توانایی گیاه‎پالایی سرب توسط سورگوم (Sorghum bicolor L.) تحت کاربرد بیوچار و اسید سالیسیلیک

مقدمه

ورود سرب به زنجیره غذایی مانند سایر فلزات سنگین موجود در خاک، می‌تواند تهدیداتی را برای سلامت انسان و حیوانات به دنبال داشته باشد Fahimirad & Hatami, 2017))؛ از این رو، اصلاح خاک‌های آلوده به سرب الزامی است (Orekanti et al., 2019). یکی از روش‌های مقرون به صرفه و سازگار با محیط زیست برای اصلاح خاک‌های آلوده به فلزات سنگین، گیاه‌پالایی می‌باشد (Deng & Cao, 2016) که برای بهبود راندمان آن، بهینه‌سازی روش‌های کشاورزی صورت می‌گیرد (Cioica et al., 2019)، به‌طوری‌که از روش‌های مختلفی برای کاهش اثرات غلظت بالای فلزات سنگین موجود در خاک، استفاده می‎شود. در این راستا، استفاده از بیوچار، روش موثری در جهت کاهش سمیت فلزات سنگین می‎باشد. بیوچار به‌دلیل ظرفیت بالای نگهداشت آب، بهبود رشد گیاه را به دنبال دارد (Biria et al., 2017). همچنین کاربرد بیوچار سبب بهبود ظرفیت جذب سطحی خاک‎ها می‎شود و ممکن است بر سمیت و انتقال فلز در خاک تاثیر گذارد (Liu & Zhang, 2009). اسید سالیسیلیک نیز به‌عنوان یکی از تنظیم‌کننده‌های رشد، به افزایش کارآمدی گیاهان در گیاه‌پالایی کمک می‌کند (Baghaie & Aghilizefreei, 2020). در واقع کاربرد خارجی تنظیم‌کننده‌های رشد ممکن است با تحریک رشد و کاهش تنش‌های زیستی و غیرزیستی، موجب بهبود فرایند گیاه‌پالایی شوند (Cabello-Conejo et al., 2013). از طرفی، یک گونه گیاهی مناسب جهت گیاه‎پالایی باید دارای ویژگی‎هایی چون رشد سریع و فراوان، پراکندگی زیاد در منطقه مورد مطالعه و توان بالقوه جهت جذب و تجمع فلزات سنگین باشد (Hasanpour et al., 2019). همچنین، توانایی پالایش و جذب عناصر سنگین به‌وسیله سورگوم (Sorghum bicolor L.) گزارش شده است (Galavi et al., 2010). از آن‌جا که پراکندگی فلزات سنگین رو به افزایش است، کاربرد بیوچار و اسید سالیسیلیک، یکی از روش‏های ارزان و آسان برای بهبود رشد گیاهان محسوب می‏شوند؛ بنابراین هدف از انجام این آزمایش، بررسی اثرگذاری بیوچار و اسید سالیسیلیک بر گیاه‌پالایی سورگوم تحت آلودگی خاک به فلز سنگین سرب می‏باشد.

مواد و روش‌ها

به‌منظور بررسی اثر بیوچار و اسید سالیسیلیک بر توانایی گیاه‌پالایی سورگوم در شرایط تنش سرب، آزمایشی به‌صورت فاکتوریل و در قالب طرح کاملا تصادفی با چهار تکرار در گلخانه دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری در اواخر بهار سال 1398 صورت گرفت. تیمارهای این آزمایش شامل سرب (صفر، 400، 800، 1200 و 1600 میلی‌گرم سرب در کیلوگرم از منبع نیترات سرب)، بیوچار (عدم مصرف و مصرف 20 گرم بیوچار به ازای هر کیلوگرم خاک) و اسید سالیسیلیک (شامل عدم محلول‏پاشی و محلول‏پاشی‌ دو میلی‌مولار اسید سالیسیلیک) بود.

غلظت‌های مورد بررسی سرب با در نظر داشتن حد مجاز سرب در خاک (400 میلی‌گرم در کیلوگرم) (Chen et al., 2003) و بر اساس گزارشات مختلف در غلظت‌های چندین برابر سمی در نظر گرفته شدند (Pereira et al., 2007; Amanifar et al., 2012). بیوچار استفاده شده در این آزمایش از مواد اولیه سلولزی شامل بقایای درختان جنگلی از شرکت کربن اکتیو بشل تهیه شد که مشخصات آن شامل عدد ید: 950 تا 1100 میلی‌گرم بر گرم، مساحت سطح بر اساس استاندارد ASTM: 950 تا 1100 متر مربع بر گرم، عدد متیلن بلو: 250-150 میلی‌گرم بر گرم، میزان رطوبت: سه تا چهار درصد، pH: 5/8، میزان خاکستر: چهار تا پنج درصد، دانه‌بندى: 1/0 میلی‌متر و کمتر بود. غلظت بیوچار نیز بر اساس غلظت معمول در آزمایشات پیشین سایر محققین (Ahmed et al., 2016; Ibrahim et al., 2019) انتخاب شد. برخی از خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک مورد استفاده در جدول 1 آمده است.

برای هر گلدان، چهار کیلوگرم خاک از مزرعه دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری در نظر گرفته شد و بعد از هوا خشک شدن خاک، تیمار سرب و بیوچار به گلدان‌های مورد نظر اضافه شد. به‌منظور آلوده‌سازی یکنواخت خاک، به مدت 20 روز آبیاری از طریق زیر‏گلدانی صورت گرفت. در 29 خرداد، تعداد پنج بذر برای هر گلدان در نظر گرفته شد که پس از استقرار گیاه، تنک شدند و در نهایت در هر گلدان، یک بوته باقی ماند. یک ماه پس از کاشت، اسید سالیسیلیک بر شاخساره محلول‏پاشی شد و حدود دو ماه بعد از کاشت در مرحله حداکثر رشد رویشی یعنی قبل از گلدهی، سورگوم برداشت شد. پس از برداشت شاخساره، ریشه‌ها از گلدان خارج و در نهایت با آب شستشو شدند. سپس، نمونه‌های شاخساره و ریشه جهت تعیین وزن خشک به مدت 72 ساعت در دمای 35 درجه سانتی‌گراد در آون قرار داده شدند و با ترازوی دیجیتال، وزن خشک نمونه‌ها تعیین شد.

جدول 1- برخی از خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک

Table 1. Physiochemical properties of the experimental site soil

همچنین غلظت سرب در گیاه (Woodis Jr et al., 1977) و غلظت سرب قابل استفاده خاک (Lindsay & Norvell, 1978) اندازه‌گیری شد. علاوه بر صفات گفته شده، شاخص تحمل و برخی از صفات مرتبط با گیاه‌پالایی از طریق روابط 1 تا 4 محاسبه شد.

رابطه (2)  (Zhang et al., 2002)

    رابطه (3)    (Ma et al., 2001)

جذب سرب در شاخساره=غلظت سرب در شاخساره×وزن خشک شاخساره

رابطه (4) (Aravind & Prasad, 2005)

که در آن، واحد جذب سرب و غلظت سرب در شاخساره و وزن خشک شاخساره، به‌ترتیب میلی‌گرم در گیاه، میلی‌گرم در گرم و گرم در گیاه است.  

آنالیز آماری داده‌ها با استفاده از نرم‌افزار  SASو کمی‌سازی اثر تنش سرب از طریق تجزیه رگرسیونی و برازش معادله خطی یک تکه (رابطه 5) و دو تکه‌ای (رابطه 6) صورت گرفت و برای رسم منحنی‌ها از نرم‌افزار Excel استفاده شد.

y = b₁x + a    رابطه (5)                   

y = b₁x + a   if x ≤ x₀رابطه (6)          

y = (b₁x₀+a) + b₂ (x-x₀) if x > x₀

در این روابط، a: عرض از مبدا در سطح بدون تنش (غلظت صفر تیمار سرب)، b₁ و b₂: شیب تغییرات مؤلفه به‌ترتیب در مرحله 1 و 2 و x₀: نقطه چرخش بین دو مرحله می‌باشد.

نتایج و بحث

نتایج حاصل از تجزیه واریانس اثر تیمارهای آزمایش بر وزن خشک شاخساره و ریشه گیاه سورگوم (جدول 2) نشان داد که سه اثر ساده سرب، بیوچار و اسید سالیسیلیک و اثر دوگانه سرب و بیوچار در هر دو صفت مذکور معنی‌دار شد، درحالی‌که سایر اثرات دوگانه و سه‌گانه برای وزن خشک شاخساره و ریشه معنی‌دار نشد (جدول 2).

برهمکنش اثر بیوچار و سرب بر صفت وزن خشک شاخساره (شکل 1 الف) نشان می‌دهد که روند تغییرات وزن خشک شاخساره تحت تیمار عدم مصرف بیوچار و مصرف بیوچار به‌صورت دو تکه‌ای تا غلظت 4/1111 میلی‌گرم سرب در کیلوگرم خاک افزایش و با افزایش غلظت سرب از این حد، کاهش یافت (شکل 1 الف). در تیمار مصرف بیوچار در بالاترین سطح سرب نسبت به سطح صفر آن، وزن خشک شاخساره حدود 38/18 درصد کاهش یافت، درحالی‌که در تیمار عدم مصرف بیوچار در بالاترین سطح سرب نسبت به سطح صفر آن، 34/39 درصد کاهش نشان داد (شکل 1 الف). همچنین نتایج آزمایش نشان داد که محلول‎پاشی با اسید سالیسیلیک موجب افزایش11/3 درصدی وزن خشک شاخساره گیاه سورگوم نسبت به عدم محلول‎‎‎پاشی شد (شکل 1 ب).

با توجه به برهمکنش اثر بیوچار و سرب بر صفت وزن خشک ریشه (شکل 2 الف)، در تیمار مصرف بیوچار با افزایش سطوح سرب از صفر تا 800، وزن خشک ریشه با شیب 000020/0 واحد افزایش یافت و سپس با شیب 00018/0- کاهش یافت (شکل 2 الف). همچنین شکل 2 ب نشان می‌دهد که محلول‎پاشی با اسید سالیسیلیک، موجب افزایش 56/8 درصدی وزن خشک ریشه نسبت به عدم محلول‎‎‎پاشی شده است.

جدول 2- تجزیه واریانس اثر تیمارهای آزمایشی بر صفات مورد مطالعه

Table 2. Variance analysis of the effect of experimental treatments on the studied traits

*، ** و ns: به‌ترتیب معنی‌دار در سطح پنج و یک درصد و عدم معنی‌داری.

* ,** and ns: Significance at 5% and 1% of probability levels and non significant, respectively.

شکل 1- برهمکنش اثر بیوچار و سرب بر روند تغییرات وزن خشک شاخساره در پاسخ به افزایش غلظت سرب خاک (الف) و اثر ساده اسید سالیسیلیک بر وزن خشک شاخساره تحت شرایط تنش سرب (ب)

Figure 1. Interaction effect of biochar and Pb on shoot dry weight changes trend in response to the increasing soil Pb concentration (a) and the simple effect of salicylic acid on shoot dry weight under Pb stress (b)

سرب تا حدودی باعث افزایش وزن گیاه شد؛ این افزایش را می‌توان به تجمع این فلز در اندام گیاهی برای مقابله با تنش فلزات نسبت داد (Mousavi et al., 2020)، اما کاهش وزن خشک اندام‌های گیاهی از حدی با توجه به نتایج، نشان‌دهنده کاهش جذب مواد غذایی و اختلال در انتقال ترکیبات ضروری از ریشه‌ها به اندام هوایی می‌باشد (Mousavi et al., 2020). سرب بر جذب فلزاتی مانند آهن که در فتوسنتز نقش دارند، مؤثر است و مانع جذب آن‌ها توسط گیاه می‌شود (Tafvizi et al., 2014). انباشته شدن فلزات سنگین در محیط ریشه، سبب کاهش جذب آب و عناصر غذایی، مهار فعالیت آنزیم‌ها، کاهش متابولیسم سلولی، کاهش فتوسنتز، کاهش جذب و در نهایت منجر به کاهش تولید ماده خشک می‌شوند (Countrey, 2006). ایجاد تنش اکسیداتیو در گیاهان در معرض فلزات سنگین، سبب اختلال در سوخت و ساز طبیعی سلول و اختلال در تنفس و فتوسنتز می‌شود .(Mishra et al., 2006)

شکل 2- برهمکنش اثر بیوچار و سرب بر روند تغییرات وزن خشک ریشه در افزایش غلظت سرب خاک (الف) و اثر ساده اسید سالیسیلیک بر وزن خشک ریشه تحت شرایط تنش سرب (ب)

Figure 2. Interaction effect of biochar and Pb on the of root dry weight changes trend in the increasing soil Pb concentration (a) and simple effect of salicylic acid on root dry weight under Pb stress (b)

همچنین نتایج این مطالعه نشان داد در گیاهان تیمار شده با بیوچار نسبت به عدم استفاده از بیوچار، وزن خشک شاخساره و ریشه بیشتری تحت شرایط تنش سرب تولید شد (شکل 1 الف، 2 الف). یکی از دلایل افزایش رشد گیاهان در خاک آلوده به فلزات سنگین بر اثر افزودن مواد آلی، افزایش کربن آلی کل و کربن آلی محلول است که سبب ایجاد محیطی مناسب جهت رشد گیاه می‌شوند (Hanc et al., 2009). همسو با این نتایج، در مطالعه‌ای گزارش شد که گیاه کاهو (Lactuca sativa L.) با مصرف بیوچار نسبت به شاهد، زیست توده بیشتری در شرایط تنش فلزات سنگین سرب و کادمیم تولید کرد (Valizadeh Ghale Beig et al., 2020). همچنین در این راستا، پژوهشگرانی به این نتیجه رسیدند که کاربرد بیوچار، باعث افزایش جذب فلزات سنگین کادمیم‎، سرب، روی و نیکل در خاک‎های آلوده توسط گیاه علف پشمکی (Bromus tomentellus L.) می‎شود
(Jafari et al., 2017) .

مشابه نتایج این مطالعه، ﮔﺰارش‌ﻫﺎی ﻣﺘﻌﺪدی ﻣﺒﻨﻲ ﺑﺮ اﺳﺘﻔﺎده اسید سالیسیلیک در ﺟﻬﺖ ﻛﺎﻫﺶ ﻋﻮارض ﻧﺎﺷﻲ از ﺗﺠﻤﻊ ﻓﻠﺰات ﺳﻨﮕﻴﻦ از قبیل کاهش زیست توده در ﮔﻴﺎﻫﺎن وﺟﻮد دارد (شکل 1 ب، 2 ب)؛ به‌عنوان مثال گزارش شده است که کاربرد ﻛﺎدمیم، باعث کاهش وزن ﺗﺮ و ﺧﺸﻚ رﻳﺸﻪ و ﻃﻮل رﻳﺸﻪ و ﺳﺎﻗﻪ ذرت (Zea mays L.)  شد، وﻟﻲ اﺳﻴﺪ ﺳﺎﻟﻴﺴﻴﻠﻴﻚ اﻳﻦ ﻛﺎﻫﺶ را در اﺟﺰای ﮔﻴﺎه، ﺑﻬﺒﻮد بخشید و اﺛﺮات ﺗﻨﺶ را ﺗﺨﻔﻴﻒ داد (Rao et al., 2012). در مطالعه‌ای در زمینه اثر غلظت‎های مختلف سرب و اسید سالیسیلیک بر برخی از شاخص‎های رشد گیاه بادمجان (Solanum melongena L.)، نتایج نشان داد که تیمار استات سرب، سبب کاهش شاخص‎های رشد شد، ولی تیمار با اسید سالیسیلیک تا حد زیادی سبب بهبود شاخص‎های رشد گیاه می‎شود (Tavakoli et al., 2011). در واقع کاربرد اسید سالیسیلیک در شرایط تنش، منجر به افزایش فتوسنتز و سرعت رشد در اثر افزایش شاخص سطح برگ و تراکم کلروفیل در واحد سطح (Rajasekaran et al., 2002) برگ می‌شود. همچنین اسید سالیسیلیک از طریق سنتز پروتئین‌های خاصی به نام پروتئین کیناز که وظیفه تنظیم تقسیم، تمایز و ریخت‌زایی سلول را بر عهده دارند، فرایندهای فیزیولوژیکی مختلف مثل رشد و تکامل گیاه را تنظیم می‌کند (Moradi & Pourghasemian, 2018).

نتایج تجزیه رگرسیونی اثر سطوح مختلف سرب خاک بر شاخص تحمل سرب در گیاه سورگوم (شکل 3 الف) نشان داد که در تیمار ‎مصرف بیوچار از صفر تا 7/1106 میلی‌گرم، سرب در کیلوگرم خاک با شیب 000375/0 افزایش و در ادامه با شیب 00013/0- کاهش یافت. همچنین شاخص تحمل در گیاهانی که با اسید سالیسیلیک محلول‌پاشی شدند نسبت به گیاهان شاهد (عدم محلول‌پاشی اسید سالیسیلیک)، به‌میزان 025/3 درصد افزایش نشان دادند (شکل 3 ب). شاخص تحمل، نشان دهنده درجه تحمل گیاه به فلزات سنگین می‌باشد و سورگوم به‌دلیل این که شاخص تحمل بالای یک دارد (شکل 3 الف، ب)، جزو گیاه بسیار متحمل طبقه‌بندی می‌شود (Lux et al., 2004)‌.

شکل 3- برهمکنش اثر سرب و بیوچار بر روند تغییرات شاخص تحمل در گیاه سورگوم در پاسخ به افزایش غلظت سرب خاک (الف) و اثر ساده اسید سالیسیلیک بر شاخص تحمل تحت شرایط تنش سرب (ب)

Figure 3. Interaction effects of Pb and biochar on the tolerance index changes trend in sorghum in response to increasing soil Pb concentration (a) and simple effect of salicylic acid on tolerance index under Pb stress (b)

با توجه به جدول 2، تمامی اثرات ساده، دوگانه و سه‌گانه مورد مطالعه بر میزان غلظت سرب در ریشه گیاه سورگوم و غلظت سرب قابل استفاده خاک در سطح احتمال یک درصد معنی‌دار بود، درحالی‌که تمامی اثرات به غیر اثر ساده بیوچار در غلظت سرب شاخساره معنی‌دار شد؛ بنابراین برای صفات مذکور برش‌دهی اثر متقابل انجام شد (جدول 3).

نتایج حاصل از مقایسه میانگین برش‌دهی اثر سرب در سطوح بیوچار و اسید سالیسیلیک (جدول 3) نشان داد که با افزایش سطوح سرب در خاک، غلظت سرب در شاخساره و ریشه افزایش یافت، به‌طوری‌که بیشترین غلظت سرب در شاخساره و ریشه، به‌ترتیب 17/671 و 70/398 میلی‌گرم سرب در کیلوگرم ماده خشک در تیمار مصرف توام بیوچار و اسید سالیسیلیک در سطح 1600 میلی‌گرم سرب در خاک به‌دست آمد که نسبت به شاهد (عدم مصرف بیوچار و عدم محلول‌پاشی اسید سالیسیلیک در سطح 1600 میلی‌گرم سرب)، به‌ترتیب 68/24 و 96/95 درصد افزایش یافت.

همچنین نتایج پژوهش حاضر نشان داد که افزایش غلظت سرب در خاک، منجر به افزایش غلظت این فلز سنگین در اندام‌های گیاه می‌شود؛ قابل ذکر است که غلظت سرب در شاخساره حدودا دو برابر ریشه بود (جدول 3) و این افزایش غلظت سرب در اندام‌های گیاهی با کاهش زیست توده همراه بود (شکل 1 الف، 2 الف). در همین راستا، نتایج پژوهشی تاثیر بیوچار باگاس نیشکر بر رشد گیاه ذرت (Zea mays L.) در خاک آلوده به کادمیم و سرب حاکی از آن بود که افزایش کاربرد کادمیم و سرب، غلظت این دو عنصر در اندام هوایی و ریشه گیاه ذرت را به شدت افزایش داد، درحالی‌که وزن ‎خشک اندام هوایی را 40 تا 50 درصد و ریشه را بین 60 تا 70 درصد کاهش داد.

با توجه به جدول 3 و با افزایش سطوح تیمار سرب، غلظت سرب قابل استفاده در خاک افزایش یافت، درحالی‌که کاربرد جداگانه و تلفیقی بیوچار و اسید سالیسیلیک، غلظت سرب قابل استفاده خاک در همان سطح تیمار سرب کاهش نشان داد. تیمار تلفیقی مصرف بیوچار و محلول‌پاشی اسید سالیسیلیک در سطح 1600 میلی‌گرم سرب، باعث کاهش 46/40 درصدی غلظت سرب قابل استفاده خاک نسبت به شاهد (در سطح 1600 میلی‌گرم سرب در کیلوگرم خاک) شد. بیوچار به‌دلیل ظرفیت تبادل کاتیونی بالا، وفور گروه‌های عاملی و سطح ویژه بالا، جذب، تثبیت و کاهش غلظت قابل جذب فلزات سنگین را در خاک در پی دارد؛ همچنین، اشباع بار منفی موجود در سطوح بیوچار توسط سرب و کاهش توانایی جذب آن‌ها، منجر به افزایش غلظت قابل جذب سرب در خاک می‌شود (Biria et al., 2017). بنابراین این مواد به شکل محلول و کلوئیدی، تحرک فلزات سنگین در خاک را افزایش می‌دهند (Tipping et al., 2003). در این آزمایش و با توجه به افزایش غلظت سرب شاخساره و ریشه می‌توان گفت که بیوچار باعث افزایش تحرک این فلز به اندام‌های گیاهی و در نهایت سبب کاهش سرب قابل استفاده در خاک شده است؛ از طرفی اسید سالیسیلک با بهبود رشد و انتقال بیشتر سرب به اندام هوایی، سرب قابل استفاده خاک را کاهش داده است.

جدول 3- مقایسه میانگین برش‏دهی برهمکنش اثر تیمارهای آزمایشی بر صفات مرتبط با قابلیت گیاه‌پالایی سورگوم

Table 3. Mean comparison of the cutting of the interaction effect of experimental treatments the on traits related to phytoremediation of sorghum

میانگین‏هایی که در هر ستون دارای حروف مشترک می‏باشند، براساس آزمون LSD و در سطح پنج درصد اختلاف معنی‏داری ندارند.

Means with the same letters in the same column are not significantly different at 5% of probability level, based on the LSD test.

نتایج تجزیه واریانس صفات فاکتور انتقال، تجمع زیستی شاخساره و جذب سرب در شاخساره در جدول 2 نشان می‌دهد که تمامی اثرات ساده سرب، بیوچار و اسید سالیسیلیک و اثرات دوگانه و سه‌گانه بر فاکتور انتقال و جذب سرب در شاخساره در سطح احتمال یک درصد معنی‌دار بود (جدول 2). همچنین تمامی اثرات ساده و اثر دوگانه سرب و اسید سالیسیلیک در فاکتور تجمع زیستی شاخساره معنی‌دار شد (جدول 2).

برش‌دهی اثرات سه‌گانه بر فاکتور انتقال (جدول 3) نشان داد که با افزایش غلظت سرب از صفر تا 800 میلی‌گرم سرب ‎در کیلو‎گرم خاک، فاکتور انتقال افزایش و سپس در ادامه کاهش یافت؛ به عبارت دیگر، بیشترین فاکتور انتقال در تیمار 800 میلی‌گرم سرب در کیلوگرم خاک به‌دست آمد. غلظت‌های صفر، 400 و 800 میلی‌گرم سرب در کیلوگرم خاک مصرف توام بیوچار و اسید سالیسیلیک، باعث افزایش فاکتور انتقال نسبت به شاهد (عدم مصرف بیوچار و عدم محلول‌پاشی اسید سالیسیلیک) شد؛ اما با کاربرد توام بیوچار و اسید سالیسیلیک در سطوح 1200 و 1600 میلی‌گرم سرب، کاهش فاکتور انتقال نسبت به شاهد (عدم مصرف بیوچار و عدم محلول‌پاشی اسید سالیسیلیک) مشاهده شد. فاکتور بالای فلزات سنگین، نشان دهنده کارآمدی گیاهان در گیاه‌پالایی می‌باشد (Hussain et al., 2013).

کاربرد تیمار تلفیقی بیوچار و اسید سالیسیلیک در بیشتر سطوح سرب، باعث افزایش فاکتور انتقال شد (جدول 3). ضریب تعیین(r²)  که نشان‌دهنده رابطه بین فاکتور انتقال و تیمار سرب می‌باشد حاکی از آن است که توانایی انتقال سرب از خاک به شاخساره به میزان سرب در خاک بستگی دارد (جدول 3). فاکتور انتقال بالاتر از یک، نشان می‌دهد که فلزات سنگین در شاخساره تجمع می‌یابند Prasad et al., 2001)). اثر اسید سالیسیلیک در سطوح سرب خاک در فاکتور تجمع زیستی شاخساره سورگوم (شکل 4 الف) به‌صورت دوتکه‌ای افزایش یافت؛ بوته‌هایی که با اسید سالیسیلیک محلول‌پاشی شدند، فاکتور تجمع زیستی بالاتری نشان دادند. همچنین در بوته‌هایی که در خاک حاوی بیوچار کشت شدند، این فاکتور حدود 15/15 درصد نسبت به شاهد افزایش یافت (شکل 4 ب). بر اساس فاکتور تجمع زیستی شاخساره که در محدوده یک تا 10 می‌باشد، سورگوم به‌عنوان تجمع‌کننده سرب طبقه‌بندی می‌شود (Baker, 1981).

همچنین جدول 3 نشان داد با افزایش سطوح سرب، میزان شاخص جذب افزایش یافت؛ بیشترین جذب سرب در شاخساره در تیمار 1600 میلی‌گرم سرب بر‎ کیلو‎گرم خاک و کاربرد توام بیوچار و محلول‌پاشی اسید سالیسیلیک (69/7 میلی‌گرم در بوته) مشاهده شد که نسبت به شاهد (عدم مصرف بیوچار و عدم محلول‎پاشی اسید سالیسیلیک در 1600 میلی‌گرم سرب)، میزان جذب سرب در شاخساره 73/60 درصد افزایش یافت (جدول 3). در این راستا، اثرات مثبت اسید سالیسیلیک در افزایش شاخص جذب و فاکتور غلظت نیکل در ریشه ذرت (Zea meys L.) نیز گزارش شده است (Shafigh et al., 2017).

نقش اسید سالیسیلیک در کاهش تنش و بهبود رشد گیاه، به خاصیت هورمونی و آنتی‌اکسیدانی و تاثیر آن روی تولید اسمولیت‌های آلی و تنظیم اسمزی نسبت داده شده است (Moradi & Pourghasemian, 2018). از طرفی بیوچار بسته به نوع فلز سنگین می‌تواند هم به‌عنوان تثبیت کننده در خاک و هم کمک کننده به استخراج گیاهی کمک کند (Arefi, 2015). افزایش جذب سرب در شاخساره سورگوم نشان می‌دهد که تیمار بیوچار باعث افزایش زیست فراهمی سرب در محلول خاک شده است و در نتیجه انتقال آن به گیاه افزایش یافته است (Jafari et al., 2017). این امر می‌تواند به‌دلیل بهبود ظرفیت تبادل کاتیونی و وضیعت زهکشی خاک (Razzaghi & Rezaie, 2017)، تعامل با چرخه مواد غذایی خاک از طریق تعدیل pH خاک و کاهش شستشوی عناصر غذایی در اثر بیوچار باشد (Glaser, 2007). در واقع نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که استفاده از بیوچار با بهبود ساختمان خاک و تامین عناصر غذایی، احتمالا موجب افزایش رشد و کاهش سمیت می‌شود. بر اساس نتایج حاصل از شاخص‌ تحمل، فاکتور انتقال و تجمع زیستی شاخساره و جذب سرب در شاخساره، سورگوم کاندیدای مناسبی برای گیاه‌پالایی خاک‌های آلوده به سرب از طریق فرآیند استخراج گیاهی می‌باشد.

نتیجه‌گیری کلی

به‌طورکلی می‌توان چنین نتیجه‌گیری کرد که با افزایش غلظت سرب، غلظت این عنصر سنگین در ریشه و شاخساره افزایش یافت و گیاه سورگوم توانایی انتقال بیشتر سرب به شاخساره دارد. گیاه سورگوم به‌دلیل زیست توده مناسب و رشد سریع می‌تواند برای گیاه‌پالایی مناسب باشد. کاربرد اسید سالیسیلیک و بیوچار در بوته‌های سورگوم تحت تنش سرب، موجب رشد رویشی بهتر و در نهایت انباشت بیشتر سرب در اندام‌های گیاهی می‌شود؛ بنابراین، کشت سورگوم به همراه تیمار بیوچار و اسید سالیسیلیک جهت کاهش آلودگی سرب در خاک توصیه می‎شود.

REFERENCED

1. Ahmed, I. A. M., Bykova, A., Akgöl, H., Çevik, İ., Rafique, M. & Ortaş, İ. (2016). Biochar doze and mycorrhiza application on sorghum plant growth and nutrient uptake. In: Eurosoil Congress, 16-21 Oct., WOW Convention Center, Istanbul-Turkey.
2. Amanifar, S., Aliasgharzad. N., Najafi, N., Oustan, S. H. & Bolandnazar, S. (2012). Effect of Arbuscular Mycorrhizal Fungi on Lead Phytoremediation by Sorghum (Sorghum bicolor). Water and Soil Science, 22(1), 155-170. (In Persian)
3. Aravind, P. & Prasad, M. N. V. (2005). Cadmium-zinc interaction in hydroponic system using Ceratophyllum demersum: adaptive echophysiology, biochemistry and molecular toxicology. Brazilian Journal of Plant Physiology, 17, 3-20.
4. Arefi, A. (2015). The effect of mycorrhizal inoculation, sewage sludges and its biochar on Cd soil uptake under corn. MS.c. Thesis. Isfahan University of Technology, Iran.
5. Baghaie, A. H. & Aghilizefreei, A. (2020). Effects of salicylic acid, humic acid, and EDTA chelate on the increasing Pb concentration in the barley inoculated with PGPR. Journal of Advances in Environmental Health Research, 8(1), 10-
6. Baker, A. J. M. (1981). Accumulators and excluders-strategies in the response of plants to heavy metals. Journal of Plant Nutrition, 3, 643-654.
7. Biria, M., Moezzzi, A. A. & Ameri Khan, H. (2017). Effect of Sugarcane bagasse made biochar on maize plant growth, grown in lead and cadmium contaminated soil. Journal of Water and Soil, 31(2), 609- (In Persian)
8. Cabello-Conejo, M., Centofanti, T., Kidd, P., Prieto-Fernández, Á. & Chaney, R. (2013). Evaluation of plant growth regulators to increase nickel phytoextraction by Alyssum International Journal of Phytoremediation, 15, 365-75.
9. Chen, M., Ma, L. Q., Cao, R. X., Melamed, R. & Singh S. P. (2003). Field demonstration of in situ immobilization of soil Pb using Pamendments. Advances in Environmental Research, 8, 93-102.
10. Cioica, N., Tudora, C., Iuga, D., Deak, G., Matei, M., Nagy, E. M. & Gyorgy, Z. (2019). A review on phytoremediation as an ecological method for in situ clean up of heavy metals contaminated soils. E3S Web of Conferences, 112, 03024.
11. Countrey, N. (2006). Influence of cadmium on growth of root vegetable and accumulation of cadmium in the edible root. International Journal Applied Science and Engineering, 3, 243-252.
12. Deng, Z. & Cao, L. (2016). Fungal endophytes and their interactions with plants in Chemosphere, 168, 1100-1106.
13. Fahimirad, S. & Hatami, M. (2017). Heavy metal-mediated changes in growth and phytochemicals of edible and medicinal plants. In: M. Ghorbanpour & A. Varma (Ed), Medicinal Plants and Environmental Challenges. (pp. 259-277.) Springer.
14. Galavi, M., Jalali, A. & Ramroodi, M. (2010). Effects of treated municipal wastewater on soil chemical properties and heavy metal uptake by sorghum (Sorghum Bicolor). Journal of Agricultural Science, 2(7), 235-271.
15. Glaser, B. (2007). Prehistorically modified soils of central Amazonia: a model for sustainable agriculture in the twenty-first century. Philosophical Transactions of the Royal Society, Biological Sciences, 362(1478), 187-196.
16. Hanc, A. P., Tlustos, J. & Szakova, J. (2009). Changes in cadmium mobility during composting and after soil application. Waste Management, 9, 2282-2288.
17. Hasanpour, R., Zaefarian, F., Rezvani, M. & Jalili, B. (2019). Potential of Mentha aquatica, Eryngium caucasicum Trautv. and Froriepia subpinnata Ledeb. for phytoremediation of Cd-contaminated soil. Brazilian Journal of Botany, 42, 399-406.
18. Hussain, A., Abbas, N., Arshad, F., Akram, M., Khan, Z. I., Ahmad, K., Mansha, M. & Mirzaei F. (2013). Effects of diverse doses of lead (Pb) on different growth attributes of Zea mays Agricultural Science, 4(5), 262-265.
19. Ibrahim, M. E. H., Ali, A. Y. A., Elsiddig, A. M. I., Zhou, G., Nimir, N. E. A., Ahmad, I., Suliman, M. S. E., Elradi, S. B. M. & Salih, E. G. I. S. (2019). Biochar improved sorghum germination and seedling growth under salinity stress. Agronomy Journal, 112(2), 911-920.
20. Jafari, M., Moameri, M., Jahantab, E. & Zargham, N. (2017). Effects of municipal solid waste compost and biochar on the phytoremediation potential of Bromus tomentellus in greenhouse condition. Journal of Rangeland, 11(2), 194-206. (In Persian)
21. Lindsay, W. L. & Norvell, W. A. (1978). Development of a DTPA test for zinc, iron, manganese and copper. Soil Science Society of America Journal, 42, 421-428.
22. Liu, Z. & Zhang, F. S. (2009). Removal of lead from water using biochars prepared from hydrothermal liquefaction of biomass. Journal of Hazardous Materials, 167, 933-939.
23. Lux, A., Sottníkova, A., Opatrna, J. & Greger, M. (2004). Differences in structure of adventitious roots in Salix clones with contrasting characteristics of cadmium accumulation and sensitivity. Physiologia Plantarum, 120, 537-545.
24. Ma, L. Q., Komar, K. M., Tu, C., Zhang, W., Cai, Y. & Kenelly, E. D. (2001). A fern that hyper accumulates arsenic. Nature, 409, 579-582
25. Mishra, S., Srivastava, S. & Tripathi, P. D. (2006). Phytochelatin synthesis and response of antioxidants during cadmium stress in Baccopa monnieri Plant Physiology and Biochemistry, 44, 25-37.
26. Moradi, R. & Pourghasemian, N. (2018). Effect of salicylic acid application on mitigating impacts of drought stress in marigold (Calendula officinalis L). Water and Soil Science, 28(2), 15-28.
27. Mousavi, S. A., Oveysi, M. & Iranbakhsh, A. (2020). The effects of lead and cadmium contamination on seed germination of sorghum (Sorghum bicolor). Iranian Journal of Dynamic Agriculture, 14(3), 217-229.
28. Orekanti, E. R., Muni, K. M. & Devarajan, S. K. (2019). Pilot study on phytoremediation of contaminated soils with different plant species. Journal of Hazardous, Toxic, and Radioactive Waste, 23(4), 1-13.
29. Pereira, B. F. F., Abreu, C. A, Romeiro, S., LagôaII, A. M. M. A. & Paz-González, A. (2007). Pb-phytoextraction by maize in a Pb-EDTA treated Oxisol. Scientia Agricola, 64(1), 52-60.
30. Prasad, M. N. V., Greger, M. & Landberg, T. (2001). Acacia nilotica bark removes toxic metals from solution: Corroboration from toxicity bioassay using Salix viminalis L. in hydroponic system. International Journal of Phytoremediation, 3, 289-300.
31. Rajasekaran, L. R., Stiles, A., Surette, M. A., Sturz, A.V., Blake, T. J, Caldwell, C. & Nowak, J. (2002). Stand establishment technologies for processing carrots: Effects of various temperature regimes on germination and the role of salicylates in promoting germination at low temperatures. Canadian Journal of Plant Science, 82, 443-450.
32. Rao, S. R., Qayyum, A., Razzaq, A., Ahmad, M., Mahmood, I. & Sher, A. (2012). Role of foliar application of salicylic acid and l-tryptophan in drought tolerance of maize. Journal of Animal and Plant Sciences, 22(3), 768-
33. Razzaghi, F. & Rezaie, N. (2017). Effects of different levels of biochar on soil physical properties with different textures. Journal of Water and Soil Resources Conservation, 7(1), 75-88.
34. Shafigh, M., Ghasemi-Fasaei, R. & Ronaghi, A. (2017). Influence of plant growth regulators and humic substance on the phytoremediation of nickel in a Ni-polluted soil. Journal of Water and Soil, 31(1), 144-155. (In Persian)
35. Tafvizi, M., Motesharezadeh, B. & Savaghebi, R. (2014). Investigating the effects of lead contamination and foliar application of iron on some physiological characteristics in two forage corn (Zea mays L.) hybrids in calcareous soil. Iranian Journal of Field Crop Science, 45(2), 213-226. (In Persian)
36. Tavakoli, M., Chehregani rad, A., Lariyazdi, H. & Pakdel, A. (2011). Study on the effects of different concentrations of Pb and salicylic acid on some growth factors in eggplant (Solanum melongena). Journal of Plant Biology, 3(7), 29-40. (In Persian)
37. Tipping, E., Rieuwerts, J., Pan, G., Ashmore, M. R., Lofts, S., Hill, M. T. R., Farago, M. E. & Thornton, I. (2003). The solid-solution partitioning of heavy metals (Cu, Zn, Cd, Pb) in upland soils of England and Wales. Environmental Pollution, 125, 213-225.
38. Valizadeh Ghale Beig, A., Nemati, S. H., Emami, H. & Aroie, H. (2020). The effect of cutflower-rose waste biochar on morphological traits and heavy metals in lettuce (Lactuca sativa cv. Syaho). Journal of Science and Technology of Greenhouse Culture, 10(4), 21-35. (In Persian)
39. Woodis Jr, T. C., Hunter, G. B. & Johnson, F. J. (1977). Statistical studies of matrix effects on the determination of cadmium and lead in fertilizer and material and plant tissue by flame atomic absorption spectrophotometry. Analytical Chemistry Acta, 90, 127-
40. Zhang, G., Fukami, M. & Sekimoto, H. (2002). Influence of cadmium on mineral concentration and yield components in wheat genotypes differing in Cd tolerance at seedling stage. Field Crop Rescerch, 77, 3-98.