SUPERVISOR
Samsolall Ayubi,Hossein Khademi Moughari
شمس اله ایوبی (استاد راهنما) حسین خادمی موغاری (استاد راهنما)
STUDENT
Maryam Beyginejad
مریم بیگی نژاد
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395
TITLE
Comparison of selected heavy metals concentration and magnetic susceptibility of plane tree, cedar and pine leaves in order to evaluate atmospheric pollution in Shiraz city
Air pollution is one of the most important problems being currently encountered by human beings throughout the world. It is exasperated in big cities by improper growth of industrial activities, fossil fuel consumption, and also high population growth. Atmospheric pollution is a serious, continuous, and comprehensive threat for the health of organisms and the environment. In addition to environmental consequences and the problems for the health of human and other organisms, air pollution causes social and economic problems. Suspended dust particles are the major air pollutants in arid and semiarid areas. Plants can be good indicators for evaluating air pollution since most plants have high ability to absorb and accumulate heavy metals by their leaves. That is why plants could be used as bioindicator to measure atmospheric pollution. Shiraz city has been facing high air pollution in recent years which may negatively influence its environment and the health of its high population. Therefore, it is necessary to examine the level of atmospheric pollution in this important city. The objectives of this study were: (1) to evaluate the level of atmospheric pollution, (2) to examine the ability of pine needles and plane tree and cedar leaves as bioindicators for air pollution estimation, and (3) to compare the level of heavy metals accumulation and the magnetic susceptibility of the leaves of the above-mentioned trees in high and low traffic urban areas. Ten urban sites including 5 sites in each areas having either high or low vehicle traffic were chosen. Leaf samples from the 3 trees were collected at the end of July, August, September, and October 2017. Samples were thoroughly washed with water in the lab and then dried in oven. The dust particles associated with the plant leaf samples were also separated and dried. Magnetic susceptibility of the dried leaf samples was determined using a Bartington MS2B instrument. Also, the concentrations of Fe, Cu, Co, Ni, Zn, and Mn and those of Pb and Cd in the leaf samples were measured using an atomic absorption spectrometer after dry and wet digestion, respectively. The results indicated that Fe, Mn, Ni, Co, and Pb showed an accumulating trend with time in plane tree leaves and Fe, Mn, Co, and Pb showed the same trend in pine needles and cedar leaves. This indicates that heavy metals loaded particles have been trapped and conserved by the plant leaves. The concentration of almost all the heavy metals had an increasing trend with time. The highest magnetic susceptibility and also concentration of Fe, Co, Pb, and Ni belonged to the cedar leaves indicating the great ability of cedar leaves i absorbing heavy metals from atmospheric pollution. This could be attributed to the morphology of cedar leaves as well as their somehow sticky secreted materials. Plane tree leaves had only significantly higher concentration of Zn than those of the other two tree species. Plane tree leaves appear to absorb less atmospheric particles as compared to pine needles and cedar leaves. The amount of magnetic susceptibility in pine needles and cedar leaves is significantly higher in densely trafficked areas than that in low traffic sites. However, no significant difference was found in the magnetic susceptibility of plane tree leaves in areas with different traffic density. There were positive correlations between the concentrations of Fe, Cu, Zn, and Pb and magnetic susceptibility in the cedar leaves likely indicating their identical anthropologic sources. This may also show that cedar leaves could be used as a good bioindicator and also a reliable biomagnetic index to determine highly polluted areas. Besides, the concentration of Co, Mn, and Pb in plane tree leaves, that of Pb, Zn, and Cu in pine needles, and that of Pb, Zn, Fe, and Cu were significantly higher in high traffic areas than the low traffic ones. The concentration of Pb and Zn in the atmospheric dust particles associated with the leaves of all the three tree species was higher in high traffic areas than the low traffic urban sites. The concentration of Zn and Pb in both leaf samples and the atmospheric dust particles associated with them was highly influenced by the traffic level. Traffic and other human activities seem to play a major role in causing atmospheric pollution. The simple and low cost approach of measuring biomagnetic properties of the tree leaves could be used to monitor air pollution in in urban areas. Among the 3 trees, the use of cedar leaves appears to provide more reliable results when used as a biomagnetic index or as a biomonitor, in general. Keywords : Atmospheric contamination, biomagnetic evaluation, bioindicator, dust, shiraz.
امروزه یکی از مهمترین مشکلاتی که در سراسر جهان بشر با آن روبرو می باشد، آلودگی هوا است که به دلیل افزایش بی رویه فعالیت های صنعتی، مصرف سوخت های فسیلی و افزایش جمعیت بخصوص در کلان شهرها روز به روز شدیدتر می شود. آلودگی هوا تهدیدی جدی، مستمر و فراگیر علیه سلامت موجودات زنده ومحیط زیست است که علاوه بر مشکلات زیست محیطی و به خطر انداختن سلامت انسان ها و سایر موجودات زنده، دارای تبعات سوء اقتصادی و اجتماعی نیز می باشد. در مناطق خشک و نیمه خشک جهان، گرد و غبار معلق بخش اصلی از آلاینده هوا می باشد. گیاهان می توانند شاخص موثری جهت تخمین آلودگی هوا باشند، زیرا اکثر گیاهان دارای توانایی جذب و تجمع فلزات سنگین در سطح برگ های خود هستند. به همین علت از گیاهان می توان به عنوان زیست ردیاب جهت اندازه گیری آلودگی هوا استفاده کرد. با توجه به افزایش شدت آلودگی هوا و غلظت ذرات معلق اتمسفری در سال های اخیر در شیراز، همچنین ورود توده های بزرگ گرد و غبار به این شهر و آثار سوء غبارهای آلوده بر سلامت شهروندان، بهداشت و محیط زیست، لزوم بررسی میزان آلودگی هوا در این شهر پرجمعیت احساس می شود. هدف از این پژوهش بررسی میزان آلودگی هوای شهر شیراز و توان زیست ردیابی برگ های درختان چنار، کاج و سرو و همچنین امکان مقایسه میزان جذب فلزات سنگین و مقدار پذیرفتاری مغناطیسی بین سه گونه درختی چنار، کاج و سرو در مناطق با تراکم ترافیکی متفاوت در سطح شهر شیراز بود. 10 منطقه شامل 5 منطقه پرترافیک و 5 منطقه کم ترافیک در این شهر به طور تصادفی انتخاب گردید و در هر منطقه سه گونه درختی چنار، کاج و سرو مشخص گردید و در هر ماه از برگ این سه گونه درخت در 10 منطقه طی چهار ماه (از تیر تا مهر ماه 1396) نمونه برداری شد. در آزمایشگاه برگ های سه گونه درختی با آب مقطر شسته شدند و گرد و غبار روی برگ ها جمع آوری شد. قرائت پذیرفتاری مغناطیسی نمونه های برگ با استفاده از دستگاه MS2B انجام گردید و میزان غلظت فلزات سنگین آهن، مس،کبالت، روی، نیکل و منگنز بعد از هضم خشک و عنصر سرب و کادمیوم بعد از هضم تر با استفاده از دستگاه جذب اتمی قرائت گردید. در برگ های گونه چنار عناصر آهن، منگنز، نیکل، کبالت و سرب و در برگ های گونه های کاج و سرو نیز عناصر آهن، منگنز، کبالت و سرب روند تجمعی دارند که نشان دهنده افزایش فرونشست گرد و غبار بر روی برگ و در نتیجه جذب این عناصر از سطح برگ در طول دوره نمونه برداری می باشد. غلظت فلزات مورد بررسی در گرد و غبار تجمع یافته بر روی برگ سه گونه درختی نیز روند افزایشی دارد. بالاترین مقدار پذیرفتاری مغناطیسی و همچنین بیشترین میانگین غلظت فلزات سنگین آهن، کبالت، سرب و نیکل با اختلاف معنی دار مربوط به نمونه های برگ درخت سرو می باشد که توانایی بالای این گونه درختی در جذب و نگهداری فلزات سنگین را نشان می دهد. به نظر می رسد این موضوع به دلیل مورفولوژی و ترشحات چسبنده برگ این گونه درختی باشد. بیشترین غلظت عناصر منگنز و مس مربوط به چنار می باشد و فقط فلز روی در گونه کاج با اختلاف معنی دار بیشتر از دو گونه دیگر است که نشان می دهد این گونه درختی در جذب فلزات سنگین نسبت به دو گونه دیگر ضعیف تر عمل می کند. میزان پذیرفتاری مغناطیسی در برگ های کاج و سرو در مناطق پرترافیک بیشتر از مناطق کم ترافیک می باشد ولی در گونه چنار اختلاف معنی داری بین مناطق پرترافیک و کم ترافیک مشاهده نشد.در گونه سرو بین مس، روی، آهن و سرب با پذیرفتاری مغناطیسی همبستگی مثبت وجود دارد که نشان دهنده منابع مشترک این عناصر می باشد. لذا می توان در سنجش آلودگی اتمسفری با استفاده از این زیست ردیاب و شناسایی مناطق آلوده به این فلزات از تکنیک پذیرفتاری مغناطیسی استفاده کرد. همچنین میزان غلظت فلزات سنگین کبالت، منگنز و سرب در برگ های درخت چنار و در برگ های درخت کاج سرب، روی و مس و در درخت سرو سرب، روی، آهن و مس با اختلاف معنی داری در مناطق پرترافیک بیشتر از مناطق کم ترافیک می باشد و در نمونه hy;های گرد و غبار هر سه گونه درختی غلظت عناصر سرب و روی مناطق پرترافیک بیشتر است. در نتیجه غلظت فلزات سنگین روی و سرب در برگ ها و گرد و غبار به شدت تحت تأثیر ترافیک هستند و عامل ترافیک در آلودگی هوا نقش بسیار مهمی را ایفا می کند و غلظت این عناصر در هوا تحت تأثیر فعالیت های انسانی می باشد. در نتیجه استفاده از تکنیک ساده و ارزان پذیرفتاری مغناطیسی در پیش بینی غلظت فلزات مورد نظر در شاخص های زیستی چنار، کاج و سرو و توان آن ها در نگهداری آلاینده های حاصل از منابع انسانی و طبیعی و همچنین جهت شناسایی مناطق آلوده به فلزات سنگین مناسب می باشد. به طور کلی با توجه به نتایج بدست آمده از این پژوهش برای استفاده از تکنیک پذیرفتاری مغناطیسی در پیش بینی آلودگی هوا شاخص زیستی سرو عملکرد بهتری نسبت به دو گونه دیگر دارد. کلمات کلیدی: آلودگی اتمسفری، شاخص زیستی، پذیرفتاری مغناطیسی، گرد و غبار، شهر شیراز