بررسی تأثیرات فلزات سنگین و پارامترهای محیطی بر تنوع زیستی خاک (دم‌فنریان؛ Hexapoda: Collembola)

جغرافیا و مخاطرات محیطی

مقاله 10، دوره 12، شماره 2 - شماره پیاپی 46، تیر 1402، صفحه 187-205   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/geoeh.2023.79797.1308

نویسندگان

انسیه صابری پور¹؛ فاطمه طباطبائی یزدی^{* 2}؛ مرتضی کهراریان³

¹کارشناسی ارشد علوم و مهندسی محیط‌زیست، دانشکده منابع طبیعی و محیط‌زیست، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

²عضو هیئت‌علمی گروه محیط‌زیست، دانشکده منابع طبیعی و محیط‌زیست، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

³دانشیار گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، واحد کرمانشاه دانشگاه آزاد اسلامی، کرمانشاه، ایران

چکیده

رشد روزافزون جمعیت، گسترش فاضلاب­های صنعتی و شهری و عدم تصفیه صحیح به‌طور قابل‌توجهی منجر به افزایش سطح فلزات سنگین در اکوسیستم خاک گشته است. پیشگیری از اثرات فلزات سنگین بر سلامت اکوسیستم خاک نیازمند انتخاب شاخص­های زیستی مناسب است. تحقیق حاضر به بررسی تأثیرات فلزات سنگین و پارامترهای محیطی مؤثر خاک روی جنس­های دم­فنریان از بندپایان می­پردازد. بدین منظور در دو مرحله از ایستگاه‌هایی در محیط پیرامون تصفیه­خانه­های فاضلاب صنعتی و شهری چرمشهر، خین­عرب و پرکندآباد شهرستان مشهد در ایران نمونه­برداری انجام شد. 28 نمونه خاک که هر نمونه از اختلاط چهار زیر نمونه به دست آمده بودند، از تعداد 14 ایستگاه جمع­آوری گردیدند. درمجموع 15 جنس از دم­فنریان از منطقه مطالعاتی شناسایی شد. تمامی این جنس­ها برای اولین بار از شهرستان مشهد گزارش شده­اند. نتایج حاصل از مقایسه غلظت پارامترهای شیمیایی و جنس­های دم­فنریان نشان داد بین آن­ها همبستگی وجود دارد. تعداد جنس با دو فلز آهن و کروم همبستگی منفی داشت و از بین عناصر دیگر مورد آنالیز، تنها کربن کل دارای همبستگی مثبت و معنی‌داری با تعداد جنس دم­فنریان است. نتایج تحلیل تطابق متعارفی نشان داد که واکنش فراوانی هر یک از جنس­های دم­فنریان نسبت به پارامترهای محیطی متفاوت است. بنابراین با وجود اینکه دم­فنریان به‌عنوان شاخص­های زیستی مناسب توصیه می­گردند، باید به این امر توجه داشت که تنوع زیستی به‌طور متفاوتی به عوامل غیر زیستی محیط پاسخ می­دهد و این مهم باید در مدیریت اکوسیستمی مد نظر قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

آلودگی؛ شاخص‌های زیستی؛ تنوع زیستی؛ فلزات سنگین؛ محیط‌زیست

مراجع

اسماعیلیان، حسین؛ تفضلی، سید محمد؛ قاسمی­زاده آزرمی، سید علیرضا؛ خاتمی، فرزانه؛ رجب­زاده، ناهید؛ 1399. واگذاری بهره‌برداری بلندمدت و نتیجه محور تصفیه‌خانه‌های فاضلاب به بخش خصوصی مطالعه موردی تصفیه‌خانه‌های فاضلاب خین­عرب و التیمور مشهد. هشتمین کنفرانس ملی مدیریت منابع آب ایران، مشهد، https://civilica.com/doc/1171954.

جعفری، فاطمه؛ مهرناد، حمید؛ حافظی مقدس، ناصر؛ قزی، اعظم؛ 1394. بررسی تغییرات جانبی رودخانه کشف­رود. کنگره بین­المللی تخصصی علوم و زمین، 34، SID. https://sid.ir/paper/840405/fa.

حسینی بهلولی، مهدیه؛ قشلاقی، افشین؛ محمودی، محمدحسین؛ 1396. بررسی غلظت فلزات سنگین در خاک‌های آبیاری شده با فاضلاب تصفیه نشده در منطقه التیمور مشهد. پنجمین کنفرانس ملی پژوهش­های کاربردی در مهندسی عمران، معماری و مدیریت شهری، https://civilica.com/doc/760154.

صابری کرهرودی، ه؛ گلچین، ا؛ و علمداری، پ؛ 2020. ارزیابی آلودگی خاک‌های اطراف کارخانه آلومینیوم‌سازی اراک به عناصر آلومینیوم، آهن، منگنز و سرب. فصلنامه علوم و تکنولوژی محیط‌زیست، 22(2)، 315–332. https://doi. rg/10.22034/jest.2020.9340.

علیزاده اقدم، محمدباقر؛ بنی­فاطمه، حسین؛ عباس­زاده، محمد؛ سلطانی بهرام، سعید؛ 2017. شهروندی بوم شناختی و هوش معنوی (مورد مطالعه: شهروندان شهر تبریز). جامعه شناسی کاربردی، 28(3)، 79–98،  https://doi.org/10.22108/jas.2017.21715

کهراریان، مرتضی؛ 1392. جمع­آوری و شناسایی حشرات بی­بال راسته Collembola در استان کرمانشاه (شهرستان­های کرمانشاه، صحنه، هرسین). گزارش نهایی طرح پژوهشی. دانشگاه آزاد اسلامی کرمانشاه.

مهرآوران، بابک؛ انصاری، حسین؛ بهشتی، علی­اصغر؛ اسماعیلی، کاظم؛ 1394. بررسی امکان استفاده از پساب تصفیه شده در آبیاری با توجه به اثرات زیست‌محیطی آن (مطالعه موردی پساب خروجی تصفیه خانه پرکندآباد مشهد). مجله آبیاری و زهکشی ایران، 9(3)، 440-447. SID. https://sid.ir/paper/131692/fa

 

Alengebawy, A., Abdelkhalek, S. T., Qureshi, S. R., & Wang, M.-Q., 2021. Heavy metals and pesticides toxicity in agricultural soil and plants: Ecological risks and human health implications. Toxics, 9(3), 42, https://doi.org/10.3390/toxics9030042.

Amanze, C., Zheng, X., Man, M., Yu, Z., Ai, C., Wu, X., Xiao, S., Xia, M., Yu, R., & Wu, X., 2022. Recovery of heavy metals from industrial wastewater using bioelectrochemical system inoculated with novel Castellaniella species. Environmental Research, 205, 112467, https://doi.org/10.1016/j.envres.2021.112467.

Arbea, J., & Kahrarian, M., 2015. The genus Folsomides Stach (Collembola, Isotomidae) in Kermanshah Province (W Iran) with the descriptionof two new species. Zootaxa, 3925(2), 281–290, http://dx.doi.org/10.11646/zootaxa.3925.2.9.

Ashraf, S., Ali, Q., Zahir, Z. A., Ashraf, S., & Asghar, H. N., 2019. Phytoremediation: Environmentally sustainable way for reclamation of heavy metal polluted soils. Ecotoxicology and Environmental Safety, 174, 714–727, https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2019.02.068

Austruy, A., Laplanche, C., Mombo, S., Dumat, C., Deola, F., & Gers, C., 2016. Ecological changes in historically polluted soils: Metal (loid) bioaccumulation in microarthropods and their impact on community structure. Geoderma, 271, 181–190,

     https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2016.02.011

Baratzadeh Poustchi, F., Yazdi, F. T., Heidari, A., & Moosavi, Z., 2020. Evaluation of chromium accumulation and resulting histopathological changes in Libyan jirds (Mammals, Rodentia), affected by effluent from Ghazghan leather industrial town, Iran. Environmental Science and Pollution Research, 27(31), 39343–39353, https://doi.org/10.1007/s11356-020-09801-1.

Bretfeld, G., 1999. Synopses on palaearctic collembola: symphypleona. Abhandlungen Und Berichte Des Naturkundemuseums Gorlitz, 71, 1–318.

https://cir.nii.ac.jp/crid/1571980074212653696.

Calabrese, E. J., & Baldwin, L. A., 2003. Toxicology rethinks its central belief. Nature, 421(6924), 691–692, https://doi.org/10.1038/421691a.

Coulibaly, S. F. M., Coudrain, V., Hedde, M., Brunet, N., Mary, B., Recous, S., & Chauvat, M., 2017. Effect of different crop management practices on soil Collembola assemblages: A 4-year follow-up. Applied Soil Ecology, 119, 354–366.

 https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2017.06.013.

Crouau, Y., & Cazes, L., 2005. Unexpected reduction in reproduction of collembola exposed to an arsenic‐contaminated soil. Environmental Toxicology and Chemistry: An International Journal, 24(7), 1716–1720, https://doi.org/10.1897/04-265R.1.

Errington, I., King, C. K., Houlahan, S., George, S. C., Michie, A., & Hose, G. C., 2018. The influence of vegetation and soil properties on springtail communities in a diesel-contaminated soil. Science of the Total Environment, 619, 1098–1104.

 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.11.186.

Farias, D. R., Hurd, C. L., Eriksen, R. S., & Macleod, C. K., 2018. Macrophytes as bioindicators of heavy metal pollution in estuarine and coastal environments. Marine Pollution Bulletin, 128, 175–184, https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2018.01.023.

Fiera, C., 2009. Biodiversity of Collembola in urban soils and their use as bioindicators for pollution. Pesquisa Agropecuária Brasileira, 44, 868–873, https://doi.org/10.1590/S0100-204X2009000800010.

Fjellberg, A., 2007. The Collembola of Fennoscandia and Denmark, Part II: Entomobryomorpha and Symphypleona. Brill.

https://books.google.com/books?id=28ewCQAAQBAJ&lpg=PA1&ots=8cuWolrdDU&dq=Fjellberg%2C%20A.%20(2007).%20The%20Collembola%20of%20Fennoscandia%20and%20Denmark%2C%20Part%20II%3A%20Entomobryomorpha%20and%20Symphypleona.%20Brill.&lr&pg=PA1#v=onepage&q=Fjellberg,%20A.%20(2007).%20The%20Collembola%20of%20Fennoscandia%20and%20Denmark,%20Part%20II:%20Entomobryomorpha%20and%20Symphypleona.%20Brill.&f=false.

Kuznetsova, N. A., 2009. Soil-dwelling Collembola in coniferous forests along the gradient of pollution with emissions from the Middle Ural Copper Smelter. Russian Journal of Ecology, 40(6), 415–423, https://doi.org/10.1134/S106741360906006X.

Kwiatkowska-Malina, J., 2018. Functions of organic matter in polluted soils: The effect of organic amendments on phytoavailability of heavy metals. Applied Soil Ecology, 123, 542–545, https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2017.06.021.

Li, S., Li, J., Li, Z., Ke, X., Wu, L., & Christie, P., 2021. Toxic effects of norfloxacin in soil on fed and unfed Folsomia candida (Isotomidae: Collembola) and on gut and soil microbiota. Science of The Total Environment, 788, 147793,

 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.147793.

Liu, M., Xu, J., Krogh, P. H., Song, J., Wu, L., Luo, Y., & Ke, X., 2018. Assessment of toxicity of heavy metal-contaminated soils toward Collembola in the paddy fields supported by laboratory tests. Environmental Science and Pollution Research, 25(17), 16969–16978,

 https://doi.org/10.1007/s11356-018-1864-y.

Manickavasagam, S., Sudhan, C., & Aanand, S., 2019. Bioindicators in aquatic environment and their significance. Journal of Aquaculture in the Tropics, 34(1/2), 73–79,

 http://doi.org/10.32381/JAT.2019.34.1-2.6.

Mirsal, I. A., 2008. Soil pollution. Springer, https://doi.org/10.1007/978-3-540-70777-6.

Nursita, A. I., Singh, B., & Lees, E., 2005. The effects of cadmium, copper, lead, and zinc on the growth and reproduction of Proisotoma minuta Tullberg (Collembola). Ecotoxicology and Environmental Safety, 60(3), 306–314, https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2004.05.001.

Park, J., Lee, S., Lee, E., Noh, H., Seo, Y., Lim, H., Shin, H., Lee, I., Jung, H., & Na, T., 2019. Probabilistic ecological risk assessment of heavy metals using the sensitivity of resident organisms in four Korean rivers. Ecotoxicology and Environmental Safety, 183, 109483, https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2019.109483

Potapov, M., 2002. Synopses on Palaearctic Collembola. Volume 3, Isotomidae. In: Dunger, W. (Ed). Staatliches Museum Fur Naturkunde Gorlitz,

https://www.researchgate.net/publication/284409981_Synopses_on_Palaearctic_Collembola_Isotomidae.

Rekhate, C. V, & Srivastava, J. K., 2021. Effectiveness of O3/Fe2+/H2O2 process for detoxification of heavy metals in municipal wastewater by using RSM. Chemical Engineering and Processing-Process Intensification, 165, 108442,

 https://doi.org/10.1016/j.cep.2021.108442.

Rochefort, S., Therrien, F., Shetlar, D. J., & Brodeur, J., 2006. Species diversity and seasonal abundance of Collembola in turfgrass ecosystems of North America. Pedobiologia, 50(1), 61–68, https://doi.org/10.1016/j.pedobi.2005.10.007.

Santamaría, J. M., Moraza, M. L., Elustondo, D., Baquero, E., Jordana, R., Lasheras, E., Bermejo, R., & Ariño, A. H., 2012. Diversity of Acari and Collembola along a pollution gradient in soils of a pre-Pyrenean forest ecosystem. Environmental Engineering & Management Journal (EEMJ), 11(6), https://dadun.unav.edu/handle/10171/27602.

Santorufo, L., Van Gestel, C. A. M., Rocco, A., & Maisto, G., 2012. Soil invertebrates as bioindicators of urban soil quality. Environmental Pollution, 161, 57–63, https://doi.org/10.1016/j.envpol.2011.09.042.

Sharma, N., Sodhi, K. K., Kumar, M., & Singh, D. K., 2021. Heavy metal pollution: Insights into chromium eco-toxicity and recent advancement in its remediation. Environmental Nanotechnology, Monitoring & Management, 15, 100388,

 https://doi.org/10.1016/j.enmm.2020.100388.

Sharma, P., Pandey, A. K., Kim, S.-H., Singh, S. P., Chaturvedi, P., & Varjani, S., 2021. Critical review on microbial community during in-situ bioremediation of heavy metals from industrial wastewater. Environmental Technology & Innovation, 101826,

 https://doi.org/10.1016/j.eti.2021.101826.

Sheikh, M. M., Rezaei, M. R., & Nasseri, M. A., 2013. Heavy metals (Hg, Cr and Pb) concentrations in water and sediment of Kashaf Rood River. Toxicology and Environmental Health Sciences, 5(2), 65–70, https://doi.org/10.1007/s13530-013-0159-4.

Sławski, M., & Sławska, M., 2019. Seven decades of spontaneous forest regeneration after large-scale clear-cutting in Białowieża forest do not ensure the complete recovery of collembolan assemblages. Forests, 10(11), 948, https://doi.org/10.3390/f10110948.

Sterzyńska, M., Nicia, P., Zadrożny, P., Fiera, C., Shrubovych, J., & Ulrich, W., 2018. Urban springtail species richness decreases with increasing air pollution. Ecological Indicators, 94, 328–335, https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2018.06.063.

Tang, J., Zhang, J., Ren, L., Zhou, Y., Gao, J., Luo, L., Yang, Y., Peng, Q., Huang, H., & Chen, A., 2019. Diagnosis of soil contamination using microbiological indices: A review on heavy metal pollution. Journal of Environmental Management, 242, 121–130,

 https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2019.04.061.

Thibaud, J.-M., 2004. Synopses on palaearctic collembola: hypogastruridae. Abhandlungen Und Berichte Des Naturkundemuseums Gorlitz, 75, 1–287,

https://cir.nii.ac.jp/crid/1572543025726348544#citations_container.

Tidona, S., Van Gestel, C. A. M., Morais, P. V, & Sousa, J. P., 2009. The use of Collembola avoidance tests to characterize sewage sludges as soil amendments. Chemosphere, 77(11), 1526–1533, https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2009.09.056.

Wang, Y., Slotsbo, S., & Holmstrup, M., 2022. Soil dwelling springtails are resilient to extreme drought in soil, but their reproduction is highly sensitive to small decreases in soil water potential. Geoderma, 421, 115913, https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2022.115913.

Winkler, D., Bidló, A., Bolodár-Varga, B., Erdő, Á., & Horváth, A., 2018. Long-term ecological effects of the red mud disaster in Hungary: Regeneration of red mud flooded areas in a contaminated industrial region. Science of The Total Environment, 644, 1292–1303, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.07.059.

Xu, J., Ke, X., Krogh, P. H., Wang, Y., Luo, Y., & Song, J., 2009. Evaluation of growth and reproduction as indicators of soil metal toxicity to the Collembolan, Sinella curviseta. Insect Science, 16(1), 57–63. file:///C:/Users/Pardis 32623410/Documents/mendpay/j.1744-7917.2009.00254.x(1).pdf, https://doi.org/10.1111/j.1744-7917.2009.00254.x.

Yan, N., & Marschner, P., 2013. Response of soil respiration and microbial biomass to changing EC in saline soils. Soil Biology and Biochemistry, 65, 322–328, https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2013.06.008.

Ying, D., Zhu, L. I., Xin, K. E., Longhua, W. U., & Shengpeng, Z. U. O., 2021. Toxicity of lead pollution to the collembolan Folsomia candida in Ferri-Udic Cambosols. Pedosphere, 31(4), 627–637, https://doi.org/10.1016/S1002-0160(21)60008-5.

Zhang, H., Zhang, F., Song, J., Tan, M. L., & Johnson, V. C., 2021. Pollutant source, ecological and human health risks assessment of heavy metals in soils from coal mining areas in Xinjiang, China. Environmental Research, 202, 111702, https://doi.org/10.1016/j.envres.2021.111702.