اثر برهمكنش خاك و گياه بر سرنوشت نانوذرات و يون نقره در كشت ستوني گندم و گلرنگ

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مديريت منابع خاك

دكتري

نانوذرات نقره (AgNPs) به¬دليل داشتن خواص ضدميكروبي و كاربردهاي گسترده در صنايع مختلف، يكي از مهم‌ترين نانومواد مهندسي شناخته شده و به طور روزافزون وارد محيط زيست مي‌شود. خاك‌هاي كشاورزي به عنوان مخزن اصلي اين تركيبات بوده و لذا بررسي سرنوشت و پيامدهاي آن‌ها در سامانه خاك-گياه اهميت ويژه‌اي براي ارزيابي خطرات زيست‌محيطي دارد. پژوهش حاضر با هدف بررسي هم‌زمان اثر دو خاك مختلف، گونه گياهي، و فرم شيميايي نقره (AgNPs وAgNO3) بر پايداري فيزيكي و زيستي خاك، حركت AgNPs وAgNO3 و تغيير اندازه AgNPs در ستون‌هاي خاك و همچنين جذب، انتقال و تجمع نقره در اندام‌هاي گياهي انجام شد. آزمايش‌هاي گلخانه‌اي در ستون‌هاي خاك و دو گياه با ويژگي‌هاي ريشه‌اي متفاوت (گندم با ريشه افشان و گلرنگ با ريشه مستقيم) انجام شد. تيمارهاي نقره در دو غلظت 50 و 100 ميلي‌گرم در كيلوگرم به¬فرم¬ AgNPs و AgNO3 اعمال شدند و در دوره رشد گياه، ويژگي‌هاي خاك، زه‌آب، و رشد گياه ارزيابي شدند. اندازه‌گيري‌ها شامل شاخص‌هاي پايداري ساختمان خاك (درصد خاك‌دانه‌هاي پايدار در آب، WSA؛ رس قابل پراكنش، DC و شاخص‌هاي نسبي HEMC شامل SR، VDPR،SiR)، شاخص‌هاي زيستي (شامل تنفس القاشده، SIR؛ زيست‌توده ميكروبي، MBC و شاخص متابوليك،qCO2)، غلظت كل نقره در لايه‌هاي ستون‌هاي خاك، آناليز sp-ICP-MS براي تعيين توزيع اندازه نانوذرات، و تصويربرداريTEM-EDX براي مشاهده تجمع و توزيع نانوذرات در بافت‌هاي گياهي بود. نتايج نشان داد كه حضور گياه و AgNPs موجب افزايش معني‌دار شاخص‌هاي پايداري فيزيكي خاك شدند؛ در تيمارهاي گلرنگ همراه با AgNPs، مقادير SR، SiR و VDPR و WSA بيشترين مقادير و DC كمترين مقادير را داشتند. اين يافته‌ها نشان مي‌دهد كه ريشه‌هاي قوي و عميق گلرنگ در مقايسه با ريشه‌هاي افشان گندم و برهم‌كنش نانوذرات با كلوئيدهاي خاك، در بهبود پايداري ساختمان خاك نقش مهمي دارند. در مقابل، شاخص‌هاي زيستي بيانگر اثر دوگانه AgNPs بودند: MBC و SIR افزايش يافت، اما qCO2 نيز بيشتر شد كه نشان‌دهنده افزايش تنش متابوليك در جوامع ميكروبي است. بررسي نگهداشت و حركت نقره در ستون‌هاي خاك نشان داد كه بخش عمده Ag كاربردي در خاك نگهداشته شد و از نظر توزيع عمقي، عمده آن در لايه رويي (5-0 سانتي‌متر) باقي ماند و تحرك آن در خاك محدود بود. ولي در خاك لوم شني و در حضور گلرنگ، به¬دليل وجود جريان‌هاي ترجيحي، انتقال نقره به لايه‌هاي 20-10 سانتي‌متر مشاهده شد. نتايج sp-ICP-MS نشان داد كه AgNPs درشت يا منعقد‌شده تحرك بيشتري داشتند، در حالي كه AgNO_3 عمدتاً به¬دليل رسوب و واكنش‌هاي تبادلي يون نقره تثبيت شد. اين الگو بيانگر تفاوت بنيادين در سازوكارهاي نگهداشت دو فرم نقره است. نتايج جذب و تجمع نقره در گياه نشان داد كه ريشه اصلي‌ترين اندام تجمع نقره بوده و پس از آن به¬ترتيب ساقه، برگ و دانه قرار مي‌گيرند. وجود سدهاي فيزيولوژيك و ساختاري در دانه موجب شد غلظت نقره در آن بسيار كمتر از ساير اندام‌ها باشد. مقايسه دو گونه گياهي نشان داد گلرنگ در بيشتر اندام‌ها، به‌ويژه در ريشه و دانه مقادير بيشتري نقره تجمع داد كه به سيستم ريشه‌اي قوي و توان بيشتر آن در انتقال محلول مربوط است. همچنين، خاك لوم شني در مقايسه با شن لومي باعث افزايش تجمع نقره در گياه شد كه با گنجايش بيشتر اين خاك در نگهداشت آب و يون‌ها مرتبط بود. نوع نقره نيز اثر متفاوتي بر الگوي توزيع آن در گياه داشت: كاربرد AgNO3 موجب افزايش غلظت نقره در دانه شد كه ناشي از تحرك بيشتر يون Ag+ در گياه است، در حالي كه AgNPs بيشتر در ساقه تجمع يافتند كه بيانگر انتقال كلوئيدي نانوذرات در آوندهاي گياه است. تصاوير TEM و طيف EDX نيز حضور و تجمع AgNPs را در بافت‌هاي گياهي مانند ريشه و برگ تأييد كردند. به‌طوركلي، نتايج اين پژوهش نشان داد كه رفتار نقره در سامانه خاك-گياه تحت تأثير برهمكنش بافت خاك، گونه گياهي و فرم شيميايي نقره قرار دارد. ريشه به‌عنوان مكان اصلي تجمع نقره عمل كرده و نقش حفاظتي در برابر انتقال آن به اندام‌هاي زايشي ايفا نمود. گلرنگ نسبت به گندم توان بيشتري در جذب و انباشت نقره داشت و خاك لوم شني فراهمي و تحرك بيشتري براي حركت نقره در خاك و جذب و انتقال آن در گياه ايجاد كرد. تفاوت‌هاي مشاهده‌شده بين AgNPs و AgNO3 نيز نشان داد كه سازوكارهاي فيزيكي و شيميايي هر دو در تعيين الگوي نهايي نقش دارند. اين يافته‌ها دانسته‌هاي ارزشمندي درباره سرنوشت نقره در سامانه خاك-گياه ارائه داده و نشان مي‌دهند كه ارزيابي خطرات زيست‌محيطي AgNPs و AgNO3 بايد با در نظر گرفتن هم‌زمان ويژگي‌هاي خاك، نوع و سيستم ريشه‌اي گياه و فرم نقره صورت گيرد تا مديريت پايدار و ايمن نانوفناوري در كشاورزي امكان‌پذير شود.

237395

فيزيك و رابطه آب، خاك و گياه

مهندسي كشاورزي

دانشگاه صنعتي اصفهان