گیاه‌پالایی
در حال حاضر یکی از چالش‌های اساسی در زمینه محیط زیست، افزایش تدریجی غلظت فلزات سنگین در خاک به سبب عدم تجزیه آنها توسط میکروارگانیسم‌ها می‌باشد. این گونه فلزات با توجه به داشتن خواص و اثرات بالقوه سیتوتوکسیک، کارسینوژنیک و موتاژنیک، مخاطرات جدی را بر سلامت انسان و سایر موجودات زنده وارد می‌نمایند. فلزات سنگین از راه‌های مختلف وارد زنجیره غذایی انسان و حیوان می‌شوند؛ فاضلاب‌ها، مواد دفعی حاصل از فعالیت کارخانه‌ها، زباله‌ها، گرد و غبار ، فعالیت معدن‌ها وغیره، راه‌های معمول ورود فلزات سنگین به زنجیره‌های غذایی هستند. آلودگی به فلزات سنگین نه تنها با فعالیت انسان حاصل می‌گردد بلکه بطور طبیعی در مقادیر مختلف در محیط به ویژه خاک وجود دارد.
مخاطرات وجود فلزات سنگین در خاک و آب روشن و واضح است، از مسمومیت‌های پوستی گرفته تا ایجاد سرطان و بیماری‌های لاعلاج که خسارت سنگین مالی و پزشکی را سبب می‌شود.
برای رفع این مشکل می‌توان از گیاهان استفاده کرد، جاندارانی که میلیاردها سال است بر روی زمین زندگی می‌کنند و خود را با همه گونه آب و خاکی منطبق کرده‌اند.
به‌طورکلی نتایج تحقیقات انجام‌گرفته حاکی است که گونه‌های خاصی از گیاهان مرتعی توانایی رشد و سازگاری و جذب فلزات سنگین را دارا می‌باشند. برخی از گونه‌های گیاهی توانایی جذب و انباشت مقادیر زیادی از عناصر سنگین رادارند بدون این‌که آثار سمی آشکار برای آنها ایجاد نماید، می‌توان از این ویژگی گیاهان برای پاک‌سازی خاک‌های آلوده به فلزات سنگین استفاده نمود.
گیاه‌پالایی (Phytoremediation)
پاک‌سازی مواد آلاینده از خاک، آب و هوا به‌وسیلهٔ گیاهان، گیاه‌پالایی یا انباشت گیاهی گفته می‌شود. از این فنّاوری جدید امروزه جهت پاک‌سازی اکوسیستم‌ها از مواد آلاینده ازجمله فلزات سنگین، شبه فلزات، مواد رادیواکتیو، علفکشها و هیدروکربن‌های نفتی حلال‌های کلرِ استفاده می‌شود. گیاهان مختلفی که دارای توانایی جذب این آلاینده‌ها هستند، اغلب از خانواده‌های Amaranthace Asteraceae،Brassicaceae ،Fabaceae ،Poaceae هستند. گیاه‌پالایی بهره‌گیری از فرایندهای طبیعی موجود در گیاهان است. این فرایندها شامل جذب آب و مواد شیمیایی و متابولیسم مواد در داخل گیاه هست.
گرچه گیاه‌پالایی یک فن نسبتاً جدید است اما کاربرد آن قدمت طولانی دارد. در سال ۱۹۶۲ تحقیقاتی با استفاده از گیاهان آبی برای پالایش آب‌های آلوده به مواد رادیواکتیو در مناطق هسته‌ای روسیه شروع گردید. آنها دریافتند برخی گیاهان رشد یافته در خاک‌های آلوده بدون نشان دادن علائم سمیت قادر به تجمع مقادیر بالای فلزات در بافت‌هایشان هستند. چنی در سال ۱۹۸۳ اولین کسی بود که hyperaccumulators را برای پالایش فلزات مناطق آلوده معرفی کرد.
جذب فلزات سنگین در گیاهان
گیاهان فلزات را هم از خاک، هم از آب و هم ازهوا جذب می‌کنند، ولی بیشتر جذب فلزات از طریق خاک صورت می‌پذیرد. جذب از طریق خاک نه‌تنها به مقدار کلی یک فلز بلکه به دسترسی آن به ریشه و انتقال آن از طریق فاز ریشه-خاک نیز وابسته است. مقدار کلی یک فلز در خاک خود متأثر از سنگ منشأ خاک ساز اولیه و فعالیت‌های کشاورزی و صنعتی آن ناحیه است. دسترسی ریشه به عناصر وابسته به چند فاکتور است:
- خاک: نوع خاک، وضعیت زهکشی، وجود یا عدم وجود مواد آلی در خاک، لجن‌های هرز آبی و فعالیت‌های باکتریایی.
- گیاه: نوع و گونه گیاه، بخش خاصی از گیاه، فصل جمع‌آوری
- فلز و شبه‌فلز: شکل شیمیایی، محل و غیره
فلزات در شکل یونی و محلول در خاک به‌سرعت در دسترس ریشه قرار می‌گیرند درحالی‌که آن‌هایی که به کانی‌های سنگ‌ساز خاک متصل شده‌اند کمتر در دسترس هستند. دسترسی ریشه به فلزاتی مانند کبالت، منگنز و نیکل با کاهش pH محیط افزایش می‌یابد. زهکشی ناقص باعث افزایش دسترسی ریشه به عناصر یادشده می‌شود. گونه‌های مختلف گیاهان مقادیر بسیار متفاوتی از فلزات را به خود جذب می‌کنند. برخی از گیاهان توانایی ویژه‌ای در جذب فلزات خاصی را دارا هستند برای مثال Astragalus sp قادر به جذب سلنیوم، Crotalariaco balticola کبالت، روی، Phaseolus vulgaris برای جذب طلا، Sebertia accuminata و Alyssum sp برای جذب نیکل و غیره استفاده می‌شوند.
گیاهان می‌توانند مقدار بیشتر از حد فلزات فیزیولوژیکی خویش را از خاک و اتمسفر جذب کنند به‌نحوی‌که هیچ‌گونه تأثیر سوئی بر خود گیاه نداشته باشد.
واکنش گیاهان به فلزات سنگین
گیاهان بسته به مقاومت و واکنش به فلزات به سه دسته تقسیم می‌شوند:
- گونه‌های دافع: این گیاهان که از ورود فلزات به بخش‌های هوایی خود جلوگیری نموده و یا غلظت فلزات را در خاک پایین نگه می‌دارند.
- گونه‌های شاخص: این گروه از گیاهان کنترل ضعیفی بر روی جذب و پروسه انتقال فلزات دارند.
- گونه‌های بیش‌اندوز: در این گروه فلزات در اندام‌های گیاه تجمع یافته و متکی به سطوح فلزات در خاک نمی‌باشند.
روش‌های مختلف گیاه‌پالایی
روش‌های گیاه‌پالایی می‌توانند برای آلودگی‌زدایی خاک، آب و هوای آلوده به فلزات سنگین و مواد آلی به کار رود که شامل روش‌های ذیل است:
گیاه تثبیتی (Phyto stabilisation)
این روش معمولاً جهت کاهش آلودگی در خاک، رسوب و لجن استفاده می‌شود. و بسته به قدرت ریشه در محدود نمودن تحرک و قابلیت دسترسی آلاینده‌ها در خاک هست و از طریق جذب، رسوب، کمپلکس و یا کاهش ظرفیت انجام می‌گردد.
ریشه صافی (Rhizome filtration)
در این روش از گیاهان برای پالایش آلودگی در محیط خشکی و آبی استفاده می‌شود و آلاینده‌ها ممکن است جذب و تغلیظ یا رسوب کنند. از این روش می‌توان برای پالایش فاضلاب‌های صنعتی، زهکش‌های کشاورزی یا زهکش‌های معادن اسیدی در مورد فلزات سرب، کادمیوم، مس، نیکل، روی و کروم استفاده کرد.
گیاه جذبی (Phyto extraction)
بهترین رهیافت گیاه پالایی، جذب و انتقال آلاینده‌ها از خاک به گیاه بدون تخریب ساختمان خاک و تغییر در باروری آن است که این روش بیشتر برای رفع آلوگی معادن مفید است.
با جذب گیاه، فلزات در گیاه تغلیظ، تجمع و رسوب‌کرده و به زیست‌توده گیاه اضافه‌شده و سپس توده گیاه برداشت‌شده و به محل ایمنی انتقال داده می‌شود و چنانچه مقدار جذب بالا باشد اهداف اقتصادی نیز می‌تواند مدنظر قرار گیرد.
گیاه تبخیری (Phyto volatilization)
گیاهان، آلاینده‌ها را از خاک جذب نموده و سپس به بخار تبدیل کرده و با عمل تعرق به اتمسفر انتقال می‌دهند. این روش در درختان و دیگر گیاهان در حال رشد در آب و برای جذب آلاینده‌های آلی و غیر آلی اتفاق می‌افتد.
گیاه تخریبی یا تجزیه گیاهی
این روش تخریب کامل یا جزئی آلاینده‌های آلی به‌وسیله غیرفعال کردن آنها توسط بافت‌های گیاهی است.
در این روش گیاه با متابولیسم خود از طریق انتقال، تجزیه، تثبیت یا تصعید ترکیبات آلاینده به برطرف نمودن آلودگی از خاک و آب‌های زیرزمینی کمک می‌نماید.
تیره‌های گیاهان بیش‌اندوز فلزات
مزیت‌ها و معایب گیاه‌پالایی (Ghosh and Singh, 2005)
مزیت‌ها
- قابلیت پالایش ترکیبات آلی و غیر آلی
- قابلیت کاربرد به‌صورت درجا و دگرجا
- در مقایسه با سایر روش‌ها استفاده از این روش به‌صورت درجا مانع آر به هم خوردگی و تخریب خاک خواهد شد.
- کاهش میزان آلودگی تا ۹۵ درصد که خود به‌عنوان منبعی برای استخراج فلزات سنگین محسوب می‌شود.
- کاهش انتشار آلودگی از طریق آب و هوا
- روشی کم‌هزینه بوده و نیازی به افراد با تخصص بالا نیست.
- استفاده از این روش در مقیاس وسیع منجر به ذخیره انرژی و تبدیل آن به انرژی گرمایی می‌شود.
معایب
- محدود به ناحیه تحت پوشش ریشه
- برای پالایش نیاز به زمان طولانی دارد
- محدود به مناطق با آلودگی‌های سطحی
- زیست‌توده گیاهان برداشت‌شده خود به‌عنوان منبع آلودگی محسوب می‌شود.
- شرایط اقلیمی به‌عنوان فاکتور محدودکننده در این روش محسوب می‌شود.
- کاربرد گونه‌های غیربومی بیش اندوز تنوع زیستی را مؤثر می‌سازد.
- مصرف گونه‌های آلوده یک نگرانی محسوب می‌شود.
بسیار عالی و جامع بود. خیلی ممنون از سایت خوبتون. موفق باشید
خواهش، خوشحالم که سر زدید.