بررسی نسبی اثرات لجن فاضلاب شهری بر غلظت فلزات سنگین و برخی ویژگی‌های مورفولوژیک کاهو

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد فیزیک و حفاظت خاک دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه لرستان

2 استادیار گروه علوم و مهندسی خاک دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه لرستان

3 استادیار گروه مهندسی آب دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه لرستان

چکیده

استفادهازلجنفاضلاببه‌عنوانیککودارزان‌قیمتوغنیازعناصرغذاییدرمناطقیازایرانرواجیافتهاست.اماکاربردلجن فاضلابدرمقادیرزیادمی‌تواند انباشتهشدنفلزاتسنگیندرگیاه رابهدنبالداشته باشد.هدف از این تحقیق بررسی اثر لجن فاضلاب شهری بر غلظت فلزات سنگین و برخی ویژگی‌های مورفولوژیک گیاه کاهو بود. این پژوهش در گلخانه‌ی تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه لرستان با پنج سطح لجن فاضلاب شامل تیمار شاهد (بدون لجن)، 25، 50، 75 و 100 تن در هکتار، در چهار تکرار و در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی اجرا گردید. نتایج تجزیه گیاه نشان داد که کاربرد لجن باعث افزایش معنی‌دار غلظت فلزات آهن، مس، کادمیم و سرب در اندام هوایی، ریشه و مغز ساقه کاهو گردید. بیشترین غلظت آهن (به میزان 16/6 میلی‌گرم در کیلوگرم) در تیمار 100 تن در هکتار در اندام هوایی، بیشترین غلظت مس و سرب (به ترتیب به میزان 49/1 و 20/1 میلی‌گرم در کیلوگرم) در تیمار 100 تن در هکتار در ریشه کاهو و بیشترین غلظت کادمیم (به میزان 43/0میلی‌گرم در کیلوگرم) در تیمار 100 تن در هکتار مغز ساقه کاهو مشاهده گردید. همچنین نتایج نشان داد که کاربرد لجن فاضلاب باعث افزایش معنی‌دار وزن خشک اندام هوایی و ریشه، ارتفاع گیاه، طول ریشه و شاخص سطح برگ کاهو گردید، اما بر شاخص کلروفیل برگ تأثیر معناداری نداشت. بیشترین مقدار برای صفات ذکر‌ شده در تیمار 100 تن در هکتار لجن فاضلاب به دست آمد. در کاربرد لجن فاضلاب در کشاورزی توجه به غلظت فلزات سنگین سمی از جنبه‌ی مخاطرات آن شایان توجه است چرا که استفاده مکرر و درازمدت این مواد به‌ویژه در مقادیر زیاد می‌تواند آلودگی خاک و انتقال این عناصر به زنجیره‌ی غذایی انسان و حیوان را در پی داشته باشد. بنابراین با توجه به یافته‌های پژوهش حاضر در زمینه‌ی فلزات سنگین، توصیه می‌گردد که از لجن فاضلاب برای محصولات خوراکی استفاده نگردد. از طرف دیگر قبل از هرگونه توصیه‌ای جهت استفاده از لجن فاضلاب، حتماً لازم است برای هر منطقه با توجه به ترکیب لجن فاضلاب، قبل از استفاده و توصیه برای کاربرد در اراضی کشاورزی، ابتدا بار میکروبی آن مورد بررسی قرار بگیرد و با توجه به شرایط منطقه، نوع گیاه و خصوصیات خاک منطقه، توصیه مناسب تدوین شود.  

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

A Comparative Study of the Effects of Sewage Sludge on Heavy Metals Concentrations and Some Morphological Characteristics of Lettuce

نویسندگان [English]

  • N. Sohrabi 1
  • A. Alinejadian Bidabadi 2
  • M. Feizian 2
  • A. Maleki 3
1 Graduate student of Soil Science, Lorestan University
2 Assistant Professor., Faculty of Agriculture, Soil Science Department, Lorestan University
3 Assistant Professor., Faculty of Agriculture, Water Engineering Department, Lorestan University
چکیده [English]

Use of sewage sludge as a cheap and nutrients-rich fertilizer has been common in some regions of Iran. But, using sewage sludge in large quantities can lead to accumulation of heavy metals in plant. The goal of this study was to evaluate the effects of sewage sludge on heavy metals concentrations in plants and some morphological characteristics of lettuce. This research was conducted in greenhouse of Faculty of Agriculture at Lorestan University. Treatments included five levels of sewage sludge: control (no sludge), 25, 50, 75 and 100 tons per hectare (t/ha), with four replications based on a completely randomized blocks design. Plant tissue analysis showed that sludge application significantly increased concentrations of Fe, Cu, Cd and Pb in lettuce shoot, root, and stalk. In 100 t/ha treatment, the highest concentrations of Fe (6.16 mg.kg-1)  was in shoots and the highest concentrations of Cu and Pb, (1.49 and 1.20 mg.kg-1, respectively) was observed in the root and highest concentrations of Cd (0.43 mg.kg-1) was found in lettuce stalk. The results showed that application of sewage sludge significantly increased dry weight of biomass and root, plants height, root length, and leaf area index of lettuce, but had no significant effect on chlorophyll content. The highest amounts of these growth parameters were obtained in the treatment of 100 t/ha. Thus, because of concentration of heavy metals in sewage sludge, its long term application poses risk of heavy metal contamination in the soil and, consequently, health risk to the human and animal food chain. Therefore, according to the research results, it is recommended that sewage sludge should not be used for growing edible food crops. Indeed, before using sewage sludge in different farms, it is necessary to be examined for microbial load and suitable recommendations should be made based on local conditions, vegetation type, and soil characteristics.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Soil contamination
  • microbial load
  • yield
  • Iron
  • COPPER
  • Lead
  • Cadmi

مراجع

  1. حسینی خانمیری، ن.، هاشمی مجد، ک.، اصغری، ش.، اوستان، ش.، و کیوان بهجو، ف. 1390 . اثر لجن بیولوژیک مجتمع پتروشیمی تبریز بر غلظت برخی فلزات سنگین در خاک و گیاه جو بهاره در شرایط گلخانه‌ای. مجله علوم و فنون کشت‌های گلخانه ای.83-92: 8.
  2. خدیوی، بروجنی. .1382 اثر کودهای آلی بر اشکال شیمیایی فلزات سنگین در خاک و جذب این عناصر توسط گندم پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان.
  3. زارع، م.، چرم، م.، و معلمی، ن.ا. 1393. اثر لجن فاضلاب شهری تصفیه شده بر خصوصیات شیمیایی و عناصر غذایی ضروری خاک و خصوصیات فیزیولوژیکی نهال زیتون. مهندسی زراعی (مجله علمی کشاورزی)، جلد سی و هفتم (شماره2).
  4. سعادت، ک.، بارانی مطلق، م.، دردی پور، ا.، و قاسم نژاد، ع. 1391. اثر لجن فاضلاب بر برخی خصوصیات خاک، عملکرد و غلظت سرب و کادمیوم ریشه و اندام هوایی ذرت. مجله مدیریت خاک و تولید پایدار. جلد دوم، شماره دوم.
  5. عباسی زاده، ا. 1386. اثر لجن فاضلاب و کمپوست بر عناصر غذایی مورد نیاز گیاه، عملکرد ذرت و آلودگی خاک به عناصر سنگین. پایان نامه کارشناسی ارشد خاکشناسی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان.
  6. کرمی، م.، ی. رضایی نژاد.، م. افیونی و ح. شریعتمداری. .1386 اثرات تجمعی و باقیمانده لجن فاضلاب شهری بر غلظت عناصر سرب و کادمیوم در خاک و گیاه گندم. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی:     1. 79-94
  7. مجیدیان، م.، و ح. غدیری .١٣٨١ .تأثیرتنش رطوبت و مقادیر مختلف کود نیتروژن در مراحل مختلف رشد بر عملکرد اجزای عملکرد، بازده استفاده از آب و برخی ویژگی‌های فیزیولوژیک گیاه ذرت. مجله علوم کشاورزی ایران. (٣): ٥٣٣-٥٢١.
  8. ملکوتی، م. ج.، و همایی، م. 1383. حاصلخیزی خاک‌های مناطق خشک و نیمه خشک "مشکلات و راه‌حل‌ها" چاپ دوم، انتشارات دانشگاه تربیت مدرس، تهران.
  9. واثقی، س.، شریعتمداری، ح.، افیونی، م.، و مبلی، م. 1380. اثر لجن فاضلاب بر غلظت فلزات سنگین در گیاهان کاهو و اسفناج در خاک های با pH متفاوت. مجله علوم و فنون باغبانی ایران، جلد 2(شماره های 3 و 4)، صفحات 125تا142.
  10. واثقی، س.، م. افیونی.، ح. شریعتمداری.، و مبلی، م. .1382 اثر لجن فاضلاب و pH بر قابلیت جذب عناصر کم مصرف و فلزات سنگین. علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، سال هفتم، شماره سوم. صفحات 95-106.
  11. Afyuni, M., R. Schulin., and Y. Rezaeinejad. 2006. Extractability and plant uptake of Cu, Zn, Pb and Cd from a sludge-amended Haplargid in central Iran. Arid Land Res. Manag. 20(1): 29-41.
  12. Allison, L.E. 1965. Organic carbon, P 1372-1376. In: Black, C.A., Evans, D.D., White, L.J., Ensminger, L.E., Clark, F.E. (Eds.), Methods of Soil Analysis. American Society of Agronomy, Madison, WI.
  13. Alloway, B.J. 1995. Heavy Metals in Soils. 2nd ed., Blackie Academic & Professional, Glasgow, UK.
  14. Angers, D.A., and G.R. Mehuys. 1989. Effects of cropping on carbohydrate content and water-stable aggregation of a clay soil. Can. J. Soil Sci. 69 (2): 373-380.
  15. Appenroth, K.J. 2010. Definition of “Heavy Metals” and Their Role in Biological Systems. PP. 19-30. In: I. Sherameti and A. Varma (Eds). Soil Heavy Metals. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg.
  16. Behbahaninia, A., S. A. Mirbagheri., N. Khorasani., J. Nouri., and A. H. Javid. 2009. Heavy metal contamination of municipal effluent in soil and plants. J. Food, Agri. Environ. 7(3&4): 851-856.
  17. Benton, J., and V.W. Case. 1990. Sampling, handling and analyzing plant tissue samples, P 389-428. In: Westerman, R.L. (ed.). Soil testing and plant analysis. 3rd ed. Book series No. 3. Soil Science Society of America, Inc. Madison, WI., USA.
  18. Berdanier, C.D., and T.K. Atkins. 1998. Advanced Nutrition. CRC Press LLC, Boca Raton, Florida, USA.
  19. Blake, G.R., and K.H. Hartge. 1986a. Bulk density. Pp. 363-375. In: Klute A (ed). Methods of Soil Analysis Part 1, Physical and Mineralogical Methods. 2nd ed. American Society of Agronomy, Madison, WI.
  20. Bolan, N.S., and V.P. Duraisamy. 2003. Role of inorganic and organic soil amendments on immobilisation and phytoavailability of heavy metals: A review involving specific case studies. Aust. J. Soil Res. 41:533-555.
  21. Day, P.R. 1965. Particle fractionation and particle-size analisysis, P 545-567. In: Black, C.A., Evans, D.D., White, L.J., Ensminger, L.E., Clark, F.E. (Eds.), Methods of Soil Analysis. American Society of Agronomy, Madison, WI.
  22. Dolgen, D., M.N. Alpaslan., and N. Delen. 2007. Agricultureral recycling of treatment- plant sludge: A case study for a vegetable processing factory. J. Environ. Manage. 84: 274-281.
  23. Fageria, N.K., V.C. Baligar., and R.B. Clark. 2002. Micronutrients in crop production. Adv Agron. 77:185-268.
  24. Gondec, K. 2009. Assessment of the influence of sewage sludge fertilization on yield and content of nitrogen and sulphur in maize. J. Elementol. 15: 1. 65-79.
  25. Havlin, J.L., J.D. Beaton, S.L. Tisdale., and W.L. Nelson. 2004. Soil Fertility and Fertilizers an Introduction to Nutrient Management. 7th ed., Prentice Hall, USA.
  26. Hossain, M. K., V. Strezov,. and P. F. Nelson. 2015. Comparative assessment of the effect of wastewater sludge biochar on growth, yield and metal bioaccumulation of cherry tomato. Pedosphere. 25(5): 680-685.
  27. Keller, C., A. Kayser., A. Keller., and R, Schulin. 2000. Heavy-metal uptake by agricultural crops from sewage- sludge treated soils of the upper swiss Rhine valley and the effect of time. Environmental Restoration of Metals contaminated soils, 273-291.
  28. Kelling, K.A., A.E. Peterson., and L.M. Walsh. 1977. Field study of the agricultural use of sewage sludge: I. Effect on crop yield and uptake of N and P. J. Environ. Qual. 6: 339-343.
  29. Knudesh, D., G. A. Peterson., and P. F. Pratt. 1982. Lithium, Sodium, and Potassium. In: Page, A. L. (Ed) Methods of soil Analysis. . Part 2. Chemical and Microbilogical Properties. 2nd E d. Agron. Monogr. No. 9. ASA and SSSA. Madison WI.
  30. Kumar, V., and A. K. Chopra. 2016. Agronomical Performance of High Yielding Cultivar of Eggplant (Solanum melongena L.) Grown in Sewage Sludge Amended Soil. Research in Agriculture, 1(1): 1-24.
  31. Lanyon, L. E., and W. R. Heald. 1982. Magnesium, Calsium, Strontium, and Barium. In: Page, A. L. (Ed) Methods of soil Analysis. Part 2. Chemical and Microbilogical Properties. 2nd E d. Agron. Monogr. No. 9. ASA and SSSA. Madison WI.
  32. Latare, A. M., O. Kumar., S. K. Singh., and A. Gupta. 2014. Direct and residual effect of sewage sludge on yield, heavy metals content and soil fertility under rice–wheat system. Ecol. Eng. 69: 17-24.‏
  33. Leita, L., and M. Denobili. 1991.Water-soluble fractions of heavy metals during composting of municipal solid waste. J. Environ. Qual. 20: 73-78.
  34. Li, S., R. Liu., M. Wang., X. Wang., H, Shan., and H. Wang. 2006. Phytoavailability of cadmium to cherry-red radish in soils applied composted chicken or pig manure. Geoderma. 136: 206-271.
  35. Lindsay, W. L. and W. A. Norvell. 1978. Development of a DTPA soil test for Zn, Fe, Mn, and Cu. Soil Sci. Soc. Am. J. 42: 421–428.
  36. McBride, M. B. 1995. Toxic metal accumulation from agricultural use of sludge: Are USEPA regulations protective? J. Environ. Qual. 24: 5-18.
  37. Nielson, G.H., E.J. Hogue., D. Nielson., and B.J. Zebarth. 1998. Evaluation of organic wastes as soil amendments for cultivation of carrot and chard on irrigated sandy soils. Can. J. Soil Sci. 78: 217-225.
  38. Olsen, S.R., and L.E. Sommers. 1982. Phosphorus. PP. 403-430. In: Page et al. (eds.), Methods of Soil Analysis. Part II. 2ed. ASA, SSSA, Madison, WI. USA.
  39. Perez-Murcia, M. D., R. Moral., J. Moreno-Caselles., A. Perez-Espinosa., and C. Paredes. 2006. Use of composted sewage sludge in growth media for broccoli. Bioresour. Technol. 97: 123–130.
  40. Roades, J.D. 1996. Salinity: electrical conductivity and and total dissolved solids.Method of soil analysis, parss: chemical methods. Madison. Wisconsin, USA. Pp: 417-436.
  41. Sanita di Toppi, L., and R. Gabbrielli. 1999. A review: Response to cadmium in higher plants. J. Env. Exp. Bot. 41: 105-130.
  42. Smith, S.R. 1992. Sewage sludge and refuse compost as peat alternatives for conditioning impoverished soils. J. Hort. Sci. 67 (2): 703-716.
  43. Tsadilas, C.D., T. Matsi., N. Barbayiannis., and D. Dimoyiannis. 1995. Influence of sewage sludge application on soil properties and on the distribution and availability of heavy metals fraction. Commun. Soil Sci. Plant Anal. 26: 2603-2619.
  44. U.S. Environmental Protection Agency. 1993. Clean water act. Section 503. Vol.58, No. 32, USEPA. Washington, DC.
  45. Wang, X., T. Chen., Y. Ge., and Y. Jia. 2008. Studies on land application of sewage sludge and its limiting factors. J. Hazard. Mater. 160: 554-555.
  46. Westreman, R.E.L. 1990. Soil Testing and Plant Analysis. SSSA, Madison, Wisconsin, USA.
پژوهش های خاک
دوره 31، شماره 2
شهریور 1396
صفحه 291-302

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار