۱

Phytoextraction

تجزیه در گیاه

معدنی

۲

Phytovolatilization

تصعید توسط برگها

معدنی / آلی

۳

Phytostabilisation

تشکیل کمپلکس

آلی

۴

Rhizofiltration

تصفیه در ریشه

معدنی / آلی

۵

Rhizodegredation

تخریب مواد آلاینده در ریشه

معدنی / آلی

۶

Phytodegredation

جذب، متابولیز و تجزیه

آلی

از این بین روش پالایش ریشه از نظر مفهومی مشابه گیاه استخراجی است اما این روش برای تصفیه و پالایش آب آلوده استفاده میشود نه خاک آلوده. این روش بهمنظور تصفیه فاضلابهای صنعتی، روانابهای کشاورزی و رسوبات اسیدهای معدنی مورد توجه بیشتری قرار گرفته است (شعبان و رستمی اجیر لو، ۱۳۹۰).

۲-۱-۵-۲-۱- گیاه استخراجی (Phytoextraction)
از بین تمام روش های شیمیایی فیزیکی و بیولوژیکی که در گیاهپالایی مطرح گردیده است، روش گیاهاستخراجی برای پالایش خاکها کمترین هزینه را دربر دارد (Glass, 1999). جذب مواد آلاینده به وسیله ریشه‌ها و سپس با تجمع این مواد در اندام هوایی گیاه همراه می‌باشد، که عموماً به صورت بیومس گیاهی برداشت و از بین برده می‌شود. در این روش از گیاهانی استفاده میشود که قادرند فلزات سنگین را به وسیله ریشه ها جذب کرده و آنها را به بیومس هوایی خود منتقل نموده و در آنجا ذخیره نمایند. گیاهانی که در این روش بهکار برده میشوند بایستی به سایر گیاهان توانایی بالایی در جذب و ذخیره فلزات سنگین داشته باشند. برای این روش حدود ۴۰۰ گیاه مختلف از خانواده های آستراسه، براسیکاسه، کاریوفیلاسه، سیپراسه، فاباسه، پوآسه، لامیاسه، ویولاسه، افوربیاسه، فلاکورتیاسه و کنونیاسه شناسایی شده است. در این روش این گیاهان در مکانهای آلوده کشت شده و پس از چند هفته یا چند ماه رشد، آنها را برداشت مینمایند و بیوماس برداشت شده نابود میگردد. این کاشت، برداشت و انهدام بیوماس بایستی تا کاهش سطح فلزات پیوسته ادامه یابد (Kumar et al., ۱۹۹۵). گیاهانی که برای این روش بهکار برده میشوند بایستی دارای ویژگیهایی باشند که عبارتاند از: جذب سریع مواد آلاینده و تجمع مقدار زیادی از آنها در بافتهای خود (Kumar et al., ۱۹۹۵)، تحمل بالا به تجمع مواد، تولید بیوماس هوایی و ریشهای بالا، داشتن رشد سریع و مستقر شدن در منطقه با سرعت، مقاوم بودن به آفات و بیماریها، جذاب نبودن برای چرای حیوانات و داشتن کمترین ریسک برای ورود به چرخه غدایی (Thangavel & Subhuram, 2004). به گفته لی و همکاران (۲۰۰۰) سودمندی این روش به قابلیت جذب فلزات سنگین به وسیله گیاهان بستگی دارد. زمانی که برای پاکسازی بدین روش نیاز است، بستگی به نوع فلزات آلوده کننده، فصل رشد گیاهان در منطقه و کارایی انتقال فلزات به وسیله گیاه دارد، ولی بهطور متوسط کارایی این روش بین ۱ تا ۲۰ سال تخمین زده میشود (Blaylock & Huang, 2000). این روش برای سطح وسیعی از زمینهای کم عمق آلوده که دارای سطوح کم یا متوسطی از فلزات سنگین هستند، مناسب میباشد؛ زیرا رشد گیاهان در خاکهایی که آلودگی زیادی دارند، پایدار نیست. زمینی که با این روش پاکسازی میگردد، بایستی فاقد موانعی از قبیل تنه درختان بریده شده و تخته سنگها بوده و دارای توپوگرافی مناسبی باشد تا عملیات زراعی با تجهیزات کشاورزی در آن به خوبی انجام گیرد. تکنیکهای جدید گیاه استخراجی قابلیت گیاهپالایی را افزایش دادهاند؛ مثلا ترکیب روش گیاهاستخراجی با پاکسازی الکتریکی یک روش نوین است. در این روش پس از کاشت گیاه پالاینده و رشد ان به حد کافی در میان خاک آلوده یک ولتاژ معین (۳۰ ولت) عبور داده میشود. ترکیب این دو روش با هم سبب ورود بار پروتونی به داخل خاک شده و آنیونها را برانگیخته کرده و کارایی جذب فلزات سنگین به وسیله گیاه را افزایش میدهد (O’Connor et al., ۲۰۰۳).

شکل(۱-۱) فرآیندهای مختلف پالایش گیاهی (Suresh and Ravishankar, 2004)
۲-۱-۵-۲-۲- گیاه تبخیری (Phtovolitalization)
برخی از فلزات از قبیل آرسنیک، جیوه و سلنیم ممکن است بهصورت گاز درآمده و وارد محیط زیست گردند. در سالهای اخیر گیاهانی را اصلاح نمودهاند که قادرند مواد آلاینده را از خاکها جذب کرده و با تغییراتی که در گیاه روی آنها انجام میگیرد، آلایندهها را نگه داشته و فرمهای واسطه مطمئنی از ترکیبات الی را از طریق فرایند تبخیر به اتمسفر آزاد میکند. به این فرایند گیاه تبخیری گویند. بهعنوان مثال گیاه علف جارو قادر است سلنیم را که بیشترین مشکلات را در خاکها ایجاد نموده است، در بافتهای خود ذخیره نموده و آن را به فرم دیمتیلدیسلنید که غیرسمی است، آزاد نماید (Evans et al., ۱۹۶۸). تری و همکاران (۱۹۹۲) نیز گزارش نمودند که گیاهان خانواده خردل قادرند روزانه ۴۰ گرم سلنیم را در هکتار به فرم ترکیبات مختلف گازی آزاد نمایند. زدودن فلزاتی مانند سلنیم و جیوه با این روش همیشگی است، زیرا مواد تبخیر شده دیگر در این منطقه یا اطراف آن رسوب نخواهد کرد (Atkinson et al., ۱۹۹۰). همچنین گیاهان به کمک باکتریهای ریزوسفری قادرند انتقال زیستی مواد را افزایش دهند که باعث افزایش راندمان گیاه تبخیری میگردد (Salt et al., ۱۹۹۸). بهعلاوه زمینهایی که بدین روش پاکسازی میگردند، دیگر پس از زیر کشت رفتن محصولات زراعی نیازی به مدیریت گیاهپالایی ندارند. همچنین در این روش، گیاه مواد مفیدی را به مکانهای آلوده میافزاید، در نتیجه فرسایش کاهش مییابد و نیازی به نابودی بقایای گیاهی نیست (Heaton et al., ۱۹۹۸). هیتون^[۲۷] و همکاران (۱۹۹۸) پیشنهاد کردند که جیوه و سایر فلزاتی که بدین روش وارد اتمسفر میگردند، هیچ تاثیری در شکاف لایه اوزن ندارند.
۲-۱-۵-۲-۳- تصفیه ریشهای (Rhizofiltration)
این روش به استفاده از ریشه ها یا نهال بذرهای گیاه جذب یا جذب سطحی آلایندههای فلزی از آبهای سطحی یا زیرزمینی اشاره دارد (Prasad & Freitas, 2003). در این روش گیاه یا نهال بذر مورد نظر در منطقه آلوده رشد کرده و مواد آلاینده را در ریشه های خود تغلیظ مینماید. این روش بهخصوص برای فاضلابهای صنعتی، رواناب کشاورزی ویا فاضلاب معادن اسیدی کاربرد دارد و برای فلزاتی مانند سرب، کادمیوم، مس، نیکل، روی و کروم مناسب است. در این روش از گیاهان خشکزی بهعنوان گیاهان آبزی استفاده میشود، چون سیستم ریشهای آنها دارای فیبر، ریشه های موئی و سطح ریشهای بیشتری است و میتواند مواد آلوده را بهصورت تودهای حذف کرده و یا به شکل رسوبی جابهجا کند (Ensley, 2000). در این روش ابتدا گیاه در محیط هیدروپونیک (آب کشت) رشد میکند، سپس آن را به آب آلوده منتقل کرده و گیاه مواد آلوده را در ریشه و اندامهای هوایی خود ذخیره مینماید (Zhu et al., ۱۹۹۹). استخراج ریشهای همچنین با تغییر در اسیدیته ریزوسفر (محیط اطراف ریشه) باعث جذب برخی دیگر از فلزات به سطوح ریشهای میگردد، سپس ریشه ها یا کل بیوماس گیاهان اشباع شده برداشت شده و نابود میگردد (Glass, 1999). گیاهانی که برای این روش مورد استفاده قرار میگیرند، بایستی کاربرد سادهای داشته، نگهداری آنها کم هزینه بوده، بتوانند مقادیر زیادی فلزات سنگین را در بافتهای خود ذخیره نموده و در مقابل این مقادیر بالا تحمل بالایی داشته باشند. گیاهانی مانند خردل هندی، آفتابگردان، تنباکو، چاودار و ذرت دارای این توانایی هستند. آنها دارای قدرت جذب سرب از فاضلابها هستند و در این میان آفتابگردان (Helianthus.annus L) و خردلهندی (Brassica juncea Czern) بیشترین قدرت و توانایی را برای خارج نمودن مواد آلوده از آب دارند. ریشه خردل هندی قادر به زدودن فلزاتی از قبیل کادمیوم، کروم، مس، نیکل، سرب و روی و ریشه های آفتابگردان قادر به زدودن فلزاتی از قبیل سرب (Dushenkov et al., ۱۹۹۵) اورانیوم، سزیم۱۳۷ و استرانسیم۹۰ از محیط ریشهای است (Dushenkov et al., ۱۹۹۷).
۲-۱-۵-۲-۴- گیاه تثبیتی (Phytostabilization)
برخلاف دیگر روشها در این روش فلزات سنگین از منطقه آلوده خارج نمیشوند، بلکه با تجمع در ریشه و محیط اطراف ریشه رسوب کرده و به این طریق سلامت انسانها و محیط تضمین میگردد. این مکانیسم تحرک مواد آلوده را کاهش داده و مانع مهاجرت آنها به آب و هوای اطراف میگردد. این روش معمولا برای کاهش آلودگی در خاک، رسوب و لجن استفاده میشود. این روش بیشتر برای خاکهای حاوی مواد آلوده آلی مناسب بوده و برای مناطق وسیع آلوده مناسب میباشد. برخی از مناطق آلوده قابلیت گیاه تثبیتی ندارند و رشد و زندگی گیاهان در این مناطق غیر ممکن است. مزیت اصلی این روش نسبت به سایر روش های گیاهپالایی کاربرد آسان و برتری زیباشناختی آن از نظر طبیعت میباشد. چون در این روش بقایای گیاهی در سطح زمین پراکنده نمیشود (Berti & Cunningham, 2000). اگر زمینهای الوده به قدری زیاد باشند که روش های زدودن آلودگی خاک مثمرثمر واقع نشود، گیاه تثبیتی دارای مزیت میباشد. گیاهانی که برای این روش بهکار برده میشوند، بایستی دارای این خصوصیات باشند: الف- تحمل در برابر تجمع سطوح بالای فلزات سنگین؛ ب- تولید بیوماس ریشهای فراوان برای جذب مواد آلاینده؛ ج- توانایی رسوب و یا کاهش مواد آلوده در ریشه ها؛ د- توانایی نگهداری مواد آلوده از ریشه ها به اندامهای هوایی برای جلوگیری از استفاده آنها، به علاوه وجود ناچیز فلزات سنگین در اندام هوایی ایجاب میکند که بهعنوان بقایای آلوده جمعآوری و منهدم گردند (Flatman & Lanaza, 1998).
۲-۱-۵-۲-۵- تجزیه ریشه‌ای (Rhizodegredation)
تجزیه ریشه‌ای افزایش تجزیه زیستی طبیعی در خاک از طریق تأثیر ریشه‌های گیاه می‌باشد و منجر به تخریب یا سمیتزدایی^[۲۸] مواد آلاینده آلی می‌شود. مواد آلاینده آلی در خاک اغلب می‌توانند به مواد کاملاً معدنی تبدیل شده و یا به تولیدات غیرمعدنی از قبیل دیاکسیدکربن و آب به وسیله باکتری‌ها، قارچ‌ها و اکتینومیست‌ها تجزیه شود. وجود ریشه گیاه اغلب حجم و تنوع جمعیت میکروبی خاک اطراف ریشه و همچنین میکوریزا را افزایش خواهد داد. افزایش جمعیت میکروبی به علت تحریک توسط ترشحات و ترکیبات تولیدی به وسیله گیاهان می‌باشد. ترشحات گیاهی آزاد شده شامل قندها، اسیدهای آمینه، اسیدهای آلی، اسیدهای چرب، استرول‌ها، عوامل رشد، نوکلئوتیدها، فلاو نها، آنزیم‌ها و دیگر ترکیبات می‌باشد. افزایش فعالیت و جمعیت میکروبی در محیط ریشه می‌تواند موجب افزایش تجزیه زیستی مواد آلاینده خاک شود. میکروب‌های خاک به وسیله ترشحات ریشه‌ای گیاه می‌تواند در نتیجه تغییر شرایط ژئوشیمیایی از قبیل pH باشد.(Hinchman, 2002) ریشه‌های گیاه می‌تواند بر محتوی آب، انتقال آب و مواد غذایی، هوادهی و ساختمان، pH و دیگر پارامترهای خاک مؤثر باشد (Pivetz,2001 ).