اساتید مشاور:
مهندس علی صلاحی
مهندس محمّدکیا کیانیان
برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود (در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است) تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه : (ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است) فهرست مطالب: فصل اول……………………………………………………………………………………………………….. 1 1-1- مقدمه…………………………………………………………………………………………………….. 2 1-2- بیان مسئله تحقیق……………………………………………………………………………………. 3 1-3- اهمیت و ضرورت انجام تحقیق…………………………………………………………………… 5 1-4- نوآوری تحقیق…………………………………………………………………………………………… 6 1-5- اهداف تحقیق…………………………………………………………………………………………… 6 1-6- فرضیه های تحقیق………………………………………………………………………………………. 7 فصل دوم: مرور منابع………………………………………………………………………………………. 8 2-1- تعاریف، اصول و مبانی نظری………………………………………………………………………. 9 2-1-1- مناطق خشک………………………………………………………………………………………. 9 2-1-2- فلزات سنگین…………………………………………………………………………………………. 10 2-1-3- دسته بندی عناصر……………………………………………………………………………….. 11 2-1-3-1- مس(Cu) ………………………………………………………………………………………. 12 2-1-3-1-1- مس در خاک …………………………………………………………………………………… 12 2-1-3-1-2- آلودگی خاک ……………………………………………………………………………… 13 2-1-3-1-3- فراهمی زیستی مس ……………………………………………………………………….. 13 2-1-3-1-4- مس در گیاهان ……………………………………………………………………………… 13 2-1-3-1-5- اثرات مس بر گیاهان ……………………………………………………………………. 14 2-1-3-1-6- واکنش با عناصر دیگر ……………………………………………………………………. 14 2-1-3-1-7- اثرات مس بر سلامتی انسان ………………………………………………………. 14 2-1-3-2- سرب(Pb) ………………………………………………………………………………………. 15 2-1-3-2-1- سرب در خاک …………………………………………………………………………….. 15 2-1-3-2-2- آلودگی خاک …………………………………………………………………………….. 15 2-1-3-2-3- سرب در گیاهان …………………………………………………………………………… 16 2-1-3-2-4- جذب و انتقال در گیاهان ……………………………………………………………… 16 2-1-3-2-5- اثرات سرب بر گیاهان …………………………………………………………………… 17 2-1-3-2-6- اثرات سرب بر سلامتی انسان…………………………………………………………. 17 2-1-3-3- کادمیوم(Cd) ……………………………………………………………………………….. 17 2-1-3-4- روی(Zn) ……………………………………………………………………………………….. 18 2-1-3-4-1- روی در خاک ………………………………………………………………………………… 18 2-1-3-4-2- آلودگی خاک ……………………………………………………………………………… 18 2-1-3-4-3- روی در گیاهان …………………………………………………………………………….. 19 2-1-3-4-4- اثرات روی بر گیاهان ……………………………………………………………………. 19 2-1-3-4-5- واکنش با عناصر دیگر…………………………………………………………………… 19 2-1-4- منشا آلایندهها………………………………………………………………………………….. 20 2-1-5- گیاهپالایی……………………………………………………………………………………….. 20 2-1-5-1- تاریخچه گیاهپالایی…………………………………………………………………. 21 2-1-5-2- تکنولوژیهای گیاهپالایی…………………………………………………………………. 21 2-1-5-2-1- گیاه استخراجی………………………………………………………………………… 23 2-1-5-2-2- گیاه تبخیری………………………………………………………………………….. 24 2-1-5-2-3- تصفیه ریشهای………………………………………………………………………… 25 2-1-5-2-4- گیاه تثبیتی…………………………………………………………………………….. 25 2-1-5-2-5- تجزیه ریشهای………………………………………………………………………….. 26 2-1-5-2-6- تجزیه گیاهی……………………………………………………………………………. 26 2-1-5-3- واکنش گیاهان به فلزات سنگین……………………………………………………. 27 2-1-5-4- شرایط و محیطهای قابل استفاده برای گیاهپالایی……………………………… 28 2-1-6- گونه مورد مطالعه…………………………………………………………………………. 28 2-1-6-1- اکالیپتوس…………………………………………………………………………………… 28 2-1-6-1- مشخصات گیاهشناسی………………………………………………………………….. 28 
2-1-6-3- موطن اصلی اکالیپتوس………………………………………………………………. 29 2-1-6-4- اکولوژی اکالیپتوس………………………………………………………………………. 29 2-1-6-5- کشت و پرورش اکالیپتوس………………………………………………………….. 30 2-1-6-6- برداشت اکالیپتوس………………………………………………………………………. 30 2-1-6-7- موارد مصرف چوب اکالیپتوس……………………………………………………… 30 2-2- مروری بر ادبیات موضوع………………………………………………………………………. 31 2-2-1- مطالعات صورت گرفته در خارج از کشور………………………………………….. 31 2-2-2- مطالعات صورت گرفته در داخل کشور………………………………………………… 36 فصل سوم: روش تحقیق…………………………………………………………………………… 41 3-1- آزمون گلخانهای…………………………………………………………………….. 42 3-1-1- موقعیت جغرافیایی گلخانه و منطقه مورد مطالعه……………………………. 42 3-1-2- عملیات کاشت……………………………………………………………………….. 43 3-1-2-1- انتخاب و نمونه برداری خاک…………………………………………………. 43 3-1-2-2- انتخاب و تهیه نهالها…………………………………………………………… 43 3-1-2-3- کشت گیاه……………………………………………………………………………. 44 3-1-3- عملیات داشت………………………………………………………………………… 44 3-1-3-1- اعمال تیمارهای فلزات سنگین……………………………………………….. 45 3-1-4- عملیات برداشت…………………………………………………………………… 45 3-2- اندازه گیری پارامترهای فیزیک و شیمیایی خاک…………………………………. 45 3-2-1- اندازه گیری واکنش خاک pH……………………………………………………. 3-2-2- اندازه قابلیت هدایت الکتریکی عصاره اشباع خاک(EC)………………….. 46 3-2-3- اندازه گیری بافت خاک به روش هیدرومتری………………………………… 46 3-3- تجزیه نمونههای گیاهی…………………………………………………………………… 46 3-3-1- اندازهگیری عناصر سنگین نمونه های گیاهی…………………………………. 46 3-4- تجزیه و تحلیل داده ها………………………………………………………….. 47 فصل چهارم: نتایج وتفسیر آنها…………………………………………………………. 48 4-1- نتایج…………………………………………………………………………………… 49 4-2- مقایسه قابلیت جذب عناصر سنگین خاک توسط دو گونه اکالیپتوس…. 49 4-2-1- مس (Cu)…………………………………………………………………………….. 49 4-2-2- روی (Zn)……………………………………………………………………………. 50 4-2-3- سرب (Pb)………………………………………………………………………….. 51 4-2-4- کادمیوم (Cd)……………………………………………………………………….. 53 4-3- اثر متقابل (برهمکنش) غلظتهای مختلف عناصر مس، روی، سرب و کادمیوم بر یکدیگر و تاثیر آن در جذب دو گونه E. microtheca و E. camaldulensis……………………………………… 4-3-1- تاثیر سطوح مختلف روی، سرب، کادمیوم و تیمار ترکیبی بر جذب مس….. 54 4-3-1-1- روی (Zn)………………………………………………………………………………. 54 4-3-1-2- سرب (Pb)……………………………………………………………………………….. 56 4-3-1-3- کادمیوم (Cd)…………………………………………………………………………… 58 4-3-1-4- تیمار ترکیبی (Cu, Zn, Pb, Cd)………………………………………. 60 4-3-2- تاثیر سطوح مختلف مس، روی، کادمیوم و تیمار ترکیبی بر جذب سرب……. 62 4-3-2-1- مس (Cu)……………………………………………………………………………. 62 4-3-2-2- روی (Zn)………………………………………………………………………………. 64 4-3-2-3- کادمیوم (Cd)………………………………………………………………………. 66 4-3-2-4- تیمار ترکیبی (Cu, Zn, Pb, Cd)…………………………………………… 68 4-3-3- تاثیر سطوح مختلف مس، سرب، کادمیوم و تیمار ترکیبی بر جذب روی….. 70 4-3-3-1- مس (Cu)……………………………………………………………………………… 70 4-3-3-2- سرب (Pb)………………………………………………………………………….. 72 4-3-3-3- کادمیوم (Cd)…………………………………………………………………………. 74 4-3-3-4- تیمار ترکیبی (Cu, Zn, Pb, Cd)………………………………………………… 76 4-3-4- تاثیر سطوح مختلف مس، روی، سرب و تیمار ترکیبی بر جذب کادمیوم… 77 4-3-4-1- مس (Cu)………………………………………………………………………….. 77 4-3-4-2- روی (Zn)………………………………………………………………………….. 79 4-3-4-3- سرب (Pb)……………………………………………………………………….. 80 4-3-4-4- تیمار ترکیبی (Cu, Zn, Pb, Cd)………………………………………….. 81 4-4- مقایسه میانگین غلظت فلزات سنگین در گونه های اکالیپتوس با مقادیر مجاز…. 82 فصل پنجم: جمعبندی و پیشنهادات…………………………………………………… 85 5-1- محتوا………………………………………………………………………………………… 86 5-2-1- بحث……………………………………………………………………………………….. 86 5-2-1-1- مقایسه قابلیت دو گونه اکالیپتوس E. Microtheca و E. Camaldulensis در جذب برخی از عناصر سنگین خاک….86 5-2-1-2- اثر متقابل (برهمکنش) غلظتهای مختلف عناصر مس، روی، سرب و کادمیوم بر یکدیگر و تاثیر آن در جذب دو گونه E. microtheca و E. camaldulensis………………………………………. 5-2-1-2-1- تاثیر سطوح مختلف روی، سرب، کادمیوم و تیمار ترکیبی بر جذب مس ……. 88 5-2-1-2-2- تاثیر سطوح مختلف مس، سرب، کادمیوم و تیمار ترکیبی بر جذب روی…… 89 5-2-1-2-3- تاثیر سطوح مختلف مس، روی، کادمیوم و تیمار ترکیبی بر جذب سرب…… 90 5-2-1-2-4- تاثیر سطوح مختلف مس، روی، سرب و تیمار ترکیبی بر جذب کادمیوم…… 91 5-2-1-3- مقایسه میانگین غلظت فلزات سنگین در گونه های گیاهی با مقادیر مجاز…. 93 5-2-2- نتیجهگیری………………………………………………………………………………. 95 5-2-3- پیشنهادات……………………………………………………………………………….. 96 مراجع…………………………………………………………………………………………………. 97 چکیده: فلزات سنگین از آلایندههای خطرناک محیط زیست هستند که از طریق ورود به زنجیره غذایی موجب بروز خطرات برای انسان، گیاهان و سایر موجودات زنده میشوند. در خاکهای آلوده به فلزات سنگین، استفاده از گیاهانی که توانایی رشد، سازگاری و جذب فلزات را دارند بهعنوان یکی از روشهای پاکسازی این خاکها مطرح است. گیاهپالایی یكی از روشهای زیستپالایی است كه در دهههای اخیر برای اصلاح و پالایش خاكهای آلوده به تركیبات آلی و معدنی ارائه شده است. مطالعات گذشته عمدتا متمرکز بر روی جذب یک عنصر بودهاند درحالیکه در این مطالعه علاوه بر افزودن چند عنصر اقدام به بررسی دقیق برهمکنش عناصر بر روی جذب هر یک از عناصر صورت گرفته است. هدف این تحقیق بررسی تاثیر غلظتهای مختلف مس، روی، سرب، کادمیوم و ترکیب این عناصر موجود در خاک بر میزان تجمع در اندامهای گیاهی دو گونه اکالیپتوس Eucalyptus microtheca و Eucalyptus camaldulensis میباشد. برای انجام این مطالعه سه تیمار مس (غلظتهای 5، 10، 20ppm )، سه تیمار روی (غلظتهای 1، 3، 10ppm )، سه تیمار سرب (غلظتهای 50، 100، 200ppm )، سه تیمار کادمیوم (غلظتهای 5، 10، 15ppm ) و سه تیمار مخلوط از این عناصر در سه سطح با 3 تکرار و در قالب طرح کاملا تصادفی برای دو گونه اکالیپتوس در نظر گرفته شد. پس از 13 هفته از اعمال تیمارها، تمامی درختان اکالیپتوس قطع و به برگ، ساقه و ریشه تقسیم شدند و پس از آمادهسازی اولیه، غلظت فلزات سنگین موجود در نمونهها توسط دستگاه ICP اندازهگیری شد و آنالیزهای آماری دادهها با استفاده از نرمافزار SPSS نسخه 19 انجام شد. این تحقیق در آزمایشگاه و گلخانه بخش تحقیقات منابع طبیعی اداره کل مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی واقع در شهر گرگان اجرا شد. نتایج این مطالعه نشان داد که دو گونه اکالیپتوس توانایی جذب عناصر سنگین در سطح مجاز و بحرانی که طبق استانداردهای جهانی تعریف شده است را دارند که با توجه به آلودگی بسیار بالای شهرهای بزرگ می توان از گیاه همیشه سبز اکالیپتوس که توانایی بالایی در جذب عناصر سنگین دارد بهره برد. طبق نتایج به دست آمده از تحقیق میتوان گفت دو گونه اکالیپتوس E. microtheca و E. camaldulensis در سطوح کم تیمار شاهد، از نظر جذب عناصر سنگین خاک اختلاف چندانی باهم ندارند اما با افزایش میزان غلظتهای مس، روی، سرب و کادمیوم این گونه E. camaldulensis است که توانسته در جذب برخی از عناصر سنگین موفقتر عمل کند. تاثیر مهم نوع و غلظت عناصر سنگین موجود در خاک بر میزان جذب و ذخیرهسازی و همچنین اثر برهمکنش عناصر سنگین ذکر شده بر تجمع آنها در اندامهای مختلف E. microtheca و E. camaldulensis از دیگر نتایج این تحقیق بشمار میآید. فصل اول: مقدمه 1-1- مقدمه منابع طبیعی هر جامعهای سرمایه ملی آن جامعه محسوب میشود. گیاهان بهعنوان تولیدکنندگان اولیه نقش مهمی در اکوسیستمها بازی میکنند و بهعنوان بخش مهمی از منابع طبیعی در دسترس ما هستند. اعمال مدیریت صحیح و کارا بر منابع طبیعی هر منطقه نیازمند داشتن اطلاعات دقیق از ویژگیهای کمی و کیفی رستنیها و آگاهی از روابط بین گیاهان و عوامل محیطی آنها (از جمله خاک) میباشد (میرغفاری، 1384). خاک در منابع طبیعی از ارزش و اهمیت بالایی برخوردار است زیرا ارتباط بسیار نزدیکی با پوشش گیاهی دارد به گونهای که میتوان با دیدن وضعیت گیاهی یک منطقه به وضعیت خاک آن پیبرد (غازان شاهی، 1376). آلودگی خاک بهعنوان یکی از مهمترین پیامدهای فعالیتهای انسان بر محیط زیست از دیرباز مورد توجه بسیاری از محققین علوم طبیعی قرار داشته است (براتی و میرغفاری، 1391). از نظر تاریخی آلودگی خاک بهوسیلهی فلزات سنگین ابتدا از معادن استخراج و کارخانههای ذوب اینگونه فلزات شروع شد. فعالیتهای معدنکاری انسان جهت استخراج فلزات سرب و روی باعث بروز مشکلات زیستمحیطی بسیار جدی در مناطق مجاور این معادن گردیده است. آلودگی خاک منجر به بروز مسمومیت در گیاهان یک منطقه و از بین رفتن پوششگیاهی و در نتیجه افزایش شدید نرخ فرسایشهای آبی و بادی در این مناطق میگردد (عرفان منش، 1387). خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک از جمله pH، درصد ماسه و رس، مقدار کربنات کلسیم موجود در خاک، مقدار مواد آلی، قابلیت تبادل کاتیونی (CEC)، نوع کانی رسی، درصد وزنی اکسیدهای سیلیسیم، آلومینیوم و آهن تاثیر مشخصی بر میزان جذب عناصر سنگین دارد (Wang et al., 2009). گیاهپالایی[1]، تكنولوژی پاكسازی خاكها و سیستمهای آبـی از فلزات سنگین آلاینده است (Clements et al., 2002). از فواید گیـاهپـالایی ایـن است كه حاصلخیزی خـاك بعـد از برداشـت فلـزات سـنگین تغییری نمیكند. البته تعداد زیادی از این تكنیكهای مهندسی بهدلیل محدودیتهای اقتصادی و منطقی قابل اجرا نیـست (Hulme & Hill, 2004). پاکسازی محیطزیست آلوده به فلزات سنگین و آلایندههای آلی توسط جذب آنها بهوسیله گیاهان یا گیاهپالایی امروزه جایگاه ویژه‌ای پیدا کرده است. با توجه به اینکه روشهای سنتی برداشت عناصر سنگین از خاک و آب بسیار پرهزینه و دشوار و اغلب ناموفق است، لزوم استفاده از گیاهان کاهش‌دهنده آلودگی خاک و آب روشن است. از طرفی با توجه به نیاز روزافزون جنگلکاری در ایران، لازم است که تحقیقی جامع بر روی گونه‌ها‌ی اکالیپتوس و نقش این گیاهان در جذب عناصر سنگین انجام شود. گیاهپالایی یک گزینه کم هزینه، بهویژه برای مناطق آلوده محسوب میشود. توانایی تجمع فوق‌العاده فلزات سنگین در کاربرد روش گیاهپالایی، بر مبنای سرعت رشد (تولید زیست‌توده) و میزان تجمع فلز سنگین (گرم فلز بر کیلوگرم بافت گیاه) استوار است. از این‌رو یافتن مؤثرترین گیاه سریع‌الرشد اکالیپتوس با توانایی حداکثر در جذب فلزات سنگین منجر به اقدام بعدی برای معرفی گیاهان با توان ژنتیکی بالاتر میگردد. بررسیهای گوناگونی در مورد قابلیت جذب فلزات سنگین و دیگر آلایندهها توسط گونه‌ها‌ی درختی در ایران و دیگر کشورها شده است. اکالیپتوس با رشد و تولید چوب بیشتر و جذب و نگهداری بیشتر عناصر و فلزات سنگین از خاک آبیاری شده با فاضلاب در اندامهای خود و تعریق فزونتر نسبت به سایر گونه‌ها‌ی درختی کندرشد، در پالایش خاک از آلایندهها نقش مهمی را ایفا می‌کند. به‌عنوان‌مثال راد[2] و همکاران در سال 2010، پس از آزمایش سازگاری و عملکرد هشت گونه اکالیپتوس با استفاده از فاضلاب شهری و صنعتی یزد، نتیجه گرفتند که گونه E.camaldulensis از نظر سازگاری، رشد ارتفاعی و قطری و قدرت جذب آب، موفقتر از سایر گونه‌ها بوده است. 2-1- بیان مسئله تحقیق طی سالهای اخیر و در نتیجه اجرای بعضی برنامههای توسعه اقتصادی، صنعتی، كشاورزی و خدماتی در مناطق مختلف جهان، تعادل و توازن طبیعت در مواردی برهم خورده است كه این امر عوارضی را در مقیاسهای محلی یا منطقهای و حتی جهانی به همراه داشته است (تائبی و اسحاقی، 1380). آلودگی محیط زیست از جمله آلودگی خاك یكی از عوارض مهم به هم خوردن تعادل و توازن طبعیت میباشد. مهمترین آلایندههای خاك شامل فلزات سنگین، بارشهای اسیدی و مواد آلی میباشند كه از این میان فلزات سنگین به واسطه غیر قابل تجزیه بودن، سمیت زیاد، اثرات تجمعی و سرطانزایی مورد توجه میباشند(Mico et al., 2006). فلزات سنگین به فلزاتی گفته میشود كه دارای چگالی نسبتا بالا بوده و در غلظتهای كم سمی باشند (عرفان منش و افیونی، 1379). هرچند این عناصر به طور طبیعی دارای غلظت كمی در خاك موجود هستند اما پراكنش جغرافیایی آنها چه بهصورت طبیعی و چه از طریق فعالیتهای انسانی مشكلات و مسائلی را در بر خواهد داشت. الگوی فعالیتهای صنعتی امروزی به آلودگیهای زیستمحیطی، بهویژه آلودگی با فلزات سنگین منجر میشود (Chehregani and Malayeri, 2007). میزان تخلیه آلایندههای فلزی در محیط با افزایش زندگی شهری رو به توسعه است. آلودگی زمینهای كشاورزی به وسیله فلزات سنگین در حال افزایش است. بعضی از بومشناسان اخیر منابع مختلفی از آلایندهها در اكوسیستمهای خاكی طبیعی را كه شامل فلزات انتقال یافته توسط هوا، از دود اگزوز اتومبیلها، كارخانههای باتریسازی و رنگسازی و دیگر فعالیتهای صنعتی هستند، تشخیص دادهاند (Jaja and Odoemena, 2004). در دهههای اخیر، فلزات سنگین بهدلیل خصوصیت آلایندگی ویژه آنها بسیار مورد توجه قرار گرفتهاند. برخی از این ویژگیها عبارتند از (Facchinelli et al., 2001): – آنها مانند بسیاری از مواد آلی در طول زمان تجزیه نمیشوند. – ورود آنها در خاک میتواند با هوازدگی سنگهای مادری و پدوژنزی ارتباط داشته باشد. – اغلب به صورت کاتیونها هستند. در نتیجه تغییر شرایط زیستمحیطی در اثر فعالیتهای انسان (تغییر کاربری زمین، کشاورزی و تغییرات اقلیمی) یا از طریق اشباع شدن بیش از ظرفیت بافری خاک میتوانند تحرک پیدا کرده که در چنین وضعیتی بسیار خطرناک خواهند بود. آلودگی فلزات سنگین یکی از مشکلات عمده زیستمحیطی است و معمولا ناشی از فعالیتهای صنعتی، نظیر بهرهبرداری از معادن، ذوب فلزات، فرایندهای تخلیه گاز، تولید انرژی و سوخت، کاربرد کود و آفتکش و فراوری پسماندهای شهری است. بدیهی است این پدیده با صنعتی شدن و نوگرایی جوامع شدت بیشتری یافته است (Tanhan et al., 2007) و این فعالیتها باعث ورود مقدار زیادی از عناصر سنگین به اتمسفر میشود. عناصر موجود در اتمسفر در نهایت به صورت فرونشست خشک[1]، یا فرونشست تر[2] روی سطح خاک و گیاهان قرار میگیرند. در مقیاس جهانی فرونشست جوی مهمترین عامل ورود عناصر سنگین به خاک محسوب میشوند (Deboudt et al., 2004; Schilling, and Lehman, 2002). علیرغم تفاوتهایی كه در رفتار عناصر سنگین از لحاظ تحرک و قابلیت جذب آنها در خاک وجود دارد، در اغلب موارد میزان خروج آنها از طریق آبشویی و یا جذب به وسیله گیاهان نسبت به میزان ورود آنها به خاك بسیار كمتر است. این امر موجب انباشته شدن تدریجی عناصر در خاک می شود. روند انباشت عناصر سنگین در خاک بسیار كند بوده و اثرات آن پس از دهها سال قابل تشخیص است. به دلیل فرآیند انباشت عناصر تقریبا یك فرآیند برگشت ناپذیر است که در درازمدت موجب كاهش كیفیت خاك و در نهایت تخریب اراضی كشاورزی می شود (امینی و همکاران، 1385).
موضوعات: بدون موضوع
لینک ثابت
