گیاه پالایی چیست؟
.....................................

گیاه پالایی ، یک تکنیک با صرفه اقتصادی ، زیست محیطی و علمی است که برای کشورهای در حال توسعه مناسب است و تجارت با ارزشی به حساب می آید . متاسفانه علی رغم این پتانسیل ، هنوز در برخی از کشورها مانند کشور ما به عنوان یک فناوری استفاده تجاری ندارد . گیاه پالایی با استفاده از مهندسی گیاهان سبز شامل گونه های علفی و چوبی برای برداشت مواد آلاینده از آب و خاک یا کاهش خطرات آلاینده های محیط زیست نظیر فلزات سنگین ، عناصر کمیاب ، ترکیبات آلی و مواد رادیواکتیو به کار برده می شود .مهم ترین ترکیبات معدنی آلاینده ، فلزات سنگین بوده و میکروارگانیسم های خاک قادر به تجزیه آلاینده های آلی هستند ، اما برای تجزیه میکروبی فلزات نیاز به آلی شدن با تغییرات فلزی آنها وجود دارد که امروزه از گیاهان برای این بخش استفاده می شود .

اگر چه دغدغه دیگر برای کاشناسان ، نحوه استفاده از گیاهانی است که به این شکل آلوده می شوند ، اما راهکار تولید انرژی به عنوان یکی از ضروری ترین بخش های زندگی امروز ، دریچه دیگری را برای دانشمندان باز کرد . از دیدگاه جهانی ، پس از آب و هوا ، پوسته خاک ، سومین جزء عمده محیط زیست انسان تلقی می شود . خاک علاوه بر این که پایگاه موجودات خشکی زی ، بویژه جوامع انسانی است ، محیط منحصر به فردی برای زندگی انواع حیات بخصوص گیاهان به شمار می رود . بر خلاف آب و هوا ، آلودگی خاک از نظر ترکیب شیمیایی به آسانی قابل اندازه گیری نبوده و یک خاک پاک یا خالص تعریف پذیر نیست بنابراین ناگزیریم مسایل بالقوه آلودگی خاک را در چارچوب پیش بینی خطرات و صدمات احتمالی در کارکرد خاک مطالعه کنیم .

با توسعه طرح های انسان ساخت و آلوده شدن خاک ها به وسیله فلزات سنگین ، ساختار خاک برای رشد و توسعه گیاهان مسموم و خطرناک می شود و تنوع زیستی خاک را نیز به هم می ریزد . در روش گیاه پالایی ، گیاهان بر اساس مکانیسم جذب طبقه بندی و آلودگی خاک به فلزات سنگین به کمک روش های شیمیایی ، فیزیکی و بیولوژیکی کاهش داده می شود . بر اساس تحقیقات دفتر بررسی آلودگی آب و خاک سازمان حفاظت محیط زیست ، رفع آلودگی خاک معمولاً با دو روش خارج از محل و در محل صورت می گیرد . در روش خارج از محل ، خاک آلوده به مکان دیگری انتقال یافته و پس از رفع آلودگی به مکان اولیه برگردانده می شود . در روش دیگر که نیاز به جابجایی و انتقال ندارد آلاینده ها با آلی شدن ، از قابلیت جذب زیستی آنها کاسته می شود .
برای کاهش آلودگی آلاینده های معدنی در خاک می توان از روش های آلی کردن، کمپلکس کردن و افزایش خاک بوسیله اهک استفاده کرد اما بیشتر این روش ها گران بوده و سبب تخریب محیط زیست می شوند .

در فناوری استفاده از گیاهان با عنوان گیاه پالایی ، از گیاهان سبز و ارتباط آنها با میکروارگانیسم های خاک برای کاهش آلودگی خاک و آب های زیر زمینی استفاده می شود. این فناوری می تواند برای رفع هر دو نوع آلاینده خاک یعنی معدنی و آلی به کار رود.
بررسی ها نشان می دهد کاربرد تکنیک های فیزیکوشیمیایی ، سبب از میان رفتن میکروارگانیسم های مفید خاک مانند تثبیت کننده های نیتروژن میکروریزا می شود که در نتیجه فعالیت های بیولوژیکی خاک را ضعیف می کند و در مقایسه با تکنیک گیاه پالایی ، بسیار هزینه بر است.

در روش ریزوفیلتراسیون ، از گیاهان خاکی و آبی استفاده می شود که آلاینده های منابع آبی آلوده با غلظت کمتر در ریشه هایشان تغلیظ یا رسوب می کنند که این روش بخصوص برای فاضلاب های صنعتی ، رواناب کشاورزی و یا فاضلاب معادن اسیدی کاربرد دارد و برای فلزاتی مانند سرب ، کادمیم ، مس ، نیکل ، روی و کرم مناسب است . گیاهانی مانند خردل هندی ، آفتابگردان ، تنباکو ، چاودار و ذرت دارای این توانایی هستند . آنها دارای قدرت جذب سرب از فاضلاب هستند که در این میان ، آفتابگردان بیشترین قدرت و توانایی را دارد .

در روش دیگری با استفاده از قدرت ریشه ، تحرک و قابلیت دسترسی آلاینده ها در خاک محدود می شود .در روش دیگری با استفاده از قدرت ریشه ، تحرک و قابلیت دسترسی آلاینده ها در خاک محدود می شود . این روش معمولاً برای کاهش آلودگی در خاک ، رسوب و لجن استفاده می شود و از طریق جذب ، رسوب ، کمپلکس و یا کاهش ظرفیت انجام می پذیرد .

در روش تبخیر گیاهی ، گیاهان ، آلاینده ها را از خاک جذب و سپس به بخار تبدیل کرده و با عمل تعرق به اتمسفر انتقال می دهند . این روش در درختان در حال رشد برای جذب آلاینده های آلی و معدنی کاربرد دارد .

در روش دیگری که به نام کاهش گیاهی معروف است ، گیاه با متابولیسم خود از طریق انتقال ، تجزیه، تثبیت و تصعید ترکیبات آلاینده به برطرف کردن آلودگی از خاک و آب های زیر زمینی کمک می کند . در این روش ، ترکیبات آلی به مولکول های ساده تر شکسته شده که می تواند به درون بافت گیاه وارد شود . بررسی ها نشان داده است گیاهان دارای آنزیم هایی هستند که می توانند پسماند حاصل از حلال های کربنات مانند تری کلرو اتیلن و حشره کش های دیگر را تجزیه کند .

فلزات سنگین و دسترسی آنها در خاک:

فلزات سنگین ، عناصری با وزن اتمی 54/63 تا 59/200 و وزن مخصوص بیشتر از 4 هستند . برخی از فلزات سنگین به مقدار کم مورد نیاز ارگانیسم های زنده می باشند ؛هر چند افزایش بیش از حد همین فلزات سنگین ضروری می تواند برای ارگانیسم ها مضر باشد .
فلزات سنگین غیر ضروری شامل آرسنیک ، آنتیمون ، کادمیم ، کرم ، جیوه ، و سرب است که این فلزات در رابطه با آلودگی خاک و آب های سطحی بسیار مهم هستند و مورد توجه علم گیاه پالایی قرار می گیرند .

واکنش گیاهان به فلزات سنگین :

گیاهان سه راهبرد پایه برای رشد در خاک های آلوده به فلزات سنگین دارند . گونه هایی که از ورود فلزات به بخش های خود جلوگیری کرده یا غلظت فلزات را در خاک پایین نگه می دارند ، گونه هایی که فلزات را در اندام های هوایی خود تجمع داده و دوباره به خاک بر می گرداند و گیاهانی که می توانند فلزات را در اندام های هوایی خود تغلیظ کرده به طوری که چندین برابر غلظت فلز در خاک شود و گیاهانی که غلظت بالایی از آلاینده ها را جذب کرده و در ریشه ، ساقه یا برگ هایشان تغلیظ می کنند .

کاربرد مهندسی ژنتیک برای بهبود گیاه پالایی :

در این تکنیک با استفاده از تنوع ژنیتیکی موجود در داخل هر گونه و تحریک خصوصیات ژنیتیکی گونه را نسبت به فلزات آلاینده محیط افزایش داد . بررسی ها نشان داده است تولید گیاهان با پتانسیل بالای گیاه پالایی و تولید بیومس در بهبود روش گیاه پالایی موثر است و تلقیح ژن های موثر در تجمع فلزات به گیاهانی که بلندتر از گیاهان طبیعی هستند ، سبب افزایش تولید بیومس نهایی می شود .

برخی روش های گیاه پالایی محدودیت هایی دارد ؛ به عنوان مثال در نوعی از این روش ، گیاه پالایی در محدوده 3 فوت از سطح خاک و حداکثر 60 فوت از آب های زیرزمینی موثر است . این روش برای مکان هایی که غلظت آلودگی در آنها پایین تا متوسط است در سطح وسیع به کار برده می شود و شدیداً وابسته به اسیدیته خاک است .

نتایج به دست آمده از تحقیقات دانشمندان حاکی از آن است که اسیدی کردن خاک ، قابلیت دسترسی فلزات را به مقدار زیادی افزایش می دهد . البته ممکن است اسیدی کردن خاک ، تاثیرات منفی در بر داشته باشد برای مثال افزایش حلالیت برخی فلزات سمی و شستشوی آنها به آب های زیر زمینی سبب بروز خطرات زیست محیطی می شود که باید تحت کنترل و شرایط ویژه صورت گیرد .

مصرف تولیدات گیاه پالایی :

یکی از موانع اجرای تجاری گیاه پالایی ، چگونگی مصرف گیاهان آلوده است . پس از برداشت ، آلودگی خاک توسط گیاه کاهش یافته ، اما مقدار زیادی بیومس خطرناک تولید شده است . بررسی ها نشان می دهد تولید کمپوست و متراکم کردن ، دو روشی است که برای مدیریت بیومس گیاهان آلوده توسط بسیاری از محققان پیشنهاد شد ، اما بهترین روش برای مصرف بیومس های تولید شده توسط گیاه پالایی ، تغییر و تبدیلات ترموشیمیایی است که در این روش بیومس به عنوان یک منبع انرژی مصرف تجاری دارد . این بیومس شامل کربن ، هیدروژن و اکسیژن است که با عنوان هیدروکربن های اکسیژنه شناخته می شود .
جزء اصلی هربیومس لیگنین ، همی سلولز ، مواد معدنی و خاکستر است که دارای مقادیر بالایی رطوبت ، مواد آلی فرار و جرم مخصوص ظاهری هستند ، اما ارزش گرمایی پایینی دارند . درصد این اجزا از گونه ای به گونه دیگر متفاوت است که مدیریت این حجم از مواد زائد بسیار مشکل بوده و نیاز به کاهش حجم دارد .

تولید انرژی :

سوزاندن و تولید گاز از روش های مهم برای تولید انرژی گرمایی و الکتریکی است که می توان از گیاهان آلوده استخراج نمود . بازیافت این انرژی از بیومس به وسیله سوزاندن یا تولید گاز می تواند ارزش اقتصادی داشته باشد ؛ زیرا آن را نمی توان به عنوان علوفه یا کود مصرف کرد .
سوزاندن روش ساده ای است اما باید تحت موقعیت های کنترل شده باشد . در این روش حجم بیومس 2 تا 5 درصد کاهش یافته و خاکستر را می توان به طور مناسبی مصرف کرد . تحقیقات نشان داده است سوزاندن پسماندهای خطرناک حامل فلزات در فضای باز صحیح نیست ، زیرا گازهای آزاد شده به محیط ممکن است مضر باشد ، چرا که به این ترتیب تنها حجم کاهش می یابد و گرمای تولید شده نیز به هدر می رود .
تحقیقات دفتر بررسی آلودگی آب و خاک سازمان حفاظت محیط زیست نشان می دهد ، تولید گاز یکی از موارد کنترل بیومس است که از طریق مجموعه ای از تغییرات شیمیایی گازهای احتراقی پاک با بازده گرمایی بالا تولید می شود . به این ترکیب گازی ، گاز پیرو گفته می شود که می توان برای تولید انرژی گرمایی و الکتریکی آن را سوزاند . تولید گاز در یک مبدل گازی ، طی مراحل پیچیده خشک کردن ، حرارت دادن ، تجزیه گرمایی و واکنش های شیمیایی احتراق انجام می شود که به طور همزمان اتفاق می افتد .

محققان گزارش کرده اند پیرولیز یک روش نو برای مدیریت مواد زاید شهری است که امکان دارد بتوان از آن برای مدیریت بیومس گیاهان آلوده استفاده کرد . پیرولیز مواد را تحت موقعیت های غیر هوازی تجزیه می کند و هیچ انتشاری به هوا ندارد .به این ترتیب ، فلزات سنگین در کک باقی می مانند که در کوره ذوب استفاده می شود . اگر چه هزینه بالای تاسیس و مراحل عملیات ، فاکتور محدود کننده است ، اما اگر فقط برای گیاه استفاده شود می تواند برای گیاهان آلاینده و مواد زاید شهری مناسب باشد . محققان بر روی گونه های گیاهی با بیومس بالا تحقیق کرده نشان دادند این روش نتایج مثبتی می تواند به همراه داشته باشد و فواید زیست محیطی موثری نیز خواهد داشت .

رفع آلودگی های نفتی :

آلودگی های نفتی یک پیامد اجتناب ناپذیر از افزایش سریع جمعیت و فرایند صنعتی شدن است که به دنبال آن آلودگی خاک توسط مواد هیدروکربنه نفتی به شکل وسیع در اطراف تاسیسات اکتشاف و پالایش و به شکل موضعی در مسیرهای انتقال این مواد در سطح استان های نفت خیز جنوبی کشور قابل مشاهده است .
علاوه بر انتشار مستقیم این آلاینده ها ، غبارهای حاصل از سوخت گازهای همراه نفت ، طی سالیان متمادی توانسته مواد سمی و مضری به خاک های منطقه اضافه کند . وجود این آلاینده ها در محیط زیست علاوه بر تاثیر گسترده بر اکوسیستم منطقه،با گذشت زمان و ورود به چرخه غذایی ، به جوامع انسانی نیز راه می یابند و به این ترتیب سلامت انسان ها را تهدید می کنند .

در حال حاضر نیاز به جلوگیری از گسترش این آلودگی ها و همین طور پاکسازی مناطق آلوده شده بشدت احساس می شود . برای این منظور می توان از روش های مختلفی بهره گرفت . یکی از این روش ها گیاه پالایی است که از گیاهان و میکروارگانیسم های همراه آنها جهت پاکسازی محیط های آلوده (خاک،آب) بهره می گیرد .
در حقیقت گیاه پالایی با استفاده از دخالت های انسانی از جمله فناوری کشاورزی (شخم زدن ، کود دادن و. . . ) باعث ایجاد شرایط مناسب برای رشد و استقرار گیاه و افزایش فعالیت های طبیعی پاکسازی می شود . بزرگ ترین مزیت این روش نسبت به سایر روش ها ، ارزان بودن ، سادگی و سازگار آن با محیط زیست است . در این روش ، انتخاب گیاه مناسب از اهمیت ویژه ای بر خوردار است که به شرایط اقلیمی منطقه ، نوع و میزان آلودگی خاک بستگی دارد .

آینده گیاه پالایی :

اگر چه این علم هم اکنون با سرعت در حال توسعه است ، اما بررسی نشان داده گیاه پالایی تجاری از لحاظ زمانی باید با دیگر فناوری های دیگر قابل رقابت باشد . بیشتر آزمایش های گیاه پالایی در مقیاس آزمایشگاه در محیط هیدروپونیک انجام و فلزات سنگین به آنها داده شده است ، در حالی که محیط خاک ، کاملاً متفاوت است . در خاک واقعی بسیاری از فلزات در شکل های نا محلول وجود دارند و قابلیت دسترسی آنها کم و این بزرگ ترین مشکل است . بسیاری از گیاهان هنوز شناخته نشده اند که باید شناسایی شوند و درباره فیزیولوژی آنها بیشتر دانست . بهینه سازی فرآیند جذب فلزات سنگین توسط گیاه و مصرف مناسب بیومس تولید شده هنوز باید مورد بررسی و تحقیق قرار گیرد تا نتایج آزمایشگاهی با عمل و واقعیت همخوانی داشته باشند .
اگر چه 10 سال از کاربرد اولیه فناوری گیاه پالایی در دنیا می گذرد ، اما این علم توسعه بسیار سریعی داشته است و امروزه گیاه پالایی در مورد مواد آلی ، معدنی و رادیواکتیو کاربرد دارد . این فرایند پایدار و ارزان است و برای کشورهای در حال توسعه بسیار مناسب بوده و صرفه اقتصادی دارد .
بررسی ها نشان می دهد ، راندمان این روش با کاربرد گیاهان رشد سریع با بیومس بالا و قدرت جذب بالای فلزات سنگین افزایش می یابد . در بیشتر مکان های آلوده گونه های مناسب جهت رفع آلودگی قابل شناسایی است . 2 روش کمپوست و متراکم کردن می تواند جزو مراحل مقدماتی برای کاهش حجم تولیدات این گیاهان باشند ، اما باید دقت شود شیرابه حاصل از تراکم به طور کامل جمع آوری شود .

محققان معتقدند بین روش هایی که بیومس آلاینده ها را کاهش می دهد ، به نظر می رسد خاکستر کردن کمترین زمان را مصرف می کند و در مقایسه با سوزاندن مستقیم از لحاظ زیست محیطی نیز مناسب تر باشد . به این ترتیب مشاهده می شود دنیای امروز می تواند با الهام از طبیعت و سیستم نقص ناپذیر بکر آن برای آنچه بشر با دست خود خراب کرده است اصلاحاتی صورت دهد که بی شک آسان تر از جلوگیری از آلودگی منابع بویژه منابع خاک نیست .

منبع:

بحرینی، وحید . 1390. گیاه پالایی . خوشه 266(91). صفحه 67-69