مقایسه کاربرد ضایعات نانو و میکرو به عنوان منبع تامین کننده¬ی روی در کشت هیدروپونیک خیار
محورهای موضوعی :سحر مقدسی بروجنی 1 , فتح اله کریم زاده 2
1 - صنعتی اصفهان
2 - صنعتی اصفهان
کلید واژه: خیار روی نانو ذرات لاستیک,
چکیده مقاله :
پژوهش های پیشین نشان دادند خاکستر ضایعات لاستیک و نانو ذرات آن منبع مناسبی از روی برای گیاه هستند. در پژوهش حاظر سعی بر آن شده تا ضمن امکان کاربرد ضایعات لاستیکی و نانو ذرات آن به به عنوان منبع تامین کننده روی گیاه و مقایسه آن با کود سولفات روی تجاری موجود در بازار سرنوشت نهایی نانو ذرات در گیاه مورد بحث و بررسی قرار گیرد. به این منظور ضمن تولید نانو ذرات و مشخصه یابی آن با میکروسکوپ الکترونی روبشی و عبوری، این ضایعات در کشت هیدروپونیک خیار به کار گرفته شده و عملکرد کمی و کیفی محصولات تغذیه شده با نانو ذرات تولیدی، ذرات میکرونی لاستیک و نیز کود سولفات روی تجاری موجود در بازار مقایسه گردید. بر اساس نتایج بدست آمده با کوچک شدن اندازه ذرات لاستیک از میکرون به نانو درصد روی قابل عصاره گیری به طور معنی داری افزایش یافت. نتایج این پژوهش نشان داد استفاده از لاستیک و نانو ذرات حاصله سبب افزایش عملکرد گیاه ضمن افزایش غلظت روی گیاه در مقایسه با کود سولفات روی تجاری موجود در بازار و نیز تیمار شاهد می گردند.
It has recently been shown that rubber can be used as an effective source of zinc (Zn) and some other nutrients for crops. According to the previous results, rubber particles size is a key factor determining the rate of micronutrient release from the rubber wastes. In this study, different treatments were applied to synthesis Zn nano-particles from waste tire rubber. According to the results obtained, nano-zinc particles synthesized from waste tire rubber offer strong value as Zn fertilizer for cucumber grown in the nutrient solution culture. The cucumber seedlings grown in nutrient solution containing nano-Zn particles had higher shoot growth and accumulated higher amounts of Zn in their tissues compared with those grown in control and ZnSO4-containing nutrient solution.
خوشگفتار¬منش، ا. ح. و آ. سنایی استوار، 1388. قابلیت استفاده روی موجود در ضایعات صنعتی پلیمری شده برای ذرت در یک خاک آهکی، علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، سال سیزدهم، 50: 91-103.
حمزه¬پور، ن.، م. ملکوتی و ع. مجیدی، 1389. برهمکنش عناصر روی، آهن و منگنز در اندام¬های مختلف گندم، مجله پژوهش¬های خاک، 24 :1-8.
Chaney, R. L. 2007. Effect of ground rubber vs. ZnSO4 on spinach accumulation of Cd from Cd-mineralized California soil. Abstract, WEFTECH Residuals Conference, Denver, CO, April.
Taheri, S., A. H. Khoshgoftarmanesh and H. Shariatmadari. 2011. Kinetics of zinc release from ground tire rubber and rubberash in a calcareous soil as alternatives to Zn fertilizers. Plant Soil. 341: 89–97.
Afyuni, M., A. H. Khoshgoftarmanesh, V. Dorostkar and R. Moshiri. 2007. Zinc and cadmium content in fertilizers commonly used in Iran. International Conference of Zinc Crops, Istanbul, Turkey 24-28.
Carpita, N., D. Sabularse, D. Montezinos and D. P. Delmer. 1979 Determination of the pore size of cell walls of living plant cells. Science .205: 1144–1147.
Remya, N., H. V., Saino, G. Baiju, T. Maekawa, Y. Yoshida and D. Sakthi Kumar. 2010. Nanoparticulate material delivery to plant, Plant sci. 179: 154-163.
Lin, D. H and B. S. Xing. 2007. Phytotoxicity of nanoparticles. inhibition of seed germination and root elongation. Environ. Pollut. 150, 243–250.
Lin D. and B. Xing. 2008. Root uptake and phytotoxicity of ZnO nanoparticles. Environ. Sci. Technol. 42: 5580-5585. Zhang, L., M. Su, C. Liu, L. Chen, H. Huang, X. Wu, X. Liu, F. Yang, F. Gao and F. Hong. Antioxidant Stress is Promoted by Nano-anatase in Spinach Chloroplasts Under UV-B Radiation. 2007. Biol. Trace Elem. Res. 109, 68.
Torney, F., G. B. Trewyn, V. S. Y. Lin and K. Wang. 2007. Mesoporous silica Nanoparticles Deliver DNA and Chemicals into Plants. Nanotechnol. 2, 295-300.
Moghaddasi, S., Khoshgoftarmanesh, A.H., Karimzadeh, F., Chaney, R. L., 2013. Preparation of nano-particles from waste tire rubber and evaluation of their effectiveness as zinc source for cucumber in nutrient solution culture. Scientia Horticulturae, 160, 398–403.
Taheri, S., A. H. Khoshgoftarmanesh and H. Shariatmadari. 2011. Kinetics of zinc release from ground tire rubber and rubberash in a calcareous soil as alternatives to Zn fertilizers. Plant Soil. 341: 89–97.
Jhson, C. M., P. R. Stout, T. C. Broyer and A. B. Carlton. 1957. Comparative chlorine requirements of different plant species. Plant Soil. 8: 337-353.
Lindzay, W. L. and W. A. Norvell. 1978. Development of DTPA test for zinc, iron, manganese and copper. Soil Sci. S A. J. 42: 421-428.
Kinoshita, T., K. Yamaguchi, S. Akita, S. Niib, F. Kawaizumi and K. Takashi. 2005. Hydrometallurgical recovery of zinc from ashes of automobile tire wastes. Chemosphere. 59:1105-1111.
Smolders, E and F. Degryse. 2002. Fate and effect of zinc from tire debrise in soil. Environ. Sci. Technol, 36: 3706-3710. Schauble, C. 1999. Frit Industries. U.S. EPA. February 24, page 1.
Epstein, E. 1999. Silicon. Ann Reu. Plant physiol., Plant Mole. Biol. 50: 641-644.
Liang, Y. C., Q. Shen, Z. Shen and T. Ma. 2008. Effects of silicon on salinity tolerance of two barley cultivars. Bio. Sci. 19: 173-183.
Alloway, B. J. 2008. Zinc in Soil and Crop Nutrition. Online book published by the International Zinc Association, Brussels, Belgium and Paris, France.
Marschner, H. 1995. Mineral Nutrition of Higher Plants, 2nd ed., Academic Press, London.
پژوهش و فناوری محیط زیست، دوره چهارم، شماره شش، بهار و تابستان 98، صفحه‌ی 3-8
مقایسه کاربرد ضایعات نانو و میکرو به عنوان منبع تامین کنندهی روی در کشت هیدروپونیک خیار
Compare the use of micro and nano wastes as the source of zinc in hydroponically-grown cucumber
Abstract
It has recently been shown that rubber can be used as an effective source of zinc (Zn) and some other nutrients for crops. According to the previous results, rubber particles size is a key factor determining the rate of micronutrient release from the rubber wastes. In this study, different treatments were applied to synthesis Zn nano-particles from waste tire rubber. According to the results obtained, nano-zinc particles synthesized from waste tire rubber offer strong value as Zn fertilizer for cucumber grown in the nutrient solution culture. The cucumber seedlings grown in nutrient solution containing nano-Zn particles had higher shoot growth and accumulated higher amounts of Zn in their tissues compared with those grown in control and ZnSO4-containing nutrient solution.
Keywords:3-5 word
|
چکیده
پژوهشهای پیشین نشان دادند خاکستر ضایعات لاستیک و نانو ذرات آن منبع مناسبی از روی برای گیاه هستند. در پژوهش حاظر سعی بر آن شده تا ضمن امکان کاربرد ضایعات لاستیکی و نانو ذرات آن به به عنوان منبع تامین کننده روی گیاه و مقایسه آن با کود سولفات روی تجاری موجود در بازار سرنوشت نهایی نانو ذرات در گیاه مورد بحث و بررسی قرار گیرد. به این منظور ضمن تولید نانو ذرات و مشخصه یابی آن با میکروسکوپ الکترونی روبشی و عبوری، این ضایعات در کشت هیدروپونیک خیار به کار گرفته شده و عملکرد کمی و کیفی محصولات تغذیه شده با نانو ذرات تولیدی، ذرات میکرونی لاستیک و نیز کود سولفات روی تجاری موجود در بازار مقایسه گردید. بر اساس نتایج بدست آمده با کوچک شدن اندازه ذرات لاستیک از میکرون به نانو درصد روی قابل عصاره گیری به طور معنیداری افزایش یافت. نتایج این پژوهش نشان داد استفاده از لاستیک و نانو ذرات حاصله سبب افزایش عملکرد گیاه ضمن افزایش غلظت روی گیاه در مقایسه با کود سولفات روی تجاری موجود در بازار و نیز تیمار شاهد میگردند.
واژگان كليدي: خیار، روی، نانو ذرات لاستیک و هیدروپونیک
1- مقدمه
مقدمه
امروزه اهميت بازيافت تايرها و قطعات لاستیکی فرسوده، بركسي پوشيده نيست. دفن یا انبار کردن تايرهاي فرسوده با توجه به هزینههای زیادی که برای تولید هر حلقه تایر مصرف می شود و نیز به دليل خطرات و مشكلات زیست محیطی ناشی از تجمع آنها در محیط، در بسياري از كشورهاي پيشرفته ممنوع است. از سوی دیگر نتايج تعدادي از پژوهشهاي انجام شده نشان میدهد اين ضايعات با وجود دارا بودن درصد بالای روي، حاوي مقدار بسیار ناچیزی از ناخالصی فلزات سنگين سمي، مانند سرب و کادميم میباشند(چنی 2007). اخیراً برخی محققان نشان دادهاند ضایعات پلیمری منبع مناسب روی بوده و کارایی خوبی در تامین نیاز گیاه به این عنصر دارند (طاهری و همکاران، 2011)(چنی 2007). اگرچه سولفات روی يکی از مهمترين منابع کودی مورد استفاده برای برطرف کردن کمبود روی در خاک و کشت هیدروپونیک میباشد, اما نتايج برخی گزارشها (افیونی و همکاران، 2007) نشاندهنده وجود مقدار به نسبت زياد ناخالصی کادمیم در برخی از این کودها بوده که سبب انباشتگي اين فلز سمی در خاکها میشود. این پژوهشگران نشان دادند غلظت روی اغلب کودهای سولفات روی تجاری مورد استفاده در ایران کمتر از حد مجاز این عنصر (20-25 میلیگرم در کیلوگرم) بوده در حالی که در اغلب موارد، غلظت ناخالصی کادمیم در این کودها بیشتر از حد مجاز (20-25 میکروگرم در کیلوگرم) است. بر اساس نتایج پژوهشهای پیشین، هر چه اندازه ذرات ضایعات لاستیک کوچکتر باشد، سرعت آزاد سازی عناصر روی و آهن آنها بیشتر است به طوری که ذرات بسیار ریز این ضایعات میتواند به عنوان یک منبع محلول روی برای برطرف کردن نیاز گیاه استفاده شود (خوشگفتارمنش و سنایی 1388). اين فرضيه مطرح است که کودهای نانو به سرعت و به صورت کامل جذب بافتهاي مورد نظر گياه شده و به خوبی نيازها و کمبود های غذايی آن را مرتفع می سازند. نانو ذرات نسبت سطح به حجم بسیار بالایی داشته و ویژگی های منحصر بفرد آنها در بيشتر مواقع مربوط به سطح ویژه ی بسیار بالای آنها است. سطح ویژه بالای نانو ذرات و در نتیجه درصد مولکولهای سطحی زیاد سبب افزایش حلالیت و به دنبال آن افزایش مقدار عنصر قابل عصاره گیری و قابلیت دسترسی گیاه به آن میگردد. برخی از مطالعات (کارپیتا و همکاران، 1979) نیز بیانگر ورود نانو ذرات به سلول های گیاهی بوده است که این موضوع سبب افزایش کارایی نانو کودها شده است (رمیا و همکاران 2010). لین و زینگ در مطالعات خود نشان دادند نانو ذرات اکسید روی در سلول های گیاه ریگراس نفوذ کرده و در آن انتقال می یابند (لین و همکاران2008). تحقیقات متعدد در زمینه تاثیر نانو ذرات بر جوانه زنی بذر، رشد ریشه و عملکرد گیاه، بیانگر اثر مثبت و منفی ناشی از نانو ذرات مختلف و گیاهان متفاوت است(لین و زینگ2007)(زانگ و همکاران2007)(تورنی و همکاران 2007). در پژوهش حاظر سعی بر آن شده تا امکان استفاده از نانو ذرات لاستیک به عنوان منبع تامین کننده روی در کشت هیدروپونیک خیار و نیز تاثیر و سرنوشت این نانو ذرات در گیاه مورد بررسی قرار گیرد.
2- مواد و روشكار
تولید نانو ذرات لاستیک از تایر های فرسوده و مشخصه یابی آنها
به منظور تولید نانو ذرات، پودر لاستیک تایرهای فرسوده کامیون و سواری تولیدی کارخانهی کویر تایر یزد با آسیاب شیاردار، از آسیابکاری این ضایعات به روش پیشنهادی همین محققان (مقدسی و همکاران، 2013) با استفاده از آسیاب گلولهای سیارهای استفاده شد. سپس نانو ذرات تولیدی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی و عبوری مشخصهیابی شدند. بدین منظور حدود 50 میلیگرم از ذرات تیمار شده به روشهای مختلف، به مدت 400 ثانیه روکش طلا داده شده و سپس با میکروسکوپ الکترونی روبشی (مدل30PHILLIPS XL) مورد بررسی قرار گرفت. همچنین نمونهای از ذرات معلق در محلول غذایی پس از 10 دقیقه التراسونیک (مدل UP200Hساخت آلمان) تهیه و با میکروسکوپ الکترونی عبوری (مدل EM10C-80KV ساخت آلمان)، مورد مطالعه قرار گرفت.
به منظور تعیین غلظت عناصر روی، آهن، سرب و کادمیم در این ضایعات، از عصارهگیرهای پیشنهادی توسط طاهری و همکاران (2011)، اسید سولفوریک 1 مولار برای خاکستر تایر و نانو ذرات آن و نیز اسید نیتریک 4 نرمال برای پودر لاستیک و نانو ذرات آن، استفاده شد. به این منظور 1 گرم از تیمارهای مورد نظر را در 20 میلیلیتر از عصارهگیرهای مذکور حل شده و به مدت 1 ساعت بر روی گرم کن با دمای 70 درجه سلسیوس قرار داده شد. سپس محلول حاصل به مدت 24 ساعت بر روی همزن الکتریکی با دور120 دور در دقیقه قرار گرفته و در پایان از کاغذ صافی واتمن 42 عبور داده شده و غلظت آهن، روی، سرب و کادمیم در عصاره حاصل به وسیله دستگاه جذب اتمی (مدلPerkinElmer 3030 ) اندازهگیری شد.
کشت آبی خیار
در این مرحله به منظور ارزیابی سمیت نانو ذرات ضایعات لاستیک و خاکستر آن در مقایسه با ذرات میکرونی این ضایعات و کود سولفات روی، یک آزمایش در قالب طرح فاکتویل کاملاً تصادفی و با سه منبع تامین کننده روی هر یک در پنج سطح و سه تکرار در گلخانه تحقیقاتی مرکز کشت بدون خاک دانشگاه صنعتی اصفهان اجرا شد. به این منظور ابتدا هشتاد عدد بذر گیاه خیار (Cucumis sativus L) رقم سوپردامینوس در جعبه نشاء حاوی ترکیب 80 درصد پیت ماس و 20 درصد شن کشت شد. در هر حفره از جعبه نشاء یک بذر در عمق یک سانتیمتری قرار داده شد. سپس جعبه نشاء زیر پوشش پلاستیکی قرار گرفت و محیط زیر پوشش پلاستیکی و سطح خزانه هر روز به کمک آبفشان کاملاً مرطوب نگهداشته شد. پس از گذشت دو هفته از کاشت بذر، نشاءهای همگن انتخاب و به ظروف 5/1 لیتری حاوی محلول غذایی نیم جانسون فاقد روی منتقل شد. به منظور جلوگیری از عبور نور، ظروف کشت با پوشش پلاستیکی پوشانده شده بودند و در هر ظرف دو سوراخ به منظور هوادهی و استقرار گیاه ایجاد شده بود. ترکیب عناصر موجود در محلول کامل غذایی جانسون (جاسون 1957) فاقد روی در جدول (1) آورده شده است.
جدول 1- ترکیب شیمیایی و غلظت عناصر مورد استفاده در محلول غذایی پایه
غلظت (میلیگرم در لیتر) | عناصر کم مصرف | غلظت (میلیگرم در لیتر) | عناصر پر مصرف |
27/0 | H3BO3 | 224 | KNO3 |
77/1 | KCL | 235 | Ca(NO3)2.4H2O |
03/0 | CuSO4.7H2O | 160 | NH4H2PO4 |
80/2 | Fe-EDTA | 24 | MgSO4.7H2O |
11/0 | MnSO4 |
|
|
05/0 | H2MoO4 |
|
|
pH محلول غذایی در طول آزمایش با استفاده از اسیدکلریدریک و سود در حدود 5/5 تنظیم شد. بوتههای خیار پس از یک هفته به محلول غذایی جانسون کامل انتقال یافتند. محلول غذایی هفتهای یک بار عوض شد. پس از گذشت سه هفته، تیمارهای کودی شامل سه منبع مختلف روی (کود سولفات روی تجاری، پودر لاستیک، نانو ذرات حاصل از پودر لاستیک) و پنج سطح روی (صفر، 1، 5، 25، 125 میلیگرم بر لیتر) اعمال گردید.
قبل از اضافه کردن تیمارهای نانو، نانو ذرات ده دقیقه با استفاده از دستگاه التراسونیک (مدل UP200Hساخت آلمان) از یکدیگر جدا شدند. محلول غذایی حاوی تیمار، روزانه سه بار با همزن شیشه هم زده شد. پس از گذشت6 هفته از انتقال نشاء، و در مرحلهی زایشی، بوتههای خیار برداشت گردید.
اندازهگیری عملکرد وزن خشک کل، وزن تر میوه و غلظت عناصر روی، آهن، سرب و کادمیم گیاه
در پایان آزمایش، گیاهان با آب مقطر شستشو داده شده و ریشه، شاخساره و میوه از یکدیگر جدا گردید. پس از تعیین وزن تر میوه، نمونههای گیاهی به مدت 48 ساعت در دمای 70 درجه سلیسیوس خشککن خشک و وزن خشک ریشه و شاخساره تعیین شد. جهت اندازهگیری غلظت عناصر، نمونه گیاهی آسیاب شده و 1 گرم از هر نمونه به مدت 5 ساعت در دمای 550 درجه سلسیوس کوره الکتریکی قرار گرفت. خاکستر حاصل با استفاده از 10 میلی لیتر اسید کلریدریک 2 نرمال عصارهگیری شد و غلظت عناصر روی، آهن، سرب و کادمیم آن با استفاده از دستگاه جذب اتمی (مدلPerkin Elmer 3030) تعیین گردید (لینزی و همکاران 1978).
این آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی با سه تکرار انجام شد. عوامل پژوهش شامل پنج سطح روی (صفر، 1، 5، 25، 125 میلیگرم بر لیتر) از سه منبع کودی (کود سولفات روی تجاری، پودر لاستیک و نانو ذرات حاصل از پودر لاستیک) بود. تجزیه آماری نتایج با استفاده از نرم افزار Statistix 8 و Excell و آزمون t-student آنالیز گردیده. همچنین برای مقایسهی میانگینها از آزمون LSD در سطح پنج درصد استفاده شد.
3- يافته‌ها
ویژگیهای نانو ذرات تولیدی
تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی و عبوری بیانگر تولید موفقیت آمیز نانو ذرات حاصل از آسیابکاری پودر لاستیک است (شکل 1 و2). حدود اندازهی ذرات تولیدی با کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی و عبوری مدل (PHILLIPS XL30 Robeahi) تخمین زده شد که در جدول 2 قابل مشاهده است.
شکل 1- تصویر sEM ضایعات لاستیک 5 ساعت آسیابکاری شده همراه با ضایعات سیلیسی با نسبت 1:1 (کوچکتر از 100 نانو متر) (GR1).
شکل 2- تصویر TEM ضایعات لاستیک 5 ساعت آسیابکاری شده همراه با ضایعات سیلیسی با نسبت 1:1 (کوچکتر از 100 نانو متر) (1GR2-Si).
جدول 2- حدود اندازههای نمونه های لاستیک میکرونی (GR2), نانو ذرات لاستیک (GR2-Si),
Some extent | sample |
1µm | GR2 |
<100nm | GR2-Si |
نتایج این آزمایش نشان داد ذرات لاستیک (1GR2) دارای 5/1 تا 2 درصد و نانو ذرات آن (1GR2-Si) 2 تا 5/2 درصد روی قابل عصارهگیری با اسید نیتریک هستند (شکل5). كينوشيتا و همکاران (2005) پس از سوزاندن تايرهاي فرسوده در کوره و عصاره گیری خاکستر حاصل از آن با اسیدهای آلی و معدنی مختلف و آب، توانستند مقدار قابل توجهی از عناصر از جمله روی را از اين ذرات استخراج کنند. سمولدر و همکاران (2002) نیز بیان داشتند که سالانه مقدار زیادی روی از تایرهای فرسوده به محیط اضافه میشود. غلظت آهن قابل عصاره گیری در ذرات لاستیک (1GR2) قابل صرف نظر کردن بود در حالی که غلظت آهن در نانو ذرات تولیدی (1GR2-Si) تا 7/3 درصد افزایش یافته که البته این مقدار مربوط به آهن آزاد شده از آسیاب گلولهای سیارهای در حین آسیاب کاری نمونه میباشد (شکل 6). از طرف دیگر کادمیم عصارهگیری شده از ضایعات لاستیک و نانو ذرات آن در حد تشخیص دستگاه جذب اتمی نبود. غلظت سرب ذرات لاستیک 82/12 میلیگرم بر کیلوگرم و نانو ذرات آن 24/19 میلیگرم بر کیلوگرم بود. بر اساس گزارش EPA در سالهای 1999- 2000 نسبت روی به کادمیم نسبت (Cd:Zn) در برخی کودهای چینی خریداری شده 1/0 الی 8/0 بوده در حالی که این نسبت در کودهایی نظیر سولفات روی و بلومتین به ترتیب 000022/0 و 00012/0 بوده است (اسکوبل 1991). با توجه به گزارش USEPA، حداکثر غلظت قابل قبول کادمیم در کود به ازای واحد مقدار روی (میلیگرم در کیلوگرم)، 4/1 است (اسکوبل 1991). طاهری و همکاران (2011) نیز بیان کردند که غلظت کادمیم موجود در این ضایعات کمتر از حد تشخیص دستگاه جذب اتمی بوده است.
شکل5- غلظت آهن و روی عصارگیری شده با اسید نیتریک 4 نرمال در نمونه های لاستیک میکرونی(GR1) و نانو ذرات لاستیک(GR12)
عملکرد وزن خشک کل گیاه تحت تاثیر منبع و سطوح مختلف روی
نتایج پژوهش نشان داد افزایش سطح روی تا غلظت 5 میلیگرم بر لیتر سبب افزایش وزن خشک کل گیاه و پس از آن تا غلظت 125 میلیگرم بر لیتر به سبب سمیت روی سبب کاهش وزن خشک گیاه شد. بر اساس نتایج پژوهش حاضر، کمترین وزن خشک گیاه در تیمار بدون روی تولید شد (شکل 8). نیاز گیاه به روی به طور معمول کمتر از آهن است و افزایش بیش از حد روی به سبب رقابت این عناصر با یکدیگر، مانع از جذب و انتقال آهن میشود. حمزهپور و همکاران (1389) بیان داشتند در نتیجهی بر هم زدن توازن عناصر روی و آهن در گیاه رشد کلی گیاه کم شده و عملکرد کاهش مییابد.
شکل 8- اثر اصلی سطوح مختلف روی بر وزن خشک کل گیاه
ستونهایی که حداقل یک حرف مشترک با یکدیگر دارند اختلاف معنیداری در سطح پنج درصد ندارند.
بر اساس نتایج حاصل از این پژوهش، استفاده از ذرات لاستیک، صرف نظر از اندازه ذرات، سبب افزایش معنیدار عملکرد وزن خشک کل خیار در مقایسه با تیمار شاهد (بدون روی) و تیمار سولفات روی شد. بر اساس نتایج ارائه شده توسط طاهری (1387) کاربرد ذرات لاستیک با تأمین نیاز روی گیاه گوجهفرنگی سبب افزایش وزن خشک گیاه نسبت به تیمار شاهد (محلول جانسون) شد. نتایج کاربرد پودر لاستیک به عنوان کود روی (در سطح 1 میکرومولار روی) در کشت محلول خیار نشان داد که استفاده از این ضایعات سبب افزایش عملکرد وزن خشک شاخساره گیاه در مقایسه با تیمار شاهد (بدون روی) شد. در پژوهش حاضر، تاثیر کاربرد نانو ذرات لاستیک بر عملکرد خیار نه تنها موجب کاهش عملکرد نشد بلکه سبب افزایش عملکرد خشک گیاه نسبت به تیمار بدون مصرف نانو ذرات گردید. همچنین تاثیر کاربرد نانو ذرات لاستیک در افزایش عملکرد بیشتر از ذرات درشتتر این ضایعات و کود سولفات روی بود (شکل 9). به نظر میرسد ضایعات لاستیک در اندازه نانو علاوه بر تجزیهپذیری سریعتر، نفوذ بیشتری به سلولهای گیاهی دارند. کمترین عملکرد خیار مربوط به گیاه رشد کرده در محلول غذایی بدون تیمار روی و غلظت 125 میلیگرم در لیتر کود سولفات روی بود. کاهش عملکرد گیاه در تیمار 125 میلیگرم در لیتر به علت سمیت ناشی از روی بوده است. در این سطح کاربرد روی ، کود سولفات روی بیشترین سمیت روی را در بوتههای خیار سبب شد در حالی که ذرات لاستیک در اندازه میکرون کمترین سمیت را از خود نشان دادند. به نظر میرسد یکی از دلایل کمتر بودن سمیت ذرات لاستیک در مقایسه با کود سولفات روی حضور هر چند ناچیز آهن و سیلیس در نمونهی ضایعات میباشد. تعدادی از محققان در مطالعات خود نشان دادند سیلیسیم به عنوان عنصری مفید سبب بهبود رشد و عملکرد گیاه خیار میشود. بر اساس نتایج ارائه شده توسط اپستتین (1999) یکی از سازوکارهای افزایش ظرفیت آنتی اکسیداتیو گیاه، استفاده از عناصر مفیدی نظیر سیلیسیم میباشد. لیانگ و همکاران (2005) گزارش دادند که سیلسیم میتواند تحمل ذرت در برابر سمیت فلزات سنگین شود. اهمیت تعادل تغذیه آهن و روی نیز به سبب رقابت این عناصر بر سر انتقال از ریشه به اندام هوایی توسط محققان بسیاری گزارش شده است. بسیاری از محققان با مطالعه رابطه روی و آهن، نشان دادند مصرف هر یک از این دو عنصر، غلظت عنصر دیگر را پایین میآورد (آلووی 2008). با توجه به غنی بودن نانو ذرات از آهن و احتمالاً سیلیس، به نظر میرسد این منابع نسبت به کود سولفات روی و پودر و خاکستر لاستیک تعادل تغذیهای مناسبتری را در گیاه پدید آورده و مانع از بروز کمبود آهن در گیاه به ویژه اندام هوایی شوند. از سوی دیگر این امکان وجود دارد که نانو ذرات نفوذی در گیاه عنصر روی را به مرور آزاد و در نتیجه آثار سمی روی کمتر ایجاد میشود.
جدول 3- تاثیر کاربرد سطوح مختلف روی از منابع مختلف کودی بر وزن خشک کل خیار
(1GR2: لاستیک در اندازه حدود 1 میکرون، 1GR2-Si: نانو ذرات لاستیک حاصل از 5 ساعت آسیابکاری ضایعات 1 میکرونی لاستیک ZnSO4: کود سولفات روی)
تیمار |
| غلظت روی(mg L-1) |
|
| |
0 | 1 | 5 | 25 | 125 | |
1GR2 | 9/53 k | 63/18 e-i | 61/23a-e | 51/21 b-f | 11/17 f-j |
1GR2-Si | 9/53 k | 91/21 a-f | 84/26 ab | 83/19 d-h | 94/13 ijk |
ZnSO4 | 9/53 k | 14/15 g-k | 63/20 c-g | 82/18 e-i | 65/9 k |
اعدادی که حداقل یک حرف مشترک با یکدیگر دارند اختلاف معنیداری در سطح پنج درصد ندارند.
1GR2Si |
1GR2 |
ZnSO4 |
شکل 9- وضعیت ظاهری بوتههای خیار تحت تاثیر تیمارهای مختلف روی
(1GR2: پودر لاستیک در اندازه میکرون، 1GR2-Si: نانو ذرات لاستیک حاصل از آسیابکاری ذرات در اندازه 1 میکرون لاستیک همراه با سیلیس با نسبت 1:1،ZnSO4 : کود سولفات روی).
تاثیرمنبع و سطوح مختلف روی بر غلظت روی کل گیاه
بر اساس نتایج حاصل از این آزمایش، اختلاف معنیداری (در سطح 1/0 درصد) از لحاظ غلظت روی کل گیاه خیار بین منابع مختلف روی، غلظت روی در محلول غذایی و اثر متقابل منبع تامین کنندهی روی و غلظت روی وجود داشت.
جدول 4- تجزیه واریانس اثر اصلی و متقابل منبع و سطوح مختلف روی بر غلظت عناصر روی، آهن، سرب و کادمیم کل گیاه
منابع تغییرات | درجه آزادی | میانگین مربعات | |||
روی | آهن | سرب |
| ||
منبع روی | 4 | 88426*** | 1/8586*** | 002/0ns |
|
سطح روی | 4 | 608947*** | 9/9024*** | 003/0ns |
|
منبع در سطح روی | 16 | 44527*** | 7/2940*** | 006/0ns |
|
خطا | 25 | 1961 | 873 | 001/0 |
|
*** و ns به ترتیب بیانگر وجود اختلاف معنیدار در سطح 5 درصد و عدم وجود اختلاف معنیدار در سطح 5 درصد است.
بر اساس نتایج بدست آمده بیشترین غلظت روی گیاه مربوط به تیمار لاستیک اختصاص (شکل 10). بر اساس نتایج کمترین غلظت روی گیاه نیز تحت تاثیر نانو ذرات لاستیک حاصل شد. دلیل پایین بودن غلظت روی در گیاه تیمار شده با نانو ذرات لاستیک، ممکن است اثر رقت ناشی از افزایش عملکرد گیاه باشد. زیرا نانو ذرات لاستیک بیشترین عملکرد خشک را در گیاه موجب شده است. البته همانگونه که قبلاً بیان شد آهن و روی در رقابت با یکدیگر بوده و احتمال دارد حضور آهن در نانو ذرات لاستیک مانع از جذب روی در گیاه شده باشد.
شکل 10 - تاثیر منابع مختلف روی بر غلظت روی کل گیاه
(1GR2: لاستیک در اندازه حدود 1 میکرون، 1GR2-Si: نانو ذرات لاستیک حاصل از 5 ساعت آسیابکاری ضایعات 1 میکرونی لاستیک و سیلیس با نسبت 1:1 و ZnSO4: کود سولفات روی)
ستونهایی که حداقل یک حرف مشترک با یکدیگر دارند اختلاف معنیداری در سطح پنج درصد ندارند.
. نتایج تجزیه روی گیاه نشان داد بوتههای خیار رشد کرده در محلول غذایی حاوی ذرات لاستیک، مقدار روی بیشتری در مقایسه با بوتههای خیار در محلول غذایی بدون روی (شاهد) در بافتهای خود انباشته کردند (جدول 5). بیشترین غلظت روی گیاه مربوط به تیمار نانو ذرات خاکستر در سطح 125 میلیگرم روی بر لیتر و خاکستر لاستیک در سطح 25 میلیگرم روی بر لیتر بود (جدول5). حد بحراني روي در برگ‌هاي بسياري از گياهان 15 ميکروگرم در گرم ماده خشک در نظر گرفته شده است. با اين حال حد بحراني کمبود روي در اندام‌هاي هوايي گياهان از 15 تا 30 و حد سميت آن در برگ‌ها از 200 تا 500 و برخي اوقات تا 8000 ميکروگرم در هر گرم ماده خشک تغيير مي‌کند. حساسيت گياهان مختلف نسبت به کمبود روي متفاوت است. ذرت، برنج، سويا، حبوبات، سورگوم، مرکبات، درختان ميوه و به ويژه انگور بيشترين حساسيت و هويج، گياهان علوفه‌اي و جو بيشترين مقاومت را نسبت به کمبود روي دارند (مارشنر 1995).
جدول 5- تاثیر کاربرد سطوح مختلف روی از منابع مختلف کودی بر غلظت روی کل گیاه
(1GR2: لاستیک در اندازه حدود 1 میکرون، 1GR2-Si: نانو ذرات لاستیک حاصل از 5 ساعت آسیابکاری ضایعات 1 میکرونی لاستیک و سیلیس با نسبت 1:1، A: خاکستر لاستیک در اندازه حدود 5/0 میکرون، A-Si: نانو ذرات خاکستر لاستیک حاصل از 5 ساعت آسیابکاری خاکستر لاستیک به همراه ضایعات سیلیس با نسبت 1:1، ZnSO4: کود سولفات روی)
منبع روی |
| غلظت روی(mg L-1) |
|
| |
0 | 1 | 5 | 25 | 125 | |
1GR2 | 2/3 h | 5/35gh | 2/135 f | 400 e | 6/581 cd |
1GR2-Si | 2/3h | 6/48 fgh | 7/101fg | 7/319e | 8/137 f |
ZnSO4 | 3/2 h | 5/39gh | 6/89 fgh | 3/113 fg | 3/492d |
در هر ستون اعدادی که حداقل یک حرف مشترک با یکدیگر دارند اختلاف معنیداری در سطح پنج درصد ندارند.
4- بحث و نتيجه گيري
بر اساس نتایج بدست آمده نانو ذرات لاستیک نهتنها موجب وارد آمدن خسارت به گیاه خیار نشدند بلکه به سبب دارا بودن غلظتهای بالای روی و سطوح بسیار ناچیز سرب و کادمیم سبب افزایش وزن خشک و عملکرد گیاه گردیدند. این در حالیست که کود سولفات روی در مقایسه با نانو ذرات عملکرد کمتری را در گیاه موجب شد. از سوی دیگر در سطوح سمیت روی برابر، نانو ذرات سمیت کمتری را در گیاه در مقایسه با کود سولفات روی ایجاد کردند. بر اساس نتایج بدست آمده از این پژوهش به نظر میرسد بتوان از نانو ذرات لاستیک به عنوان منبع تامین روی استفاده کرد. با وجود تمام نکات یاد شده بررسی مطالعات تکمیلی در زمینه تاثیر و سرنوشت این نانو ذرات در گیاه ضروری به نظر میرسد. در صورتی که نانو ذرات مورد نظر در گیاه با سرعت زیادی تجزیه و به یون تبدیل گردند به نظر میرسد که بتوان از این ضایعات و نانو ذرات آن در کشت محصولات غذایی استفاده کرد. در غیر این صورت باز هم به دلیل کوچک بودن نانو ذرات تولیدی نسبت به اندازه معمول ضایعات رها شده در محیط انتظار میرود که این نانو ذرات با سرعت بیشتری در محیط تجزیه شوند و ضمن بهره گرفتن از این محصول در بهبود کمیت و کیفیت گیاهان فضای سبز از خطرات زیست محیطی ناشی از آزاد سازی این ضایعات در محیط کاست.
5- مراجع
خوشگفتارمنش، ا. ح. و آ. سنایی استوار، 1388. قابلیت استفاده روی موجود در ضایعات صنعتی پلیمری شده برای ذرت در یک خاک آهکی، علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، سال سیزدهم، 50: 91-103.
حمزهپور، ن.، م. ملکوتی و ع. مجیدی، 1389. برهمکنش عناصر روی، آهن و منگنز در اندامهای مختلف گندم، مجله پژوهشهای خاک، 24 :1-8.
Chaney, R. L. 2007. Effect of ground rubber vs. ZnSO4 on spinach accumulation of Cd from Cd-mineralized California soil. Abstract, WEFTECH Residuals Conference, Denver, CO, April.
Taheri, S., A. H. Khoshgoftarmanesh and H. Shariatmadari. 2011. Kinetics of zinc release from ground tire rubber and rubberash in a calcareous soil as alternatives to Zn fertilizers. Plant Soil. 341: 89–97.
Afyuni, M., A. H. Khoshgoftarmanesh, V. Dorostkar and R. Moshiri. 2007. Zinc and cadmium content in fertilizers commonly used in Iran. International Conference of Zinc Crops, Istanbul, Turkey 24-28.
Carpita, N., D. Sabularse, D. Montezinos and D. P. Delmer. 1979 Determination of the pore size of cell walls of living plant cells. Science .205: 1144–1147.
Remya, N., H. V., Saino, G. Baiju, T. Maekawa, Y. Yoshida and D. Sakthi Kumar. 2010. Nanoparticulate material delivery to plant, Plant sci. 179: 154-163.
Lin, D. H and B. S. Xing. 2007. Phytotoxicity of nanoparticles. inhibition of seed germination and root elongation. Environ. Pollut. 150, 243–250.
Lin D. and B. Xing. 2008. Root uptake and phytotoxicity of ZnO nanoparticles. Environ. Sci. Technol. 42: 5580-5585.
Zhang, L., M. Su, C. Liu, L. Chen, H. Huang, X. Wu, X. Liu, F. Yang, F. Gao and F. Hong. Antioxidant Stress is Promoted by Nano-anatase in Spinach Chloroplasts Under UV-B Radiation. 2007. Biol. Trace Elem. Res. 109, 68.
Torney, F., G. B. Trewyn, V. S. Y. Lin and K. Wang. 2007. Mesoporous silica Nanoparticles Deliver DNA and Chemicals into Plants. Nanotechnol. 2, 295-300.
Moghaddasi, S., Khoshgoftarmanesh, A.H., Karimzadeh, F., Chaney, R. L., 2013. Preparation of nano-particles from waste tire rubber and evaluation of their effectiveness as zinc source for cucumber in nutrient solution culture. Scientia Horticulturae, 160, 398–403.
Taheri, S., A. H. Khoshgoftarmanesh and H. Shariatmadari. 2011. Kinetics of zinc release from ground tire rubber and rubberash in a calcareous soil as alternatives to Zn fertilizers. Plant Soil. 341: 89–97.
Jhson, C. M., P. R. Stout, T. C. Broyer and A. B. Carlton. 1957. Comparative chlorine requirements of different plant species. Plant Soil. 8: 337-353.
Lindzay, W. L. and W. A. Norvell. 1978. Development of DTPA test for zinc, iron, manganese and copper. Soil Sci. S A. J. 42: 421-428.
Kinoshita, T., K. Yamaguchi, S. Akita, S. Niib, F. Kawaizumi and K. Takashi. 2005. Hydrometallurgical recovery of zinc from ashes of automobile tire wastes. Chemosphere. 59:1105-1111.
Smolders, E and F. Degryse. 2002. Fate and effect of zinc from tire debrise in soil. Environ. Sci. Technol, 36: 3706-3710.
Schauble, C. 1999. Frit Industries. U.S. EPA. February 24, page 1.
Epstein, E. 1999. Silicon. Ann Reu. Plant physiol., Plant Mole. Biol. 50: 641-644.
Liang, Y. C., Q. Shen, Z. Shen and T. Ma. 2008. Effects of silicon on salinity tolerance of two barley cultivars. Bio. Sci. 19: 173-183.
Alloway, B. J. 2008. Zinc in Soil and Crop Nutrition. Online book published by the International Zinc Association, Brussels, Belgium and Paris, France.
Marschner, H. 1995. Mineral Nutrition of Higher Plants, 2nd ed., Academic Press, London.
پژوهش و فناوری محیط زیست، دوره چهارم، شماره شش، بهار و تابستان 98 3
