بررسی اثر غلظت فلز‌های سنگین در لجن فاضلاب بر فاکتور تجمع زیستی و زندمانی کرم خاکی گونه Eisenia Fetida

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه خاکشناسی دانشگاه بوعلی سینا همدان

2 دانشجوی دکتری دانشگاه گیلان، دانشکده کشاورزی، گروه علوم خاک

چکیده

در سال‌های اخیر برای پاکسازی خاک آلوده به فلزهای سنگین از کرم‌های خاکی استفاده می‌شود. هدف از این مطالعه بررسی فاکتور تجمع زیستی و زنده‌مانی کرم خاکی در خاک آلوده به فلزهای سنگین است. ابتدا لجن فاضلاب حاوی فلزهای سنگین در مقادیر 0، 10، 20، 30،40 و 50 تن بر هکتار به خاک اضافه شد. کرم ‌خاکی گونه Eisenia fetida به خاک‌های آلوده اضافه شد. بعد از دوره 42 روزه غلظت کل فلزهای‌ سنگین مختلف در خاک، تغییر وزن، مرگ و میر و فاکتور تجمع زیستی کرم‌های خاکی بررسی شد. نمونه‌برداری از کرم‌های خاکی در هشت هفته انجام شد. بیش‌ترین مقدار جذب فلزهای سنگین توسط کرم‌های خاکی، مربوط به تیمار 20 تن بر هکتار لجن فاضلاب بود. فاکتور تجمع زیستی فقط برای دو فلز روی و کادمیوم بزرگ‌تر از یک بود که نشان می‌دهد این گونه کرم خاکی توانایی تجمع این دو فلز را در خاک آلوده به فلزهای سنگین دارد. در طول دوره آزمایش، کاهش وزن در همه تیمارها دیده شد. با وجود کاهش وزن کرم‌های خاکی در همه تیمارها، بیش‌ترین تعداد مرگ و میر در تیمار شاهد دیده شد که عاری از لجن فاضلاب بود. به طور کلی نتایج نشان داد که استفاده از کرم‌های خاکی می‌تواند نقش مهمی در پاکسازی فلزهای سنگین در خاک داشته باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigating the effect of concentration of heavy metals in the soil on the bioaccumulation factor and Survival of Eisenia foetida

نویسندگان [English]

  • GHASEM RAHIMI 1
  • eisa ebrahimi 2

1 Associate Prof. Soil science, Faculty of Agriculture, Bu Ali Sina University. Hamadan.

2 h. D. Student, Soil Science Department, Faculty of Agricultural Sciences, University of Guilan

چکیده [English]

In recent years, earthworms have been used to clean soil contaminated with heavy metals. The aim of this study was to investigate the Bioaccumulation factor of earthworms in soils contaminated with heavy metals. The sewage sludge added to soil at levels of 0, 10, 20, 30, 40 and 50 tons per hectare. Earthworm (Eisenia foetida) was added to the polluted soil in order to study the effect of organic amendments. The total concentration and fractionation of heavy metals, the weight and mortality of earthworm were evaluated after 42 days. Sampling of earthworms was performed at eight weeks. The maximum accumulation of heavy metals by earthworms was found in 20 tons per hectare treatment. Bioaccumulation factor was more than 1 for the zinc and cadmium which shows the ability of earthworm (Eisenia foetida) for accumulation of these metals in the contaminated soil with heavy metals. The loss of weight was found for all treatment during the experimental period. Despite earthworm weight loss in all treatments, the highest number of deaths was observed in the control group which were free of sewage sludge. In general, the results showed that the use of earthworms could play an important role in clearing heavy metals in the soil.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Pollution
  • Refining
  • Lead
  • Cadmium
  • Sewage Sludge

بررسی اثر غلظت فلز­های سنگین در لجن فاضلاب بر فاکتور تجمع زیستی و زندمانی کرم خاکی گونه Eisenia Fetida

قاسم رحیمی1 و عیسی ابراهیمی2*

1 ایران، همدان، دانشگاه بوعلی سینا همدان، گروه خاکشناسی

2 ایران، گیلان، دانشگاه گیلان، دانشکده کشاورزی، گروه علوم خاک

تاریخ دریافت: 16/07/1399          تاریخ پذیرش: 06/09/1399

چکیده

در سال­های اخیر برای پاکسازی خاک آلوده به فلزهای سنگین از کرم­های خاکی استفاده می­شود. هدف از این مطالعه بررسی فاکتور تجمع زیستی و زنده­مانی کرم خاکی در خاک آلوده به فلزهای سنگین است. ابتدا لجن فاضلاب حاوی فلزهای سنگین در مقادیر 0، 10، 20، 30،40 و 50 تن بر هکتار به خاک اضافه شد. کرم­خاکی گونه Eisenia fetida به خاک­های آلوده اضافه شد. بعد از دوره هشت هفته­ای روزه غلظت کل فلزهای­ سنگین مختلف در خاک، تغییر وزن، مرگ و میر و فاکتور تجمع زیستی کرم­های خاکی بررسی شد. نمونه­برداری از کرم­های خاکی در هشت هفته انجام شد. بیش­ترین مقدار جذب فلزهای سنگین توسط کرم­های خاکی، مربوط به تیمار 20 تن بر هکتار لجن فاضلاب بود. فاکتور تجمع زیستی فقط برای دو فلز روی و کادمیوم بزرگ­تر از یک بود که نشان می­دهد این گونه کرم خاکی توانایی تجمع این دو فلز را در خاک آلوده به فلزهای سنگین دارد. در طول دوره آزمایش، کاهش وزن در همه تیمارها دیده شد. با وجود کاهش وزن کرم­های خاکی در همه تیمارها، بیش­ترین تعداد مرگ و میر در تیمار شاهد دیده شد که عاری از لجن فاضلاب بود. به طور کلی نتایج نشان داد که استفاده از کرم­های خاکی می­تواند نقش مهمی در پاکسازی فلزهای سنگین در خاک داشته باشد.

واژه­های کلیدی: آلودگی، پالایش، سرب، کادمیوم، لجن فاضلاب

* نویسنده مسئول، تلفن: 09364118035، پست الکترونیکی: Ebrahimi.soilphysic@yahoo.com

مقدمه

 

با پیشرفت صنعت، توسعه فناوری و افزایش جمعیت، گسترش آلودگی در مناطق صنعتی، معدنی و کشاورزی رشد چشم­گیری داشته است. منابع طبیعی و زمین­های کشاورزی در هر کشوری از جمله عوامل زیر بنایی اقتصادی آن کشور می­باشند، اما با پیشرفت صنایع و کارخانه­ها در دنیا سالانه مقادیر زیادی از آلاینده­ها وارد محیط زیست شده و باعث بروز مشکلاتی در دنیا شده است. لذا هر گونه تغییر در ویژگی­های اجزاء تشکیل دهنده محیط به صورتی که عملکرد طبیعی و تعادل زیستی آن را مختل کند و به شکل مستقیم و غیر­مستقیم حیات موجودات زنده را به خطر اندازد آلودگی محیط­زیست نامیده می­شود (4 و 5). آلاینده­ها با سلامت بشر مرتبط بوده و عناصر سنگین موجود در این آلاینده­ها بیشترین نگرانی را به خود اختصاص می­دهند، زیرا این عناصر سمی بوده و همچنین ماندگاری بالایی در طبیعت دارند (2و 10).

توجه به تأثیر اصلاح­کننده­های آلی و معدنی بر تثبیت فلزهای سنگین در خاک می­تواند راه کار مفیدی در کنترل انتقال آلاینده­ها باشد. از جمله اصلاح­ کننده­های آلی می­توان به کرم­های خاکی اشاره کرد. در بین میکروارگانیسم­های خاک، کرم­های خاکی به عنوان فاکتورهای زیستی گزارش شده­اند که ممکن است بر تحرک و دسترسی زیستی فلزهای سنگین نقش داشته باشند (24). کرم­های خاکی می­توانند در حل مشکل زباله­های آلی کمک کنند. وجود زباله­های آلی فاسد شونده باعث آلودگی منابع آب­های زیر­زمینی می­شود. کرم­ها قادرند این زباله­های آلی را خورده و در مقابل کود در اختیار ما قرار دهند (26).

کرم­های خاکی از اجزاء مهم زنده خاک بوده و از راه تجزیه مواد آلی و ترکیب آن با اجزاء خاک، منبع سرشار از مواد مغذی برای گیاهان ایجاد می­کنند. همچنین با زیر و رو کردن خاک زیرین، محیط زراعی را تحت تأثیر قرار می­دهند و طی این روند اختلاط خاک انجام شده و افزایش قابلیت نگهداری آب و بهبود تخلخل در خاک صورت می­گیرد. کرم­های خاکی سبب انتقال بقایای گیاهی و مواد آلی از سطح خاک به لایه­های زیرین خاک می­باشند و طی این روند بیش­تر مواد آلی هضم شده شکسته و دفع می­شوند (8). مدفوع کرم­ها به طور معمول دارای pH بالاتر، نیترات، نیتروژن، کربنات­کلسیم، مواد آلی و فسفر قابل­دسترس بیش­تری نسبت به بقایای گیاهی می­باشد. تعدادی از کرم­های خاکی در شرایط نامساعد می­میرند و اجساد آن­ها در خاک مانده و پس از تجزیه مقدار زیادی ازت و مواد مغذی آزاد می­شود (1و 6).

دای و همکاران (11) در مطالعه­ای روی خاک آلوده به فلزهای سنگین Cd، Pb، Zn و Cu از دو گونه کرم خاکی Aporrectodea caliginosa و Lumbricus rubellus به منظور بررسی اثر DTPA بر استخراج فلزهای سنگین استفاده کردند. نتایج مطالعه آن­ها نشان داد فاکتور تجمع زیستی در گونه Aporrectodea caliginosa نسبت به گونه Lumbricus­ rubellus بیش­تر بود و گونه Aporrectodea caliginosa توانست مقدار بیش­تری از فلزهای سنگین را در بافت بدن خود ذخیره نماید. آقابابایی و همکاران (3) تأثیر کرم­خاکی را بر جزءبندی کادمیوم در خاک آلوده با کادمیوم بررسی کردند. نتایج فاکتور تجمع زیستی نشان داد کرم­خاکی توانایی جذب کادمیوم را در خاک آلوده دارد. رورات و همکاران (23) توانایی کرم­خاکی گونه Dendrobaena Venata را در خاک آلوده به لجن فاضلاب مورد بررسی قرار دادند. در این مطالعه­ی آزمایشگاهی پس از 8 هفته، زنده­مانی و تولید­ مثل کرم­های خاکی در خاک آلوده با لجن فاضلاب در دو مقدار 25 و 50 درصد بررسی شد. نتایج نشان داد کرم­های خاکی که در معرض خاک آلوده با لجن فاضلاب 25 درصد بودند تولید مثل بیش­تری نسبت به خاک شاهد و لجن فاضلاب 50 درصد داشتند. وزن کرم­های خاکی در گروه 25 درصد افزایش داشت در حالی که در تیمار شاهد که منبع غذایی نداشتند و هم­چنین تیمار 50 درصد که مقدار زیادی لجن فاضلاب دریافت کرده بودند، کاهش وزن مشاهده شد. سینگ و کالامهاد (25) از کرم ­خاکی گونه Eisenia Fetida، در خاک آلوده به فلزهای سنگین استفاده کردند. به گفته آن­ها این گونه کرم­ خاکی در کاهش دسترسی زیستی فلزهایی مانند روی، نیکل، سرب و کادمیوم موثر بود. مطالعات فراوانی نشان داده است که کرم خاکی توانایی بالایی در جذب فلز­های سنگین در خاک را دارا است (13، 19، 21، 26و 30). هدف از انجام این مطالعه بررسی اثر زمان و مقدار آلودگی بر فاکتور تجمع زیستی کرم خاکی گونه Eisenia Fetida و برخی از ویژگی­های کرم خاکی در یک خاک آلوده است. 

مواد و روشها

آماده سازی: لجن به کار رفته در این مطالعه از شهرک صنعتی بوعلی واقع در استان همدان تهیه شد. جهت انجام این پژوهش، پنج تیمار لجن ­فاضلاب شامل مقادیر متفاوتی از لجن فاضلاب ((S0)0، (S10)­10، (S20)20، (S30)­30، (S40)­40 و (S50)50 تن بر هکتار) با سه تکرار انتخاب شد. در نمونه شاهد تمام ویژگی ثابت نگه داشته شد و تنها اختلاف آن با سایر تیمارها نبود لجن فاضلاب است. در همه تیمارها خاک و لجن به خوبی با هم مخلوط شده و سپس در ظروف پلاستیکی ریخته شدند. به منظور تثبیت لجن در خاک، به مدت 42 روز ظروف به حال خود رها شدند و در طی این مدت رطوبت ظروف کنترل شد. جهت بررسی از کرم­های خاکی گونه Eisenia fetida استفاده شد. در ابتدا کرم­های خاکی توزین شده و در هر ظرف محتوی 500 گرم خاک، 12 عدد کرم­ خاکی قرار داده­ شد و ظروف در انکوباتور نگهداری ­شدند. در طول دوره آزمایش، زنده­مانی و وزن کرم­های ­خاکی هر هفته به مدت هشت هفته بررسی شد. همچنین روی دیواره­ها و درب ظروف سوراخ­هایی ایجاد ­کرده و همواره مقدار رطوبت خاک حفظ شد. پس از گذشت هشت هفته، کرم­های­ خاکی از خاک جمع­آوری شده، وزن شدند. بعد از تخلیه کامل روده، جهت تجزیه شیمیایی بافت­های بدن کرم ­­خاکی، کرم­ها به مدت 3 ساعت در آون با دمای 105 درجه سانتی­گراد خشک شدند. جهت تجزیه فلزهای سنگین بافت بدن کرم­ خاکی، از روش کاتز و جنیس (15) استفاده شد.

فاکتور تجمع زیستی: فاکتور تجمع زیستی (F­BA) در کرم ­خاکی توسط فرمول زیر محاسبه شد (7):

(1)                                            

: غلظت فلز­های سنگین در بدن کرم خاکی، : غلظت کل فلز­های سنگین در خاک

فلزهای سنگین به وسیله­ی دستگاه جذب ­اتمی (AAS= Atomic Absorption Spectrometer) مدل واریان220 اندازه­گیری شدند. pH و هدایت الکتریکی نمونه­ها در نسبت 1 به 5 لجن به آب و خاک به آب اندازه­گیری شد. درصد کربن آلی لجن به روش سوزاندن در کوره اندازه­گیری شد. در این روش 2 گرم لجن خشک را وزن کرده و به مدت 6 ساعت در دمای 540 درجه سانتی­گراد در کوره قرار داده شد. تغییر در وزن خشک لجن فاضلاب قبل و بعد از خاکستر کردن جهت محاسبه محتوی ماده آلی لجن در نظر گرفته شد. ماده آلی خاک به روش والکی- بلک (Walkley- Black) اندازه­گیری شد. بافت خاک بر پایه قانون استوکس (Stocks Law) و به روش هیدرومتر تعین شد.

شمارش کرم خاکی: شمارش کرم های خاکی هر هفته به صورت دستی انجام شد. در هر هفته، وزن و زنده­مانی کرم­های خاکی بررسی و نتایج ثبت گردید.

تجزیه و تحلیل داده­ها با استفاده از نرم افزار SAS انجام شد. نمودارها در محیطExcel 2016  ترسیم شدند.

نتایج

نتایج تجزیه شیمیایی خاک مورد استفاده در جدول 1 آمده است. pH خاک 6/7 و هدایت الکتریکی آن 2/0 (دسی­زیمنس بر­متر) اندازه­گیری شد. بیشترین غلظت فلزهای سنگین مربوط به عنصر روی با 5/67 میلی­گرم بر کیلوگرم از خاک بوده است.

جدول 1- ویژگی­های شیمیایی خاک­ مورد استفاده

مقدار

واحد

پارامتر

02/0±6/7

-

pH

04/0±2/0

دسی­زیمنس بر متر

هدایت الکتریکی

06/0±7/1

درصد

کربن آلی

1/2±8/50

درصد

شن

01/1±8/29

درصد

سیلت

8/0±3/19

درصد

رس

3/2±5/67

میلی­گرم بر کیلوگرم

روی

9/2±32

میلی­گرم بر کیلوگرم

مس

4/2±63

میلی­گرم بر کیلوگرم

نیکل

7/0±2

میلی­گرم بر کیلوگرم

کادمیوم

2/2±8/48

میلی­گرم بر کیلوگرم

سرب

 

نتایج تجزیه شیمیایی و غلظت کل فلزهای سنگین در لجن ­فاضلاب در جدول 2 آمده است.  pHلجن فاضلاب 3/7 حدوداً خنثی و هدایت الکتریکی آن 7/1 (دسی­زیمنس بر­متر) اندازه­گیری ­شد و کربن آلی لجن فاضلاب 24 درصد بود. با توجه به نتایج به دست آمده لجن فاضلاب می­تواند حاصل­خیزی خاک را بهبود دهد، چرا که از نظر ماده آلی غنی می­باشد. غلظت روی در لجن­فاضلاب 4440 میلی­گرم بر کیلوگرم اندازه­گیری­شد که در مقایسه با مقدار استاندارد روی (2800 میلی­گرم بر­کیلوگرم) بیشتر می­باشد. می­توان گفت فلز روی زیست ­فراهمی نسبتاً بالایی در لجن دارد. در این مطالعه غلظت کل کادمیوم 2/5 میلی­گرم بر­کیلوگرم بود که نسبت به حدود مجاز ارایه شده کم­تر است.

 

جدول 2- ویژگی­های اندازه­گیری شده در لجن فاضلاب

استاندارد

مقدار

واحد

پارامتر

-

02/0±3/7

-

pH

-

01/0±7/1

دسی­زیمنس بر متر

هدایت الکتریکی

-

2/1±24

درصد

کربن آلی

2800

1/5±4440

میلی­گرم بر کیلوگرم

روی

1500

2/3±405

میلی­گرم بر کیلوگرم

مس

150

9/1±5/99

میلی­گرم بر کیلوگرم

نیکل

39

01/0±2/5

میلی­گرم بر کیلوگرم

کادمیوم

300

2/1±6/124

میلی­گرم بر کیلوگرم

سرب

استاندارد USEPA503 آژانس حفاظت محیط زیست امریکا

 

جذب فلزهای ­سنگین در بدن کرم ­خاکی: در جدول 3 نتایج غلظت فلزهای سنگین مختلف در بدن کرم­ها در تیمارهای مختلف لجن فاضلاب آمده است. تجزیه بافت بدن کرم­های خاکی به عنوان نمونه شاهد قبل از اینکه کرم به خاک آلوده اضافه شود، جهت مقایسه با زمانی که کرم خاکی در معرض خاک آلوده به لجن ­فاضلاب قرارگیرد، و همچنین نتایج تجزیه شیمیایی بافت بدن کرم خاکی در خاک آلوده به مقادیر متفاوت لجن­ فاضلاب در جدول 3 ارایه شده است. نتایج به دست آمده نشان داد که کرم خاکی در طول مدتی که در معرض خاک آلوده به مقادیر متفاوت ­لجن­ فاضلاب قرار گرفت، توانست فلزهای سنگین را در بافت بدن خود ذخیره­ کنند که این امر سبب کاهش غلظت فلزهای­سنگین در خاک می­شود. با توجه به جدول 3 کرم ­خاکی در تیمار 20 تن بر هکتار لجن ­فاضلاب، بیشترین جذب را برای همه فلزهای ­سنگین به جز کادمیوم داشت. بیش­ترین جذب برای کادمیوم مربوط به تیمار 30 تن بر هکتار بود. هرچند لجن فاضلاب به عنوان آلاینده­ی حاوی فلزهای سنگین، ممکن است تأثیرات منفی بر جامعه زنده خاک داشته باشد، اما مقدار متوسط لجن فاضلاب استفاده شده در خاک (20 و 30 تن بر هکتار لجن ­فاضلاب)، مقدار مناسبی از نظر تأمین ماده غذایی برای کرم­ خاکی بود.

 

جدو ل 3- غلظت کل فلزهای ­سنگین در بافت بدن کرم خاکی (mg.kg-1)

تیمار (t.ha-1)

روی

مس

نیکل

کادمیوم

سرب

شاهد

c3/1±1/87

a6/1±5/19

ab6/0±6/47

ab4/0±1/8

ab6/1±0/55

10

bc5/12±0/99

a6/3±1/21

ab1/4±5/52

ab3/0±7/8

ab1/5±4/55

20

a9/20±7/122

a2/6±4/24

a8/14±2/60

ab7/0±4/8

a8/7±4/63

30

ab9/8±2/121

a6/0±4/18

ab9/4±0/51

a5/0±3/9

b3/8±0/48

40

ab7/8±6/118

a3±0/19

ab6/1±4/47

b 4/0±7/7

ab6/6±6/58

50

bc8/7±1/106

a9/0±8/20

b9/2±3/44

ab3/0±4/8

ab7/2±6/57

در هر ستون حروف غیر هم­نام نشان دهنده تفاوت معنی­دار در سطح 1 درصد می­باشد

 

فاکتور تجمع زیستی: نتایج مربوط به فاکتور تجمع ­زیستی در جدول 4 نشان داده شده­ است. فاکتور تجمع­ زیستی میزان فلزهای تجمع یافته در بدن کرم­خاکی را نشان می­دهد. مقدار این فاکتور معمولاً با عدد یک مقایسه می­شود. در صورتی که غلظت فلزهای سنگین در بافت بدن کرم­ خاکی بیش­تر از خاک بستر باشد، مقدار فاکتور زیستی بزرگ­تر از یک می­شود و در صورتی که غلظت فلزهای ­سنگین در خاک بستر بیش­تر از بافت بدن کرم­ خاکی باشد، این مقدار کم­تر از یک می­شود (21). مقدار فاکتور زیستی برای کرم­خاکی گونه Eisenia fetida، در تیمار شاهد و تیمارهای آلوده به مقادیر متفاوت لجن فاضلاب برای دو فلز روی و کادمیوم بزرگ­تر از یک بود (جدول 4). البته به جز تیمار 50 تن بر هکتار لجن فاضلاب در فلز روی که مقدار آن برابر 9/0 به دست آمد.

 

جدول 4- فاکتور تجمع زیستی در کرم ­خاکی

تیمار (t.ha-1)

روی

مس

نیکل

کادمیوم

سرب

شاهد

c06/0± 3/1

a07/0± 6/0

a03/0± 7/0

c 06/0±­4/2

a02/0± 1/1

10

b02/0 ± 3/1

c 04/0±6/0

b 06/0±5/0

a­ 05/0± 6/2

c 01/0±3/0

20

a 05/0± 4/1

b04/0 ±6/0

  c05/0± 5/0

d 06/0± 3/2

b­ 02/0±3/0

30

d02/0 ±2/1

e 01/0± 4/0

d­ 03/0± 4/0

b 04/0± 5/2

f 1/0±2/0

40

e 01/0±2/1

e 02/0±4/0

e02/0±4/0

f02/0±9/1

d01/0± 2/0

50

f1/0 ± 9/0

d02/0± 4/0

f 1/0± 3/0

e 02/0±1/2

e04/0± 2/0

در هر ستون حروف غیر هم­نام نشان دهنده تفاوت معنی­دار در سطح 1 درصد می­باشد.

 

وزن کرم ­خاکی: نتایج مربوط به کاهش وزن کرم­های خاکی در شکل 1 ارایه شده است. کاهش وزن در کرم­های خاکی در طول دوره آزمایش ادامه داشت و بیش­ترین کاهش وزن مربوط به تیمار­های 20 و 30 تن بر هکتار لجن ­فاضلاب بود (شکل 1). همان­طور که در قسمت­های قبلی اشاره ­شد، در این دو تیمار بیش­ترین میزان جذب فلزهای­ سنگین وجود داشت. کرم­های خاکی در تیمارهای 20 و 30 تن بر هکتار لجن­ فاضلاب، فعالیت بیش­تری داشتند، هرچند آلودگی لجن فاضلاب سبب کاهش وزن کرم­ها شد، اما کرم­ها توانستند فلزهای­ سنگین بیشتری را جذب کنند.

 

شکل 1- کاهش وزن کرم­های خاکی در طول دوره آزمایش تحت تاثیر تیمارهای مختلف لجن فاضلاب

زنده­مانی کرم ­خاکی: نتایج مربوط به زنده­­مانی کرم­های خاکی در جدول 5 ارایه شده ­است. نتایج به دست آمده نشان می­دهد خاک شاهد نسبت به تیمارهای مختلف لجن ­فاضلاب بیش­ترین تعداد مرگ کرم­های خاکی را داشت.

 

جدول 5- زنده­مانی کرم­های خاکی در طول دوره آزمایش (500 گرم خاک /تعداد)

تیمار (t.ha-1)

شروع

هفته اول

هفته دو

هفته سه

هفته چهار

هفته پنج

هفته شش

پایان

شاهد

12

12

10

9

7

7

6

5

10

12

12

11

11

10

10

9

9

20

12

12

12

11

10

10

10

9

30

12

12

12

11

10

10

10

10

40

12

12

11

11

10

10

10

9

50

12

12

12

11

11

10

10

10

 

بحث

مطابق نتایج به دست آمده خاک اولیه از نظر فلزهای سنگین آلودگی ندارد و غلظت فلزهای سنگین خاک، کمتر از حد استاندارد می­باشد. کرم خاکی علاوه بر تغذیه از ماده آلی لجن فاضلاب، در مقدار 20 تن بر هکتار لجن توانست فعالیت بیش­تر و در نتیجه تأثیر بیش­تری در خاک داشته باشد که در نتیجه فعالیت بیش­تر، کاهش فلزهای سنگین را به دنبال داشت. کرم­های خاکی می­توانند فلزهای سنگین را از خاک، در بافت بدن خود ذخیره کنند. به همین دلیل این موجودات به عنوان نشان­گری جهت ارزیابی دسترسی زیستی فلزهای سنگین در خاک آلوده می­باشند (17). وانگ و همکاران (29) بیان کردند که تجمع فلزهای در بدن کرم خاکی یک پدیده ویژه است. هرفلز یک مکانیسم و فرایند ویژه و مخصوص به خود را برای جذب و یا تجزیه در طول روده کرم­خاکی دارد که فهمیدن این مکانیسم­ها بسیار پیچیده می­باشد.

در تیمار شاهد که عاری از لجن فاضلاب بود برای فلز سرب، مقدار فاکتور زیستی بیش­تر از یک شد. در صورتی که برای فلزهای ­سنگین مس، نیکل و سرب، مقدار فاکتور زیستی تیمار شاهد کم­تر از یک بود. مقدار فاکتور زیستی بستگی زیادی به گونه کرم­خاکی دارد (9). نتایج مطالعه دای و همکاران (11) نشان داد بین دو گونه متفاوت کرم­خاکی Aporrectodea caliginosa و Lumbricus rubellus، مقدار فاکتور زیستی برای گونه Aporrectodea caliginosa بیش­تر بود. آنها این تفاوت، را به تفاوت در توانایی گونه­های مختلف کرم ­خاکی در تجمع فلزهای سنگین در بافت بدن خود، نسبت دادند.

لاکاری و همکاران (18) در مطالعه خود روی کرم ­خاکی گونه  Eisenia Andreiدر خاک آلوده به آلاینده­های معدنی، نتیجه گرفتند فاکتور تجمع زیستی برای فلزهای کروم و سرب کم­تر از یک بود. که نشان دهنده عدم تجمع­ زیستی این دو فلز در بدن کرم­خاکی است. اما این فاکتور برای کبالت و نیکل بیش­تر از یک بود. در این مطالعه، مقدار فلز روی و کادمیوم جذب شده در بدن کرم خاکی نسبت به سایر عناصر بیش­تر بود. همچنین این گونه کرم ­خاکی توانست مقدار بیش­تری از این دو فلز را از خاک جذب بدن خود کند که همین امر سبب افزایش مقدار فاکتور زیستی بیش­تر از یک برای دو فلز روی و کادمیوم شد. نتایج این مطالعه مشابه نتایج مورگان و مورگان (20) بود که گزارش کردند فاکتور تجمع ­زیستی کرم­خاکی برای فلز کادمیوم و روی بزرگ­تر از یک بود. ساتار و همکاران (27) گزارش کردند معدنی شدن ماده آلی در طول فعالیت و حضور کرم­خاکی در خاک آلوده به فلزهای سنگین، دسترسی زیستی فلزهای سنگین را افزایش می­دهد. این نتایج مطابق با یافته­های وانگ و همکاران (29) و هو و همکاران (14) می­باشد که دریافتند معدنی شدن مواد آلی در نتیجه اضافه شدن کرم خاکی به خاک آلوده، نقش مستقیمی در تحرک و دسترسی زیستی فلزهای سنگین دارد.

باتوجه به این­که در طول دوره آزمایش هیچ ماده غذایی به خاک­ها اضافه نشد، تنها منبع تغذیه­ای کرم­های خاکی، لجن ­فاضلاب اضافه شده به خاک بود. کرم­های خاکی از لجن فاضلاب که ماده آلی زیادی داشت، به عنوان منبع تغذیه­ای استفاده کردند. در تیمار 40 و 50 تن بر هکتار لجن فاضلاب که بیش­ترین مقدار ماده آلی را داشتند، کم­ترین کاهش وزن در کرم­های خاکی دیده شد. کرم­های خاکی در تیمار 10 تن بر هکتار لجن فاضلاب در طول دوره آزمایش روند کاهش وزن منظمی را داشتند. در تیمار شاهد که هیچ لجن فاضلابی اضافه نشده بود، کاهش وزن کرم­های خاکی تقریباً مشابه تیمارهای 20 و 30 تن لجن فاضلاب دیده شد. که احتمالاً این کاهش وزن در تیمار شاهد، به دلیل عدم وجود منبع تغذیه برای کرم­ها بود. کور و همکاران (16) بیان کردند وزن کرم­های خاکی به طور مستقیم به میزان تغذیه کرم و جذب مواد غذایی تجزیه شده، بستگی دارد. همچنین گومز براندون و همکاران (12) در مطالعه خود نتیجه گرفتند رشد در کرم­های خاکی به جامعه میکروبی و مقدار ماده غذایی در دسترس بستگی دارد.

نتایج مطالعه سینگ و کالامهاد (25) نشان داد در طول دوره آزمایش، در خاک آلوده به فلزهای ­سنگین، وزن کرم­های خاکی گونه ­Eisenia fetida، کاهش پیدا کرد. این پژوهشگران در آزمایش خود از کود دامی در خاک استفاده کردند و مشاهده کردند گروهی از کرم­ها که بیش­ترین مقدار کود دامی در بستر آن­ها وجود داشت، در اواسط دوره آزمایش افزایش وزن پیدا کردند اما در نهایت، در پایان آزمایش به دلیل آلوده بودن خاک به فلزهای­ سنگین و کاهش فعالیت و تحمل کرم­های خاکی، کاهش وزن در همه تیمارها مشاهده شد.

با توجه به میزان مرگ و میر کرم­های خاکی در طول دوره آزمایش، می­توان نتیجه گرفت لجن ­فاضلاب موجود در خاک، سبب کاهش میزان مرگ و میر شد. هرچند لجن­ فاضلاب دارای مقادیر زیادی فلزهای سنگین بوده است اما کرم­های خاکی توانستند علاوه بر جذب فلزهای سنگین، در خاک آلوده زنده بمانند، زیرا کرم­های خاکی از لجن­ فاضلاب به عنوان منبعی برای تغذیه استفاده کرده­اند و در خاک شاهد که فاقد لجن فاضلاب بود، کرم­های خاکی منبع تغذیه­ای نداشتند که شاید همین دلیل سبب افزایش مرگ و میر در خاک شاهد شد. برینزا و همکاران (7) در مطالعه­ای نتیجه گرفتند که در خاک­هایی که آلوده به فلز روی بودند، مرگ و میر کرم­ها در طول دوره آزمایش افزایش پیدا کرد. همچنین آنها بیان کردند میزان زنده­مانی و تحمل کرم­های خاکی به گونه کرم­خاکی، نوع فلز سنگین و مقدار فلزهای­سنگین در خاک بستگی دارد. سیزمور و همکاران (26) نیز نتیجه گرفتند که ممکن است وزن کرم­های خاکی در ابتدای آزمایش، بر مرگ کرم­ها تأثیر گذار باشد. این پژوهشگران در مطالعه خود مشاهده کردند، در تیمارهایی که کرم­های خاکی اضافه شده به آن در شروع آزمایش، وزن کم­تری نسبت به سایر گروه­ها داشتند، تعداد بیش­تری از کرم­های خاکی از بین رفتند. ویگ و همکاران (28) در مطالعه خود مشاهده کردند بعد از گذشت 30 روز از شروع آزمایش به تدریج جمعیت کرم­های خاکی در خاک آلوده به فلزهای سنگین کاهش پیدا کرد. آن­ها گزارش کردند که مرگ کرم­های خاکی احتمالاً به دلیل تمام شدن ماده غذایی موجود در خاک بوده است، چرا که در طول دوره آزمایش هیچ ماده غذایی به خاک اضافه نشد و کرم­های خاکی به مرور زمان با مصرف ماده آلی خاک و نبود ماده غذایی اضافه، از بین رفتند.

نتیجه­گیری

کرم­های خاکی در نتیجه فعالیت خود در خاک آلوده به لجن فاضلاب، ضمن استفاده از لجن فاضلاب به عنوان ماده غذایی، فلزهای سنگین موجود در خاک را در بافت­های بدن خود ذخیره کردند. بیش­ترین مقدار جذب فلزهای سنگین توسط کرم­های خاکی، مربوط به تیمار 20 تن برهکتار لجن فاضلاب بود. فاکتور تجمع زیستی فقط برای دو فلز روی و کادمیوم بزرگ­تر از یک بود که نشان می­دهد این گونه کرم ­خاکی (Eisenia fetida) توانایی تجمع این دو فلز را در خاک آلوده به فلزهای­سنگین دارد. در طول دوره آزمایش، کاهش وزن کرم­های خاکی در همه تیمارها دیده شد. که دلیل آن عدم وجود ماده غذایی و همچنین آلوده بودن خاک به فلزهای­سنگین بود. با وجود کاهش وزن کرم­های خاکی در همه تیمارها، بیشترین تعداد مرگ و میر در تیمار شاهد دیده شد که عاری از لجن فاضلاب بود. کرم­های خاکی گونه  Eisenia fetida توانستند آلودگی فلزهای سنگین را در خاک تحمل کنند و از لجن فاضلاب به عنوان ماده غذایی استفاده کنند.

  • 1-      رسایی، ن. م.، بیابانی، ع.، قلی­زاده، ع.، وفایی تبار، م. ا.، و اعتصامی، م.، 1395. مطالعه کرم خاکی Eisenia fetida و اثرات آن بر ویژگی­های شیمیایی ورمی کمپوست تولیدی در بسترهای مختلف گیاهی، مجله پژوهشهای جانوری (مجله زیست شناسی ایران)، 29(2)، صفحات 178-185.

    2-      محمدی گلنگش، م.، کوپی، م.، و بانی، ع.،. 1398. توانایی تجمع فلزات سنگین در پوسته دوکفه­ای Cerastoderma lamarcki  در سواحل جنوب غربی دریای خزر، استان گیلان، مجله پژوهشهای جانوری (مجله زیست شناسی ایران)، 32(2)، صفحات 129-141

     

    • Aghababaei, F., Raiesi, F., and Hosseinpur, A., The influence of earthworm and mycorrhizal co-inoculation on Cd speciation in a contaminated soil, Soil Biology and Biochemistry, 78, PP: 21-29.
    • Alamgir, M., 2016. The effects of soil properties to the extent of soil contamination with metals. In Environmental Remediation Technologies for Metal-Contaminated Soils , PP:1-19. Springer.
    • Alloway, B., 1990. Heavy Metal in soils Blackie Glasgow UK.
    • Bohlen, P. J., and Edwards, C. A., 1995. Earthworm effects on N dynamics and soil respiration in microcosms receiving organic and inorganic nutrients, Soil Biology and Biochemistry, 27(3), PP: 341-348.
    • Brinza, L., Quinn, P. D., Schofield, P. F., Mosselmans, J. F. W., and Hodson, M. E., 2013. Incorporation of strontium in earthworm-secreted calcium carbonate granules produced in strontium-amended and strontium-bearing soil, Geochimica et Cosmochimica Acta, 113, PP: 21-37.
    • Caravaca, F., and Roldan, A., 2003. Assessing changes in physical and biological properties in a soil contaminated by oil sludges under semiarid Mediterranean conditions, Geoderma, 117(1-2), PP: 53-61.
    • Cortet, J., Gomot-De Vauflery, A., Poinsot-Balaguer, N., Gomot, L., Texier, C., and Cluzeau, D. 1999. The use of invertebrate soil fauna in monitoring pollutant effects. European Journal of Soil Biology, 35(3), PP: 115-134.
    • Cui, Y., Zhu, Y. G., Zhai, R., Huang, Y., Qiu, Y., and Liang, J., 2005. Exposure to metal mixtures and human health impacts in a contaminated area in Nanning, China. Environment international, 31(6), PP: 784-790.
    • Dai, J., Becquer, T., Rouiller, J. H., Reversat, G., Bernhard-Reversat, F., Nahmani, J., and Lavelle, P., 2004. Heavy metal accumulation by two earthworm species and its relationship to total and DTPA-extractable metals in soils. Soil Biology and Biochemistry, 36(1), PP: 91-98.
    • Gómez-Brandón, M., Lores, M., and Domínguez, J., 2013. Changes in chemical and microbiological properties of rabbit manure in a continuous-feeding vermicomposting system. Bioresource technology, 128, PP: 310-316.
    • Hashemi, H., Khodabakhshi, A., Alinia, B., and Abbasi, F., 2018. Bioremediation of lead and zinc contaminated soils by compost worm, Journal of Health Sciences and Surveillance System, 6(2), PP: 58-63.
    • Hsu, M., Selvaraj, K., and Agoramoorthy, G., 2006. Taiwan's industrial heavy metal pollution threatens terrestrial biota, Environmental pollution, 143(2), PP: 327-334.
    • Katz, S., and Jenniss, S., 1983. Regulatory compliance monitoring by atomic absorption spectroscopy.
    • Kaur, A., Singh, J., Vig, A. P., Dhaliwal, S., and Rup, P. J. 2010. Cocomposting with and without Eisenia fetida for conversion of toxic paper mill sludge to a soil conditioner. Bioresource technology, 101(21), PP: 8192-8198.
    • Lapinski, S., and Rosciszewska, M. 2008. The impact of cadmium and mercury contamination on reproduction and body mass of earthworms. Plant Ssoil and Environment, 54(2), PP: 61.
    • Lukkari, T., Teno, S., Väisänen, A., and Haimi, J., 2006. Effects of earthworms on decomposition and metal availability in contaminated soil: microcosm studies of populations with different exposure histories. Soil Biology and Biochemistry, 38(2), PP: 359-370.
    • Ma, Y., Dickinson, N., and Wong, M., 2002. Toxicity of Pb/Zn mine tailings to the earthworm Pheretima and the effects of burrowing on metal availability. Biology and Fertility of Soils, 36(1), PP: 79-86.
    • Morgan, J., and Morgan, A., 1999. The accumulation of metals (Cd, Cu, Pb, Zn and Ca) by two ecologically contrasting earthworm species (Lumbricus rubellus and Aporrectodea caliginosa): implications for ecotoxicological testing, Applied Soil Ecology, 13(1), PP: 9-20.
    • Latif, R., Malek, M., and MacKenzie, K., 2011. Eiseniella tetraedra (Savigny) (Oligochaeta: Lumbricidae) as a bioindicator of heavy metals, Toxicological and Environmental Chemistry, 93(8), PP: 1643-1649.
    • Pattnaik, S., and Reddy, M. V., 2011. Heavy metals remediation from urban wastes using three species of earthworm (Eudrilus eugeniae, Eisenia fetida and Perionyx excavatus), Journal of Environmental Chemistry and Ecotoxicology, 3(14), PP: 345-356.
    • Rorat, A., Kacprzak, M., Vandenbulcke, F., and Płytycz, B., 2013. Soil amendment with municipal sewage sludge affects the immune system of earthworms Dendrobaena veneta, Applied Soil Ecology, 64, PP: 237-244.
    • Ruiz, E., Alonso-Azcárate, J., and Rodríguez, L., 2011. Lumbricus terrestris L. activity increases the availability of metals and their accumulation in maize and barley, Environmental pollution, 159(3), PP: 722-728.
    • Singh, J., and Kalamdhad, A. S., 2013. Effect of Eisenia fetida on speciation of heavy metals during vermicomposting of water hyacinth. Ecological engineering, 60, PP: 214-223.
    • Sizmur, T., Palumbo-Roe, B., Watts, M. J., and Hodson, M. E., 2011. Impact of the earthworm Lumbricus terrestris (L.) on As, Cu, Pb and Zn mobility and speciation in contaminated soils, nvironmental pollution, 159(3), PP: 742-748.
    • Suthar, S., Sajwan, P., and Kumar, K., 2014. Vermiremediation of heavy metals in wastewater sludge from paper and pulp industry using earthworm Eisenia Ecotoxicology and environmental safety, 109, PP: 177-184.
    • Vig, A. P., Singh, J., Wani, S. H., and Dhaliwal, S. S., 2011. Vermicomposting of tannery sludge mixed with cattle dung into valuable manure using earthworm Eisenia fetida (Savigny). Bioresource technology, 102(17), PP: 7941-7945.
    • Wang, L., Zhang, Y., Lian, J., Chao, J., Gao, Y., Yang, F., and Zhang, L., 2013. Impact of fly ash and phosphatic rock on metal stabilization and bioavailability during sewage sludge vermicomposting. Bioresource technology, 136, PP: 281-287.

    30- Wen, B., Hu, X., Liu, Y., Wang, W, Feng, M., and Shan, X., 2004. The role of earthworms (Eisenia fetida) in influencing bioavailability of heavy metals in soils, Biology and Fertility of Soils, 40(3), PP: 181-187.

دوره 34، شماره 3
مهر 1400
صفحه 156-165
  • تاریخ دریافت: 16 مهر 1399
  • تاریخ پذیرش: 06 آذر 1399