دراسة عن الاستصلاح الحيوي للترب الملوثة بالكادميوم وتأثير السماد الفوسفاتي والملوحة

• عنوان الاطروحة الأصلي كاملاً: الاستصلاح الحيوي (phytoremediation) الترب ملوثة بالكادميوم تحت تأثير السماد الفوسفاتي وملوحة مياه الري
• اسم الباحثة: سلوى جمعة فاخر الحلفي
• الدرجة العلمية: دكتوراه فلسفة في العلوم الزراعية (علوم التربة والموارد المائية – كيمياء تربة)
• الجامعة والكلية: جامعة البصرة – كلية الزراعة – قسم علوم التربة والموارد المائية
• سنة المناقشة: 2012 م (1433 هـ)

مقدمة

يعد التلوث بعنصر الكادميوم السام من أعقد المشاكل البيئية والزراعية التي تهدد سلامة التربة والصحة العامة. وبناءً على ذلك، يتراكم هذا العنصر الثقيل في الأراضي الزراعية نتيجة الاستخدام المفرط للأسمدة الفوسفاتية وتصريف المخلفات الصناعية دون معالجة. بالمقابل، يمتص النبات هذا العنصر بسهولة وينقله عبر السلسلة الغذائية ليصل إلى جسم الإنسان والحيوان. لتجنب هذه المشكلة البيئية الخطيرة، يتجمع الكادميوم في الكبد والكلى ويحل محل العناصر الضرورية كالزنك والكالسيوم مما يسبب هشاشة العظام وتلف الأنسجة الحيوية. نتيجة لذلك، تعاني معظم الترب الزراعية في محافظة البصرة من ارتفاع مستويات الكادميوم السام عن الحدود الطبيعية المسموح بها عالمياً.

علاوة على ذلك، تزداد خطورة التلوث بالكادميوم عند التداخل مع ملوحة مياه الري الشائعة في الترب الجنوبية. لهذا السبب، تؤدي زيادة تراكيز أملاح الكلوريدات في المحلول الأرضي إلى تكوين معقدات ذائبة تزيد من جاهزية العنصر وحركته. بالإضافة إلى ذلك، يسهم التسميد الفوسفاتي المتكرر بشرائح سماد السوبر فوسفات المركز في إضافة كميات جديدة من الكادميوم للتربة. بالمقابل، يبحث المستشارون والمزارعون عن تقنيات صديقة للبيئة وغير مكلفة لاستصلاح الأراضي الملوثة وتطهيرها حيوياً. ومن ثم، تبرز تقنية الاستصلاح بالنبات كحل واعد يعتمد على زراعة محاصيل فائقة التجميع لسحب الملوثات من القطاع الأرضي.

تعتمد هذه التقنية البيولوجية على استغلال نباتات مثل زهرة الشمس والحنطة لقدرتها العالية على مسك المعادن الثقيلة داخل أنسجتها. كذلك، تساعد هذه المحاصيل في تقليل حركة الكادميوم وتنظيف القطاع السطحي للتربة قبل زراعة المحاصيل الغذائية. بناءً على ذلك، تقدم هذه الأطروحة الأكاديمية دليلاً ميدانياً شاملاً يرصد تأثير الأسمدة والملوحة على سلوك الكادميوم. نتيجة لذلك، يوفر هذا العمل العلمي للباحثين والمزارعين استراتيجيات واضحة لإدارة الترب الملوثة وتطبيق الاستصلاح الحيوي بفاعلية وأمان.

الاستصلاح الحيوي للترب الملوثة

تعد تقنية الاستصلاح الحيوي (Phytoremediation) من أهم الأساليب الحديثة والمستدامة التي تُستخدم فيها النباتات الخضراء والأحياء المجهرية المرافقة لجذورها لإزالة الملوثات الكيميائية والمعادن الثقيلة من الترب والمياه. وبناءً على ذلك، تُوفر هذه التقنية حلاً بيئياً غير مكلف لتطهير الأراضي الملوثة بعنصر الكادميوم السام والحد من دخوله إلى السلسلة الغذائية.

العمليات الأساسية في الاستصلاح الحيوي للترب الملوثة

تتضمن تقنية الاستصلاح الحيوي خمس آليات رئيسية تعتمد على طبيعة النبات والملوث:

1. الاستخلاص النباتي (Phytoextraction): امتصاص العناصر الثقيلة والسامة من التربة ونقلها لتتجمع في أجزاء النبات العليا التي تُحصد وتُزال لاحقاً. وتُستغل في هذه العملية النباتات فائقة التجميع (Hyperaccumulators) التي تتحمل وتخزن تراكيز مرتفعة جداً من المعادن في أنسجتها.
2. الترشيح النباتي أو الجذري (Phytofiltration / Rhizofiltration): استغلال جذور النباتات المائية أو المرباة مائياً لامتزاز وترسيب الملوثات والعناصر الثقيلة من المجاري والمياه الملوثة.
3. التطاير النباتي (Phytovolatilization): تحويل الملوثات كالسيلينيوم والزرنيخ والزئبق داخل النبات إلى صور جزيئية غازية تفقد بالتطاير نحو الجو.
4. التحلل النباتي (Phytodegradation): تحليل المركبات العضوية الملوثة في منطقة جذور النباتات بوساطة الإنزيمات التي تفرزها الجذور والبكتيريا المرافقة.
5. التثبيت النباتي (Phytostabilisation): تقليل حركة الملوثات وتقييد جاهزيتها في التربة لمنع تسربها للمياه الجوفية أو انتقالها للمحاصيل الأخرى.

تطبيق الاستصلاح الحيوي للترب الملوثة بالكادميوم (نتائج الدراسة)

• كفاءة زهرة الشمس والحنطة في التجميع الحيوي: أثبتت نتائج الدراسة الأكاديمية القدرة العالية لمحصولي زهرة الشمس (Helianthus annuus L.) والحنطة (Triticum aestivum) على تجمع الكادميوم (Hyperaccumulation) وإزالته من القطاع الأرضي.
• تمركز الكادميوم في الجذور: أظهر محصول زهرة الشمس كفاءة استثنائية في احتجاز وتجميع الكادميوم في المجموع الجذري بنسب أعلى بكثير من المجموع الخضري. نتيجة لذلك، يقل خطر انتقال الملوثات إلى الأجزاء الثمرية أو البذور التي يستعملها الإنسان والحيوان.
• تأثير السماد الفوسفاتي والملوحة: أسهم التسميد الفوسفاتي في تشجيع النمو الخضري والجذري وزيادة الكمية الكلية الممتصة من الكادميوم بواسطة النباتات. بالمقابل، أدت ملوحة مياه الري المرتفعة إلى تكوين معقدات الكلوريدات الذائبة مع الكادميوم مما أثر في حركته ونشاطه في محلول التربة.
• خفض مؤشرات التلوث (I_geo): أدت زراعة واستصلاح التربة بهذه المحاصيل المجمعة إلى خفض تركيز الكادميوم الجاهز. بناءً على ذلك، تحسن تقييم دليل التجمع الجيوكيميائي (I_geo) المعتمد على التركيز الجاهز لينتقل تصنيف الترب من فئات متوسطة وشديدة التلوث إلى فئات غير ملوثة.

ندعو جميع المهندسين الزراعيين، وخبراء البيئة واستصلاح الأراضي، والباحثين إلى فتح وتحميل هذه الأطروحة الأكاديمية الاستثنائية بالكامل. بالإضافة إلى ذلك، ستكتشفون في طيات الفصول جداول تفصيلية ومنحنيات حاصل الإذابة ومعادلات دليل التجمع الجيوكيميائي لكل موقع بدقة. بناءً على ذلك، يمثل هذا العمل العلمي مرجعاً حاسماً يرشدكم لتطبيق تقنيات الاستصلاح الحيوي وإدارة الترب الملوثة بأعلى كفاءة ممكنة.

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

ملخص الدراسة

نفذت الباحثة دراسة مسحية ومختبرية وبيولوجية متكاملة لتقييم تلوث الترب بالكادميوم واختبار كفاءة الاستصلاح الحيوي. وبناءً على ذلك، شملت الدراسة جمع عينات تربة من أحد عشر موقعاً زراعياً وصناعياً في محافظة البصرة. وأظهرت النتائج أن محتوى الكادميوم الكلي تراوح بين صفر فاصلة خمسة وثمانين وثلاثة فاصلة اثنتين وثلاثين ملغم لكل كيلوغرام. بالمقابل، أثبتت مخططات حاصل الإذابة أن الكادميوم الأصلي في الترب كان تحت حد الإشباع بمركبات الكربونات والفوسفات. علاوة على ذلك، بين تقييم التلوث باستخدام دليل التجمع الجيوكيميائي أن ترب الدراسة صُنفت بين متوسطة وشديدة التلوث بالاعتماد على المحتوى الكلي.

كذلك، نفذت الباحثة تجربتين بيولوجيتين لزراعة محصولي زهرة الشمس والحنطة تحت تأثير مستويات من الكادميوم والملوحة والسماد الفوسفاتي. وأظهرت النتائج أن زيادة مستويات الكادميوم والملوحة سببت خفضاً معنوياً في الوزن الجاف للمجموعين الخضري والجذري للمحصولين. لتجنب هذه المشكلة، أسهم التسميد الفوسفاتي في زيادة الوزن الجاف والكمية الكلية الممتصة من الفسفور والكادميوم. بالإضافة إلى ذلك، تجمع الكادميوم في المجموع الجذري بنسب أعلى بكثير من المجموع الخضري مما يؤكد القدرة التجميعية العالية لهذه النباتات. نتيجة لذلك، انخفضت قيم دليل التجمع الجيوكيميائي عند اعتماد التركيز الجاهز لتصنف الترب كترب غير ملوثة إلى متوسطة التلوث. ومن ثم، توصي الدراسة بعدم الإسراف في إضافة سماد السوبر فوسفات المركز وزراعة المحاصيل المجمعة حيوياً لتطهير الترب الملوثة قبل زراعة الخضروات الاستهلاكية.