tumbleweed (Salsola kali). Arch Environ Contam Toxicol. PMID: 15696348.
Ghosh, M. & Singh, S. 2005. A review on phytoremediation of heavy metals and utilization of its by-products. Applied Ecology and Environmental Research, 3(1), 1–18.
Graham, R. 1981. Absorption of copper by plant roots. In: Loneragan JF, Robson AD, Graham RD (eds) Copper in soils and plants. Academic, Sydney. 141–164.
Gratao, P.L.; Prasad, M.N.V.; Cardoso, P.F.; Lea, P.J. & Azevedo, R.A. 2005. Phytoremediation: green technology for the clean up of toxic metals in the environment. 58-60.
Harper, F.; Smith, S. & Macnair, M. 1998. Can an increased copper requirement in coppertolerant Mimulus guttatus explain the cost of tolerance? II. Reproductive phase. New Phytol. 140:637-654.
Heaton, A.; Rugh, C.; Wang, N. & Meagher, R. 1998. Phytoremediationofmercury-andmethylmercurypolluted soils using genetically engineered plants. Journal of Soil Contamination. 74:497–510.
Huang, J.; Chen, J.; Berti, W. & Cunningham, S& 1997. Phytoremediation of lead-contaminated soils: Role of synthetic chelates in lead phytoextraction. Environ Sci Technol. 31:800-805.
Jiang. L.; Yang. X. & He. Z. 2004. Growth response and phytoextraction of copper at different levels in soils by Elsholtzia splendens. Chemosphere. 55:1179-1187.
Krishnani, K.; Parimala, V. & Meng, X. 2004. Detoxification of chromium (VI) in coastal water using lignocellulosic agricultural waste. Water SA. 30:541-545
Kupper, H.; Lombi, E.; Zhao, F. & McGrath, S. 2000. Cellular compartmentation of cadmium and zinc in relation to other elements in the hyperaccumulator Arabidopsis halleri. Planta. 212:75-84.
Kuzovkina, Y.; Knee, M. & Quigley, M. 2004. Cadmium and copper uptake and translocation in five willow (Salix L.) species. Int J Phytoremediation. 6:269-287.
Lombi, E.; Zhao, F.; Dunham, S. & McGrath, SP. 2000. Cadmium accumulation in populations of Thlaspi caerulescens and Thlaspi goesingense. New Phytol. 145:11-20.
Lombi, E.; Zhao, F.; Dunham, S. & McGrath, S. 2001b. Phytoremediation of heavy metalcontaminated soils: natural hyperaccumulation versus chemically enhanced phytoextraction. J Environ Qual. 30:1919-1926.
Lombi, E.; Zhao, F.; McGrath, S.; Young, S. & Sacchi, G. 2001. Physiological evidence for a high-affinity cadmium transporter highly expressed in a Thlaspi caerulescens ecotype. New Phytol. 149:53-60.
Lopez, W. 2004. Case Studies in Environmental Medicine- Arsenic Toxicity, Agency for Toxic Substances and Disease Registry.
Marschner, H. 1995. Mineral nutrition of higher plants, 2nd edn. Academic, San Diego
McArthur, J.; Ravenscroft, P.; Safiulla, S. & Thirlwall, M. 2001. Arsenic in groundwater: Testing pollution mechanisms for sedimentary aquifers in Bangladesh. Water Resources Research. 37:109-117.
McGrath. S. & Zhao. F.; 2003. Phytoextraction of metals and metalloids from contaminated soils. Curr Opin Biotechnol. 14:277-282.
Mulligan, C.N.; Young, R.N. & Gbbs, B.F.; 2001. Remediation technologies for metal-contaminated soils and ground water: an evaluation. Eng. Geol.60:193-207.
Newman, L.; Strand, S.; Choe, N.; Duffy, J.; Ekuan, G.; Ruszaj, M.; Shurtleff, B.; Wilmoth, J.; Heilman, P. & Gordon, M. 1997. Uptake and biotransformation of trichloroethylene by hybrid poplars. Environ Sci Tech. 31:1062-1067.
Padmavathiamma, P.K. & Li, L.Y. 2007. Phytoremediation Technology: Hyper-accumulation Metals in Plants. 108-120.
Parimala, V.; Krishnani, K.; Gupta, B.; Jayanthi, M. & Abraham, M. 2004. Phytoremediation of chromium from seawater using five different products from coconut husk. Bull Environ Contam Tox. 73:31-37.
Peer, W.A.; Baxter, I.R.; Richards, E.L.; Freeman, J.L. & Murphy, A.S. 2005. Phytoremediation and hyperaccumulator plants. 14-28.
Peer, W.; Mamoudian, M.; Lahner, B.; Reeves, RD.; Murphy, A. & Salt, D. 2003. Identifying model metal hyperaccumulating plants: germplasm analysis of 20 Brassicaceae accessions from a wide geographic area. New Phytol. 159:421-430.
Pence, N.; Larsen, P.; Ebbs, S.; Letham, D.; Lasat, M.; Garvin, D.; Eide, D. & Kochian, L. 2000. The molecular physiology of heavy metal transport in the Zn/Cd hyperaccumulator Thlaspi caerulescens. Proc Natl Acad Sci USA. 97:4956-4960.
Pickering, I.; Wright, C.; Bubner, B.; Ellis, D.; Persans, M.; Yu, E.; George. G.; Prince, R. & Salt, D. 2003. Chemical form and distribution of selenium and sulfur in the selenium hyperaccumulator Astragalus bisulcatus. Plant Physiol 131:1460-1467.
Pivets, B. 2001. Phytoremediation of Contaminated Soil and Ground Water at Hazardous Waste Sites. Ground Water Issue. United States Environmental Protection Agancy.
Prasad, M. & Freitas, H. 2003. Metal hyperaccumulation in plants – Biodiversity prospecting for phytoremediation technology. Electronic Journal of Biotechnology. 6: 275–321.
Pugh, R.; Dick, D. & Fredeen, A. 2002. Heavy metal (Pb, Zn, Cd, Fe and Cu) contents of plant foliage near the Anvil range lead/zinc mine, Faro, Yukon Territory. Ecotoxicology and Environmental Safety. 52:273–279.
Pulford, I.; Watson, C. & McGregor, S. 2001. Uptake of chromium by trees: Prospects for phytoremediation. Environ Geochem Health. 23:307-311.
Quaghebeur, M. & Rengel, Z. 2003. The distribution of arsenate and arsenite in shoots and roots of Holcus lanatus is influenced by arsenic tolerance and arsenate and phosphate supply. Plant Physiol. 132:1600-1609.
Raskin, I. & Ensely, B. D. Phytoremediation of toxic metals. 2000. John Wiley and Sons, Ltd. Publisher
Ravichandran, M.: Aiken, G.; Reddy, M. & Ryan, J. 1998. Enhanced dissolution of cinnabar (mercuric sulfide) by dissolved organic matter isolated from the Florida Everglades. Environ Sci Tech. 32:3305-3311.
Rugh, C.; Senecoff, J.; Meagher, R. & Merkle, S. 1998. Development of transgenic yellow poplar for mercury phytoremediation. Nat Biotechnol. 16:925-928.
Rugh, C.; Wilde, H.; Stack, N.; Thompson, D.; Summers, A. & Meagher, R. 1996. Mercuric ion reduction and resistance in transgenic Arabidopsis thaliana plants expressing a modified bacterial merA gene. Proc Natl Acad Sci USA. 93:3182-3187.
Sadatipour, S.; Mirzaie, L. & Rezaei, A. 2004. An Investigation on Kangan Gas Refinery Waste Water. International Journal of Environmental Science & Technology, 1: 205-213.
Salido, A.; Hasty, K.; Lim, J. & Butcher, D. 2003. Phytoremediation of arsenic and lead in contaminated soil using Chinese brake ferns (Pteris vittata) and Indian mustard (Brassica juncea). Int J Phytoremediation. 5:89-103.
Salt, D.; Smith, R. & Raskin, I. 1998. Phytoremediation. Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol. 49:643-668.
Salt, D.; Pickering, I.; Prince, R.; Gleba, D.; Dushenkov, S.; Smith, R. & Raskin, I. 1997. Metal accumulation by aquacultured seedlings of Indian mustard. Environ Sci Technol. 31:1635-1644.
Selinus, O.; Alloway, B.; Centeno, J. A.; Finkelman, R.B.; Fuge, R. Lindh, U. & Smedley, P. 2005. Essentials of Medical Geology. 351- 373.
Song, J.; Zhao. F.; Luo, Y.; McGrath, S. & Zhang, H. 2004. Copper uptake by Elsholtzia splendens and Silene vulgaris and assessment of copper phytoavailability in contaminated soils. Environ Pollut. 128:307-315.
Tollsten, L. & Muller, P. 1996. Volatile organic compounds emitted from beech leaves. Phytochem. 43:759-762.
Tordoff, G. M.; Baker, A. J. M. & Willis, A. J. 2000. Current approaches to the revegetation and reclamation of metalliferous mine wastes. Chemosphere, 41(1–2), 219–228.
Turgut, C.; Pepe, K. & Cutright, T. 2004. The effect of EDTA and citric acid on phytoremediation of Cd, Cr, and Ni from soil using Helianthus annuus. Environ Pollution. 131:147-154.
Van Huysen, T.; Terry, N. & Pilon-Smits, EAH. 2004. Exploring the selenium phytoremediation potential of transgenic Indian Mustard overexpressing ATP sulfurylase or cystathionine-γ-synthase. Int J Phytoremediation 6:1-8.
Wang, J.; Zhao, F.; Meharg, A.; Raab, A.; Feldmann, J. & McGrath, S. 2002. Mechanisms of arsenic hyperaccumulation in Pteris vittata. Uptake kinetics, interactions with phosphate, and arsenic speciation. Plant Physiol. 130:1552-1561.
Wu, J. Hsu, F. &Cunningham, S. 1999. Chelate-assisted Pb phytoextraction: Pb availability, uptake, and translocation constraints. Environ Sci Tech. 33:1898-190