بررسي نرخ جذب و تجمع كادميوم در اندامهاي چهل گونه گياه خوراكي

2. بررسي نرخ جذب و تجمع كادميوم در اندامهاي چهل گونه گياه خوراكي http://www.hortilover.net

3. اهدف تحقيق • تعيين ميزان جذب کادميوم از محيط ريشه توسط گونه هاي گياهي مورد مطالعه و رده بندي گونه هاي مورد مطالعه بر حسب ميزان جذب کادميوم • تعيين ميزان تجمع کادميوم در اندامهاي مختلف گونه هاي مورد مطالعه و رده بندي آنها بر اساس تمايل به تجمع در هر يك از اندامها • تدوين دستورالعملهاي لازم در خصوص ترتيب تقدم استفاده از آبهاي آلوده به کادميوم بر اساس نرخ جذب کادميوم توسط گياهان مورد نظر • تدوين دستورالعمل نحوه استفاده كم خطر از محصولات کشاورزي مورد بررسي به منظور حداقل سازي انتقال يون کادميوم از محصولات آلوده به انسان، حيوان و محيط زيست

4. فرضيه‌ها • ميزان جذب كادميوم از محيط ريشه براي گونه هاي مورد مطالعه يکسان نيست • ميزان تجمع كادميوم در اندام مختلف گونه هاي مورد بررسي برابر نمي باشد • با توجه به نرخ تجمع کادميوم در اندامهاي مختلف گونه هاي مورد بررسي مي توان دستورالعمل بهداشتي در خصوص مصرف کم خطر اندامهاي خاص هر گياه تدوين کرد • بر اساس نرخ جذب کادميوم توسط گونه هاي مورد بررسي امکان تدوين دستورالعمل هاي لازم براي ترتيب تقدم استفاده از آبهاي آلوده به کادميوم براي آبياري اين گياهان وجود دارد

5. کانون توجه • بررسي ميزان جذب و تجمع فلز کادميوم از خاك محيط ريشه در اندام مختلف 40 گونه زراعي • اندام هاي مورد مطالعه شامل: ريشه، ساقه، برگ، ميوه يا غده، پوست ميوه ، دانه يا هسته • غلظت هاي كادميوم خاك مورد تحقيق: شامل صفر، 50 و 100 mg/kg • گونه هاي مورد تحقيق شامل گونه هاي زير مي باشد: هندوانه، خربزه، طالبي، خيار، کدو، بادمجان، کدوتنبل، گوجه فرنگي، توت فرنگي، ترب سياه، تربچه، هويج، کلم گل ، سيب زميني، چغندرقند، پياز، گندم، جو، برنج، ذرت، نخود، عدس، لوبيا قرمز، لوبيا سبز، باقلا، لوبيا چيتي، کاهو، کرفس، جعفري، گشنيز، تره، تره فرنگي، اسفناج، ريحان، شويد ، نعناع، يونجه، اسپرس، ذرت علوفه اي و شبدر

6. فلزات سنگين ومنابع اصلي ورود آنها به محيط ●کادميوم(Cd)، نيکل(Ni)، کروم(Cr)، قلع(Sn) ، آرسنيک(As)، روي(Zn)، مس(Cu) و سرب(Pb) مي‌باشند ●معادن استخراج فلزات ●پسابهاي صنعتي ( صنايع فلزي، آبکاري فلزات، باطري سازي، صنايع پلاستک، رنگ، شيشه و ...) ●فاضلابهاي شهري ●مصرف کودهاي شيميائي ( بويژه كودهاي فسفاته) ●آلودگي هوا ( ناشي از سوختهاي فسيلي) بر اساس بر آورد EPA در سال 2000 بالغ بر 9 ميليون تن کادميوم ا زصنايع مختلف وارد محيط شده است

7. مشخصات كادميوم ●کادميوم با عدد اتمي 48 و جرم اتمي 40/112، با مقدار معمول 001/0 تا 4/2 mg/kg در خاک يكي از مهمترين و متحرک ترين فلزات سنگين خاک محسوب مي شود. ●در اراضي زراعيبدون مصرف کودهاي فسفاته در حدود 114/0 تا 016/0 mg/kg و در خاکهائي که کودهاي فسفاته مصرف کرده اند حدود 342/0 تا 076/0 mg/kg و در خاکهاي آلوده مجاور معادن تا 14000 mg/kg نيز مي رسد ●ميزان تجمع کادميوم در بافتهاي نرم بدن انسان بيشتر از ساير ارگانهاست بطور ميانگين 50 تا 30 درصد كادميوم ورودي به بدن در كليه ها ذخيره شده و در كل 80 تا 40 درصد آن در مجموع كبد وكليه ذخيره مي‌شوند. ● نيمه عمر بيولوژيکي کادميوم در بدن انسان بين 10 تا 30 سال مي باشد

8. استانداردهاي مربوط به كادميوم در خاك و غذا • بر اساس استاندارد USEPAمقدار کل کادميوم اضافه شده در هر هکتار در سال نبايد از 9/1 کيلوگرم تجاوز نمايد. بر اساس استانداردهاي ارائه شده از طرف اين سازمان ميزان كادميوم موجود در محصولات كشاورزي نبايد بيشتر از 05/ ميكروگرم بر گرم وزن خشك محصول باشد • بر اساس استاندارد FAO و WHO ميزان كادميوم مجاز در رژيم غذائي معادل 7 ميکروگرم در کيلوگرم وزن بدن در هفته اعلام شده است • بر اساس استاندارد صنايع غذايي انگلستان ميزان مجاز كادميوم در رژيم غذائي روزانه هر فرد معادل 35 ميکروگرم و بر اساس استاندارد صنايع غذايي آمريكا معادل 92 ميکروگرم تعيين شده است

9. جدول4 بار ورودي سالانه و حداكثر غلظت مجاز فلزات سنگين در خاكهاي زراعي استانداردهاي مربوط به غلظت كادميوم در خاك

10. مراحل تحقيق تيمارها : تيمارها شامل غلظت کادميوم در سه سطح به شرح زير مي باشد که با افزودن نيترات کادميوم ((Cd(NO3)2 به خاک و تهيه مخلوط يکنواخت حاصل شده است. ●خاک شاهد (بدون افزودن کادميوم) ●خاک با غلظت50 ميلي گرم كادميوم بر کيلو گرم خاک ●خاک با غلظت100 ميلي گرم کادميوم بر کيلو گرم خاک

11. ادامه مواد وروشها ●در اين تحقيق مقدار آب مورد نياز با استفاده از روش پنمن مانتيث و لحاظ کردن ضريب رشد گياهي (Kc) براي مراحل مختلف رشد گونه هاي مورد مطالعه محاسبه و استفاده شده است. ●در پايان فصل زراعي از بخشهاي مختلف هر گياه (ريشه، برگ، ساقه، ميوه، پوست ميوه و دانه)، جهت سنجش غلظت کادميوم نمونه برداري بعمل آمد و بر اساس روشهاي استاندارد و با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر جذب اتمي با کوره گرافيت (4100ZL, Cupertino, CA GFAA, Perkin-Elmer model ) مورد آزمايش قرار گرفت.

12. برخي ويژگيهاي فيزيکي و شيميائي خاک مورد مطالعه مشخصات كيفي آب مورد استفاده

18. ميانگين تجمع کادميوم در اندام شاهي در تيمارهاي مختلف

19. ميانگين تجمع کادميوم در اندام گونه تره فرنگي در تيمارهاي مختلف

20. ميانگين تجمع کادميوم در اندام گونه نعناع در تيمارهاي مختلف

21. ميانگين تجمع کادميوم در اندام گونه پياز در تيمارهاي مختلف

22. ميانگين تجمع کادميوم در اندام گونه كاهو در تيمارهاي مختلف

23. ميانگين تجمع کادميوم در اندام گونه گشنيز در تيمارهاي مختلف

24. ميانگين تجمع کادميوم در اندام گونه جعفري در تيمارهاي مختلف

25. ميانگين تجمع کادميوم در اندام گونه گوجه فرنگي در تيمارهاي مختلف

26. ميانگين تجمع کادميوم در اندام بوته كدو در تيمارهاي مختلف

27. ميانگين تجمع کادميوم در اندام گونه هندوانه در تيمارهاي مختلف

28. ميانگين تجمع کادميوم در اندام گونه خربزه در تيمارهاي مختلف

29. ميانگين تجمع کادميوم در اندام گونه خيار در تيمارهاي مختلف

30. تربچه چغندر‌قند هويج سيب‌زميني ميانگين تجمع کادميوم در اندام محصولات غده اي در تيمارهاي مختلف

31. ميزان و ترتيب تجمع كادميوم در ريشه پاره اي از گونه‌هاي مورد مطالعه

32. ميزان و ترتيب تجمع كادميوم در ساقه پاره اي از گونه‌هاي مورد مطالعه

33. ميزان و ترتيب تجمع كادميوم در برگ پاره اي از گونه‌هاي مورد مطالعه

34. ميزان و ترتيب تجمع كادميوم در ميوه پاره اي از گونه‌هاي مورد مطالعه

35. ميزان و ترتيب تجمع كادميوم در دانه پاره اي از گونه‌هاي مورد مطالعه

36. ميزان و ترتيب تجمع كادميوم در پوست ميوه پاره اي از گونه‌هاي مورد مطالعه

37. طبقه‌بندي گياهان مورد بررسي بر اساس غلظت كادميوم موجود در اندامهاي خوراكي هر گياه بر حسب ميلي گرم بر کيلوگرم

38. طبقه‌بندي گياهان علوفه‌اي (برگ و ساقه) و بخش علوفه اي ساير گياهان بر اساس مقدار تجمع يون كادميوم بر حسب ميلي گرم بر کيلو گرم

39. جدول 4-41 طبقه‌بندي گياهان مورد بررسي بر اساس ميانگين تعادل جرمي غلظت كادميوم موجود در اندام اصلي هر گياه بر حسب ميلي گرم بر کيلو گرم (پارامتر B در فرمول 4-1) طبقه‌بندي گياهان مورد بررسي بر اساس غلظت كادميوم موجود در اندام اصلي هر گياه بر حسب ميلي گرم بر کيلو گرم

40. جمع بندي نتايج ●جذب كادميوم توسط تمامي چهل‌‌‌‌‌‌‌‌‌گونه مورد بررسي از خاك شاهد با غلظت كادميوم بسيار كم (05/ قسمت در ميليون) نشان مي‌دهد که جذب كادميوم توسط اين گياهان فقط به حضور يون كادميوم قابل جذب در محيط ريشه بستگي دارد. به عبارت ديگر، چنانچه محيط ريشه به يون قابل جذب كادميوم آلوده باشد، همواره خطر جذب آن توسط اين گياهان وجود دارد. ● روند صعودي نرخ جذب كادميوم در تيمار اول نسبت به خاك شاهد و در تيمار دوم نسبت به تيمار اول توسط تمامي گياهان مورد بررسي بيانگر اين واقعيت است كه نرخ جذب كادميوم توسط اين گياهان مستقيماً به غلظت آن در محيط ريشه وابسته است و با افزايش غلظت يون كادميوم قابل جذب در محيط ريشه، مقدار جذب آن توسط اين گياهان نيز افزايش مي‌يابد.

41. ادامه جمع بندي نتايج ● وجود يون كادميوم در همه اندام‌هاي گياهان مورد بررسي حكايت از آن دارد كه يون كادميوم جذب شده به تمام اندام‌هاي اين گياهان منتقل مي‌شود. البته نحوه انتقال و تجمع كادميوم در اندام‌هاي مختلف به گونه گياه بستگي دارد. ●اولويت‌بندي گياهان مورد بررسي بر مبناي عدم تمايل به جذب كادميوم به ترتيب زير است: 1- ذرت‌ علوفه‌اي 2- نعناع 3- توت‌فرنگي 4- طالبي 5- گوجه‌فرنگي 6- ذرت خوراكي 7- تره‌فرنگي 8-هندوانه 9- لوبيا سبز 10- كدو تنبل 11- خربزه 12- جو 13- گندم 14- لوبياي قرمز 15- بوته عدس 16- بوته نخود 17- چغندرقند 18- سيب‌زميني 19- بادمجان 20- نخود‌فرنگي 21- جعفري 22- كلم برگ 23- اسپرس 24- هويج 25- كرفس 26- كدو 27- گشنيز 28- لوبياي چيتي 29- لوبياي سفيد 30- شاهي 31- يونجه 32- آفتابگردان 33- خيار 34- تربچه 35- اسفناج 36- پياز 37- ريحان 38- شبدر 39- شويد 40- كاهو

42. ادامه جمع بندي نتايج ●اولويت‌بندي گياهان مورد بررسي بر اساس تجمع كمتر يون كادميوم در اندام خوراكي گياه به قرار زير است: 1- ذرت خوراكي(دانه) 2- توت‌فرنگي(ميوه)3- هندوانه(مغز تخمه) 4- كدو تنبل(مغز تخمه) 5- جو(دانه) 6- گندم(دانه) 7- طالبي(بخش خوراكي ميوه) 8- كدو(تخمه) 9- گوجه‌فرنگي(ميوه) 10- لوبياي سبز(دانه) 11- نخود(دانه) 12- بادمجان(ميوه بدون پوست) 13- كدو تنبل(بخش خوراكي ميوه) 14- لوبياي چيتي(دانه) 15- نخود فرنگي (دانه)16-عدس(دانه) 17- كدو(بدون پوست) 18- تره‌فرنگي(برگ و ساقه) 19- سيب‌زميني(غده پوست كنده) 20- بادمجان(پوست) 21- چغندر‌قند(غده) 22- خيار(ميوه پوست كنده) 23- آفتابگردان(مغز دانه) 24- هندوانه (بخش خوراكي ميوه) 25- لوبياي سفيد (دانه) 26- نعناع (برگ) 27- خربزه (بخش خوراكي ميوه) 28- كرفس(ساقه) 29- كلم برگ (كلم برگ) 30- هويج (هويج پوست كنده) 31- كرفس (برگ) 32-جعفري (برگ) 33- تربچه (غده) 34- هويج (پوست) 35- پياز (غده) 36- گشنيز (برگ) 37- پيازچه (برگ) 38- تربچه (برگ) 39- كدو (پوست) 40- اسفناج (برگ) 41- ريحان (برگ) 42- شاهي (برگ) 43- شويد (برگ)44- كاهو (ساقه) 45- خيار (پوست) 46- كاهو (برگ)

43. ادامه جمع بندي نتايج ● اولويت‌بندي گياهان علوفه‌اي مورد بررسي از نظر تجمع كمتر يون كادميوم در اندام‌هاي علوفه‌اي گياه به قرار زير است: 1- ذرت علوفه‌اي 2- اسپرس 3- يونجه 4- شبدر ● اولويت‌بندي گياهان خوراكي مورد بررسي از نظر تجمع كمتر يون كادميوم در اندام‌هاي قابل مصرف گياه به عنوان علوفه (عمدتاً برگ و ساقه) به ترتيب زير است: 1- توت‌فرنگي 2- ذرت 3- گوجه‌فرنگي 4- لوبيا سبز 5- طالبي 6- گندم 7- هويج 8- هندوانه 9- چغندر‌قند(غده) 10- خربزه 11- سيب‌زميني 12- كدو تنبل 13- لوبيا قرمز 14- جو 15- چغندر قرمز(برگ و ساقه) 16- لوبيا چيتي 17- نخود فرنگي 18- عدس 19- بادمجان 20- نخود 21- كدو تنبل 22- خيار 23- لوبياسفيد 24- آفتابگردان (برگ)

44. دستورالعملها دستورالعمل مصرف کم خطرتر اندام هاي خوراکي و علوفه اي گياهان رشد يافته در آب وخاک آلوده به کادميوم ●از آنجائي که نرخ جذب و تجمع کادميوم در اندام هاي خوراکي سبزي ها بيشتر از ساير گياهان مورد بررسي مي باشد لذا توصيه مي گردد حتي الامکان از مصرف سبزي هاي رشد يافته در آب و خاک آلوده به کادميوم پرهيز شود. اين موضوع در مورد کاهو که بيشترين مقدار جذب و تجمع کادميوم در برگ و ساقه را دارا مي باشد از اهميت بيشتري برخوردار بوده و پس از آن به ترتيب شامل مصرف شويد، شاهي، ريحان و اسفناج نيز مي شود. از ميان سبزي ها تره فرنگي کمترين مقدار کادميوم را از محيط ريشه جذب مي کند و نعناع در مرتبه بعد از آن قرار دارد. به عبارت ديگر مصرف اين دو سبزي از لحاظ انتقال کادميوم به بدن به مراتب کم خطرتر از مصرف کاهو، شويد، شاهي، ريحان و اسفناج مي باشد. شايان ذکر است که مقدار تجمع کادميوم در کاهو حدوداً 5/1 تا 2 برابر بيش از شويد، شاهي، ريحان و اسفناج مي باشد که در مقايسه با تره فرنگي و نعناع اين نسبت به ترتيب بيش از حدود 6 و 4 برابر مي باشد. ●اختلاف فاحش تجمع کادميوم در پوست بعضي از محصولات نظير خيار، کدو، هويج و بادمجان نسبت به شکل پوست کنده آن، ضرورت پوست گيري از اين محصولات ( در صورتيکه در محيط آلوده به کادميوم رشد کرده باشد)، قبل از مصرف را به خوبي نشان مي دهد. شايان ذکر است که مقدار تجمع کادميوم در پوست خيار وکدو در مقايسه با بخش بدون پوست آن حدود 4 و 3 برابر مي باشد. اين نسبت براي پوست بادمجان و هويج تقريباً 25/1 برابر نسبت به محصول بدون پوست آن مي باشد.

45. دستورالعملها دستورالعمل مصرف کم خطرتر اندام هاي خوراکي و علوفه اي گياهان رشد يافته در آب وخاک آلوده به کادميوم ●مقدار تجمع کادميوم در مغز هسته هاي گياهي نظير مغز تخمه هندوانه، مغز تخمه کدوتنبل و مغز کدو در مقايسه با بسياري از گياهان بررسي شده کمتر مي باشد. بنابراين چنانچه اين محصولات در آب و خاک آلوده به کادميوم کشت شده باشند، مصرف آنها در مقايسه با خيلي از محصولات بررسي شده، کادميوم کمتري به بدن منتقل مي کند. لازم به يادآوري است که خطر انتقال کادميوم به بدن در شربيط يکسان (مصرف يک اندازه) براي کاهو نسبت به مغز تخمه هندوانه، مغز تخمه کدو تنبل و تخمه کدو به طور متوسط معادل 10، 9و 8 برابر بيشتر است. البته مغز تخمه آفتابگردان کادميوم بيشتري از آب و خاک آلوده جذب مي کند. به طوريکه خطر انتقال کادميوم به بدن از طريق مصرف تخمه آفتابگردان مي تواند نسبت به مغز تخمه هندوانه، تخمه کدو تنبل و تخمه کدو به ترتيب معادل 2/5 ، 2 و 2 برابر باشد. ●مقدار تجمع کادميوم در دانه غلات نظير ذرت، جو و گندم در مقايسه با بسياري از گياهان مورد بررسي خيلي کم است. مثلاً مقدار تجمع کادميوم در کاهو حدود 25، 9 و 8 برابر به ترتيب بيشتر از ذرت، جو و گندم مي باشد. بنابراين در شرايط يکسان، خطر انتقال کادميوم از طريق اين محصولات به مراتب کمتر از ساير محصولات بررسي شده به ويژه سبزي ها مي باشد.

46. دستورالعملها دستورالعمل مصرف کم خطرتر اندام هاي خوراکي و علوفه اي گياهان رشد يافته در آب وخاک آلوده به کادميوم ●از آنجائي که نرخ جذب و تجمع کادميوم در اندام هاي خوراکي سبزي ها بيشتر از ساير گياهان مورد بررسي مي باشد لذا توصيه مي گردد حتي الامکان از مصرف سبزي هاي رشد يافته در آب و خاک آلوده به کادميوم پرهيز شود. اين موضوع در مورد کاهو که بيشترين مقدار جذب و تجمع کادميوم در برگ و ساقه را دارا مي باشد از اهميت بيشتري برخوردار بوده و پس از آن به ترتيب شامل مصرف شويد، شاهي، ريحان و اسفناج نيز مي شود. از ميان سبزي ها تره فرنگي کمترين مقدار کادميوم را از محيط ريشه جذب مي کند و نعناع در مرتبه بعد از آن قرار دارد. به عبارت ديگر مصرف اين دو سبزي از لحاظ انتقال کادميوم به بدن به مراتب کم خطرتر از مصرف کاهو، شويد، شاهي، ريحان و اسفناج مي باشد. شايان ذکر است که مقدار تجمع کادميوم در کاهو حدوداً 5/1 تا 2 برابر بيش از شويد، شاهي، ريحان و اسفناج مي باشد که در مقايسه با تره فرنگي و نعناع اين نسبت به ترتيب بيش از حدود 6 و 4 برابر مي باشد. ●اختلاف فاحش تجمع کادميوم در پوست بعضي از محصولات نظير خيار، کدو، هويج و بادمجان نسبت به شکل پوست کنده آن، ضرورت پوست گيري از اين محصولات ( در صورتيکه در محيط آلوده به کادميوم رشد کرده باشد)، قبل از مصرف را به خوبي نشان مي دهد.

47. دستورالعملها دستورالعمل مصرف کم خطرتر اندام هاي خوراکي و علوفه اي گياهان رشد يافته در آب وخاک آلوده به کادميوم ● مقدار تجمع كادميوم كه در صيفي‌جات بررسي شده، نظير توت‌فرنگي، طالبي و گوجه‌فرنگي نسبتاً كم و در بادمجان (بدون پوست)، خيار (بدون پوست)، هندوانه، خربزه در حد متوسط مي‌باشد. به عبارت ديگر مقدار تجمع كادميوم در كاهو نسبت به توت‌فرنگي، طالبي و گوجه‌فرنگي به ترتيب معادل 13،‌ 8 و 7 برابر و نسبت به بادمجان بدون پوست، كدو تنبل، كدوي بدون پوست، خيار پوست كنده و هندوانه و خربزه به ترتيب تقريباً معادل 6، 5/5، 5، 4، 4 و 4 برابر مي‌باشد. بنابراين مصرف اين ميوه‌ها و صيفي‌جات به همين نسبت در انتقال كادميوم در بدن كم خطر‌تر مي‌باشد. ● از ميان چهار‌گونه گياه علوفه‌اي بررسي شده، ذرت علوفه‌اي نسبت به شبدر، يونجه و اسپرس مقدار بسيار كمي كادميوم را در بافت‌هاي علوفه‌اي نگهه مي‌دارد به طوري كه مقدار تجمع كادميوم در اندام علوفه‌اي شبدر، يونجه و اسپرس به ترتيب بيش از 7، 6 و 5 برابر بيشتر از ذرت علوفه‌اي مي‌باشد. مناسبترين بخش قابل مصرف به عنوان علوفه (عمدتاً برگ و ساقه) ساير گياهان مورد بررسي از نظر مقدار تجمع كادميوم در آن به ترتيب شامل توت‌فرنگي، ذرت، گوجه‌فرنگي، لوبيا سبز، طالبي و گندم مي‌باشد و برعكس بخش علوفه‌اي آفتابگردان، لوبيا سفيد، خيار، كدو‌تنبل و نخود نامناسبترين علوفه از نظر مقدار تجمع كادميوم مي‌باشد.

48. دستورالعملها • دستورالعمل تعيين ترتيب تقدم استفاده از آب آلوده به كادميوم براي آبياري ●از آب آلوده به كادميوم به هيج وجه نبايد براي آبياري سبزي‌ها به ويژه كاهو، شويد، شاهي، ريحان، اسفناج استفاده شود. همچنين آبياري محصولاتي نظير كدو، تربچه، پياز، هويج و كلم با آب آلوده به كادميوم با آب آلوده به كادميوم توصيه نمي‌شود. ●چنانچه فقط آب آلوده به كادميوم براي آبياري در اختيار باشد بهتر است در درجه اول از آن براي آبياري ذرت خوراكي و توت‌فرنگي و در درجه دوم ذرت علوفه‌اي، جو و گندم استفاده شود و از كاشت ساير محصولات كشاورزي در زمين آلوده شده نيز در نوبت‌هاي بعد خودداري شود. ●آبياري گياهان علوفه‌اي شامل شبدر، يونجه و اسپرس با آب آلوده به كادميوم به هيچ ‌وجه توصيه نمي‌شود.