اثر نوع ‌آبیاری با ترکیب فاضلاب تصفیه‌شده و آب شور بر جذب برخی فلزات سنگین در دانه جو

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار/ گروه علوم و مهندسی آب- دانشکده کشاورزی- دانشگاه بیرجند

2 گروه علوم و مهندسی آب دانشگاه بیرجند

3 گروه علوم و مهندسی آب- دانشگاه بیرجند

4 دانشجوی کارشناس ارشد آبیاری و زهکشی دانشگاه بیرجند

چکیده

کمی منابع آب و بارندگی از جمله مشکلات پیش‌روی کشاورزی در مناطق گرم و خشک است. لذا، هدف پژوهش حاضر، بررسی اثر سطح آبیاری با فاضلاب تصفیه‌شده و آب شور بر تجمع آلومینیوم، منگنز و آرسنیک در دانه جو رقم گوهران است. عوامل آزمایش شامل سطح آبیاری (100، 70 و 50% نیاز آبی) و نوع آب (آبیاری جداگانه، اختلاط‌شده و یکی در میان با فاضلاب تصفیه‌شده و آب شور چاه) در سه تکرار بود. آماده‌سازی زمین و کشت دانه‌های جو در سال زراعی 1398 در اراضی کشاورزی تصفیه‌خانه فاضلاب شهر بیرجند انجام گرفته و پس از رسیدن محصول، دانه‌های جو جداسازی و هضم شده و غلظت منگنز، آلومینیوم و آرسنیک آن اندازه‌گیری شد. نتایج نشان داد که غلظت آرسنیک جو در تمامی تیمارها ناچیز بوده و دامنه تغییرات منگنز بین 4/68 و 5/96 و آلومینیوم آن بین 39 تا 2/115 میلی‌گرم بر کیلوگرم بوده که منطبق بر استاندارد خوراک دام است. در این راستا، غلظت منگنز و آلومینیوم در تیمار آبیاری یکی‌درمیان به‌ترتیب 4/79 و 7/53 و در تیمار آبیاری اختلاطی 3/78 و 1/52 میلی‌گرم بر کیلوگرم بوده که تفاوت معنی‌داری بین آن‌ها در سطح آماری 5 درصد مشاهده نشد. کم‌آبیاری در تمامی تیمارها موجب افزایش تجمع منگنز و در تمامی تیمارها به جز آبیاری با فاضلاب تصفیه‌شده و آبیاری یکی‌درمیان سبب افزایش جذب آلومینیوم در دانه گردید. با تغییر رژیم آبیاری از 50% نیاز آبی به 100%، نقش شوری آب در تجمع فلزات کاهش و نقش مواد آلی فاضلاب تصفیه‌شده افزایش یافت. نتایج این مطالعه به لحاظ اثر گذاری سطح آب آبیاری و مثبت بودن آبیاری یکی در میان و اختلاطی با فاضلاب تصفیه‌شده و آب شور در کاهش تجمع فلزات سنگین در دانه جو، به‌عنوان دو راه‌کار مدیریتی کم هزینه، راهنمای مناسبی در استفاده ایمن از این آب‌های نامتعارف در کشاورزی است."

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The effect of the type of irrigation with the combination of purified wastewater and salt water on the absorption of some heavy metals in barley seeds

نویسندگان [English]

  • Ali Shahidi 1
  • abbas khashei 2
  • Hosin Bagheri 3
  • Ali Afshin 4
1 Water engineering Dept. Faculty of Agriculture University of Birjand Birjand Iran
2 university of birjand, Avini street, birjand city, soth khorasan province,iran
3 Department of Water Science and Engineering - University of Birjand
4 Master's student of irrigation and drainage
چکیده [English]

Lack of water resources and rainfall are among the problems facing agriculture in hot and dry regions. The experimental factors included irrigation level (100, 70, and 50% of water requirement) and water type (separate, mixed, and mixed irrigation with treated wastewater and saline well water) in three replicates. Land preparation and cultivation of barley seeds were done in the agricultural lands of Birjand wastewater treatment plant , and after the harvest, the barley seeds were separated and digested, and the concentration of manganese, aluminum and arsenic was measured. The results showed that the concentration of arsenic in barley was insignificant in all treatments and the range of changes of manganese was between 68.4 and 96.5 and aluminum was between 39 and 115.2 mg/kg, which is in accordance with the animal feed standard. In this regard, the concentration of manganese and aluminum in the irrigation treatment was 79.4 and 53.7, respectively, and in the mixed irrigation treatment it was 78.3 and 52.1 mg/kg, and no significant difference was observed between them at the statistical level of 5%. Lack of irrigation in all treatments caused an increase in manganese accumulation and in all treatments except irrigation with treated wastewater and intercropping irrigation caused an increase in aluminum absorption in seeds. By changing the irrigation regime from 50% of water requirement to 100%, the role of water salinity in the accumulation of metals decreased and the role of treated wastewater organic matter increased. The results of this study in terms of the effect of irrigation water level and the punitiveness of one-in-one irrigation and mixing with purified wastewater and salt water in reducing the accumulation of heavy metals in barley grain, as two low-cost management solutions, are a good guide in the safe use of these unconventional waters. is in agriculture."

کلیدواژه‌ها [English]

  • Unconventional waters
  • Heavy metals
  • Deficient irrigation
  • Alternative irrigation
  • Mixed water resources
احراری، ف. 1393. مقایسه غلظت فلزات سنگین در گیاهان زراعی آبیاری شده با آب و فاضلاب تصفیه‌شده (مطالعه موردی: تصفیه خانه فاضلاب شهرستان بیرجند). پایان‌نامه کارشناسی ارشد مهندسی منابع طبیعی-محیط‌زیست، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران.
افخمی، م.، امیری، ف. و طباطبایی، ط. 1400. اثر آبیاری با پساب تصفیه‌شده شهری بر انباشت سرب و کادمیوم در خاک و گیاه فلفل دلمه‌ای. سلامت و محیط زیست. ۱۴ (۱):۱۱۴-۹۹.
افشین، ع. 1398. بررسی مدیریت آبیاری و فاضلاب تصفیه‌شده شهری بر عملکرد و اجزاء عملکرد گیاه جو (رقم گوهران). پایان‌نامه کارشناسی ارشد علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بیرجند.
آمارنامه کشاورزی. 1401. گزارش سطح، تولید و عملکرد محصولات زراعی در سال زراعی 1400- 1399. جلد اول. مرکز فناوری اطلاعات و ارتباطات جهاد کشاورزی. 0-98.
باقری، ح.، و زارع ابیانه، ح. 1396. شبیه‌سازی انتقال سدیم و نیترات در خاک اصلاح شده با ورمی‌کمپوست تحت رژیم‌های مختلف آبیاری. نشریه آبیاری و زهکشی ایران. 11 (5): 888-889.
برکی وندی، ن.، اردکانی، س.س. و چراغی، م. 1396. تعیین شاخص مخاطرة سلامت تجمع عناصر آرسنیک، آلومینیم، روی و مس در گیاهان دارویی بادرنجبویه و گل‏ گاو‏زبان مصرفی شهر همدان. مجله علمی - پژوهشی دانشگاه علوم پزشکی سبزوار. 24 (4): 265-271.
پاک­نژاد، ف.، فاطمی ریکا، ز.، و ایلکایی دهنو، م.ن. 1396. بررسی اثر تنش آخر فصل بر عملکرد و اجزاء عملکرد ده رقم جو در منطقه کرج. تنش­های محیطی در علوم زراعی. 10 (3): 391-401.
جلالی، ع.، گلوی، م.، قنبری، ا.، رمرودی، م. و یوسف الهی، م. 1389. اثر آبیاری با فاضلاب تصفیه‌شده شهری بر عملکرد و جذب فلزات سنگین در سورگوم علوفه‌ای (Sorghum bicolor L.). مجله علوم آب و خاک. 14 (52): 15-25.
حمیدیان، ا.ح. و احمدی ممقانی، ی.ع. 1398. کیفیت آب (مفاهیم، نمونه برداری و آنالیز). انتشارات دانشگاه تهران.
خالدیان، م. و رضایی، م. 1396. تاثیر آبیاری با آب رودخانه زرجوب بر تجمع عناصر سنگین در دانه برنج. مجله آبیاری و زهکشی ایران. 11(4): 618-625.
دهقانی فیروزآبادی، ع.، زارعی محمودآبادی، ه. و احرامپوش، م.ح. 1396. بررسی استفاده مجدد از پساب شهرک‌های صنعتی جهت مصارف کشاورزی و آبیاری (مطالعه موردی: تصفیه خانه شهرک صنعتی جهان آباد میبد). طلوع بهداشت. ۱۶ (۳) :۵۵-۴۶.
دهقانی‌سانیج، ح.، حاجی آقابزرگی، ح.، و قائمی، ع.ا. 1397. تأثیر رژیم‌های مختلف آبیاری بر توزیع شوری در خاک تحت سیستم آبیاری قطره‌ای زیر‌سطحی. مدیریت آب و آبیاری.  8 (1): 15-25.
ذوقی، م.ج. و دوستی، م.ر. 1398. بررسی تجمع فلزات سنگین در گیاهان آبیاری شده با آب چاه و فاضلاب تصفیه شده‌ی شهر بیرجند. مجله مهندسی بهداشت محیط. ۷ (۲) :۱۵۱-۱۳۵.
رحمانی، ص.، یزدان‌پناه، م.، فروزانی، م. و عبدشاهی، ع. 1397. بررسی باورها و راهبردهای سازگاری کشاورزان با شرایط کمبود آب و عوامل موثر بر آنها در شهرستان ممسنی. پژوهش آب در کشاورزی. 32 (2): 321-340.
روزبه، ن.، و خرم نژادیان، ش.، عاصمی زواره، س.، و صائب، ک. 1400. بررسی اثر آبیاری با فاضلاب شهری بر تجمع فلزات سنگین در گندم (مطالعه موردی: مزارع شهر ری). علوم و تکنولوژی محیط زیست, 23 (3): 133-147.
زارع میرک آباد، ر.، سهرابی، ت.، و متشرع زاده، ب. 1397. اثر کم آبیاری با فاضلاب تصفیه شده شهری بر عملکرد ذرت. تحقیقات آب و خاک ایران. 49 (3): 505-514.
زاهدی اصل، ص. 1382. اثر سمی آلومینیوم. پژوهش در پزشکی. ۲۷ (۴): ۳۳۱-۳۴۱.
زرگری، ف.، پوراکبر، ل.، صالحی لیسار، س.ی.، رازقی، ج. و متفکرآزاد، ر. 1399. اثر سطوح مختلف آرسنات بر جوانه‌زنی، رشد و برخی مولفه‌های فیزیولوژیک گیاه یونجه (Medicago sativa L.). مجله علمی فیزیولوژی گیاهان زراعی. ۱۲ (۴۵): ۵-۲۳.
زمانی، غ.، کشکولی، ح.، شهیدی، ع.، و قریشی، س.غ. 1386. اثرات شوری و رژیم‌های مختلف آبیاری بر عملکرد و درصد پروتئین دانه در دو رقم گندم. پژوهش کشاورزی. 7 (2): 55-65.
زهتابیان، غ.، سرداری مهرآباد، م. و سوری م. 1385. بررسی اثر آبیاری بر شور شدن خاک (مطالعه موردی: دشت یزد - اردکان). نشریه بیابان، 11 (1): 197-210
سرگلزایی، س. و مرادقلی، م. 1394. بررسی پارامترهای کمی و کیفی پسآب تصفیه خانه آب زاهدان جهت نیاز به استفاده مجدد. همایش ملی مصرف بهینه آب در صنعت، چالش‌ها و راهکارها. آبان‌ماه، دانشگاه اصفهان.
شکوهی، خ. و قناتی، ف. 1387. تأثیر آلومینیوم بر کاهش رشد و تغییر در ترکیبات دیوارهء سلول‌های توتون. نشریه علوم دانشگاه خوارزمی.  ۱۸ (۴۵): ۸۵۵-۸۶۴.
شهراب، 1399. سالنامه اماری شرکت مهندسی آب و فاضلاب کشور سال 1399. دفتر برنامه‌ریزی و بودجه. 24 (669): 0-64.
عالی‌نژادیان، ا.، محمدی، ج.، کریمی، ا. و نیکوخواه، ف. 1392. تأثیر آبیاری با پساب شهری بر تجمع باکتری‌های شاخص آلودگی و برخی فلزات سنگین در خاک و گیاه. مجله پژوهش‌های سلولی و مولکولی. 26 (4): 508-523.
علی‌حوری، م.، ناصری، ع.ع.، برومندنسب، س. و کیانی، ع. 1394. اثر کم آبیاری و شوری آب آبیاری بر توزیع شوری خاک و رشد رویشی نهال‌های خرما. نشریه حفاظت منابع آب و خاک (علمی - پژوهشی). 4 (3): 1-13.
علی‌نژادجهرمی، ه.، محمدخانی، ع.، و صالحی، م.ح. 1391. تأثیر استفاده از فاضلاب تصفیه‌شده شهری شهرکرد بر رشد، عملکرد و تجمع سرب و کادمیم در گیاه دارویی بادرنجبویه ‌(Melissa officinalis). مجله علوم آب و خاک. ۱۶ (۶۰): ۱۷۳-۱۸۵.
فرمانی‌فرد، م.، قمرنیا، ه.، پیرصاحب، م. و فتاحی، ن. 1395. مطالعة تجمع فلزات سنگین در محصولات مختلف تحت تأثیر آبیاری با فاضلاب تصفیه‌شدة شهری کرمانشاه. مدیریت آب و آبیاری. 6 (2): 347-365.
فرهادی، د.، اصغری، ح.، عامریان م.ر. و عباسپور، ع. 1395. بررسی تاثیر زئولیت و میکوریزا بر جذب عناصر غذایی و عملکرد ذرت علوفه ای رقم 704. نشریه کشاورزی بوم شناختی. 6(2): 1.
فلاحتی مروست، ع.، حسین پور، ع.، و طباطبایی، س.ح. 1392. اثر شوری و لجن فاضلاب بر فراهمی و جذب فلزات سنگین توسط گیاه جو. آب و خاک. 27 (5): 985-997.
قائدی، س.، افراسیاب، پ.، و لیاقت، ع. 1395. مقایسه‌ی روش‌های تلفیق آب شور و غیر شور در کشت سورگوم علوفه‌ای و توزیع شوری در نیمرخ خاک. علوم و مهندسی آبیاری. 39 (1): 167-179.
کریمی، ب.، عبدی، چ. و فتحی تیلکو، ز. 1397. تأثیر آبیاری با پساب شهری تصفیه‌شده بر عملکرد و برخی ویژگی‌های رشد گوجه‌فرنگی و ذرت در شرایط گلخانه‌ای. دانش آب و خاک. 28 (4): 19-29.
کریمی، ب.، عبدی، چ.، فتحی تیلکو، ز. و گویلیان، ه. 1395. تأثیر کاربرد فاضلاب تصفیه‌شده شهری بر میزان و الگوی تجمع برخی از فلزات سنگین در نیمرخ خاک زیر کشت ذرت و گوجه‌فرنگی. پژوهش آب در کشاورزی. 30 (1): 89-101.
لیاقت، ع.، و اسماعیلی، ش. 1382. تاثیر تلفیق آب شور و شیرین روی عملکرد و غلظت نمک در منطقه توسعه ریشه ذرت. علوم کشاورزی و منابع طبیعی. 10 (2): 159-170.
معصومی، س.ط.، رحیمی خوب، ع.، قربانی جاوید، م.، و نظری‌فر، م.ه. 1393. تأثیرکم آبیاری متناوب برعملکرد، اجزا عملکرد و بهره‌وری آب در ذرت دانه‌ای سینگل کراس-704. نشریه آبیاری و زهکشی ایران. 8 (4): 810-816.
یزدان‌پناه، م.، حیاتی، د. و زمانی، غ. 1396. کاربرد تئوری فرهنگی در واکاوی نگرش و فعالیتهای حفاظت از منابع آب: مورد مطالعه کارکنان سازمان جهاد کشاورزی استان بوشهر. علوم ترویج و آموزش کشاورزی ایران. 1 (3): 6-62.
یزدانی، ع.، صفاری، م. و رنجبر، غ. 1396. اثر آبیاری با فاضلاب شهری تصفیه‌شده بر عملکرد دانه و تجمع فلزات سنگین در دانه ژنوتیپ‌های جو (Hordeum vulgare L.). نشریه علوم زراعی ایران. ۱۹ (۴) :۲۹۶-۲۸۴.
Abedin, M.J., Cotter-Howells, J. and Meharg, A.A. 2002. Arsenic uptake and accumulation in rice (Oryza sativa L.) irrigated with contaminated water. Plant and Soil. 240:311–319.
Assouline, S., Kamai, T., Šimůnek, J., Narkis, K. and Silber, A. 2020. Mitigating the Impact of Irrigation With Effluent Water: Mixing With Freshwater and/or Adjusting Irrigation Management and Design. Water Resources Research. 56 (9): e2020WR027781.
Balkhair, K.S., El- Nakhlawy, F.S., Al-Solaimani, S., and Ismail, S.M. 2014. Effect of diluted wastewater and irrigation systems on the yield and contamination of vegetable crops in arid region. Journal of Food, Agriculture and Environment. 12 (2):579-586.
Barbosa, D.C. and Barbosa, M.C.A. 1996. Crescimento e estabelecimento de plantas. In: Sampaio EVSB, Mayo SJ, Barbosa MRV, eds. Pesquisa botânica nordestina: Progresso e perspectivas. Recife: Sociedade Botânica do Brasil. 173:7.
Bozdoğan, E. 2015. Possible use of treated wastewater as irrigation water at urban green area. Turkish Journal of Agriculture - Food Science and Technology. 3 (1):35-39.
Chen, W., Habibul, N., Liu, X.Y., Sheng, G. P. and Yu, H.Q. 2015. FTIR and synchronous fluorescence heterospectral two-dimensional correlation analyses on the binding characteristics of copper onto dissolved organic matter. Environmental Science and Technology. 49 (4):2052–2058.
CODEX. (1983). Report of the fifteenth session of the joint fao/who codex alimentarius commission. FAO/WWHO, Rome.
CODEX. (2014). Food Chemical CODEX. 9th. Pharmacopeial Convention, USA.
Dradrach, A., Karczewska, A., Szopka, K., and Lewińska, K. 2020. Accumulation of arsenic by plants growing in the sites strongly contaminated by historical mining in the sudetes region of poland. International Journal of Environmental Research and Public Health. 17: 3342.
Goyal, M.R. 2016. Wastewater Management for Irrigation: Principles and Practices. Apple Academic Press. the United States, New York.
Hao, X., Ball, B.C., Culley, J.L.B., Carter, M.R. and Parkin, G.W. 2008. Soil density and porosity. In: Carter, M., Gregorich, E. (Eds.), Soil Sampling and Methods of Analysis, 2nd ed. CRC Press, Taylor and Francis Group, London. 743–759.
Karimi, A., Naghizadeh, A., Biglari, H., Peirovi, R., Ghasemi, A. and Zarei, A. 2020. Assessment of human health risks and pollution index for heavy metals in farmlands irrigated by effluents of stabilization ponds. Environmental Science and Pollution Research. 27 (10):10317–10327.
Koottatep, T., Polprasert, C. and Hadsoi, S. 2006. Integrated faecal sludge treatment and recycling through constructed wetlands and sunflower plant irrigation. Water Science and Technology. 11: 155-164.
Kroetsch, D. and Wang, C. 2008. Particle size distribution. In: Carter, M., Gregorich, E. (Eds.), Soil Sampling and Methods of Analysis, 2nd ed. CRC Press, Taylor and Francis Group, London. Pp: 720–722.
Lal, K., Yadav, R.K., Kaur, R., Bundela, D.S., Khan, M.I., Chaudhary, M., … and Singh, G. 2013. Productivity, essential oil yield, and heavy metal accumulation in lemon grass (Cymbopogon flexuosus) under varied wastewater–groundwater irrigation regimes. Industrial Crops and Products. 45:270–278.
Li, R., Zhou, Z., Xie, X., Li, Y., Zhang, Y. and Xu, X. 2016. Effects of Dissolved Organic Matter on Uptake and Translocation of Lead in Brassica chinensis and Potential Health Risk of Pb. International Journal of Environmental Research and Public Health. 13 (7):687.
Mirzaei, F., Fathi, E., Parsinejad, M., Motesharezadeh, B. and Ahmadi, P. 2020. Effects of full and limited irrigation and contaminated soil on cadmium uptake by corn. Desert. 25 (1):33–40.
Muchuwetia, M., Birkettb, J., Chinyangaa, E., Zvauyaa, R., Scrimshawc, M., and Lester, J.N. 2006. Heavy metal content of vegetables irrigated with mixtures of wastewater and sewage sludge in Zimbabwe: Implications for human health. Agricultural Ecosystem Environment. 112:41-48.
Nan, Z., Zhao, C., Li, J., Chen, F. and Sun, W. 2002. Relations between soil properties and selected heavy metal concentrations in spring wheat (Triticum Aestivum L.) grown in contaminated soils. Water, Air, and Soil Pollution. 133(1–4):205–213.
Oliveira, V.S., Lima, A.M.N., Salviano, A.M., Bassoi, L.H. and Pereira, G.E. 2015. Heavy Metals and Micronutrients in the Soil and Grapevine Under Different Irrigation Strategies. Revista Brasileira de Ciência Do Solo. 39 (1):162–173.
O'Neill, P. 1995. Arsenic. p. 105-121. In B.J. Alloway (ed.): Heavy Metals in Soils. Blackie Academic & Professional, London, U.K.
Rowell, D.L. 1996. Soil Science: Methods and Applications; Longman Scientific and Technical: Reading. Massachusetts, USA.
Shaibur, M.R., Kitajima, N. and Sugawara, R. 2008. Critical toxicity level of arsenic and elemental composition of arsenic induced chlorosis in hydroponic sorghum. Water, Air and Soil Pollution. 191:279–292.
Sharma, R.K., Agrawal, M. and Marshall, F. 2007. Heavy metal contamination of soil and vegetables in suburban areas of Varanasi, India. Ecotoxicology and Environmental Safety. 66 (2):258–266.
Simmler, M., Suess, E., Christl, I., Kotsev, T. and Kretzschmar, R. 2016. Soil-to-plant transfer of arsenic and phosphorus along a contamination gradient in the mining-impacted Ogosta River floodplain. Science of The Total Environment. 572: 742–754.
Taghipour, M. and Jalali, M. 2019. Impact of some industrial solid wastes on the growth and heavy metal uptake of cucumber (Cucumis sativus L.) under salinity stress. Ecotoxicology and Environmental Safety. 182:109347.
Thebo, A.L., Drechsel, P., Lambin, E.F. and Nelson, K.L. 2017. A global, spatially-explicit assessment of irrigated croplands influenced by urban wastewater flows. Environmental Research Letters. 12: 074008.
UNESCO (United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization). 2020. The United Nations World Water Development Report 2020: Water and Climate Change. UNESCO. Paris, France.
Walkley, A. and Black, I.A. 1934. An examination of the Degtjareff method for determining soil organic matter, and a proposed modification of the chromic acid titration method. Soil Science. 37: 29–38.
Wang, H.J., Wang, J. and Yu, X. 2022. Wastewater irrigation and crop yield: A meta-analysis. Journal of Integrative Agriculture. 21 (4): 1215-1224.
Wiatrowska, K. and Komisarek, J. 2019. Role of the light fraction of soil organic matter in trace elements binding. PLOS ONE. 14 (5):e0217077.
Yuan, Ch., Feng, Sh., Huo, Z. and Ji, Q. 2019. Effects of deficit irrigation with saline water on soil water-salt distribution and water use efficiency of maize for seed production in arid Northwest China. Agricultural Water Management. 212: 424-432.
Zhou, M., Engelmann, T. and Lutts, S. 2019. Salinity modifies heavy metals and arsenic absorption by the halophyte plant species Kosteletzkya pentacarpos and pollutant leaching from a polycontaminated substrate. Ecotoxicology and Environmental Safety. 30 (182): 109460