Comparison of phytoremediation of heavy metals by woody species used in urban forestry of Sanandaj city

فصلنامة علمی - پژوهشی تحقیقات جنگل و صنوبر ایران

جلد 21  شمارة 1، صفحة 165-154، (1392)

مقایسة زیست‌پالایی فلزات سنگین توسط گونه‌های چوبی مورد استفاده در جنگلداری شهری سنندج

نقی شعبانیان^1* و چنور چراغی²

1^*- نویسنده مسئول، استادیار، گروه جنگل‌شناسی و اکولوژی جنگل، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه کردستان، سنندج. پست‌الکترونیک: N.Shabanian@uok.ac.ir

2- دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه جنگل‌شناسی و اکولوژی جنگل، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه کردستان، سنندج

تاریخ دریافت: 28/6/91                                                                تاریخ پذیرش: 20/12/91

چکیده

زیست­پالایی گیاهی امروزه به­عنوان یکی از ارزانترین، پاک­ترین و کاربردی­ترین روشها برای کاهش آلودگی فلزات سنگین محیط‌زیست شناخته شده است. در تحقیق حاضر، به­منظور بررسی توان زیست­پالایی گونه­های چوبی مورد استفاده در جنگلداری شهری سنندج، میزان انباشت برخی فلزات سنگین از قبیل سرب، روی، کادمیوم و منگنز در برگ گونه­های چنار شرقی، نارون، زبان­گنجشک، سرو خمره­ای و کاج سیاه کاشته شده در مرکز شهر سنندج (به­عنوان منطقة آلوده) و محوطة دانشگاه کردستان (به­عنوان منطقة شاهد) اندازه­گیری شد. همچنین تأثیر این فلزات روی برخی از شاخص‌های فیزیولوژیکی گونه­های مذکور مورد بررسی قرار گرفت. برای انجام این کار از آزمایش فاکتوریل بر پایة طرح کاملاً تصادفی با دو عامل مکان در دو سطح (منطقة آلوده و منطقة شاهد) و عامل نوع گونه در پنج سطح (سرو خمره­ای، کاج سیاه، زبان­گنجشک، نارون و چنار شرقی) با پنج تکرار استفاده شد. تجزیه و تحلیل داده­های جمع­آوری شده توسط نرم­افزار SPSS انجام شد و از آزمون چنددامنه‌ای دانکن برای مقایسة میانگین‌ها استفاده شد. نتایج نشان داد که انباشت سرب، روی و کادمیوم در برگ بیشتر گونه­ها در منطقة آلوده با اختلاف معنی‌داری در سطح 95 درصد بیشتر از منطقة شاهد بوده است. در منطقة آلوده بیشترین مقدار انباشت سرب و کادمیوم در سرو خمره­ای، روی در زبان­گنجشک و منگنز در نارون مشاهده شد. در مقایسه منطقة آلوده با منطقه شاهد، در همه گونه­ها مقدار کلروفیل کمتر، ولی مقدار پرولین بیشتر از منطقة شاهد بود. همچنین بیشترین مقدار کلروفیل در برگ‌های چنار شرقی و اسید آمینه و پرولین در نارون مشاهده شد.

واژه­های کلیدی: سرو خمره‌ای، زبان­گنجشک، نارون، چنار شرقی، پرولین، کلروفیل.

مقدمه

فلزات سنگین از آلاینده‌های خطرناک زیست­محیطی هستند که بیشتر آ­نها حتی در مقادیر کم سمی و خطرناک می‌باشند. منابع اصلی ورود فلزات سنگین به بیوسفر شامل سوختهای فسیلی، معادن ذوب فلزات، فاضلابها و ترکیبهای شیمیایی است (Memon & Schroder, 2009). بسیاری از فلزات سنگین برای موجودات زنده مضر هستند و به همین دلیل انسان همواره به دنبال راه­­ مناسبی برای کاهش آنها در طبیعت است. یکی از مناسب­ترین، کاربردی‌ترین و ارزان­ترین روش­ها در این زمینه، اصلاح زیستی گیاهی (phytoremediation) یا به­عبارت دیگر کاهش آلودگی محیط توسط گیاهان است (Burken et al., 2011). گیاهان می­توانند به­طرق مختلف آلاینده‌ها را در محیط زیست کاهش دهند. توانایی بالای برخی گونه­ها در جذب انتخابی عناصر و ترکیبهای آلوده کننده، امکان استفاده از گیاهان در پاک‌سازی محیط‌های آلوده را فراهم کرده است (Gosh & Singh, 2005).

در مورد زیست­پالایی فلزات سنگین توسط گیاهان چوبی، گزارش اندکی در داخل و خارج از کشور وجود دارد که به برخی از آنها اشاره می­شود.

Piczak et al. (2003) با تحقیقی روی مقدار انباشت روی در برگهای درختان موجود در خیابانهای مرکزی پایتخت لهستان نشان دادند که گونة بید در فصلهای مختلف سال از 122 تا 356 میلی­گرم در کیلوگرم و گونة افرا از 5/37 تا 1/56 میلی­گرم در کیلوگرم روی را از هوا در برگهای خود انباشته می‌کنند. نتایج تحقیقی روی توانایی زیست­پالایی دو گونة بلوط ایرانی (Quercus brantii) و پستة وحشی (Pistacia atlantica) از نظر انباشت دو عنصر سرب و کادمیوم نشان داد که مقدار انباشت سرب در دو گونة بنه و بلوط ایرانی به‌ترتیب حدود 2648 و 1940 میلی‌گرم در کیلوگرم وزن خشک و بیشترین میزان کادمیوم 1648 و 1177 میلی­گرم در کیلوگرم وزن خشک بوده است (Khodakarami et al., 2009).

درختان شهری از اهمیت بالایی برای شهرنشینان برخوردارند، همچنین ممکن است با قرار گرفتن در معرض آلودگی، خود درختان در معرض خطر باشند. به­عنوان مثال، در برگ گونه­های درختی کنار جاده‌های شهری، آلودگی هوا سبب تغییراتی در میزان کلروفیل و فعالیت پراکسیداز چنار (Platanus orientalis) شده است (Baycu et al., 2006). در درختان حرا (Avicennia marina)، افزایش فعالیت آنزیم پراکسیداز تحت افزایش غلظت فلز سرب در برگ درخت و نیز کاهش قابل توجه رنگدانه­های فتوسنتزی برگ تحت تأثیر فلزات مس و روی در این گونه مشاهده شده است (Macfarlane & Burchett, 2001). در Populus cathayana وجود فلز منگنز به­طور معنی­داری سبب کاهش کلروفیل و شاخصهای رشد مثل ارتفاع ساقه، قطر پایه، زیست­توده، سطح کل برگ و همچنین افزایش اسید آبسیزیک، پلی­آمین و اسیدهای آمینه آزاد مثل پرولین، هیستیدین و غیره شده­ است (Lei et al., 2007). در تحقیقی که در چین انجام شده بود، مقدار کلروفیل در برگ نهالهای Paulownia fortuneiتحت استرس روی و مس به‌شدت کاهش و مقدار تجمع پرولین تحت استرس سرب و کادمیوم، افزایش یافته بود (Wang et al., 2010). Shariat et al. (2010) تأثیر کادمیوم روی برخی شاخصهای فیزیولوژیکی در گونه Eucalyptus occidentalisرا بررسی کردند و به ­این نتیجه رسیدند که با افزایش غلظت تیمارهای کادمیوم‏، مقدار پرولین در برگ اکالیپتوس افزایش می­یابد و مقدار رنگدانه­های کلروفیل کاهش می­یابد. آنها همچنین نشان دادند که اکالیپتوس توان انباشت عنصر آلایندة کادمیوم را دارد بدون اینکه اختلال جدی در رشد آن به­وجود آید.

هدف از تحقیق حاضر اولاً بررسی وجود فلزات سنگین در مرکز شهر سنندج به­عنوان یک منطقه با ترافیک نسبتاً بالا و مقایسة آن از این نظر با یک منطقه با ترافیک کمتر و ثانیاً بررسی و مقایسة مقدار انباشت فلزات سنگین (سرب، روی، کادمیوم و منگنز) در برخی از گونه­های چوبی مورد استفاده در جنگلداری شهری سنندج مثل سرو خمره­ای (Biota orientalis)، کاج سیاه (Pinus nigra)، چنار شرقی (Platanus orientalis)، زبان­گنجشک (Fraxinus rotundifolia) و نارون (Ulmus carpinifolia) و ثالثاً بررسی برخی شاخصهای فیزیولوژیکی این گونه‌ها مانند رنگدانه­های کلروفیل و اسیدآمینة پرولین در ارتباط با آلودگیهای محیطی به­منظور انتخاب بهترین گونه‌های چوبی جنگلی برای استفاده در جنگلداری شهری سنندج و یا در دیگر شهرها با اقلیم و شرایط مشابه می‌باشد. برای رسیدن به اهداف مورد نظر، فرضیه­هایی ازجمله اینکه «در مرکز شهر سنندج آلودگی فلزات سنگین وجود دارد و گونه­های درختی کاشته ­شده در شهر سنندج توان زیست­پالایی فلزات سنگین را دارند و از این نظر در بین آنها تفاوت معنی‌داری وجود دارد»، مورد توجه می‌باشد.

مواد و روش‌ها

برای انجام تحقیق حاضر، دو منطقه یکی در مرکز شهر سنندج (میدان آزادی) که از ترافیک نسبتاً بالایی برخوردار است به­عنوان منطقة آلوده با ارتفاع 1462 متر از سطح دریا که مختصات آن در سامانة مختصات UTM Zone 38n معادل 681158 X= و 3905963 Y= می­باشد و دیگری در محوطة دانشگاه کردستان با ارتفاع 1468 متر از سطح دریا و مختصات 681969 X= و 3905809 Y= واقع در اطراف شهر سنندج با ترافیک ناچیز که از نظر شرایط فیزیوگرافی تقریباً مشابه منطقة آلوده می­باشد‏ به­عنوان منطقة شاهد‏‏ انتخاب شدند. شهر سنندج، مرکز استان کردستان با مساحت 6/3688 هکتار و ارتفاع 1400 متر از سطح دریا با مختصات جغرافیایی ۱۴ درجه و ۳۵ دقیقه عرض شمالی و ۴۶ درجة طول شرقی در غرب ایران و در بخش جنوبی استان کردستان قرار دارد. این شهرستان بیشتر در منطقة نیمه­خشک واقع شده است. بارندگی سالیانه در شهر سنندج به­طور متوسط 500-450 میلی­متر و متوسط درجه حرارت سالیانه 1/13+ درجه ­سانتی­گراد تخمین زده شده است.

به‌منظور بررسی توان زیست­پالایی گونه­های چوبی مورد استفاده در فضای سبز شهری سنندج، از آزمایش فاکتوریل بر پایة طرح کاملاً تصادفی با دو عامل مکان در دو سطح (منطقة آلوده و منطقة شاهد) و عامل نوع گونه در 5 سطح (سرو خمره­ای، کاج سیاه، زبان­گنجشک، نارون و چنار شرقی) با 5 تکرار استفاده شد. برای نمونه­گیری، در اواسط مردادماه ابتدا از تمام درختان از گونه­های موجود در منطقة مورد بررسی از چهار جهت جغرافیایی نمونة برگ تهیه (از هر طرف حدود 50 گرم) و به آزمایشگاه منتقل شد. سپس به­منظور تهیة نمونة ترکیبی برگهای مربوط به هر گونه در هر منطقه با همدیگر ترکیب و مخلوط شدند و در نهایت از نمونة ترکیبی مربوط به هر گونه 5 نمونه به‌عنوان تکرار آزمایش برداشت شد.

برای اندازه‌گیری مقدار عناصر آلاینده، ابتدا نمونه­های برگ با آب مقطر شستشو و در دمای اتاق به‌مدت 48 ساعت خشک شدند و بعد برای هضم آسان، آسیاب شدند. عصاره­گیری نمونه­ها توسط اسید نیتریک و اسید کلریدریک انجام شد و بعد قرائت نمونه­ها به­وسیلة دستگاه جذب اتمی در طول موجهای مختلف برای عناصر مورد نظر انجام گردید (Westerma, 1990).

به‌منظور تعیین مقدار پرولین و کلروفیل برگ، برای هضم آسان آنها در مرحلة عصاره­گیری با آسیاب به صورت پودر درآورده شدند. استخراج کلروفیل با استفاده از استون و طبق روش تغییر یافته آرنون انجام شد(Arnon, 1949). قرائت نمونه­ها با دستگاه اسپکتوفتومتر در طول موج 645 و 663 نانومتر انجام شد. به­منظور اندازه­گیری محتوای اسید آمینة پرولین، از روش Bates et al. (1973) استفاده شد. قرائت نمونه­ها توسط دستگاه اسپکتوفتومتر در طول موج 520 نانومتر انجام شد. داده­های جمع­آوری شده در قالب آزمایش فاکتوریل بر پایة طرح کاملاً تصادفی، پس از تست نرمال بودن آنها، تجزیه و تحلیل شدند. سپس با تأیید فرض همگنی واریانسها، برای مقایسة میانگین‌های بدست­آمده از آزمون چنددامنه‌ای دانکن استفاده شد.

نتایج

داده­های جمع­آوری شده مربوط به انباشت فلزات در برگ گونه­های مورد مطالعه و همچنین داده­های مربوط به مقدار تجمع رنگدانه کلروفیل و اسید آمینه پرولین در برگ آنها در قالب آزمایش فاکتوریل بر پایة طرح کاملاً تصادفی تجزیه و تحلیل شدند. خلاصة نتایج تجزیه واریانس داده­ها در جدول1 و 3 آمده است.

جدول1- تجزیه واریانس داده­های مربوط به انباشت فلزات سنگین در برگ گونه­های مورد بررسی

*: اختلاف معنی­دار در سطح 5 درصد و **: اختلاف معنی­دار در سطح 1 درصد

همان­طور که در جدول1 مشاهده می­شود اثر گونة درختی، مکان جمع­آوری و نیز تأثیر متقابل این دو پارامتر بر روی مقدار انباشت فلزات سرب، روی، کادمیوم و منگنز در سطح یک و پنج درصد معنی­دار بوده است.

به­منظور بررسی وجود اختلاف معنی­دار در بین میانگین‌های مربوط به انباشت فلزات در گونه­های مختلف و همچنین در دو منطقه، تمام میانگین‌های مربوط به انباشت هر فلز در گونه­های مختلف در مرکز شهر و در منطقة شاهد، پس از تأیید همگنی واریانسها از طریق آزمون چنددامنه‌ای دانکن با همدیگر مقایسه شدند و معنی­دار بودن اختلاف بین میانگین‌ها با حروف لاتین ناهمسان نشان داده شده است (جدول2).

جدول 2- مقایسة میزان فلزات سنگین در گونه­های مورد بررسی براساس میلی­گرم در کیلوگرم وزن خشک برگ (میانگین ± اشتباه معیار)

حروف لاتین یکسان نشان­دهندة عدم وجود اختلاف معنی­دار بین میانگین‌ها می­باشد.

با توجه به جدول2، انباشت سرب، روی و کادمیوم در بیشتر گونه­های منطقة آلوده به­طور معنی­داری در سطح پنج درصد بیشتر از منطقة شاهد است، اما مقدار منگنز از این روند پیروی نمی​کند؛ به­طوری‌که مقدار آن در برخی از گونه­ها مثل کاج سیاه و زبان­گنجشک در منطقة شاهد به­طور معنی​داری بیشتر از منطقة آلوده است، در حالی که در گونه­های دیگر مورد بررسی مقدار آن در منطقة آلوده بیشتر می­باشد. در منطقة آلوده با اختلاف معنی­داری در سطح پنج درصد، بیشترین مقدار انباشت فلزات سرب و کادمیوم در سرو خمره­ای، فلز روی در زبان­گنجشک و فلز منگنز در نارون مشاهده شده است.

همان­طور که در جدول3 مشاهده می­شود، اثر گونة درختی، مکان جمع­آوری و نیز تأثیر متقابل این دو عامل روی مقدار رنگدانه­های کلروفیل و اسیدآمینة پرولین برگ گونه­های مورد بررسی در سطح یک درصد معنی­دار بوده است. خلاصة نتایج این مقایسه‌ها در شکلهای1 و 2 نشان داده شده است.

جدول3- تجزیه واریانس داده­های مربوط به کلروفیل و پرولین در گونه­های مورد بررسی

**: اختلاف معنی­دار در سطح یک درصد

شکل1- مقایسة میزان کلروفیل در گونه­های مختلف در دو منطقة آلوده و شاهد شهر سنندج

شکل2- مقایسة میزان پرولین در گونه­های مختلف در دو منطقة آلوده و شاهد شهر سنندج

همان­طور که در شکلهای1 و 2 مشاهده می­شود، مقدار کلروفیل برگ تمامی گونه­های مورد بررسی در منطقة آلوده با اختلاف معنی­داری در سطح پنج درصد کمتر از منطقة شاهد است و در منطقة آلوده بیشترین مقدار کلروفیل مربوط به گونة چنار شرقی است. همچنین مقدار پرولین در کاج سیاه، زبان­گنجشک و نارون در منطقة آلوده به­طور معنی‌داری بیشتر از منطقه شاهد بوده و بیشترین مقدار پرولین با اختلاف معنی­داری مربوط به گونة نارون و کاج سیاه است.

بحث

نتایج تحقیق حاضر نشان می­دهد که اثر نوع گونة درختی، منطقة رویشی و نیز تأثیر متقابل دو جانبة این دو پارامتر روی مقدار انباشت فلزات سنگین سرب، روی، کادمیوم و منگنز در سطح یک و پنج درصد معنی­دار بوده است (جدول1). به­عبارت دیگر، می­توان گفت که توانایی انباشت فلزات در گونه­های مختلف چوبی مورد بررسی متفاوت است، همچنین از نظر مقدار انباشت فلزات در گونه­های مشابه در دو منطقة مورد بررسی یعنی در مرکز شهر سنندج به­عنوان یک منطقه با ترافیک بیشتر و در محوطة دانشگاه کردستان به­عنوان یک منطقه با ترافیک کمتر تفاوت معنی­داری وجود دارد. مطالعة مقدار رنگدانة کلروفیل و اسیدآمینة پرولین در گونه­های مختلف چوبی در دو منطقه مورد بررسی نشان می­دهد که اثر گونة درختی، منطقة رویشی و نیز تأثیر متقابل آنها بر روی مقدار این دو مشخصه در سطح یک درصد معنی­دار بوده است (جدول3).

مقایسة میانگین­ انباشت فلزات سنگین در گونه­های درختی (جدول2) نشان می­دهد که انباشت سرب، روی و کادمیوم در بیشتر گونه­های مورد بررسی در منطقة آلوده (مرکز شهر سنندج) با اختلاف معنی­داری در سطح پنج درصد بیشتر از منطقه شاهد است. در مورد فلز سرب، سرو خمره­ای در مقایسه با دیگر گونه­ها توانسته است مقدار بیشتری (08/1 میلی­گرم در کیلوگرم) از این فلز را در منطقة آلوده در خودش انباشته کند و این مقدار نسبت به مقدار جذب آن در منطقة شاهد حدود 3 برابر بیشتر است. در گونة کاج و چنار از نظر انباشت سرب تفاوت معنی‌داری بین منطقة آلوده و شاهد مشاهده نمی‌شود. در زبان­گنجشک و نارون نیز مقدار انباشت سرب در منطقة آلوده به‌ترتیب 30 و 46 درصد بیشتر از منطقة شاهد است. مقدار فلز روی در برگ گونه­های مورد بررسی در منطقة شاهد با یکدیگر تفاوت قابل توجهی را نشان نمی­دهد (جدول2)، ولی در همة آنها بجز گونة کاج در منطقة آلوده مقدار انباشت این فلز به­طور قابل ملاحظه­ای بیشتر از منطقة شاهد بوده است و بیشترین مقدار انباشت این فلز با تفاوت معنی­داری در گونة زبان­گنجشک (23/63 میلی­گرم در کیلوگرم) و پس از آن به­ترتیب در گونه­های سرو خمره­ای، نارون، چنار و کاج سیاه (49/27 میلی­گرم در کیلوگرم) اتفاق افتاده است. در گونة زبان­گنجشک مقدار انباشت روی در منطقة آلوده 73/1 برابر بیشتر از منطقة شاهد بوده است. از نظر فلز کادمیوم نیز سرو خمره­ای بیشترین مقدار جذب (9/5 میلی­گرم در کیلوگرم) را در منطقة آلوده داشته است و در همة گونه­ها به­استثنای زبان‌گنجشک مقدار کادمیوم در منطقة آلوده به­طور معنی­داری بیشتر از منطقة شاهد بوده است. در مورد فلز منگنز این روند برای همة گونه­ها حاکم نبود، به­طوری که مقدار این فلز در گونه­های نارون، چنار و سروخمره­ای در منطقة آلوده به­طور قابل ملاحظه‌ای بیشتر بود، ولی در گونه­های کاج سیاه و زبان‌گنجشک در منطقة شاهد به­طور معنی­داری بیشتر از منطقة آلوده بود. بیشترین مقدار جذب منگنز در منطقة آلوده توسط گونة نارون (45/66 میلی­گرم در کیلوگرم) انجام شده است. با مقایسه مقدار انباشت فلزات در گونه­های مورد بررسی در مرکز شهر سنندج، به­طور خلاصه می‌توان گفت که با اختلاف معنی­داری در سطح پنج درصد، بیشترین مقدار انباشت فلزات سرب و کادمیوم در سرو خمره­ای، فلز روی در زبان­گنجشک و منگنز در نارون اتفاق افتاده است. این نتیجه­ها ضمن به­اثبات رساندن وجود مقدار بیشتر فلزات سنگین در محیط مرکز شهر سنندج نسبت به منطقة شاهد، نشان می‌دهد که اولاً گونه‌های گیاهی در محیط‌های آلوده به فلزات سنگین می‌توانند بخشی از این فلزات را جذب کنند و به این طریق تا حدی از آلودگی محیط بکاهند و ثانیاً قابلیت و توانایی انباشت فلزات سنگین در گونه‌های گیاهی مختلف می‌تواند متفاوت باشد (Burken et al., 2011) که این پدیده به احتمال زیاد به صفات فیزیولوژیک گونه‌ها مربوط می‌باشد، به­طوری‌که برخی از گونه‌های گیاهی به­عنوان گیاهان سوپرجاذب تا حد زیادی می‌توانند فلزات سنگین را از محیط جذب کنند بدون اینکه خودشان دچار آسیب جدی شوند، در حالی که بعضی از گونه‌های گیاهی توانایی جذب پایین‌تری داشته و ممکن است در محیط­های آلوده به فلزات سنگین در اثر مسمومیت آسیب دیده و از بین بروند ( Gosh & Singh, 2005; Baycu et al., 2006). این نتیجه­ها درخصوص تفاوت در مقدار انباشت فلزات سنگین در گونه‌های مختلف مورد بررسی با بسیاری از تحقیقات انجام شده در این خصوص همخوانی دارد. Khademi & kord (2010) نشان دادند که انباشت سرب در برگ چنار بیشتر از زبان­گنجشک بوده، به‌نحوی‌که اظهار داشتند این تفاوت می­تواند ناشی از مسن بودن پایه­های گونه چنار نسبت به زبان­گنجشگ باشد. Vahabi & Ghodsi (1985) در تحقیقات خود این مطلب را تأیید کرده و اعلام کردند که مقدار سرب موجود در اندام­های پایه­های مسن نسبت به پایه­های جوان ­نسبتاً بیشتر است. در تحقیقی مشخص شد که مقدار انباشت سرب و روی در افرای سیاه با اختلاف معنی­داری بیشتر از چنار شرقی بوده است، ولی انباشت کادمیوم در چنار شرقی بیشتر بوده است (Atmaca & Doganlar, 2011). در تحقیق دیگری غلظت فلزات سرب، روی، کادمیوم و نیکل در برگ هفت گونه از درختان خزان­کننده (شاه­بلوط هندی، افرا، آسمان‌دار، زبان­گنجشک، چنار شرقی، صنوبر و اقاقیا) در مناطق شهری استانبول، اندازه­­گیری گردید که بالاترین مقدار انباشت کادمیوم و روی در صنوبر، سرب در شاه­بلوط هندی و اقاقیا، نیکل در اقاقیا و زبان­گنجشک گزارش شد (Baycu et al., 2006).

مقایسة مقدار رنگدانة کلروفیل و اسیدآمینة پرولین در گونه‌های مورد بررسی در دو منطقة آلوده و شاهد (شکلهای1 و 2) نشان می​دهد که نخست مقدار کلروفیل برگ تمامی گونه­های مورد بررسی در منطقة آلوده با اختلاف معنی­داری در سطح پنج درصد کمتر از منطقة شاهد است، در حالی که از نظر مقدار پرولین عکس این روند حاکم بود، به­طوری که مقدار آن در برگ همة گونه‌ها در منطقة آلوده بیشتر از منطقة شاهد بود و درثانی در بین گونه­های مورد بررسی از نظر مقدار کلروفیل کل برگ و همچنین از نظر مقدار پرولین تفاوت معنی‌داری وجود دارد، به­طوری که در منطقة آلوده بیشترین میزان کلروفیل مربوط به گونة چنار شرقی (حدود 39 درصد کمتر از منطقة شاهد) و کمترین مقدار آن مربوط به کاج سیاه و سرو خمره­ای است. مقدار پرولین در کاج سیاه، زبان­گنجشک و نارون در منطقة آلوده به­طور معنی­داری بیشتر از منطقة شاهد است و بیشترین مقدار پرولین مربوط به گونة نارون است. البته بین نارون و سرو خمره­ای از این نظر اختلاف معنی­داری مشاهده نمی‌شود.

روند تغییر رنگدانه‌های کلروفیل و اسیدآمینة پرولین در این تحقیق با بسیاری از تحقیقات انجام شده در این خصوص تا حد زیادی مطابقت دارد. البته لازم به ذکر است که در این خصوص روی گونه‌های چوبی گزارش چندانی وجود ندارد، ولی روی گونه‌های علفی گزارش زیادی وجود دارد که نشان می‌دهند حضور فلزات سنگین در محیط سبب کاهش رنگدانه‌های گیاهی و افزایش پرولین در برگ گیاهان می‌شود. همان‌طور که اشاره شد نتیجه­های این تحقیق بیانگر کاهش قابل توجه رنگدانة کلروفیل در محیط آلوده به فلزات سنگین است. دلیل این کاهش کلروفیل را تا حد زیادی می‌توان تجمع یون‌های فلزات در سلول‌های برگ دانست که موجب تنش در برگ می‌شوند (Bergmann, 2004). در چغندرقند کاهش مقدار کلروفیل در اثر افزایش غلظت کادمیوم گزارش شده است (Greger et al., 1991). همچنین در دو علف هرز Cyperus و Digitaria نیز در اثر وجود فلزات سنگین مثل سرب و کادمیوم مقدار رنگدانة کلروفیل به­طور معنی‌داری کاهش یافته است (Ewaise, 1997). بعضی شاخصهای فیزیولوژیکی گیاهان مانند اسیدآمینة آزاد پرولین و رنگدانة کلروفیل تحت تأثیر استرسهای محیطی از قبیل استرس خشکی، شوری، آلودگی به فلزات سنگین مختلف و غیره دچار تغییراتی می­شوند (Ashraf & Foolad., 2007). فلزات سنگین به­عنوان مثال سرب، روی، کادمیوم و مس سبب کاهش مقدار کلروفیل و کاروتنوئیدها می­شوند (Radotic et al., 2000). Shariat et al. (2010) نشان دادند که افزایش غلظت کادمیوم در خاک سبب کاهش رنگدانة کلروفیل و افزایش پرولین در برگ اکالیپتوس می‌شود.

در تحقیقی کاهش قابل توجه رنگدانه­های فتوسنتزی در برگ Avicennia marina تحت تأثیر فلزات مس و روی مشاهده شد (Macfarlane & Burchett, 2001). در تحقیق دیگری که غلظت فلزات سرب، روی، کادمیوم و نیکل در برگ هفت گونه از درختان خزان­کننده در مناطق شهری استانبول اندازه­­گیری شدند، داده­های بدست‌آمده نشان دادند که مقدار کلروفیل و فعالیت پراکسیداز، می­توانند به­عنوان نشانگر زیستی برای بیان مقدار استرس وارد شده توسط فلزات سنگین در درختان سطح شهر محسوب شوند (Baycu et al., 2006). در تحقیقی وجود فلز منگنز در محیط به­طور معنی­داری سبب کاهش کلروفیل و افزایش اسیدهای آمینه آزاد مثل پرولین برگ در Populus cathayana شده است (Lei et al., 2007). در برگ Paulownia fortunei مقدار کلروفیل در نهالهای تحت استرس روی و مس بشدت کاهش یافته بود، اما در تیمارهای تحت استرس سرب و کادمیوم، مقدار این شاخص کاهش کمتری را نشان داد، در حالی که مقدار تجمع پرولین تحت استرس سرب و کادمیوم، افزایش قابل توجهی داشت (Wang et al., 2010). فلزات سنگین می‌توانند روی ساختار رنگدانه‌های گیاهی و آنزیم‌ها و همچنین عملکرد آنها تأثیر گذاشته و بنابراین می‌توانند بر رشد گیاهان و کاهش تنوع زیستی تأثیر منفی داشته باشند (Henry, 2000). در گونه آرابیدوبسیس افزایش غلظت پرولین و گلوتانیول در اثر افزایش غلظت کادمیوم در محیط گزارش شده است (Xu et al., 2010). در حقیقت می‌توان گفت که سازوکار متابولیک برای مقابله با تنش فلزات سنگین منجر به افزایش مقدار این اسیدآمینه در برگ گیاهان می‌شود (Shariat et al., 2010) دلیل افزایش تجمع پرولین در هنگام تنش‌های محیطی را می­توان تحریک سنتز آن از اسید گلوتامیک، کاهش صادرات آن از طریق آوند آبکش، جلوگیری از اکسیداسیون آن در طول تنش و تخریب و اختلال در فرایند سنتز پروتئین دانست (Llamas et al., 2000).

از مهمترین نتایج تحقیق حاضر توانایی و مقایسة گونه‌های چوبی مورد استفاده در جنگلداری شهر سنندج از نظر جذب فلزات سنگین و تغییرات فیزیولوژیک در آنها بوده است که تاکنون گزارش نشده بود. از نتایج دیگر این تحقیق بیان وجود مقدار قابل توجه فلزات سنگین در محیط مرکز شهر سنندج در مقایسه با محیط شاهد با ترافیک کمتر است. بنابراین با توجه به احتمال توسعة بیشتر شهر و به­تبع آن ترافیک بیشتر، باید در جنگلداری شهری با توجه به نوع آلودگی آن از گونه‌های مناسب استفاده شود. در این تحقیق چند گونة چوبی که در فضای سبز بیشتر شهرهای ایران کاربرد فراوانی دارند با یکدیگر از نظر توانایی جذب فلزات سنگین مقایسه شدند، ولی برای اینکه مشخص شود هر یک از آنها تا چه اندازه برای پاک‌سازی محیط مناسب هستند، نیاز به تحقیق گسترده‌تری در شرایط مختلف می‌باشد.

منابع مورد استفاده

References

- Arnon, D.I., 1949. Copper enzymes in isolated chloroplasts: polyphenoloxidase in Beta vulgaris. Plant Physiology, 24:1–15.

- Ashraf, M. and Foolad, M.N., 2007. Roles of glycine betaine and proline in improving plant abiotic stress resistance. Environmental and Experimental Botany, 59(2):206-216.

- Atmaca, M. and Doganlar, Z.B., 2011. Influence of airborne pollution on Cd, Zn, Pb, Cu, and Al accumulation and physiological parameters of plant leaves in Antakya (Turkey). Water Air Soil Pollution, 214: 509-523.

- Bates, L.S., Waldren, P.R. and Teare, I.D., 1973. Rapid determination of fro proline for water stress studies. Plant and Soil, 39: 205-207.

- Baycu, G., Ozden, H., Tolunay, D. and Gunebakan, S., 2006. Ecophysiological and seasonal variations in Cd, Pb, Zn, and Ni concentrations in the leaves of urban deciduous trees in Istanbul. Environmental Pollution, 143: 545-554.

- Bergmann, D.C., 2004. Integrating signals in stomatal development. Current Opinion in Plant Biology, 7(1): 26–32.

- Burken, J., Vroblesky, D. and Balouet, J.C., 2011. Phytoforensics, Dendrochemistry and Phytoscreening: New Green Tools for Delineating Contaminants from Past and Present. Environmental Science & Technology, 45(15): 6218–6226.

- Ewaise, E.A., 1997. Effects of cadmium nickel and lead on growth, chlorophyll content and proteins of weed. Biologica Plantarum, 39(3):403-410.

- Gosh, M. and Singh, S.P., 2005. A review on phytoremediation of heavy metals and utilization of its hypoducts. Applied ecology and environmental research, 3(1): 1-18.

- Greger, M. and Ogren, E., 1991. Direct and indirect effects of Cd on photosynthesis in sugar beet (Beta vulgaris). Physiologia Plantarum, 83: 129-135.

- Henry, J.R., 2000. An Overview of the Phytoremediation of Lead and Mercury. National Network of Environmental Management Studies Report, U.S. Environmental Protection Agency Office of Solid Waste and Emergency Response Technology Innovation office Washington, D.C.: 3-9.

- Khademi, A. and kord, B., 2010. The role of Broad Leaf tree species (the Plane tree and the ash) in reducing pollution from lead. Journal of Sciences and Techniques in Natural, 1:1-12.

- Khodakarami, Y., Shirvany, A., Zahedi amiri, Gh., Matinizadeh, M. and Safari, H., 2009. Comparison of lead absorption in organisms (root, stem and leaf) of Oak (Quercus brantii) and Pistachio (Pistacia atlantica) seedlings by spraying. Iranian Journal of Forest, 1(4):313-320.

- Lei, Y., Korpelainen, H. and Li, CH., 2007. Physiological and biochemical responses to high Mn concentrations in two contrasting Populus cathayana populations. Chemosphere, 68(4):686-694.

- Llamas, A., Ullrich, C.I. and Sanz, A., 2000. Cadmium effects on transmembrance electrical potential difference, respiration and membrane permeability of rice (Oryzasativa ) roots. Plant and Soil, 219: 21-28.

- Macfarlane, G.R. and Burchett, M.D., 2001. Photosynthetic Pigments and Peroxidase Activity as Indicators of Heavy Metal Stress in the Grey Mangrove, Avicennia marina (Forsk.) Vierh. Marine Pollution Bulletin, 42(3): 233-240.

- Memon, A.R. and Schroder, P., 2009. Metal accumulation in plants and its implication in phytoremediation. Environmental Science and Pollution Research International, 16(2): 162-175.

- Piczak, K., Lesniewic, A. and Zyrnicki, W., 2003. Metal concentration in deciduous tree leaves from urban Arasin Poland. Environmental monitoring and assessment, 86: 273-287.

- Radotic, K., Ducic, T. and Mutavdzic, D., 2000. Changes in peroxidase activity and isoenzymes in spruce needles after exposure to different concentrations of cadmium. Environmental and Experimental Botany, 44:105–113.

- Shariat, A., Assareh, M.H. and Ghamarizare, A., 2010. Effect of cadmium on some physiological characteristics of Eucalyptus occidentalis. Journal of Science and Technology of Agriculture and Natural Resources, Water and Soil Science, 14(53):145-153.

- Vahabi, A. and Ghodsi, J., 1985. Distribution of lead in the plant and soil of the Lahijan tea fields in relation to distance of the Road. Jehad of Tehran University, 127p.

- Wang, J., Zhang, CH., Ke, SH. and Li, W., 2010. Physiological responses and detoxific mechanisms to Pb, Zn, Cu and Cd in young seedlings of Paulownia fortunei. Journal of Environmental and Experimental Botany, 22(12): 1916-1922.

-Westerma, R.E.L., 1990. Soil testing and plant analysis, SSSA, Madison wisconsin, USA.

- Xu, J., Yin, H., Liu, X. and Li, X., 2010. Salt affects plant Cd-stress responses by modulating growth and Cd accumulation. Planta, 231(2): 449–459.