تأثیر آلودگی به کادمیم بر تغییر و تبدیل کانی‌های رسی در خاک ریزوسفری گندم

آب و خاک

مقاله 6، دوره 36، شماره 3 - شماره پیاپی 83، مرداد و شهریور 1401، صفحه 393-405   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.2022.75590.1145

نویسندگان

پریسا کبیری سامانی^{* 1}؛ محمد حسن صالحی²؛ حمیدرضا متقیان³

¹خاکشناسی،دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهرکرد، ایران

²گروه خاکشناسی دانشکده کشاورزی دانشگاه شهرکرد،شهرکرد، ایران

³گروه خاکشناسی دانشکده کشاورزی دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

چکیده

ریزوسفر گیاهان، باعث رهاسازی عناصر از کانی‌های خاک، تغییر و تبدیل کانی‌ها می‌شود. در این مطالعه تأثیر ریزوسفر گندم و نیز آلودگی آن به کادمیم (مقادیر صفر، 5 و 10 میلی‌گرم بر کیلوگرم) برتغییر و تحول کانی‌های رسی موجود در خاک غالب دشت شهرکرد (سری چهارمحال) بررسی شده است. پژوهش به مدت 16 هفته در شرایط گلخانه، در دو محیط ریزوسفر و توده خاک به صورت آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار (در مجموع 18 نمونه) اجرا گردید. بعد از برداشت گیاه، ابتدا کانی­های رسی موجود در خاک ریزوسفری غیرآلوده با توده گندم غیر آلوده و سپس، ریزوسفر آلوده با محیط ریزوسفر غیرآلوده مقایسه شدند. نتایج نشان داد کهpH  در خاک‌های ریزوسفری نسبت به توده خاک کاهش معنی‌داری یافت و کربن‌آلی ‌محلول در خاک‌های ریزوسفری گندم نیز، به طور معنی‌داری بیشتر از توده خاک بود. همچنین، در خاک‌های آلوده (توده و ریزوسفر)، مقدار کربن‌آلی ‌محلول به طور معنی‌داری کمتر از خاک‌های غیرآلوده بود. این نتایج، نشان­دهنده فعالیت بیشتر موجودات زنده در محیط ریزوسفر و تأثیر منفی آلودگی بر آن بود. نتایج کانی­شناسی نشان داد کانی حدواسط ورمی‌کولیت با هیدروکسی بین لایه‌ای (HIV) از تبدیل کانی کلریت سه­جایی در محیط ریزوسفر تشکیل شده است ولی با افزایش آلودگی، شدت هوادیدگی کانی کلریت و نیز تبدیل آن به HIV کاهش می‌یابد. بنابراین، آلودگی خاک با تأثیر منفی بر فعالیت گیاهان و سایر موجودات زنده خاک، حتی می­تواند مانع از دسترس قرار گرفتن عناصر غذایی موجود در ساختار کانی­های خاک گردد.

کلیدواژه‌ها

آلودگی؛ ریزوسفر؛ کانی‌رسی؛ کادمیم؛ گندم

مراجع

1. 1. Aghababaei F., Raiesi F., and Hosseinpur A. 2013. The influence of earthworm and arbuscular fungi on microbial biomass carbon and enzyme activity in a soil contaminated with cadmium in sunflower (Helianthus annuus) cultivation. Journal of Water and Soil 27: 949-962. (In Persian with English abstract)
2. Bagheri S., and Mirseyed Hosseini H. 2015. Effects of sorghum cultivation on some soil biological indicators at different Zinc levels. Journal of Water and Soil 28(6): 1217-1227. (In Persian with English abstract). https://dx.doi.org/10.22067/jsw.v0i0.31428
3. Birkeland P.W. 1990. Soil-geomorphic researcha selective overview. Geomorphology 3: 207-224. https://doi.org/10.1016/0169-555X(90)90004-A
4. Dixon J.B., and Weed S.B. 1989. Minerals in Soil Environments. Soil Science Society of America, Madison, Wisconsin, series (1).
5. Douglas L.A. 1989. Vermiculites. Minerals in soil environments, 1, pp.635-674. In Dixon J.B., and Weed S.B. (ed.), Minerals in Soil environment, 2^nd ed. Book Series, Soil Science Society of America, Madison. Wisconsin, p 625-674.
6. Georgiadis A., Dietel J., Dohrmann R., and Rennert T. 2020. What are the nature and formation conditions of hydroxy‐interlayered minerals (HIMs) in soil. Plant Nutrition and Soil Science 183 (1): 12-26. https://doi.org/10.1002/jpln.201900283.
7. Htzpatrick R.W., and Roux J.L.E. 1979. Mineralogy and chemistry of a Transvaal Black Clay toposeqence. Soil Science 28: 165-179. https://doi.org/10.1111/j.1365-2389.1977.tb02304.x.
8. Hinsinger P., Elsass F., Jaillard B., and Robert M. 1993. Root-induced irreversible transformation of a trioctahedral mica in rhizosphere of rape. Soil Science Society of America 44: 535- 545. https://doi.org/10.1111/j.12389.1993.tb00475.x.
9. 9. Hinsinger P., and Jaillard B. 1993. Root-induced release of interlayer potassium and vermiculitization of phlogopite as related to potassium depletion in the rhizosphere of ryegrass. Soil Science Society of America 44: 525-534. https://doi.org/10.1111/j.1365-2389.1993.tb00474.x.
10. 10. Hosseinifard S.J. 2010. Mineralogical and chemical changes of some potassium-bearing minerals inthe root environment of pistachios and wheat. PhD Thesis in Soil Science. Faculty of Agriculture, Isfahan University of Iran. (In Persian)
11. 1 Karaca A., Naseby D.C., and Lynch J.M. 2002. Effect of cadmium contamination with sewage sludge and phosphate fertiliser amendments on soil enzyme activities, microbial structure and available cadmium. Biology and Fertility of Soils 35: 428-434.
12. 1 Khayyamim F., Khademi H., and Salehi M.H. 2010. Phlogopite and Muscovite mineralogical changes in clay size due to the coexistence of endophytic fungi with long fissures. Journal of Soil and Water 24 (3): 556-545.
13. 1 Khademi Z., Malakuti J.M., and Davy J. 2008. The effect of root organic acids on the ability to absorb nutrients in the rhizosphere. Journal of Water and Soil Sciences 21: 189-171.
14. 1 Khormali F., Rezaei F., Rahimzadeh N., Hosseinifard S.J., and Dordipour E. 2015. Rhizosphere-induced weathering of minerals in loess-derived soils of Golestan Province, Iran. Geoderma Regional 5: 34-43. https://doi.org/10.1016/j.geodrs.2015.02.002.
15. Kittrick J.A., and Hope E.W. 1963. A procedure for the particle-size separation of soils for X-ray diffraction analysis. Soil Science. 96: 319-325.
16. Kim K.R., Owens G., and Kwon S.I. 2010. Influence of Indian mustard (Brassica juncea) on rhizosphere soil solution chemistry in long-term contaminated soils. A rhizobox study. Environmental Sciences 22(1): 98-105. https://doi.org/10.1016/S1001-0742(09)60080-2.
17. Li T., Di Z., Islam E., Jiang H., and Yang X. 2011. Rhizosphere characteristics of zinc hyperaccumulator Sedum alfredii involved in zinc accumulation. Journal of Hazardous Materials 185(2-3): 818-823. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2010.09.093.
18. Li H., Li X., Dou Z., and Zhang J. 2012. Earthworm (Aporrectodea trapezoides)–mycorrhiza (Glomus intraradices) interaction and nitrogen and phosphorus uptake by maize, Biology and Fertility of Soils 48: 75–85.
19. Lindsay W.L., and Norvell W.A. 1978. Development of a DTPA soil test for zinc, iron, manganese, and copper. Soil Science Society of America Journal 42: 421-428. https://doi.org/10.2136/sssaj1978.03615995004200030009x.
20. Lombi E., Wenzel W.W., Gobran G.R., and Adriano D.C. 2001. Dependency of phytoavailability of metals on indigenous and induced rhizosphere processes: a review. In: Gobran G.R., Wenzel W.W., and Lombi E. (Eds.), Trace Elements in the Rhizosphere. CRC Press LLC.
21. Martin H.W., and Sparks D.L. 1985. On the behavior of nonexchangeable potassium in soils. Communications in Soil Science and Plant Analysis 16: 133-162. https://doi.org/10.1080/00103628509367593.
22. Motaghian H., and Hosseinpur A. 2013. The effect of red bean root (Phaseolus vulgaris L.). On the usability and shapes of copper in a number of soils Iranian limestone. Journal of Water and Soil (Agricultural Sciences and Industries), 5: 1022-1009. (In Persian with English abstract)
23. Motaghian H.R., Hosseinpur A.R., Mohamadi J., and Raeisi F. 2013. Change in Bioavailability and Fractions of Copper in the Rhizosphere of Wheat (Triticum aestivum L.) in Some Calcareous Soils. Journal of Water and Soil 26(6): 1492-1504. (In Persian with English abstract)
24. 2 Mosleh Z., Salehi M.H., and Rafieiolhossaini M. 2013. The effect of German chamomile cultivation and use of livestock manure in changes and developments of clay and silt soil minerals. Agricultural Science and Technology and Natural Resources 18: 68. 21-11. (In Persian)
25. Mosleh Z., Salehi M.H., and Rafieiolhossaini M. 2013. Effect of different soil series and manure application on agro-morphological characteristics, essential oil and chamazulene content of German chamomile. Essential Oil Bearing Plants 16: 730-739. https://doi.org/10.1080/0972060X.2013.861990.
26. Mosleh Z., Salehi M.H., Rafieiolhossaini M., and Mehnatkesh A. 2014. Formation of hydroxy-interlayer vermiculite (HIV) in rhizosphere soils under German chamomile cultivation and manure application. Clay Minerals 49(1): 63-73.
27. Naderizadeh Z., and Khademi H. 2011. The effect of organic matter on the mineralogical changes of phlogopite and clay-sized muscovite in alfalfa root environment. Journal of Crystallography and Mineralogy 2: 267- 280. (In Persian with English abstract)
28. Nelson D.W. and Sommers L.E. 1996. Total Carbon, Organic carbon, and Organic matter. p. 961-1010. In Sparks, D.L., Methods of Soil Analysis. Part 3. ASA and SSSA, Madison., WI.
29. Norouzi S., and Khademi H. 2007. Vermiculitization of selected micaceous minerals as influenced by the alfalfa rhizosphere. In: Proceeding of the 15th Symposium of Crystallography and Mineralogy of Iran. Ferdowsi University of Mashhad, Iran. (In Persian)
30. Roushani G. 2010. Effect of exhaustive cropping on potassium depletion and clay mineral transformations. p. 53-56. 19^th World Congress of Soil Science, Soil Solutions for a Changing World. Australia.
31. 3 Rich C.I. 1968. Hydroxy interlayers in expansible layer silicates. Clays and Clay Minerals 16: 15-30.
32. Rezaei F. 2010. Propagation and transformation of minerals in the root environment of plants grown in soils with different mineralogy in Golestan province. Master Thesis in Soil Science, Gorgan University. Iran. (In Persian with English abstract)
33. Rezainejad R., Khademi H., Ayoubi Sh., Mosadeghi M.R., and Khormali F. 2020. Evaluation of the effect of phlogopite mineral application in sandy growth medium on yield and potassium uptake of barley under drought stress. Soil Management and Sustainable Production 10(3): 151-166. (In Persian with English abstract)
34. 3 Rezainejad R., Khademi H., Ayoubi Sh., and Mosadeghi M.R. 2021. Roots under water stress induce K release from phlogopite, bio-transforming to vermiculite. Rhizosphere 17: 100-310. https://doi.org/10.1016/j.rhisph.2021.100310.
35. 3 Rezainejad R. 2022. Changes in physicochemical and clay mineralogical properties of soils as influenced by wild almond tree (Amygdalus arabica) rhizosphere and drought stress. Ph.D Thesis in Soil Science, Isfahan University of technology, Iran. (In Persian)
36. Salehi M.H., and Tahamtani L. 2012. Magnesium uptake and palygorskite transformation abilities of wheat and oat. Pedosphere 22: 834-841. https://doi.org/10.1016/S1002-0160(12)60069-1.
37. Shahrokh V., Khademi H., Cano A.F., Acosta J.A., and Zornoza R. 2020. Kaolinite neoformation from palygorskite in the rhizosphere of citrus trees in semi-arid regions. Catena 185: 104-292. https://doi.org/10.1016/j.catena.2019.104292.
38. Schaetzl R., and Anderson S. 2005. Soils Genesis and Geomorphology, Cambridge University Press, New York.
39. Soil Survey Staff. 2010. Soil Taxonomy: A basic systems of soil classification for making and interpreting soil surveys. Eleventh edition, NRCS, USDA.
40. Szczerba M., and Ufer K. 2018. New model of ethylene glycol intercalate in smectites for XRD modelling. Applied Clay Science 153: 113-123. https://doi.org/10.1016/j.clay.2017.12.010.
41. 4 Tadano T., and Yoshida S. 1978. Chemical changes in submerged soils and their effect on rice growth. Soils and Rice 399-420.
42. Wallander H. 2000. Uptake of P from apatite by Pinus sylvestris seedlings colonised by different ectomycorrhizal fungi. Plant and Soil 218: 249-256.