مقدمه
فیتوریمیدیشن و یا گیاه پالایشی بھ صورت بکارگیری گیاھان سبز جھت زدودن، ذخیره و مجتمع کردن و یا تجزیھ آلاینده ھای آلی از خاک تعریف می شود. برخی گیاھان قادر بھ تاثیر بر آلاینده ھا جھت جذب آنھا بھ درون سیستم آوندی عروقی خود بوده و برخی دیگر، ترکیبات مذکور را تجزیھ نموده و یا آنھا را بھ ترکیبات متابولیزه شده کمتر سمی تغییر شکل می دھند. اخیرا گیاھانی کشف شده اند، کھ با جذب آلودگی توسط ریشھ ھا، آنھا را درون ساختار سلولی و یا برگ و میوه ذخیره می کنند. آخرین سرنوشت مکمل تبخیر شدن و رھایی درون اتمسفر می باشد[ ١٧] .
ریشھ ھای گیاھان قادر بھ ترشح آنزیم ھایی ھستند کھ انواع و فعالیت میکروبی را افزایش می دھند.
ریزوسفر (ناحیھ از خاک کھ ریشھ را احاطھ کرده است) مقادیر بسیار افزایش یافتھ ای از جمعیت ھای میکروبی را در مقایسھ با خاک فاقد گیاه در خود دارا می باشد. ترشحات ریشھ ھای آزاد شده توسط گیاه و ترکیب فیزیکی و شیمیایی ناحیھ ریزوسفر از جملھ ویژگیھای یک گیاه می باشد. گیاھان مختلف عامل حمایت و تامین جمعیت ھایی از میکروارگانیسم ھا ھستند کھ خود ویژگیھای تجزیھ کنندگی خاص خود را نسبت بھ یک آلاینده دارا می باشند. در نتیجھ ازریابی عملکرد و گونھ ھای مختلف گیاھی در خاکھایی با مواد آلی خطرناک آلوده شده اند، بسیار حائز اھمیت است.
با وجود آنکھ تاکنون تحقیقات تجربی زیادی در این زمینھ صورت گرفتھ ولی بھ علت پیچیدگی ھای موجود کمتر بھ بحثھای مدلسازی و ریاضی آن توجھ شده است ممکن است در نگاه اول روش تجربی از دقت بالاتری برخوردار باشد ولی با توجھ بھ تنوع گیاھان مورد استفاده، تنوع آلاینده ھای موجود در خاک، تنوع نوع خاک ھر محل و نیز تنوع روشھایی کھ بوسیلھ آن گیاھان باعث کاھش غلظت انواع آلاینده ھا در خاک می گردند، در موارد بسیار نادری می توان از نتایج تجربی بدست آمده برای یک آزمایش، برای سایر مکانھای آلوده شده استفاده نمود.
ارائھ یک مدل ریاضی با امکان تغییر در پارامترھا و متغیرھای تجربی علاوه بر آنکھ بھ درک بھتر این پدیده کمک خواھد نمود، می تواند بھ پیش بینی رفتار این پدیده در سایر مکانھا، کمک شایانی بنماید. بھ منظور استفاده از گیاھان در تصفیھ خاک بطور عملی، می بایست مکانیزم انجام فرآیند بررسی، و با نتایج تجربی مقایسھ گردند.
در متن حاضر ابتدا نگاھی گذرا بھ اصول این روش خواھیم داشت. تعاریف و تاریخچھ مختصری جھت آشنایی خواھد آمد و در ادامھ بھ موضوع اصلی یعنی مدلسازی ریاضی آن پرداختھ خواھد شد.
بخشھای برنامھ نویسی و حل عددی معادلات با استفاده از Matlab نوشتھ شده اند کھ در قسمت ضمائم آورده شده اند.در تمامی مراحل مدلسازی و برنامھ نویسی این نکتھ مد نظر بوده است کھ تمامی پارامترھای ھندسی، پارامترھای مربوط بھ آلاینده ھا، پارامترھای مربوط بھ خاک ،پارامترھای مربوط بھ ریشھ و … قابل تغییر بوده و در نتیجھ مدل ارائھ شده برای طیف وسیعی از گیاھان، آلاینده ھا و مناطق و شرایط مختلف قابل تعمیم است.

عوامل مھم در فرآیند گیاه خاک درمانی و اثر گیاھان در پاکسازی خاکھای آلوده به همراه مدل سازی

عوامل مھم در فرآیند گیاه خاک درمانی و اثر گیاھان در پاکسازی خاکھای آلوده به همراه مدل سازی

فھرست مطالب

چکیده ………………………………………………………………………………………………………………………..١ مقدمھ………………………………………………………………………………………………………………………….٢

فصل اول: گیاه خاک درمانی ………………………………………………………………..۴١-١

تاریخچھ…………………………………………………………………………………………………………………………..۵
٢-١ گیاه خاک درمانی چیست؟………………………………………………………………………………………………..۶
١-٢ -١ مزایا و معایب فرآیند فیتورمیدیشن………………………………………………………………………………….١٢
٣-١ انواع روشھای فیتورمیدیشن……………………………………………………………………………………………١٣
۴-١ مروری بر متون………………………………………………………………………………………………………….١٧
١-۴ -١ مدل چیو و ھمکاران………………………………………………………………………………………………..١٧
١-١ -۴-١ نمای کلی…………………………………………………………………………………………………………١٧
٢-١ -۴-١ مبنای تکنیکی……………………………………………………………………………………………………١٨
٣-١ -۴-١ مزایا و محدودیت ھا…………………………………………………………………………………………….١٩
٢-۴ -١ مدل رایان و ھمکاران (١٩٨٨)…………………………………………………………………………………….٢٠
١-٢ -۴-١ نمای کلی…………………………………………………………………………………………………………٢٠
٢-٢ -۴-١ مبنای تکنیکی……………………………………………………………………………………………………٢١
٣-٢ -۴-١ورودی ھای مورد نیاز …………………………………………………………………………………………..٢٢
۴-۴ -٢-١مزایا و محدودیتھا………………………………………………………………………………………………..٢٢
۵-۴ -١ تراپ و ماتیس…………………………………………………………………………………………………….٢٢
١-۵ -۴-١ نمای کلی……………………………………………………………………………………………………..٢٣
٢-۵ -۴-١ مبنای تکنیکی……………………………………………………………………………………………………٢٣
٣-۵ -۴-١ ورودی ھای مورد نیاز …………………………………………………………………………………………٢۴
۴-۵ -۴-١ مزایا و محدودیت ھا…………………………………………………………………………………………….٢۴

فصل دوم: عوامل مھم در فرآیند گیاه خاک درمانی………………………………………….٢

۵١-٢ انتقال آب در خاک……………………………………………………………………………………………………٢۶
١-١ -٢ کلیات……………………………………………………………………………………………………………….٢۶
٢-١ -٢ ارائھ مدل ریاضی………………………………………………………………………………………………….٣٠
١-٢ -١-٢ جذب آب توسط ریشھ…………………………………………………………………………………………….٣٢
٢-٢ -١-٢ مدل پخش ریشھ …………………………………………………………………………………………………٣٣
٢-٢ نقش میکروارگانیسم ھا در تجزیھ …………………………………………………………………………………….٣۵
١-٢ -٢ انواع میکروارگانیسم ھا ……………………………………………………………………………………………٣۶
٢-٢ -٢ نقش میکروارگانیزم ھا در کاھش مسمومیت گیاھی…………………………………………………………..٣۶

فصل سوم : ارائھ مدل ریاضی……………………………………………………………………42

مقدمھ……………………………………………………………………………………………………………………………۴
٣١-٣ انتقال جرم مواد آلوده در منطقھ ریزوسفر…………………………………………………………………………….۴۴
٢-٣مدل ریاضی برای موازنھ جرم مواد در قسمت ریشھ گیاه……………………………………………………………….۴۶
١ -٢-٣ اثر متقابل ریشھ – خاک در نقل و انتقال مواد آلوده…………………………………………………………………۴٩
٢-٢ -٣ انتقال از ریشھ بھ دیگر قسمتھای گیاه ………………………………………………………………………………۵٢
٣-٣ مدل ریاضی برای موازنھ جرم مواد در قسمت جوانھ گیاه………………………………………………………………۵۴
۴-٣معرفی خاک و مواد آلوده کننده ……………………………………………………………………………………………۵٧

فصل چھارم: بحث و بررسی بر روی نتایج……………………………………………………………۶

٢١-۴ اثر خصوصیات شیمیایی متفاوت در ماده آلوده کننده………………………………………………………………….۶٣
٢-۴ اثر جذب ……………………………………………………………………………………………………………………۶۶
٣-۴ اثرکاھشی در گیاھان…………………………………………………………………………………………………….٧٠
۴-۴ پاسخ کاھش مواد آلوده بوسیلھ گیاھان و میکروارگانیزم ھا………………………………………………………….٧۵

فصل پنجم: نتیجھ گیری و پیشنھادات ……………………………………………………………….٨٠

یوست ……………………………………………………………………………………………………………………………..٨۴
فھرست منابع فارسی…………………………………………………………………………………………………………..٨٧
ھرست منابع لاتین………………………………………………………………………………………………………………٨٨
ارائھ یک مدل ریاضی بھ منظور بررسی اثر گیاھان در پاکسازی خاکھای آلوده
واژه نامھ …………………………………………………………………………………………………………………………….٩٠

 

فصل اول: گیاه خاک درمانی
١-١ تاریخچھ
با وجود آنکھ گیاھان تقریباً در تمامی نقاطی کھ مواد شیمیایی خطرناک در خاک دفن شده اند وجود دارند، از لحاظ تئوری نقش گیاه خاک درمانی١ در محل٢ بطور جدی مورد مطالعھ قرار نگرفتھ است.
بطور کلی گیاھان در مکانھای دفع مواد شیمیایی خطرناک بطور طبیعی یا مصنوعی بھ منظور حفظ ساختار طبیعی خاک و نیز تجزیھ یا جذب مواد شیمیایی خطرناک کاشتھ می شوند.
واژه »گیاه خاک درمانی« برای نخستین بار توسط رسکین در سال ١٩٩١ در یک سخنرانی در مورد روشھای کاھش آلودگی در محیط زیست مطرح گردید. این واژه توسط کانینگھام و پرتی در سال ١٩٩٣ برای نخستین بار در مقالھ ای بکار برده شد. تعریف دقیقتری از این واژه در سال ۵١٩٩ توسط اشنور بیان گردید۴[ و١٧] .
با وجود آنکھ از نامگذاری این پدیده چندین سال بیش نمی گذرد اما تلاشھایی برای مدلسازی ریاضی آن از سالھا قبل بصورت جستھ و گریختھ آغاز شده است.
در سال ١٩٩٧ نیومن و واتسن مدلی ریاضی بھ منظور بررسی میزان رشد میکروبی در ریشھ ارائھ دادند. در سال ١٩٩٧ داراه تغییرات بیومس میکروبی را در ریشھ با در نظر گرفتن ھیدروکربنھای محلول و غیرمحلول بررسی نمود. نارایانان در سال ۵١٩٩ مدلی شبیھ بھ مدل مونود در این زمینھ معرفی نمود. چنگ و کوپاسیا گلو در سال ١٩٩٨ با استفاده از مفھوم بایو فیلم بھ بررسی این موضوع پرداختند. بلاگوداتسکی و ریچر در ھمان سال مدلی ارائھ نمودند کھ می توانست کنیتیک اصلی در ھنگام تجزیھ میکروبی در خاک را توجیھ کند.

1 Phytoremediation
2 In -Situ
٢-١ گیاه خاک درمانی چیست؟
گیاه پالایی فرآیندی است کھ شامل دستھ ای از تکنولوژی ھایی، برای درمان مکانھای آلوده می باشد. این فرایند برای درمان آلودگی ھای متفاوت کھ شامل فلزھا، آفت کشھا، منفجر شونده ھا ھیدروکربنھای نفتی، ھیدروکربنھای آمونیاک، پلی سیلیک و لیمیت لندفایل استفاده می شوند.
با وجود آنکھ تکنولوژیھایی مانند ھوادھی١، پالایش بوسیلھ میکروارگانیزم ھا٢ و جامدی٣ بدین منظور بکار می روند، بطور کلی از لحاظ اقتصادی برای خاکھای زیاد مقرون بھ صرفھ نیستند ۶[] .
از طرفی تکنولوژیھایی خارج از محل۴ عملاً برای محلھای بالای خاک ناکارآمد و گران قیمت بھ شمار می روند. در این راستا بھ نظر می رسد تنھا راه عملی استفاده از گیاھان بھ منظور پالایش خاک می باشد .

1 Air-venting
2 Bioremediation
3 Solidification
4 Ex-Situ

طبق تعریف گیاه خاک درمانی یا بھ عبارتی گیاه خاک پالایش، عبارت است از استفاده از گیاھان سبز و سایر اورگانیزم ھای اتوتروف١ بھ منظور پاکسازی آلایندهھا در خاک.
نکتھ شایان ذکر در این قسمت آنست کھ وجود گیاھان می تواند باعث تامین کربن، مواد مغذی و … در خاک شده و در نتیجھ باکتریھای ھتروتروف٢ امکان رشد و تجزیھ آلاینده ھا را پیدا نمایند
. []۴
فرآیند گیاه پالایی برای کنترل منابع زائد خطرناک بکار می روند.
مطابق آزمایشھا، ھیدروکربنھا می توانند برای برخی گیاھان مانند ھورمونھا عمل نمایند. کاشت درختانی مانند صنوبر کھ ریشھ عمیقی در زمین ایجاد می نمایند، می توانند تا ١١% آترازین١ را از گل رس و شن٢ و تا ٩١% را از خاک شن و سیلیس٣ پاکسازی نماید۶[ ] .

1 Autotrophic organisms
2 Heterotrophic
یکی از مفاھیمی کھ ذکر آن در اینجا حائز اھمیت بھ شمار می رود، مفھوم بیش انباشتی۴ و گیاھان بیش انباشتھ کننده۵ می باشد. این مفھوم مخصوصاً در ھنگامی کھ از گیاھان در خاکھای آلوده بھ انواع فلزات استفاده می گردد، مورد نظر خواھد بود. در این خصوص دو فرضیھ مطرح است:
1- فرضیھ نخست فرضیھ تداخل است. بھ این معنا کھ گیاھان انباشت کننده فلزات سطح خاک را از طریق بخشھای گیاھی غنی از فلزات نظیر برگھا میپوشانند. انباشت این مواد گیاھی فلزات را در لایھ سطحی خاک آزادسازی مینماید. این افزایش محتوای فلزی خاک رشد دیگر گونھ ھا (گونھھایی با تحمل پایینتر) را مھار می کند و یک مزیت رقابتی را برای گیاھان انباشت کننده ایجاد مینماید. این فرضیھ بھ فرضیھ ھمتازدایی عنصری نیز معروف است. این در حالی است کھ ھمتازدایی رایج در گیاھان محصول تولیدات ثانویھ گیاه است.
2- فرضیھ دوم فرضیھ دفاعی است. برطبق این فرضیھ، افزایش سطح فلز در بافت گیاه عملکردی در جھت دفاع در برابر گیاه خوارھا و یا عوامل بیماری زا است. با بررسی جمعیتھایی از سیلین ورگالیس۶ در اروپا کھ انباشت کننده مس است مشخص شده کھ در جمعیتھای رشد یافتھ در خاکھای گچی کپسولھا مورد حملھ لاروھای بید قرار گرفتند اما در جمعیتھای مستقر در خاکھای غنی از مس این موضوع مشاھده نشد.
مکانیزم ھای مورد نظر در این مورد شامل موارد ذیل می باشد:
1. افزایش جذب فلزات بھ داخل ریشھ ھمراه با سرعت بالای انتقال از ریشھ بھ بخش ھوایی.
2. ترشح پروتونھا، اسیدھای آلی و کلاتورھا توسط ریشھ کھ قادر بھ انحلال فلز است.
3. اختصاص ریشھ بھ مناطق غنی از فلز و جستجوی فلز.
خاکھای حاوی فلزات سنگین زیستگاه تعداد کمی از گیاھان متحمل فلز ھستند کھ گیاھان بیش انباشت کننده نامیده می شوند. یک تاکسون گیاھی زمانی یک انباشت کننده نامیده می شود کھ در زیستگاه طبیعی خود رشد کند و این زیستگاه حاوی بیش از ١٠٠ میلی گرم کادمیوم، بیش از ١٠٠٠ میلی گرم کبالت، کروم، مس، نیکل، سرب یا سلنیوم یا بیش از ١٠٠٠ میلی گرم منگنز یا روی بر پایھ بیومس خشک بخش ھوایی باشد. مفھوم بیش انباشتی اشاره بھ زیستگاه طبیعی گیاه دارد و نمی تواند برای گیاھانی کھ تحت شرایط آزمایشگاھی مصنوعی رشد می کنند بھ کار برده شود. تحت شرایط اخیر یک گیاه ممکن است فلزی را تا حد گیاھان بیش انباشت کننده در خود جمع کند، مشروط بھ اینکھ غلظتھای ماکزیمم فلز در بخش ھوایی ایجاد ھیچگونھ علامتی از سمیت ننماید یا حداقل این گیاھان مقادیری را بیشتر از گیاھان کنترل کھ در ھمان شرایط آزمایشگاھی تحت شرایط غیر سمی رشد می کنند دارا باشند. از جملھ گیاھان بیش انباشت کننده می توان بھ تلاسپی روتوندیفولیوم١ اشاره کرد گیاھی کھ غلظتھای بالایی از روی را، حدود ١٢٠٠٠ میلی گرم تا بیش از ٨٠٠٠۴ میلی گرم در واحد بیوس خشک بخش ھوایی بدون ھیچگونھ عوارضی از سمیت در خود انباشت می نماید. یکی از خطرناکترین آلاینده ھای خاک سرب می باشد و گیاه تلاسپی روتوندیفولیوم قادر است کھ ٨٢٠٠ – ١٣٠ میکروگرم سرب را در خود تجمع نماید. محل تجمع و انباشت فلز در سطح بافت گیاھان متفاوت است کھ می توان بھ سلولھا اپیدمی برگ و سلولھای پارانشیمی ریشھ و برگ اشاره کرد.
علاوه بر فلزات سنگین، گیاھان قادر بھ جذب عناصر رادیو اکتیو نیز می باشند کھ از جملھ این عناصر می توان سزیوم و اورانیوم را نام برد. توانایی گیاھان بیش از انباشت کننده استخراج ،تحمل و تجمع غلظتھای بالای فلزات این ایده را تقویت می کند کھ بتوان از آنھا در پاکسازی خاکھای آلوده استفاده کرد.
بطور کلی ھدف از این تکنیک افزایش انتقال آلاینده ھا از خاک بھ بخشھای ھوایی گیاه است، بھ گونھ ای کھ با ھر بار محصول دھی بیشترین میزان آلاینده ھا از محیط خاک خارج شود. این روش ارزان قیمت است و منابع مستقیم و یا غیرمستقیم فراوانی را شامل می شود. بعنوان مثال ،

1 Thlaspi Rotundifolum
منطقھ آلوده بھ آلاینده ھا توسط گیاه پوشش داده می شود و مانع انتقال و جابجایی خاک آلوده توسط باد و باران می گردد. کاشت، داشت و برداشت گیاھان فرآیندی اشتغال زا و پیوستھ است کھ ھزینھ زیادی ندارد. علاوه بر این میزان تولید مواد زاید بسیار کم است، زیرا در روش شستشوی خاک مقدار زیادی مایعات حاوی فلزات سنگین خصوصاً منیزیوم ،آھن، آلومینیوم تولید می شود [٧] .
در تمامی فرآیندھای پالایش خاک ھای آلوده باید این مھم را در نظر گرفت کھ محصولات جانبی کھ شامل آلودگیھای موجود در خاکھا می باشد و بھ روشھای نامبرده جداسازی می گردد، خود می توانند باعث آلودگی طبیعت گردند. این مسالھ بدان جھت مورد نظر می باشد کھ پس از انجام فرآیند، فرآیندھای جانبی در جھت کاھش سمیت مواد بدست آمده و یا دفع فاضلاب حاصل از این عملیات مورد نیاز خواھد بود کھ در دورنمای کلی این مسالھ از نظر اقتصادی و مھندسی حائز اھمیت می باشند. در این راستا کنوانسیون بین المللی تحت عنوان کنوانسیون »بازل« در طی سالیان اخیر شکل گیری شده است کھ در خصوص دفع پسابھا و فاضلابھای صنعتی قوانین و مقرراتی را وضع می نماید.
قدر مسلم آن است کھ بطور کلی گیاھان کوچکتر در مدت کوتاھتری بھ رشد کامل رسیده ولی باید در تعداد زیاد و نزدیک بھ ھم کاشتھ شوند. درختان بزرگتر در فواصل دورتر کاشتھ شده و تا رسیدن بھ رشد کامل زمان نسبتاً طولانی تری نیاز خواھند داشت. ولی مزیت درختان بر گیاھان کوچکتر نفوذ ریشھ آنھا در عمق بیشتری از خاک می باشد. بنابراین ملاحظھ می گردد کھ علاوه بر در نظر گرفتن نوع آلودگی و انواع گیاھان قابل استفاده در منطقھ، نیاز بھ بررسی عمق آلودگی جھت انتخاب دقیقتر گیاه مورد استفاده خواھیم داشت ٨[] .
در این زمینھ جدول ١-١ برخی گیاھان مورد استفاده برای انواع آلودگی ھا را نشان می دھد.البتھ در این خصوص ذکر این نکتھ حائز اھمیت است کھ جدول مذکور صرفاً جھت آشنایی و تنھا بخش کوچکی از گیاھان و آلودگیھای پالایش شده بواسطھ آنان را شامل می گردد. بھ منظور آشنایی دقیقتر با این مبحث مراجع مفصلی در این زمینھ موجود می باشند .
-١ انواع روشھای فیتورمیدیشن [١٧]
گیاه پالایی (فیتورمیدیشن) مکانیزم رضایت بخشی است کھ باعث می شود میزان آلودگی در مکانھای آلوده بھ مواد آلی و مواد غیر آلی کاھش پیدا کنند و یا حتی در بعضی مواقع این مقدار آلودگی از بین بروند عمل گیاه پالایی بھ روشھای مختلفی انجام می شود کھ در زیر بھ آنھا اشاره می شود.
Phytoaccumulation ١ -٣-١
نام دیگر این فرایند Phytoextraction است. گیاھان مخصوصی کھ بھ آنھا hyperaccumolator ھا نامیده می شدند معمولاً میزان زیادی از فلزات را در مقایسھ با دیگر گیاھان جذب می کنند. این روش بھ فرآیند جذب و انتقال مواد آلوده فلزی در خاک بوسیلھ ریشھ گیاھان و سپس تجمع در قسمت بالایی سطح زمین در گیاه کھ در حقیقت مواد آلوده را بھ برگھا و ساقھ ھا انتقال می دھند ،اشاره دارد.
گیاھان hyperaccumolator برای این روش انتخاب می شوند و این گیاھان در مکانھای آلوده با توجھ بھ نوع فلزات موجود و شرایط کافی کاشتھ خواھند شد, بھ گیاھان اجازه رشد برای ھفتھ ھا و یا حتی ماھھا داده می شود. پس از موعد مقرر گیاه دورو و برداشت می شود و یا سوزانده و یا حتی بھ عنوان کمپوست برای چرخھ ھای محیط زیستی انتخاب می شوند. امکان دارد این عملیات تکرار شوند تا سطح آلودگی بھ محدودیت قابل مجاز محیط زیست برسد.
Rhizofiltration١ -٣-٢
این فرآیند بھ جذب سطحی و تھ نشینی مواد آلوده بھ داخل ریشھ گیاه یا جذب مواد آلوده بھ صورت محلول در اطراف ریشھ اشاره دارد. در این روش گیاھان در گلخانھ در آبھای مغذی رشد داده می شوند و ھنگامیکھ گیاه رشد پیدا کرد و ریشھ آن بزرگ شد بھ داخل آبھای آلوده انتقال داده می شوند. مواد آلوده بھ ھمراه آب وارد ریشھ گیاھان می شود, با اشباع ریشھ ھا از مواد آلوده این گیاھان برداشت و یا سوزانده و یا بھ صورت کمپوست در می آیند.
Phytostabilization ١ -٣-٣
این فرآیند بھ استفاده از گیاه برای جمع کردن و انباشتن مواد آلوده در خاک و آبھای زمینی از طریق جذب و تجمع بوسیلھ ریشھ ھا، جذب سطحی روی ریشھھا و یا تھ نشینی در داخل منطقھ ریشھ و تثبیت فیزیکی خاک اشاره دارد. در طی انجام آن حرکت مواد آلوده در داخل خاک کاھش می یابد و مھاجرت بھ آبھای زیرزمینی و یا ھوا محدود می شود و ھمچنین فعالیت زیستی برای ورود بھ زنجیره غذایی نیز کاھش می یابد. این روش برای ایجاد یک پوشش گیاھی در مکانھایی کھ گیاھان طبیعی دارای غلظت ھای کم آلودگی می باشند، استفاده می شود .
Rhizodegradation ١ -٣-۴
نام دیگر این فرآیند Phytostimulation نامیده می شود. مواد آلوده در خاک از طریق فعالیتھای میکروبی در ناحیھ ریزوسفر خاک تجزیھ می شوند, بھ عبارتی دیگر سقوط ناگھانی مواد آلوده در خاک بھ ھمراه فعالیت میکروبی انجام می شود.
میکروارگانیزمھا (مخمر، قارچ و یا باکتریھا) مواد آلی را بھ عنوان منبع غذایی مصرف می کنند و یا آنھا را تجزیھ و بھ مواد آلی دیگر تغییر شکل می دھند.
مواد طبیعی مانند شکرھا، الکلھا و اسیدھا بوسیلھ ریشھ گیاھان رھا می شوند و با این عمل یعنی اضافھ کردن مواد مغذی علاوه بر کربنھای آلی برای میکروارگانیزم ھای خاک فعالیت آنھا را تحریک می کنند.
Phytodegredution ١ -٣-۵
نام دیگر این فرآیند Phytotransformation می باشد. این فرآیند آلودگی اشغال شده در گیاھان را از طریق فرآیندھای متابولیک (توسط آنزیمھا) در داخل گیاھان تجزیھ می کند.
آلودگیھای موجود یا بافت گیاه از طریق متابولیکھای اولیھ ترکیب می شوند و یا آلودگیھا در محیط آزاد می شوند کھ این عمل بستگی بھ مواد آلوده و گونھ گیاھان دارد.
Phytovolatization ١ -٣-۶
این فرآیند بھ جذب و نفوذ مواد آلوده بوسیلھ گیاه اشاره دارد. رھا کردن مواد آلوده و یا فرم تغییر شکل یافتھ این مواد بھ ھوا از طریق گیاھان صورت می گیرد. ھمراه با رشد گیاه مواد آلوده آلی و غیر آلی از طریق گیاه جذب می شوند و اگر غلظتھای مواد آلوده کم باشد بھ داخل اتمسفر رھا می شوند.

فصل دوم: عوامل مھم در فرآیند گیاه خاک درمانی

١-٢ انتقال آب در خاک
١-١- ٢ کلیات
یکی از مھمترین اجزاء خاک رطوبت است کھ بخشی از خلل و فرج موجود بین ذرات جامد را پر می کند. رطوبت یکی از مشخصات پویا (دینامیک) می باشد کھ در بسیاری از واکنش ھای فیزیکی و شیمیایی و رشد گیاھان تاثیر عمده دارد. نفوذ١ و فرونشت٢ و جریان داخلی٣ سھ اصطلاح متداول برای نفوذ آب مایع بھ خاک و حرکت داخل آن می باشد. نفوذ آب، ورود آب را از حد فاصل ھوا و خاک بھ خاک می باشد. فرونشت، حرکت رو بھ پایین آب در خاک و یا ھمان زھکشی می باشد کھ غالباً عمودی است. جریان داخلی، ھمان زھکش جانبی۴ آب در خاک نسبتاً نفوذپذیر است کھ بر روی لایھ کم نفوذ تری قرار گرفتھ باشد. چنین آبی مجدداً در نقاط پست تر در سطح خاک ظاھر می شود.
شدت نفوذ۵ (میلی متر در ساعت) شدت ورود آب بھ خاک و ظرفیت نفوذ۶ (میلی متر در ساعت) حداکثر شدت نفوذ ممکن را در شرایط معین نشان میدھد. نفوذ را می توان نخستین مرحلھ ی فرونشت دانست. ھر دو کمیت مزبور محدود کننده است. ظرفیت نفوذ نمی تواند از ظرفیت فرونشت تجاوز کند، زیرا آب نمی تواند بیش از آنچھ کھ از سطح خاک گذشتھ است وارد خاک شود. بھ ھمین سبب شدت فرونشت نمی تواند از شدت ورود آب بھ خاک بیشتر باشد. ظرفیت فرونشت در ھر افق از خاک ممکن است خیلی بیشتر از ظرفیت نفوذ باشد.
ظرفیت نفوذ معمولاً با تخلخل تھویھ ای (تخلخل درشت) خاک افزایش می یابد و بنابراین بھ
کاربرد اراضی بستگی دارد. حداکثر ظرفیت نفوذ معمولاً بھ ترتیب در جنگلھای محفوظ، مراتع

1 Infiltration
2 percolation
3 Interflow
4 Lateral Seepage
5 Infiltration Rate
6 Infiltration Capacity
اراضی تحت تناوب و زراعت ھای پیاپی و ردیف کاری شده مشاھده می شود، اگر با آھستھ تر شدن آبدوی و یا با ذخیره سطحی برای نفوذ تدریجی آب، زمان کافی فراھم شود, مقدار کل نفوذ افزایش می یابد.
ظرفیت نفوذ خاک در شروع باران زیاد است ولی بھ دلایل زیاد با ادامھ بارش بھ تدریج کاھش می یابد. خلل و فرج درشت بھ آسانی از آب پر می شود. سطح خاک در اثر برخورد قطرات باران متراکم می گردد. کلوئیدھای خاک آماس می کند و از قطر خلل و فرج می کاھد. ذرات ریز از سطح خاک شستھ شده، بھ طرف پایین حرکت نموده و خلل و فرج خاک را مسدود می کند. از سوی دیگر بھ علت وجود صفحھ ای پیوستھ از آب در سطح و در لایھ بالایی خاک، ھوا نمی تواند بھ آسانی از خاک خارج گردد و جای خود را بھ آب دھد. ظرفیت نفوذ خاصیتی بسیار پویا١ است کھ بھ تغییرات رطوبت و ساختمان خاک بستگی دارد. در خاکھای ماسھای درشت، ریگی و سنگلاخی کھ ساختمان متشکلی وجود ندارد تا بھ ھم بخورد در طی باران تند تغییرات ظرفیت نفوذ با زمان بھ حداقل می رسد. خاک کودھا نیز کھ ساختمان بسیار پایداری دارند ھمین گونھ اند. از طرفی خاک کودھای بسیار خشک آبگریز بوده ممکن است در شروع بارندگی ظرفیت نفوذ بسیار ناچیزی داشتھ باشند ولی پس از آنکھ مواد آلی این خاکھا مرطوب شد، ظرفیت نفوذ نیز افزایش می یابد. ظرفیت نفوذ در خاکھای کاملاً رسی مرکب از رس ھا آماس پذیر٢ بیش از ھر خاک دیگری تغییر می کند.
فرونشت در خاک ھنگامی صورت می گیرد کھ یا آب تحت فشار بوده و یا نیرویی مکشی خاک کمتر از نیم اتمسفر باشد، زیرا در خاکھای خشک تر آب با چنان نیرویی بھ خاک می چسبد کھ نمی تواند تحت تاثیر ثقل حرکت کند. فرونشت در تکامل خاک و مدیریت اراضی٣ اھمیت زیادی
دارد زیرا نمکھای محلول را بھ اعماق می برد، در غیر اینصورت املاح در سطح خاک انباشتھ می شود. از طرف دیگر نفوذ آب در خاک موجب شستھ شدن عناصر غذایی بھ ویژه نیتراتھا و کلسیم می شود. چون بخش عمده آب وارده در خاک توسط تبخیر و تعرق بھ مصرف می رسد، لذا با افزایش عمق، از میزان فرونشت کاستھ می گردد ولی مقدار آن در چند سانتی متر بالای خاک زیاد است. افق B خاکھا نیز کھ معمولاً سرشار از رس است از حرکت رو بھ پایین آب می کاھد. ظرفیت فرونشت بیشتر بھ بافت و ساختمان خاک مربوط می شود. ھر چھ بافت درشت تر و تخلخل بیشتر باشد. مقدار آن فزونتر خواھد بود.
دو جزء اصلی مورد نظر علاوه بر گیاه و نوع آلودگی در فرآیند گیاه خاک درمانی، نوع خاک و آب موجود می باشند.
خاکھا را می توان براساس قطر ذره بھ انواع مختلف تقسیم نمود . جدول (٢-١) بیانگر این موضوع می باشد.

جدول١-٢ انواع خاک برحسب قطر ذره [٣]
نوع ذره قطر(mm) سطح مخصوص(m2 /kg )
شن دانھ ریز ١-٣ ١/١
شنی زبر ٠/۵-١/٠ ٢/٣
شن متوسط /٠٢۵-٠/۵ ۴/۵
شنی نرم /٠٢۵-٠/١ ٩/١
شنی خیلی نرم /٠٠۵-٠/١ ٢٢/٧
سیلت /٠٠٠٢-/٠٠۵ ۴۵/۴
رسی </٠٠٠٢ /١٣٠

در فرآیند گیاه خاک درمانی، آب نقش مھمی را ایفا می نماید. آب آلودگیھای مورد پالایش را از خاک بھ سطح ریشھ، از سطح ریشھ بھ داخل و سپس بھ سایر قسمتھای گیاه منتقل می نماید.
ھدف این بخش آنست کھ با توجھ بھ اصول مکانیک سیالات و انتقال جرم، مدلی برای انتقال آب در خاک با توجھ بھ ساختار ریشھ گیاه و ساختار خاک ارائھ نماید.
بھ منظور درک بھتر از این بخش در ابتدا رطوبت موجود در خاک را مورد بررسی قرار می دھیم.
شایان ذکر است کھ در این بخش فرض می شود گیاه بھ طور منظم آبیاری شده و آب بھ ترتیب نامبرده ذیل ھمواره در دسترس می باشد. آب موجود در خاک را می توان بھ سھ دستھ تقسیم نمود.
• آب ثقلی : آبی است کھ تحت تاثیر نیروی ثقلی بھ سمت پایین داده می شود. این آب در دسترس میکروارگانیسمھا و ریشھ گیاھان است و نقش مھمی در انتقال آلاینده ھا و دیگر مواد دارد.
• آب موئین : آبی کھ توسط حفره ھای موجود در خاک نگھداری می شود و تنھا در دسترس میکروارگانیسمھای موجود در خاک است.
• آب اسمزی : آبی کھ توسط ذرات خاک رس و گیاه خاک نگھداری می شود و در دسترس گیاھان و میکروارگانیسمھای خاک نیست [٧] .
با توجھ بھ دستھھای داده شده مبرھن است کھ آب ثقلی با توجھ بھ موضوع بحث مد نظر می باشد. حرکت آب در مدل ارائھ شده تک بعدی و در راستای عمود بر زمین در نظر گرفتھ می شود. رشد ریشھ نیز تابع زمان است کھ در ادامھ بھ توصیف آن پرداختھ خواھد شد.
جذب آب در مدلسازی حرکت آب از میان ریشھ گیاه در محیط خاک از اھمیت ویژه ای برخوردار می باشد. بھ منظور مدلسازی ریاضی آن تاکنون کوششھایی صورت پذیرفتھ است کھ آنھا را می توان بھ سھ قسمت کلی طبقھ بندی نمود:
الف: مدلسازی ریاضی حرکت آب در حالتی کھ فقط یک تار ریشھ بصورت استوانھ ای در نظر گرفتھ می شود در این مدل کھ بھ نام مدل میکروسکوپی١ شناختھ می شود طول استوانھ مذکور بی
نھایت فرض شده و حرکت آب بصورت شعاعی می باشد معادلھ در مختصات استوانھ ای نوشتھ شده و با شرایط مرزی مناسب تحلیل می گردد این روش عملاً برای فھم بھتر پدیده جذب آب استفاده شده و برای تجزیھ و تحلیل داده ھای واقعی چندان مناسب بھ نظر نمی رسد.

1 Microscopic
ب: در این روش کھ بھ نام روش ماکروسکوپی١ شناختھ می شود کل ریشھ بصورت یک مجموعھ ثابت در نظر گرفتھ شده و جذب آب در حین حرکت عمودی آن مورد نظر خواھد بود. در این روش شکل ریشھ ثابت و بدون در نظر گرفتن زمان و رشد آن فرض می شود.
ج: روش سوم کھ نسبتاً پیچیده تر از روشھای یاد شده می باشد و بھ نام روش ترکیبی شناختھ می شود در این روش ریشھ باز ھم بصورت یک شکل ثابت در نظر گرفتھ شده ولی اطلاعاتی مانند دانستیھ ریشھ، نفوذ پذیری ریشھ و … با استفاده از سعی و خطا و انطباق اطلاعات بدست آمده بصورت میانگین برای یک منطقھ بصورت تجربی در نظر گرفتھ می شود در این روش اطلاعات تجربی اولیھ فراوانی ھمواره برای تخمین در یک منطقھ مورد نیاز است و برای مناطق یا گیاھان دیگر قابل تعمیم نیست.
در این تحقیق سعی خواھد شد مدل حرکت ثقلی آب با مدل رشد ریشھ ترکیب شده و در نتیجھ مدلی قابل کاربرد و قابل تعمیم برای شرایط مختلف ارائھ گردد.


مقطع : کارشناسی ارشد

قیمت 25 هزار تومان

خرید فایل pdf به همراه فایلword

قیمت:35هزار تومان