رسائل واطاريح

الاستصلاح الحيوي (phytoremediation) للترب ملوثة بالكادميوم تحت تأثير السماد الفوسفاتي وملوحة مياه الري

صورة م.م. مرتضى شعيت م.م. مرتضى شعيت
0

الاستصلاح الحيوي (phytoremediation) للترب ملوثة  بالكادميوم تحت تأثير السماد الفوسفاتي وملوحة مياه الري

الاستصلاح الحيوي (phytoremediation) للترب ملوثة  بالكادميوم تحت تأثير السماد الفوسفاتي وملوحة مياه الري


الكادميوم خواصه واستخداماته ومضاره 

قبل الحديث عن صور تلوث الترب والنباتات بالكادميوم ومصادر هذا التلوث يتطلب الأمر معرفة ما هو الكادميوم ؟ وما هي استخداماته ؟.

اكتشف العالم الألماني Friedrich strohmeyer نصر الكادميوم عام 1817 في مدينة كوتنك ضمن الشوائب الموجودة في كربونات الزنك. واصل كلمة الكادميوم Cadmium مشتق من الكلمة اللاتينية Cadmia ومعناها كربونات الزنك أو مشتق من الكلمة اليونانية Kadmeia ولها المعنى السابق نفسه  (OSHA, 2004). الكادميوم عنصر فلزي له قابلية الايصالية الكهربائية والسحب والطرق، لونه ازرق يميل إلى  البياض ويذوب في الحوامض ولا يذوب في القواعد، والكادميوم المغلي ينتج منه أبخرة صفراء سامة (Lasat, 2004). ويعد عنصر الكادميوم من العناصر الثقيلة (Heavy metals) لكونه يمتلك عدداً ذرياً عالياً (48) وكتلة ذرية (112,40) وكثافة عالية تقدر بـ (8,64 ميكاغرام م-3) والرمز الكيميائي له Cd ويوجد في حالة أكسدة ثنائية Cd2+ كما توجد حالة أكسدة أحادية Cd+ في بعض مركباته وإن نظائره هي Cd116 و Cd114 و Cd112 و Cd110 و Cd108 و Cd106. ويكون الجزء الأعظم منها وأكثر ثباتية هما النظيران Cd114 و Cd112 إذ تشكل وفرتهما في الطبيعة 28,72% و 24,15% على التوالي (Cadmium and Cadmium Compounds, 1997) يشبه الكادميوم عنصر الزنك في الكثير من صفاته (اللون وتغير ذائبيته مع درجة الحرارة) وهو يرافق كبريتيد الزنك (ZnS) على شكل مركب كبريتيد الكادميوم (CdS) لتشابهما الكبير إذ إن درجة غليإنه 767مْ وكبريتيد الزنك 906مْ إذ يتقطــر قبــــل الزنــــك وبذلك يحصل على هذا المعدن بعد تنقيته من محلول كبريتات الزنك كما يشبه الزنك في خواصه الحرارية فهو لا يتأثر بالأوكسجين أو الهواء الجاف في درجات الحرارة الاعتيادية ولكنه يحترق بالتسخين مكوناً اوكسيد الكادميوم CdO البني اللون، وهو يتفاعل تفاعلاً شديداً مع الكبريت ولكنه يلزم التسخين لبدء التفاعل (Cadmium and its Compounds, 2004). 


مصادر تلوث الترب بالكادميوم

يوجد الكادميوم في الترب الطبيعية جميعها بتراكيز منخفضة لا تتعدى في حدودها القصوى 0,1 ملغم كغم-1 (ApHA, 1998) وقد أدى التطور الصناعي إلى  تلوث التربة بهذا العنصر، إذ تلقي بعض المعامل مخلفاتها إلى  البيئة من دون معالجة مثل الصناعات البلاستيكية والمطاطية وصناعة الاصبغه والدهانات والدباغات ومحطات الوقود ومصافي البترول والصناعات الكهربائية والالكترونية ومصانع الأسمدة ولاسيما الأسمدة الفوسفاتية ومصانع البطاريات الجافة وغيرها. ويكون مصدر هذه الملوثات أما إلى  الهواء أو الماء أو كليهما معاً ومن ثم تأخذ طريقها إلى  التربة.  

صور الكادميوم في التربة

    يوجد الكادميوم في التربة بثلاث صور إما بشكل ترسبات صلبة Solid precipitates أو مرتبط مع مكونات التربة الصلبة Associated to solid soil component وذائب في محلول التربة (Gunilla, 2002). وإن حوالي 99% من الكادميوم الكلي في التربة مرتبط مع غرويات التربة و 1% موجود في محلول التربة. ويترسب الكادميوم بفعل ايونات CO32- و S2- و PO43- وOH¯. وإن العمليات المسيطر على تفاعلات الكادميوم في التربة هي تفاعلات الامتزاز Sorption قياساً بتفاعلات الترسيب Precipitation نظراً لقلة تركيزه قياساً بمحتوى غرويات التربة المعدنية العالي (Christensen and Hvang,1999).

 تقييم تلوث الترب بالكادميوم 

عنصر الكادميوم من العناصر السامة للإنسان والحيوان والنبات لما أثبتته التجارب من تأثيره السلبي في الكائنات الحية كافة. وتتلوث التربة بالكادميوم عن طريق إضافته مباشرة من خلال عمليات التسميد المعدني والعضوي ومياه الري أو بطرائق غير مباشرة عن طريق ترسيبه على الطبقات السطحية للتربة بفعل الهواء الجوي على دقائق الكادميوم أو من احتراق الوقود والدهون ومعامل السجائر وغيرها (Gunill, 2002).

الكادميوم في النبات

يعد الكادميوم من العناصر غير الضرورية للكائنات الحية كافة ولا توجد أي إشارة تؤكد دوره الفسيولوجي للكائنات الحية (1992,Kabata- Pendias and Pendias), بل هو عنصر سام فقد أشار (1969) Epstein إلى إن أي عنصر يصنف إنه سام للنبات إذا توفرت فيه الصفات الآتية: 

  1. وجوده بتراكيز عالية يقلل أو يمنع امتصاص العناصر الضرورية الأخرى للنبات.

  2. تقليله النشاط الإنزيمي.

  3. تقليل امتصاص الماء.

وإن هذه الصفات جميعها متوفرة في عنصر الكادميوم حتى في حالة وجوده بتراكيز قليلة. ومن أعراض السمية بالكادميوم هو تقزم النبات والاصفرار (Chloroses) وقد ذكرHaghiri (1973) إن سبب الاصفرار عند التراكيز العالية من الكادميوم هو إحلاله محل الحديد في جزيئة الكلوروفيل وقد توافقت آراؤه مع ما توصل إليه Root et al (1975) من ظهور أعراض الاصفرار على أوراق نبات الذرة الصفراء (Zea mays L.) عند التراكيز العالية من الكادميوم.


الخلاصـــــــة

يعد الكادميوم احد العناصر السامة ذات التأثيرات الخطرة في البيئة، ويضاف إلى التربة من مصادر متعددة كمعامل الأسمدة لاسيما الأسمدة الفوسفاتية والصناعات المختلفة التي تلقي مخلفاتها في الوسط المحيط من دون معالجة والتي تؤثر بطريقة مباشرة أو غير مباشرة في النبــــات ومــــن ثـم الحيوان والإنسان، لذا اختير أحد عشر موقعاً من محافظة البصرة تمثل كلها أراضي زراعية هي (موقع 1/القرنة وموقع 2/المدينة وموقع 3/الدير-الشافي وموقع 4/الدير- قرب معمل الورق وموقع 5/الهارثة وموقع 6/كرمة علي-الجامعة وموقع 7/التنومة وموقع 8/أبو الخصيب وموقع 9/السيبة وموقع 10/الفاو وموقع 11/الزبير- محطة البرجسية). جمعت العينات الترابية خلال المدة من كانون الأول 2008م الى كانون الثاني 2009م، وحللت عينات التربة لمعرفة خصائصها الكيميائية والفيزيائية الأولية. 


اقرأ ايضا: الكشف عن بعض المعادن الثقيلة في الترب الزراعية لمحافظة ديالي ومعالجتها بأنواع مختلفة من النباتات



نفذت تجربة مختبرية لتشخيص مركبات الكادميوم الأصلي في الترب بالاعتماد على مفهوم منحنيات حاصل الإذابة (Solubility Products Diagrams) لمواقع الدراسة جميعها واختير موقعان من مواقع الدراسة مختلفان في خصائصهما الأولية هما (موقع 6/كرمة علي-الجامعة مزيجة طينية غرينية وموقع 11/الزبير- محطة البرجسية رملية مزيجة) لبيان تأثير التسميد الفوسفاتي (صفر و500 و1000 ملغم P كغم-1تربة) وملوحة مياه الري (1 و3 و6 ديسيسمنز م-1) والتداخل بينهما في إذابة الكادميوم الأصلي في الترب أو ترسيبه واستخدم دليل التجمع الجيوكيميائي (I-geo) في تقييم تلوث الترب بالكادميوم. كذلك استخدمت التربتين اعلاه لاختبار امكانية استصلاحهما بواسطة النباتات اذ أجريت تجربة بيولوجية زرع فيها محصول زهرة الشمس Helianthus annuns L. ضمن تجربة عاملية على وفق تصميم تام التعشية. عوملت التربتان معاملة واحدة من السماد النتروجيني والبوتاسي ، وأضيف الفسفور بثلاثة مستويات صفر و18 و36 ملغم P كغم-1 تربة على هيئة سماد سوبر فوسفات مركز (20,21% فسفور) خلطاً مع التربة، أضيف الكادميوم بأربعة مستويات صفر و 1,25 و 2,5 و 5 ملغم Cd كغم-1 تربة على هيئة ملح CdCl2 مع مياه الري، كما استخدمت ثلاثة مستويات من ملوحة مياه الري هي 1 و3 و6 ديسيسمنز م-1 على هيئة ملح كلوريد الصوديوم NaCl. زرعت بذور زهرة الشمس في أصص بلاستيكية حاوية (3 كغم تربة) ، رويت بالماء الى قدر السعة الحقلية ، حصدت النباتات بعد 45 يوماً من الزراعة ثم أزيل الجزء الجذري من التربة وغسلت وجففت بالفرن على درجة حرارة 65مْ حتى ثبوت الوزن وسجل وزنها الجاف وهضمت العينات النباتية (الجزء الخضري والجذري) لتقدير محتواها من الكادميوم والفسفور. ثم بعد ذلك زرع في نفس الاصيص محصول الحنطة (Triticum eastivum) ضمن تجربة عامليه على وفق تصميم تام التعشية. عوملت الترب جميعها بمعاملة واحدة من السماد النتروجيني البوتاسي، وأضيف الفسفور بثلاثة مستويات صفر و8 و16 ملغم P كغم-1 تربة على هيئة سماد سوبر فوسفات مركز (20,21% فسفور) خلطاً مع التربة، زرعت بذور الحنطة في أصص بلاستيكية حاوية (3 كغم تربة) رويت بثلاثة مستويات من ملوحة مياه الري وهي 1 و3 و6 ديسيسمنز م-1 الى حد السعة الحقلية. حصدت النباتات بعد 60 يوم من الزراعة ثم أزيل الجزء الجذري من التربة وغسلت وجففت بالفرن على درجة حرارة 65مْ حتى ثبوت الوزن وسجل وزنها الجاف وهضمت العينات النباتية (الجزء الخضري والجذري) لتقدير محتواها من الكادميوم والفسفور . 

توصلت الدراسة الى النتائج الآتية: 

  1.  إن محتوى الكادميوم الكلي في ترب الدراسة قد تراوح بين 0,85 الى 3,32 ملغم Cd كغم-1 تربة بمعدل عام قدره 2,7 ملغم Cd كغم-1تربة وتراوحت كمية الكادميوم الجاهز المستخلص بمحلول DTPA بين 0,10 الى 0,97 ملغم Cd كغم-1 تربة بمعدل عام قدره 0,76 ملغم Cd كغم-1 تربة ، أما الكادميوم الذائب في محلول الترب فقد تراوح بين 0,08 الى 0,34 ملغم لتر-1 وشكل نسبة قدرها 6,27 الى 15,76% من الكادميوم الكلي و 22,67 الى 80,00% من الكادميوم الجاهز. 

  2.  بينت نتائج منحنيات حاصل الإذابة Solubility products Diagram ان صورة معادن الكادميوم الأصلي Native Cadmium في ترب مواقع الدراسة لم يكن مترسباً على هيئة كربونات الكادميوم CdCO3 (Octavite) أو فوسفات الكادميوم Cd3(Po4)2(c) أو Soil-Cd بل أن النقاط المعبرة عن الكادميوم الأصلي تمركزت في مواقع أعلى من الخطوط الممثلــــــة لها لتبين أن هذه الترب تحت الإشباع under saturated بهذه المركبات وفوق الإشباع super saturated بمركب اوكسيد الكادميوم CdO (moneponite) وهيدروكسيدات الكادميوم B-Cd (OH)2(c) و CdSO4 2Cd(OH)2(c) حيث تمركزت في أسفل الخطوط المعبرة لتلك المعادن. وقد أدت عملية التسميد الفوسفاتي والري بمياه مالحة والتداخل بينهما في تربتي الموقع 6 و 11 الى خفض تراكيز ايونات الكادميوم ونشاطها في المحلول وتكوينه مركبات كادميوم تحت التشبع بمركبCdCO3 (Octavite). 

  1.  عند الاعتماد على دليل التجمعي الجيوكيميائيGeo-accumulation Index (I-geo) الذي أقترحه Muller (1979) في تقييم تلوث الترب قيد الدراسة من الكادميوم. بينت نتائج الدراسة أن مستوى التلوث بالكادميوم على أساس المحتوى الكلي كان بين (متوسط الى شديدة التلوث) وانخفضت تلك المقاييس لتصل إلى مستوى (غير ملوثة إلى متوسطة التلوث) بالاعتماد على صورة الكادميوم الجاهز. 

  2.  سببت زيادة مستويات الكادميوم المضاف (صفر و1,25 و2,5 و5 ملغم Cd كغم-1 تربة) وملوحة مياه الري (1 و3 و6 ديسيسمنز م-1) خفض الوزن الجاف للمجموع الخضري والجذري لمحصول زهرة الشمس في موقعي الدراسة (موقع 6/كرمة علي-الجامعة وموقع 11/الزبير- محطة البرجسية مع معاملة المقارنة (من دون إضافة). في حين أدت زيادة مستويات التسميد الفوسفاتي (18 و36ملغم P كغم-1) إلى زيادة الوزن الجاف للمجموع الخضري والجذري لمحصول زهرة الشمس في كلتا التربتين. 

  3.  أدت إضافة مستويات الكادميوم وملوحة مياه الري والتسميد الفوسفاتي الى زيادة تركيز الكادميوم للمجموع الخضري والجذري لمحصول زهرة الشمس لكلا تربتي موقعي الدراسة. 

  4.  أدت إضافة مستويات الكادميوم ومستويات ملوحة مياه الري الى خفض في الكمية الممتصة للكادميوم للمجموع الخضري والجذري لمحصول زهرة الشمس، في حين زادت الكمية الممتصة للكادميوم مع زيادة مستويات التسميد الفوسفاتي لكلا تربتي موقعي الدراسة. 

  5. أدى إضافة مستويات الكادميوم ومستويات ملوحة مياه الري الى خفض تركيز الفسفور والكمية الممتصة في أنسجة المجموع الخضري والجذري لمحصول زهرة الشمس المزروعة في تربتي موقعي الدراسة، بينما أدت زيادة مستويات السماد الفوسفاتي الى زيادة في تركيز الفسفور والكمية الممتصة للفسفور في المجموع الخضري والجذري لمحصول زهرة الشمس في كلتا التربتين.

  6. أدت إضافة مستويات الكادميوم وملوحة مياه الري والسماد الفوسفاتي الى زيادة الكادميوم الجاهز في التربة لكلا موقعي الدراسة.

  7. أسهمت مستويات الكادميوم المتبقية في التربة بعد حصاد محصول زهـرة الشمس ومستويات ملوحـة مياه الري المضافة في خفض الوزن الجاف وزيادة محتوى تركيز الكادميوم والفسفور في أنسجة المجموع الخضري والجذري لمحصول الحنطة، في حين أدت زيادة مستويات التسميد الفوسفاتي الى زيادة الوزن الجاف للمجموع الخضري والجذري وزيادة تركيز الكادميوم والكمية الممتصة للمجموع الخضري والجذري لكلا موقعي الدراسة.

  8. أدت مستويات الكادميوم المتبقية في التربة بعد حصاد محصول زهرة الشمس ومستويات الري المضافة ومستويات التسميد الفوسفاتي الى زيادة الكادميوم الجاهز المتبقي في التربة بعد حصاد محصول الحنطة لكلا تربتي موقعي الدراسة. 

  9. لقد كان لحالات التداخلات الثنائية والثلاثية لعوامل الدراسة تأثيرات معنوية في الوزن الجاف وتركيز الكادميوم والفسفور والكمية الممتصة للكادميوم والفسفور والكادميوم الجاهز للمجموع الخضري والجذري لمحصولي زهرة الشمس والحنطة ولكلا موقعي الدراسة.

  10. اعتماد تقييم تلوث ترب الدراسة بالكادميوم باستخدام دليل (I-geo) على أساس التركيز الجاهز للكادميوم بدلاً من التركيز الكلي للكادميوم، نجد ان تصنيف تقييم التلوث قد تغير من غير ملوثة إلى متوسطة التلوث لمحصول زهرة الشمس ومن غير ملوثة إلى غير ملوثة-متوسطة التلوث لمحصول الحنطة لكلا تربتي الموقعين. 

صورة م.م. مرتضى شعيت م.م. مرتضى شعيت
0
صورة م.م. مرتضى شعيت

م.م. مرتضى شعيت

مرتضى حليم شعيت الصالحي، باحث وأكاديمي عراقي متخصص في العلوم الزراعية وعلوم الحياة. حاصل على شهادة البكالوريوس في العلوم الزراعية (2018) والماجستير في فيزياء التربة (2023). أعمل كمدرس مساعد في قسم علوم الحياة والبيئة، وأشغل منصب مسؤول شعبة الإحصاء في جامعة البصرة. خبير في تحسين الترب الزراعية، الزراعة المائية، وصناعة الأسمدة العضوية. أسعى من خلال عملي إلى دعم البحث العلمي وتطوير حلول مستدامة في القطاع الزراعي، بما يخدم الأكاديميين والمجتمع الزراعي على حد سواء.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى