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).