SUPERVISOR
Mehran Shirvani,Hossein Shariatmadari
مهران شیروانی جوزدانی (استاد راهنما) حسین شریعتمداری (استاد راهنما)
STUDENT
Yaser Azimzadehjavadhesary
یاسر عظیم زاده جوادحصاری
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389
TITLE
Effects of Green Manure, Mixed Culture and Rhizosphere of Corn and Canola on Fractionation and Phytoremediation of Lead and Zinc in a Contaminated Soil
Mobility, bioavailability and the environmental risk of heavy metals is associated with the changes in their chemical form in soils. Root induced changes affect distribution of heavy metals in various geochemical fractions and bioavailability of heavy metals in soil. Therefore, it is necessary to get more information about behavior the chemical forms of heavy metals in soil and their relationship with plants. Because few studies about the processes involved the heavy metals in the rhizosphere, especially in the hyper accumulatore plants, complicated relationship of heavy metals with plants, soil and microorganisms in the rhizosphere is not well known and understanding these processes can provide us the useful information for refining heavy metals contaminated soils, and disposal of they risk. The aim of this study was assessing the changes of soil chemical properties and chemical forms and bioavailability of Lead, Zinc, Copper and Nikel by distance from root of corn and canola in single and mixed culture system and the effect of green manure on this changes and survey efficiency of phytoremediation potential of corn and canola in single and mixed culture system. Therefore, the rhizobox system was used and inside each box using nylon mesh plates with holes of 45 micron, was divided into four zones. The plants, were planted in the middle zone. At the end of the growing season, roots and shoots of plants was isolated and soil were taken from each area separately. In order to determine the chemical forms of heavy metals, sequential extraction method was used. The results of the soil analysis showed that green manure and plant cultivation impressed soil chemical properties and chemical forms of heavy metals and also affected the efficiency of phytoremediation. Exchangeable form of Zinc on the rhizosphere and bulk soil was more than two middle zones. Exchangeable fraction of lead and copper and the associated organic matter fraction of copper, in rhizosphere was more than bulk soil. Related to organic matter and carbonate fraction of copper and bioavailability of nickel decreased with distance from the root by the regular process. While the bioavailability of zinc increased with distance from the root. The associated organic mater fraction of zinc and nickel and bioavailability of lead was highest in the near soil mass and was and lowest in the soil mass. The associated organic matter fraction of Lead and nickel in the rhizosphere was more than bulk soil. The carbonate fraction of lead and nickel in the near ??rhizosphere zone was more than mass soil. Oxide fraction of lead, zinc and nickel in the rhizosphere was more than bulk soil. Also the results of the plants analysis showed that green manure reduced the root yield and increased the shoot yield. Yield in mixed culture was more than single culture. Phytoextraction of zinc and nickel using intercropping corn and canola and single culture of canola was more than single culture of corn. While the phytoextraction of copper in corn mixed and single culture was more than canola. Green manure increased the phytoextraction of zinc but decreased the phytoextraction of copper. Therefore, the mixed and single culture has differential effects on soil chemical properties and distribution of heavy metals in different geochemical fractions. Using corn and canola for remediation of heavy metals from contaminated soils were useful. Mixed culture and use of green manure was effective to remediation of soils. Keywords: Bioavailibility, Rhizibox, Sequential extraction, Mixed culture, Canola, Lead, Zinc
تحرک، زیست فراهمی و پتانسیل خطرآفرینی فلزات سنگین در خاک، به تغییرات اشکال شیمیایی آنها در خاک بستگی دارد. تغییرات القا شده توسط ریشه، توزیع فلزات سنگین در بخش های مختلف ژئوشیمیایی خاک و زیست فراهمی فلزات سنگین را تحت تأثیر قرار میدهد. بنابراین لازم مینماید که اطلاعات بیشتری از رفتار اشکال شیمیایی فلزات سنگین در خاک و ارتباط آنها با گیاهان، بدست آوریم. به علت مطالعات کمی که در رابطه با فرایندهای مربوط به فلزات سنگین در ریزوسفر، بویژه در گیاهان بیش اندوز صورت گرفته، هنوز روابط پیچیده فلزات سنگین با گیاه، خاک و میکروارگانیسم ها در ریزوسفر به خوبی شناخته شده نیست و دانستن این فرایندها میتواند اطلاعات مفیدی را جهت پالایش خاکهای آلوده به فلزات سنگین و دفع خطر آنها، در اختیار ما قرار دهد. هدف از انجام این تحقیق بررسی تغییرات خصوصیات شیمیایی خاک و اشکال شیمیایی و زیست فراهمی فلزات سنگین سرب، روی، مس و نیکل با فاصله از ریشه گیاهان ذرت و کلزا در سیستم کشت منفرد و مخلوط و اثر کود سبز بر این تغییرات و همچنین ارزیابی کارایی پتانسیل گیاه پالایی گیاهان ذرت و کلزا در سیستم کشت منفرد و مخلوط بود. بدین منظور از سیستم رایزوباکس استفاده شده و فضای داخل هر یک از باکس ها با استفاده از صفحات مشبک نایلونی با روزنه های 45 میکرونی، به 4 ناحیه تقسیم شد. گیاهان مذکور، در ناحیه وسط کشت شدند. در پایان دوره رشد، ریشه و شاخساره گیاهان جدا شده و خاک هر ناحیه جداگانه برداشت شد. جهت تعیین اشکال شیمیایی فلزات سنگین، از روش عصاره گیری متوالی استفاده شد. نتایج حاصل از تجزیه خاک نشان داد که کود سبز و کشت گیاه، خصوصیات شیمیایی خاک و اشکال شیمیایی فلزات سنگین و همچنین راندمان گیاه پالایی را تحت تأثیر قرار داد. بخش تبادلی روی در دو ناحیه میانی بیشتر از ریزوسفر و توده خاک بود. بخش تبادلی سرب و مس و بخش وابسته به مواد آلی مس در ریزوسفر بیشتر از توده خاک بود. بخش وابسته به مواد آلی و کربناته مس و زیست فراهمی نیکل با فاصله از ریشه با روند منظمی کاهش یافت. در حالی که زیست فراهمی روی با فاصله از ریشه افزایش یافت. بخش وابسته به مواد آلی روی و نیکل و زیست فراهمی سرب در نزدیک توده خاک بیشترین و در توده خاک کمترین مقدار را داشت. بخش وابسته به مواد آلی سرب و نیکل در ریزوسفر بیشتر از توده خاک بود. بخش کربناته سرب و نیکل در ناحیه نزدیک ریزوسفر بیشتر از توده خاک بود. بخش اکسیدی سرب، روی و نیکل در ریزوسفر کمتر از توده خاک بود. همچنین نتایج حاصل از تجزیه گیاهان نشان داد که کود سبز باعث کاهش عملکرد ریشه و افزایش عملکرد شاخساره شد. عملکرد در کشت مخلوط بیشتر از کشت منفرد بود. استخراج گیاهی روی و نیکل با استفاده از کشت مخلوط ذرت و کلزا و کشت منفرد کلزا بیشتر از کشت منفرد ذرت بود. در حالی که استخراج گیاهی مس، در کشت مخلوط و کشت منفرد ذرت بیشتر از کلزا بود. کود سبز استخراج روی توسط شاخساره را افزایش داده ولی در مورد مس کاهش داد. بنابراین، کشت مخلوط نسبت به کشت منفرد اثر متفاوت تری در خصوصیات شیمیایی خاک و توزیع فلزات سنگین در بخش های مختلف ژئوشیمیایی خاک داشت. استفاده از دو گیاه ذرت و کلزا جهت پالایش خاک های آلوده به فلزات سنگین مفید ارزیابی شده و کشت مخلوط نسبت به کشت منفرد دو گیاه ذرت و کلزا و همچنین استفاده از کود سبز در پالایش خاک، روش مؤثری ارزیابی گردید. کلمات کلیدی: 1- زیست فراهمی 2-رایزوباکس 3-عصاره گیری متوالی 4-کشت مخلوط 5- کلزا 6- سرب 7- روی