
تعداد نشریات | 13 |
تعداد شمارهها | 623 |
تعداد مقالات | 6,502 |
تعداد مشاهده مقاله | 8,645,567 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 8,242,943 |
بررسی تاثیر نانوذرات هماتیت بر غلظت آرسنیک و برخی عناصر غذایی گیاه ذرت کشت شده در خاکهای آلوده | ||
مجله پژوهشهای حفاظت آب و خاک | ||
مقاله 1، دوره 25، شماره 1، فروردین و اردیبهشت 1397، صفحه 1-34 اصل مقاله (1.83 M) | ||
نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22069/jwsc.2018.13878.2862 | ||
نویسندگان | ||
طاهره منصوری* 1؛ احمد گلچین2 | ||
1دانشگاه زنجان | ||
2استاد گروه خاکشناسی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان | ||
چکیده | ||
سابقه و هدف: آرسنیک یکی از شبه فلزات است که اخیرا توجهات زیادی را به سوی خود جلب کرده است. قرار گرفتن طولانی مدت در معرض آرسنیک سبب بروز سرطان های پوست، شش و پروستات می شود. حضور آرسنیک در آب و خاک منجر به انتقال آن به بخش های مختلف گیاهان می شود. تاکنون تاثیر نانوذرات هماتیت بر غلظت آرسنیک در گیاهان کشت شده در مناطق آلوده بررسی نشده است. پژوهش حاضر با هدف بررسی کارایی نانوذرات هماتیت در کاهش تحرک و گیاه -فراهمی آرسنیک و تاثیر آن بر غلظت عناصر فسفر، آهن، روی و منگنز گیاه ذرت کشت شده در خاکهای آلوده انجام شد. مواد و روش ها: بدین منظور یک آزمایش فاکتوریل با دو فاکتور سطوح نانوذرات هماتیت (صفر، 0/05، 0/1 و 0/2 درصد وزنی) و سطوح مختلف آرسنیک (صفر، 6، 12، 24، 48 و 96 میلی گرم بر کیلوگرم خاک) در قالب طرح کاملا تصادفی در سه تکرار در گلخانه انجام شد. خاک بصورت مصنوعی و با استفاده از نمک آرسنات سدیم (Na2HAsO4.7H2O) به سطوح مختلف آرسنیک آلوده و به مدت پنج ماه خوابانیده شد. نانوذرات هماتیت (α-Fe2O3) از نیترات آهن سنتز شدند و خصوصیات آنها به وسیله تکنیکهای XRD، SEM و TEM بررسی گردید. پس از پایان زمان خوابانیدن، نانوذرات هماتیت به خاکهای الوده و غیرآلوده افزوده شد و پس از یک ماه غلظت آرسنیک قابل جذب خاک ها اندازه گیری شد. از گیاه ذرت به عنوان شاخص زیستی استفاده شد. پس از گذشت 75 روز گیاهان برداشت شدند و ارتفاع بوته، وزن خشک ریشه و بخش هوایی، غلظت آرسنیک، فسفر، آهن، روی و منگنز ریشه و بخش هوایی اندازه گیری شد. یافته ها: مورفولوژی نانوذرات هماتیت بوسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی و عبوری کروی تشخیص داده شد و میانگین اندازه آنها 30 نانومتر اندازه گیری گردید. نتایج نشان داد که با افزایش غلظت آرسنیک کل خاک، غلظت آرسنیک قابل جذب، غلظت آرسنیک ریشه و بخش هوایی ذرت افزایش یافت. تجمع آرسنیک در ریشه بیش از بخش هوایی ذرت بود. آرسنیک سبب افزایش غلظت عناصر فسفر و منگنز و کاهش غلظت عناصر آهن و روی ریشه ذرت شد. همچنین در بخش هوایی غلظت فسفر، آهن و روی را کاهش ولی منگنز را افزایش داد. آرسنیک همچنین سبب کاهش انتقال فسفر از ریشه به بخش هوایی شد. نانوذرات هماتیت در کلیه سطوح آرسنیک خاک، غلظت آرسنیک قابل جذب و غلظت آرسنیک ریشه و بخش هوایی ذرت را بطور معنی دار کاهش دادند. این نانوذرات با افزایش غلظت عناصر غذایی آهن و روی، کاهش تجمع آرسنیک، فسفر و منگنز ریشه گیاهان کشت شده در خاکهای آلوده، سبب افزایش وزن خشک ریشه شدند و با افزایش غلظت عناصر فسفر، آهن و روی و کاهش تجمع آرسنیک و منگنز بخش هوایی سبب افزایش وزن خشک آن شدند، ولی در خاک های غیرآلوده با کاهش غلظت عناصر غذایی فسفر، آهن، روی و منگنز ریشه و بخش هوایی گیاهان کشت شده منجر به کاهش وزن خشک گیاه شدند. موثرترین سطح مصرف نانوذرات هماتیت 0/2 درصد بود بطوری که مقدار کاهش غلظت آرسنیک ریشه و بخش هوایی گیاهان کشت شده در خاک تیمار شده با2/ 0 درصد نانوذرات هماتیت و 96 میلی گرم آرسنیک بر کیلوگرم 54/64 و 40/20 درصد بود. نتیجه گیری: آرسنیک در غلظت های کمتر از 12 میلی گرم بر کیلوگرم رشد و وزن ریشه و بخش هوایی ذرت را افزایش داد ولی در غلظتهای بیش از آن با ایجاد اثرات سمی و بر هم زدن تعادل عناصر غذایی رشد گیاه را کاهش داد. بطور کلی نتایج نشان دادند که نانوذرات هماتیت می توانند برای پاکسازی خاک های آلوده به آرسنیک بکار روند به شرط آنکه تحقیقات تکمیلی در خصوص اثرات زیست محیطی آنها صورت گیرد. | ||
کلیدواژهها | ||
آرسنیک؛ ذرت؛ عناصر غذایی؛ نانوذرات هماتیت | ||
مراجع | ||
Abedin, M.J., Cotter-Howells, J., and Meharg, A.A. 2002. Arsenic uptake and accumulation in rice (Oryza sativa L.) irrigated with contaminated water. Plant and Soil. 240: 311-319.
Arai, Y., and Sparks, D.L. 2002. Residence time effects on arsenate surface speciation at the aluminium oxide-water interface. Soil Science. 167: 303-314.
Azizur Rahman, M., Hasegawa, H., Mahfuzur Rahman, M., Nazrul Islam, M., Majid Miah, M.A., and Tasmen, A. 2007. Effect of arsenic on photosynthesis, growth and yield of five widely cultivated rice (Oryza sativa L.) varieties in Bangladesh. Chemosphere. 67: 1072-1079.
Bagherifam, S., Lakzian, A., Fotovat, A., Khorasani, R., and Komarneni, S. 2014. In situ stabilization of As and Sb with naturally occurring Mn, Al and Fe oxides in a calcareous soil: Bioaccessibility, bioavailability and speciation studies. J. Hazard. Mater. 273: 247-252.
Bremner, J.M. 1996. Nitrogen–Total, P 1085-1122. In: Sparks, D.L. et al. (Ed). Methods of Soil Analysis. SSSA and ASA, Madison, WI.
Chen, Y., and Li, F. 2010. Kinetic study on removal of copper (II) using goethite and hematite nano- photocatalysts. Coloid and Interface Science. 347: 277-281.
Cong, T., and Lena, Q.M. 2003. Effects of arsenate and phosphate on their accumulation by an arsenic-hyperaccumulator Pteris vittata L. Plant and Soil. 249: 373-382.
Gao, Y., and Mucci, A. 2001. Acid base reactions, phosphate and arsenate complexation, and their competitive adsorption at the surface of goethite in 0.7 M NaCl solution. Geochimica et Cosmochimica Acta. 65: 2361-2378.
Garcia-Sanchez, A., Alvarez-Ayuso, E., and Rodriguez-Martin, F. 2002. Sorption of As(V) by some oxyhydroxides and clay minerals. Application to its immobilization in two polluted mining soils. Clay Minerals. 37: 187-194.
Gulz, P.A. 2002. Arsenic uptake of common crop plants from contaminated soils and interaction with phosphate. Ph.D. Thesis. Swiss.
Gulz, A., Gupta, S.K., and Schulin, R. 2005. Arsenic accumulation of common plants from contaminated soils Petra. Plant and Soil. 272: 337-347.
Ha, J., Trainor, T.P., Farges, F., and Brown, G.E. 2009. Interaction of Aqueous Zn(II) with Hematite Nanoparticles and Microparticles. Part 1. EXAFS Study of Zn(II) Adsorption and Precipitation. Langmuir. 25: 5574-5585.
Hafez, H., and Yousef, H. 2012. A study on the use of nano/micro structured goethite and hematite as adsorbents for the removal of Cr(III), Co(II), Cu(II), Ni(II) and Zn(II) metal ions from aqueous solutions. Inter. J. Engin. Sci. Technol. 4: 3018-3028.
Haldar, M., and Mandal, L.N. 1981. Effect of Phosphorus and Zinc on the growth and Phosphorus, Zinc, Copper, Iron and Manganese nutrition of rice. Plant and Soil. 59: 415-425.
Hale, J.R., Foos, A, Zubrow, J.S., and Cook, J. 1997. Better characterization of arsenic and chromium in soils: a field-scale example. J. Soil Contamin. 6: 371-389.
Hartley, W., Edwards, R., and Lepp, N.W. 2004. Arsenic and heavy metal mobility in iron oxide-amended contaminated soils as evaluated by short- and long-term leaching tests. Environmental Pollution. 131: 495-504.
Helmke, P.H., and Spark, D.L. 1996. Potassium, P 551-574. In: Sparks D.L. et al. (Ed). Methods of Soil Analysis. SSSA and ASA.
Madison, WI..Hingston, F.J., Posner, A.M., and Quirk, J.P. 1971. Competitive adsorption of negatively charged ligands on oxide surfaces. Discussions of the Faraday Society. 52: 334-342.
Hudson Edwards, K.A., Houghton, S.L., and Osborn, A. 2004. Extraction and analysis of arsenic in soils and sediments. Trends in Analytical Chemistry. 23: 745-752.
Huang, X. 2004. Intersection of isotherms for phosphate adsorption on hematite. J. Coll. Interface Sci. 271: 296-307. Jahan, I., Hoque, S., Ullah, S.M., and Kibria, M.G. 2003. Effects of arsenic on some growth parameters of rice plant. Dhaka Univ. J. Biol. Sci. 12: 71-77.
Jeong, Y., Fan, M., Singh, S., Chuang, C., Saha, B.J., and Leeuwen, H. 2007. Evaluation of iron oxide and aluminum oxide as potential arsenic (V) adsorbents. Chemical Engineering and Processing. 46: 1030-1039.
Klute, A. 1986. Physical and mineralogical methods, P 1- 1188. Methods of soil analysis. Part 1. 2nd ed. ASA, SSSA, Madison ,WI ,USA.
Li, Y., James, D.R., and Redwine, B. 2007. In situ chemical fixation of arsenic-contaminated soils: An experimental study. Science of the Total Enviroment. 387: 28-41.
Liu, Q.J., Zheng, C.M., Hu, C.X., Tan, Q.L., Sun, X.C., and Su, J.J. 2012. Effects of high concentrations of soil arsenic on the growth of winter wheat (Triticum aestivum L.) and rape (Brassica napus). Plant and Soil Enviroment. 58: 22-27.
Lo, M.C.I., Hu, J., and Chen, G. 2009. Iron-based magnetic nanoparticles for removal of heavy metals from electroplating and metal-finishing wastewater, P 213-264. In: Zhang, C.T., Surampali, Y.R., Lai, K.C.K., Hu, Z., Tyagi, R.D. and Lo, M.C.I. (Eds). Nanotechnologies for Water Environment Applications American Society of Civil Engineers, Virginia. Madden, A.S., and Hochella, J.R.M.F. 2005. A test of geochemical reactivity as a function of mineral size: Manganese oxidation promoted by hematite nanoparticles. Geochimica et Cosmochimica Acta. 69: 389-398.
Mandal, L.N., and Haldar, M. 1980. Influence of P and Zn application on the availability of Zn, Cu, Fe, Mn and P in waterlogged rice soils. Soil Science. 130: 251-257.
Mousavi, R., Galavi, M., and Rezaei, M. 2012. The interaction of zinc with other elements in plants: a review. Inter. J. Agric. Crop Sci. 4: 1881-1884.
Nelson, R.E. 1982. Carbonate and gypsum, P 181-196. In: Page, A.L., et al. (Ed). Methods of soil analysis. Part 2. 2nd ed. Agronomy monograph no. 9. SSSA and ASA. Madison, WI.
Nelson, D.W., and Sommers, L.E. 1982. Total carbon, organic carbon, and organic matter, P 539-579. In: Page, A.L., et al. (Ed). Methods of Soil Analysis. Part 2. 2nd ed. American Society of Agronomy. Inc. Soil Science Society of America. Inc. Madison, Wisconsin, USA.
Rahman, M.A., Hasegawa, H., Ueda, K., Maki, T., and Rahman, M.M. 2008. Arsenic uptake by aquatic macrophyte Spirodela polyrhiza L.: interactions with phosphate and iron. J. Hazard. Mater. 160: 356–361.
Rhoades, J.D. 1982. Cation exchange capacity, P 149-157. In: Page, A.L., et al. (Ed). Methods of soil analysis. Part 2. 2nd ed. American Society of Agronomy. Inc. Soil Science Society of America. Inc. Madison, Wisconsin, USA.
Shaibur, M.R., Kiltajima, N., Huq, S.M.I., and Kawai, S. 2009. Arsenic–iron interaction: Effect of additional iron on arsenic-induced chlorosis in barley grown in water culture. Soil Science and Plant Nutrition. 55: 739-746.
Sherman, D.M., and Randall, S.R. 2003. Surface complexation of arsenie (V) to iron (III) (hydr)oxides: Structural mechanism from ab initiomolecular geometries and EXAFS spectroscopy. Geochimica et Cosmochimica Acta. 67: 4223-4230. 36.Shipley, H.J., Engates, K.E., and Guettner, A.M. 2011. Study of iron oxide nanoparticles in soil for remediation of arsenic. Nanoparticle Research. 13: 2387-2397.
Sneller, F.E.C., Van Heerwaarden, L.M., Kraaijeveld-Smit, F.J., Ten Bookum, W.M., Koevoets, P.L.M., Schat, H., and Verkleij, J.A.C. 1999. Toxicity of arsenate in Silene vulgaris, accumulation and degradation of arsenate-induced phytochelatins. New Phytologist. 144: 3-232.
Srivastava, S., Mishra, S., Tripathi, R.D., Dwivedi, S., Trivedi, P.K., and Tandon, P.K. 2007. Phytochelatins and antioxidant systems respond differentially during arsenite and arsenate stress in Hydrilla verticillata (L.f.) Royle. Environmental Science & Technology. 41: 2930-2936.
Sun, X.H., and Doner, H.E. 1996. An investigation of arsenate and arsenite bonding structure on goethite by FTIR. Soil Science. 161: 865-872.
Tang, T., and Miller, D.M. 1991. Growth and tissue composition of rice grown in soil treated with inorganic copper, nickel, and arsenic. Communications in Soil Science and Plant Analysis. 22: 2037-2045.
Tuutijärvi, T., Repo, E., Vahala, R., Sillanpää, M., and Chen, G. 2012. Effect of Competing Anions on Arsenate Adsorption onto Maghemite Nanoparticles. Chine. J. Chem. Engin. 20: 505-514.
Warren, G.P., Alloway, B.J., Lepp, N.W., Singh, B., Bochereau, F.J.M., and Penny, C. 2003. Field trials to assess the uptake of arsenic by vegetables from contaminated soils and soil remediation with iron oxides. The Science of the Total Environment. 311: 19-33.
Wenzel, W.W., Kirchbaumer, N., Prohaska, T., Stingeder, G., Lombi, E., and Adriano, D.C. 2001. Arsenic fractionation in soils using an improved sequential extraction procedure. Analytica Chimica Acta. 436: 309-323.
Wu, G.R., Hong, H.L., and Yan, C.L. 2015. Arsenic accumulation and translocation in mangrove (Aegiceras corniculatum L.) grown in Arsenic Contaminated Soils. International Journal of Environmental Research and Public Health. 12: 7244-7253. 45.Xu, H., Allard, B., and Grimvall, A. 1988. Influence of pH and organic substance on the adsorption of As (V) on geologic materials. Water Air and Soil Pollution. 40: 293-305.
Yassen, A., Abou El-Nour, E.A.A., and Shedeed, S. 2010. Response of wheat to foliar spray with urea and micronutrients. J. Amer. Sci. 6: 14-22.
Yean, S., Cong, L., Yavuz, C.T., Mayo, J.T., Yu, W.W., Kan, A.T., Calvin, V.L., and Tomson, M.B. 2005. Effect of magnetite particle size on adsorption and desorption of arsenite and arsenate. J. Mater. Res. 20: 3255-3264.
Zhang, M., Pan, G., Zhao, D., and He, G. 2011. XAFS study of starch-stabilized magnetite nanoparticles and surface speciation of arsenate. Environmental Pollution. 159: 3509-3514. | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 709 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 901 |