In this study the effect of crude oil (0 to 20% w/w), one of the main pollutants of current age, on physiological characteristics of Prosopis juliflora, Acacia victoria, Ziziphus spina-chrisi and Robinia pseudoacacia in seed and seedling stages based on a completely randomized design with 10 replications in each experimental unit has been studied. The results revealed that germination rate of Prosopis and Acacia was not affected by the pollutant, but the germination reduced in Ziziphus with more than 6 percent pollutant and 4% pollution led to full inhibition in Robinia. The ED50 based on radicle growth for Acacia, Prosopis, Ziziphus and Robinia was 6.9, 3.2, 3.6 and 2.7%, respectively. In seedling stage green leaf percentage, chlorophyll concentration, and efficiency of photosystem II decreased by increasing contamination. Increasing oil concentration stopped seedling growth of Robinia and reduced stem length in Acacia and Prosopis, but no significant difference was observed in the root length. The increase of oil pollution up to more than three percentages was associated with increased growth of shoot and root in Ziziphus. The difference in response pattern of different species to crude oil enables us to select species based on a variety of objects from bio monitoring to phytoremediation.
اثر بازدارندگی نفت خام بر عملکرد رویشی و فیزیولوژیکی بذر و نهال
گونه‌های کنار، کهور، آکاسیا و اقاقیا
پیام فیاض1* و اکرم باقری پور1
(تاریخ دریافت: 25/11/1393 ؛ تاریخ پذیرش: 12/2/1395)
چکیده
در این تحقیق تأثیر نفت خام (صفر تا 20 درصد) به‌عنوان یکی از آلاینده‌های مهم عصر حاضر بر ویژگی‌های فیزیولوژیکی چهار گونه درختی کهور، آکاسیا، کنار و اقاقیا در دو مرحله جوانه‌زنی و نهالی در قالب طرح‌های کاملاً تصادفی بررسی شد. نتایج نشان داد که جوانه‌زنی بذور کهور و آکاسیا تحت تأثیر آلودگی قرار نگرفت، اما وجود بیش از 6 درصد آلودگی موجب کاهش جوانه‌زنی کنار و 4 درصد آلودگی موجب توقف کامل جوانه‌زنی اقاقیا گردید. دوز مؤثر میانه براساس عملکرد رویشی ریشه‌چه به‌ترتیب برای گونه‌های آکاسیا، کهور، کنار و اقاقیا 9/6، 2/3، 6/3 و 7/2 درصد برآورد گردید. در مرحله نهالی درصد برگ سبز، غلظت کلروفیل و عملکرد فتوسیستم 2 با افزایش آلودگی نفتی کاهش یافت. رشد نهال‌های اقاقیا در غلظت‌های بالای سه درصد متوقف شد. افزایش غلظت نفت با کاهش طول ساقه در دو گونه آکاسیا و کهور همراه بود، اما تفاوت معنی‌داری در طول ریشه آنها مشاهده نشد. افزایش آلودگی نفتی به بیش از سه درصد در نهال‌های کنار با افزایش رشد اندام‌های هوایی و زمینی همراه بود. تفاوت الگوی پاسخ به نفت خام در گونه‌های مختلف ما را قادر به انتخاب گونه‌ها براساس اهداف مختلفی مانند پایش زیستی تا گیاه‌پالایی می‌نماید.
واژه‌های کلیدی: سنجش زیستی، نفت خام، جوانه‌زنی، ناحیه رویشی خلیج عمانی، گیاه‌پالایی
1. گروه جنگلداری، دانشکده کشاورزی و پژوهشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه یاسوج
*: مسئول مکاتبات، پست الکترونیکی: pfayyaz@yu.ac.ir
مقدمه
خاک‌های آلوده به نفت خام در مناطق نفت‌خیز یک تهدید اساسی برای محیط زیست محسوب می‌شوند. در میان آلاینده‌های موجود در نفت خام، فلزات سنگین، هیدروکربن‌های چند حلقه‌ای معطر و هم‌چنین برخی مواد و عناصر از جمله آمین‌ها، فنول‌ها، بنزن‌ها، کلسیم، مس، روی، سرب، باریم، منگنز، فسفر و گوگرد وجود دارد که برای موجودات زنده خطرناک بوده و بسته به شدت آلودگی و نوع گونه می‌تواند رشد، محتوای پروتئین، نرخ فتوسنتز، محتوای رنگدانه‌ها و انسجام غشای سیتوپلاسمی را کاهش دهد. هم‌چنین نفت خام با تأثیر بر خواص فیزیکی و آبی خاک سبب چسبندگی و اتصال ذرات خاک شده و به دنبال سخت و غیرقابل نفوذ شدن خاک، زهکشی خاک و انتقال اکسیژن را مختل می‌کند (8، 9 و 18). گیاهان قادرند از طریق رهاسازی عناصر غذایی و ترشح ترکیبات مختلف از جمله اسیدهای آلی و ترکیبات قندی در خاک و نیز انتقال اکسیژن به ناحیۀ ریشۀ خود موجب تحریک و افزایش فعالیت جمعیت میکروبی تخریب کنندۀ آلاینده‌های نفتی شوند (16). شناسایی و استقرار گونه‌های متحمل به آلاینده‌های نفتی، سرعت پالایش زیستی را در مناطق آلوده افزایش داده و از پیامدهای منفی زیست محیطی آن می‌کاهد. مطالعات گسترده‌ای پیرامون ارزیابی میزان سمیت نفت خام برروی گیاهان مختلف صورت گرفته است. در اکثر موارد افزایش آلودگی نفتی با کاهش درصد جوانه‌زنی و محدود شدن توسعه اندام هوایی و زمینی همراه بوده است. از جمله افزایش غلظت نفت خام از صفر تا 10 درصد در خاک موجب کاهش درصد جوانه‌زنی، طول ریشه‌چه و ارتفاع گیاه، تعداد برگ، سطح برگ و مقدار کلروفیل b در نهال‌های اقاقیا طی 90 روز آزمایش گردید اما مقدار کلروفیل a در 2 درصد آلودگی نفتی افزایش و سپس کاهش یافت و در غلظت‌های بالای 4 درصد رشد گیاه متوقف شد (3). هم‌چنین در بررسی که در گیاه سورگوم انجام شد افزایش غلظت نفت خام از صفر تا 10 درصد میزان جوانه‌زنی، طول ریشه‌چه و ساقه را به‌طور معنی‌داری کاهش داد و در 20 درصد آلودگی رشد ریشه‌چه و ساقه‌چه متوقف شد (7). گزارش‌های محدودی نیز مبنی بر عدم کاهش جوانه‌زنی و افزایش رشد گیاه در حضور آلاینده‌های نفتی در برخی گونه‌های روغنی شده است. به‌طوری که نتایج مارکوس و همکاران (19) نشان داد، افزایش غلظت آلاینده نفتی تا 6 درصد تأثیری بر جوانه‌زنی و رشد آکاسیا نداشت و توسعه ریشه در برخی گونه‌های دارای دانه‌های روغنی مانند کرچک، سویا و آفتابگردان با افزایش غلظت آلاینده‌های نفتی افزایش یافت. حفظ درصد جوانه‌زنی و رشد اولیه گیاهچه در غلظت‌های بالای نفت خام همیشه متضمن متحمل بودن یا سازگار بودن گیاه به آلودگی نفتی نیست. به‌طوری که با وجود اینکه برخی از حبوبات درصد جوانه‌زنی و نرخ رشد اولیه خوبی در مناطق آلوده به نفت (5 درصد) داشتند ولی بعد از 6 هفته از بین رفتند (20). علاوه بر ویژگی‌های رویشی عملکرد فتوسیستم 2 شاخص بسیار حساسی به تنش‌های محیطی است که نشان‌دهنده عملکرد اجزای فتوسنتزی گیاه و شاخص خوبی برای تعیین میزان تحمل گیاهان به تنش‌های محیطی می‌باشد (12).
بخش عمده‌ای از مناطق نفت‌خیز در مناطق نیمه گرمسیری مستقر هستند و درختان جنس کهور، آکاسیا و کنار گونه‌های غالب این مناطق را تشکیل می‌دهند. ارزیابی گونه‌های گیاهی مختلف بومی و غیر بومی منطقه از نظر مقاومت به نفت خام و تعیین توان گیاه‌پالایی آنها به فهم دقیق‌تر ما نسبت به پیامدهای زیست محیطی آلاینده‌های نفتی بر فلور منطقه و ارائه راهکارهای مدیریتی نوین جهت رفع این آلاینده‌ها منجر
خواهد شد.
در این تحقیق تأثیر غلظت‌های مختلف نفت خام بر عملکرد رویشی و فیزیولوژیکی بذر و نهال سه گونه درختی شاخص مناطق جنوبی ایران شامل کهور پاکستانی Prosopis Juliflora (Sw.) DC.، آکاسیا Acacia victoriae Benth. و کنار
Ziziphus spina-christi (L.) Desf. به‌همراه گونه اقاقیا Robinia pseudoacacia L. مورد ارزیابی قرار گرفت.
مواد و روش‌ها
جهت انجام این تحقیق در ابتدای زمستان 1391 بذور گونه‌های کنار و آکاسیا از درختان واقع در نهالستان پارک جنگلی چاکوتا واقع در استان بوشهر و بذور کهور از درختان مستقر در پارک جنگلی اهواز و بذور اقاقیا از درختان کاشته شده در پارک جنگلی مسجد سلیمان واقع در استان خوزستان تهیه شد و به آزمایشگاه منتقل گردید. بذور به مدت 3 ماه تا زمان شروع آزمایش در شرایط دمای اتاق در پاکت‌های پلاستیکی نگهداری شدند. به‌منظور شکستن خواب بذر بسته به نوع بذر و براساس مرور منابع و آزمایشات اولیه پیش‌تیمار مناسب انتخاب گردید. بذور کنار پس از 20 دقیقه خراش‌دهی با اسید سولفوریک 90 درصد شسته شدند و به مدت 24 ساعت خیسانده شدند. بذور کهور و اقاقیا پس از 24 ساعت خیساندن در آب به‌صورت دستی خراش داده شدند (با اسکالپر در ناحیه‌ای غیر از ناف) و بذور آکاسیا نیز پس از 24 ساعت خیساندن در آب به مدت 10 ثانیه در آب جوش قرار گرفتند (13).
نفت خام از پایانه چاه‌های نفت شهرستان مسجد سلیمان واقع در منطقه بی‌بیان در فروردین ماه 1391 تهیه شد و در ظرف پلاستیکی 4 لیتری درب‌دار به آزمایشگاه دانشکده کشاورزی دانشگاه یاسوج منتقل گردید. درب ظرف در طی این مدت به کمک چند لایه پلاستیک کاملاً درزگیری شد تا میزان تبخیر مواد فرار از نفت کاهش یابد.
برای انجام آزمایش جوانه‌زنی و ریشه دوانی بذرها، بسته‌های حاوی خاک گلدانی از خدمات کشاورزی تهیه و نفت خام به نسبت 0، 1، 3، 5، 7، 10 و 20 درصد وزنی/ وزنی، و در مرحله استقرار نهال، خاک گلدانی با خاک سطحی (صفر تا 25 سانتی‌متری) مجاور گلخانه دانشگاه یاسوج به نسبت یک به یک ترکیب و پس از الک کردن با مش 2 میلی‌متر، نفت خام با نسبت 0، 1، 3، 5 و 7 درصد وزنی/ وزنی ترکیب شد و به‌مدت 3 هفته در هوای آزاد در شرایط دمای اتاق و در سایه به‌منظور کاهش مواد فرار موجود قرار داده شد. ترکیب نفت خام با خاک نیز به‌صورت مرحله‌ای صورت گرفت به این ترتیب که ابتدا بخش کمی از خاک با مقدار مورد نظر از نفت آمیخته گردید و سپس ترکیب حاصل با باقی‌مانده خاک مخلوط گشت تا نفت به‌صورت یکنواخت در تمام خاک مخلوط گردد.
به‌منظور بررسی تأثیر نفت خام بر جوانه‌زنی گونه‌های مورد مطالعه، تعداد 10 عدد بذر از هر گونه در 3 تکرار پس از انجام مراحل استراتیفیکاسیون در اردیبهشت ماه به ظروف شیشه‌ای (25´25´5/1 سانتی‌متر) حاوی خاک سبک با غلظت‌های مختلف نفت خام (0، 2، 4، 6، 8، 10 و 20 درصد وزنی/ وزنی) در عمق 2 سانتی‌متری منتقل شدند و با زاویۀ 45 درجه در دمای اتاق با شرایط نوری یکسان قرار گرفتند. به این ترتیب ریشه‌ها از پشت شیشه قابل رویت بودند و امکان پایش روزانه رشد آنها فراهم بود. پس از 12 روز گیاهچه‌ها برداشت شدند و درصد جوانه‌زنی و طول ریشه گیاهچه‌ها ثبت گردید. دوز مؤثر 50 و 95 درصد نفت خام بر عملکرد رویشی گونه‌های مختلف با استفاده از مدل رگرسیون خطی و براساس رشد ریشه در هر گونه برآورد گردید.
به‌منظور بررسی تأثیر غلظت‌های مختلف نفت خام بر رشد و توسعه اندام هوایی و زمینی در مرحله نهالی، نهال‌های یک‌ماهه گونه‌های مورد مطالعه در خرداد ماه به خاک سبک با غلظت‌های مختلف نفت خام (0، 3، 5 و 7 درصد) منتقل و در شرایط گلخانه (حدود 25 درجه سانتی‌گراد شب و 30 درجه سانتی‌گراد روز) با شرایط نوری محیطی فصل نگهداری شدند و به‌میزان مورد نیاز به‌صورت یک تا دو روز در میان آبیاری شدند. پس از گذشت سه ماه نهال‌ها برداشت شدند و طول ریشه، طول ساقه و تعداد برگ‌های سبز در آنها ثبت شد.
با توجه به از بین رفتن نهال‌های اقاقیا در خاک‌های با آلودگی شدید نفت خام آزمایش برای هر گونه به‌صورت جداگانه و بر پایه طرح کاملاً تصادفی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. در صورت معنی‌دار بودن اثرات تیمارها، میانگین‌ها با استفاده از آزمون مقایسه میانگین چندگانه دانکن در سطح معنی‌داری خطای 5 درصد گروه‌بندی شدند. کلیه آنالیزهای آماری با استفاده از نرم افزار SPSS نسخه 19 انجام شد.
نتایج
افزایش غلظت نفت خام تا 20 درصد، درصد جوانه‌زنی کهور
و آکاسیا را تحت تأثیر قرار نداد اما افزایش غلظت آن تا بیش از 6 درصد موجب کاهش درصد جوانه‌زنی گونه کنار شد
(شکل 1-الف). شدت تأثیر آلودگی نفتی بر گونه اقاقیا بیشتر از سایر گونه‌ها بود به‌نحوی که درصد جوانه‌زنی اقاقیا با کمترین میزان نفت خام (2 درصد) کاهش یافت و در غلظت 4 درصد و بیشتر از آن متوقف شد. رویش ریشه‌چه بیشتر از درصد جوانه‌زنی تحت تأثیر آلودگی نفتی قرار گرفت به‌طوری که در تمام گونه‌های مورد بررسی افزایش آلودگی نفتی موجب کاهش رشد ریشه‌چه طی 12 روز رویش گردید (شکل 1- ب). رشد ریشه آکاسیا بیشترین تحمل را در برابر آلودگی نفتی داشت به‌طوری که با افزایش نفت خام در خاک تا 2 درصد رشد آن تغییر معنی‌داری نداشت. از طرفی ریشه دوانی بذور اقاقیا، کنار و کهور به شدت تحت تأثیر آلودگی نفتی قرار گرفت و به ترتیب در غلظت بالای 4، 6 و 8 درصد به‌طور کامل متوقف گردید.
نتایج حاصل از برآورد دوز مؤثر 50 و 95 درصد نفت خام براساس عملکرد رویشی ریشه در غلظت‌های مختلف نفت خام برای گونه‌های مورد مطالعه نشان داد
که بیشترین دوز مؤثر میانه و 95 درصد به ترتیب 9/6 و 30 درصد مربوط به گونه آکاسیا برآورد گردید. گونه اقاقیا
نیز بسیار حساس به آلودگی نفتی بود و وجود 7/2 درصد نفت در خاک 50 درصد، و وجود 5/5 درصد آلودگی نفتی در خاک 95 درصد رشد ریشه‌چه را کاهش داد. کنار و کهور هم از نظر میزان حساسیت به آلودگی نفتی در حد متوسط بودند (جدول 1) به‌نحوی که وجود 2/3 تا 6/3 درصد آلودگی نفتی در خاک موجب کاهش 50 درصدی رشد
طولی ریشه‌چه در بذور کنار و کهور گردید و با افزایش آلودگی نفتی خاک تا 4/15 درصد در کنار و 21 درصد در کهور موجب کاهش 95 درصد رشد طولی ریشه‌چه گردید. البته پایین بودن مقدار ضریب تبیین رگرسیون برای
جدول 1. مقادیر دوز مؤثر 50 و 95 درصد نفت خام براساس طول ریشه‌چه در گونه‌های مختلف
|
R2 |
EC95 |
R2 |
EC50 |
نام گونه |
|
81/0 |
4/15 |
87/0 |
6/3 |
کنار |
|
21/0 |
0/21 |
39/0 |
2/3 |
کهور |
|
56/0 |
4/30 |
43/0 |
9/6 |
آکاسیا |
|
99/0 |
5/5 |
84/0 |
7/2 |
اقاقیا |
برآورد دوزهای مؤثر در مورد دو گونه کهور و آکاسیا
نشان می‌دهد که پاسخ افراد مختلف این دو گونه به افزایش آلاینده نفتی تا حدی متفاوت است در حالیکه وجود ضریب تبیین بالا در دو گونه کنار و اقاقیا حاکی از یکنواخت بودن روند کاهش رشد در اثر آلودگی نفتی در تمام افراد این دو گونه می‌باشد.
نتایج بررسی رویش نهال‌های چهار گونه مورد مطالعه در غلظت‌های مختلف نفت خام (0، 1، 3، 5 و 7 درصد) طی سه ماه نشان داد رویش طولی ساقه و ریشه در نهال کنار با افزایش غلظت نفت خام افزاش یافت در حالیکه هر چند در نهال‌های اقاقیا افزایش آلاینده نفتی تا سه درصد تأثیری در رشد ریشه و ساقه آنها نداشت اما رویش نهال‌ها پس از آن به‌طور کامل متوقف شد. رشد نهال‌های دو گونه کهور و آکاسیا تا غلظت 7 درصد نفت خام ادامه داشت اما رشد ساقه در آنها کاهش یافت در حالیکه رشد چندان تحت تأثیر آلودگی نفتی قرار نگرفت (شکل 2).
با افزایش غلظت آلودگی نفتی تعداد برگ سبز در تمام گونه‌های مورد مطالعه کاهش یافت. تعداد برگ سبز در گونه کنار تا میزان یک درصد آلودگی نفت خام تفاوتی با شاهد نشان نداد و پس از آن کاهش ناگهانی داشت. تعداد برگ‌های سبز در گونه اقاقیا به سرعت کاهش یافت و در یک درصد نفت خام به حداقل مقدار خود رسید (شکل 3).
با افزایش آلودگی نفتی غلظت کلروفیل در تمام گونه‌های مورد بررسی کاهش یافت، اما با حضور 1 درصد آلودگی نفتی تغییر
Type of Study: | Rights and permissions | |
 | This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License. |