اثر فلزات سنگین خاک بر تولیدات کشاورزی

فلزات سنگین از جمله آلاینده‌های زیست محیطیِ آلوده‌کننده خاک‌ها هستند. زمانی که غلظت زیادی از فلزات سنگین در خاک تجمع یابد، اثرات آن‌ها روی سلامت و عملکرد محصولات کشاورزی تاثیر منفی دارد.

تعریف و اهمیت فلزات سنگین در خاک کشاورزی

اصطلاح فلزات سنگین به گروهی از فلزات و شبه فلزات با جرم اتمی نسبتا بالا به ویژه فلزات انتقالی از جمله سرب، کادمیم و جیوه گفته می‌شود که می‌توانند ایجاد سمیت کنند. با توجه به خصوصیات فلزات سنگین، اهمیت این آلاینده‌ها بسیار مورد توجه قرار گرفته و نگرانی زیادی در رابطه با آن‌ها وجود دارد.

فلزات سنگین چون نسبت به تخریب مقاوم‌اند به عنوان آلاینده‌های پایدار شناخته می‌شوند و به همین دلیل در طول زمان در خاک‌ها انباشته می‌شوند.

گروهی از فلزات سنگین از جمله روی، منگنز، مس و… با توجه به نقشی که در گیاهان دارند، به عنوان عناصر معدنی ضروری برای رشد گیاهان شناخته شده‌اند. این عناصر در غلظت‌های کم، مورد نیاز گیاهان بوده و رشد و نمو گیاهان را بهبود می‌دهند اما غلظت بیش از حد این عناصر بر رشد و نمو گیاهان تاثیر منفی دارد و می‌تواند باعث سمیت شود.

برخی دیگر از فلزات از جمله کادمیم، سرب، آلومینیوم و… در واکنش‌های گیاهی نقش موثری ندارند و حتی در غلظت‌های کم نیز اثرات منفی بر گیاهان می‌گذارند.

فلزات سنگین از چه طریقی وارد خاک می‌شوند؟

فعالیت‌های مختلف بر تجمع فلزات سنگین در خاک تاثیر دارد.

استفاده بیش از حد از کود‌های شیمیایی

استفاده بی‌رویه کودهای شیمیایی ممکن است باعث ورود انواع فلزات سنگین به خاک شود. به عنوان مثال تحقیقات نشان می‌دهد که مصرف بیش‌ازحد کودهای فسفره باعث افزایشِ تجمع کادمیم در خاک می‌شود. بهترین توصیه در این زمینه، مصرف تلفیقی کودهای شیمیایی و زیستی است.

با توجه به اهمیت خصوصیات خاک در فراهمی فلزات سنگین برای گیاهان و اهمیت بالای پایش مقدار فلزات سنگین در خاک برای سلامت گیاهان، انجام دوره‌ای آزمایش خاک ضروریست.

مصرف بیش از حد انواع سم

آفت‌کش‌ها و علف‌کش‌ها نقش مهمی در کنترل جمعیت آفات و علف‌های هرز در زمین‌های کشاورزی دارند، اما برخی سم‌ها دارای فلزات سنگین به عنوان ماده فعال هستند و یا ناخالصی در ساختار برخی سموم وجود دارد که باید به مقادیر مصرف آنها توجه کنید و در زمان‌های کلیدی از هر نوع سم استفاده کنید.

کاربرد غیر‌اصولی کمپوست و کود دامی

برخی از مطالعات نشان داده است که در خوراک تجاری دام، مقداری فلزات سنگین وجود دارد، از آنجاییکه حیوانات نمی‌توانند این عناصر را هضم کنند، کاربرد مکرر و غیر‌اصولی کود دامی و کمپوست می‌تواند به انباشته شدن مقدار زیادی فلزات سنگین در خاک منجر شود و پیامد‌هایی را به دنبال داشته باشد.

استفاده لجن فاضلاب

لجن فاضلاب ناشی از زباله‌های شهری و صنعتی می‌تواند مقدار قابل توجهی فلزات سنگین داشته باشد. اما کاربرد لجن فاضلاب تصفیه شده مقادیر کمی از این عناصر را دارد. با این‌حال استفاده مکرر و غیر‌اصولی این ترکیبات به دلیل امکان تجمع فلزات سنگین در خاک‌ها توصیه نمی‌شود.

آبیاری زمین کشاورزی با آب نامناسب

آبیاری زمین‌های کشاورزی با آب‌های آلوده، از دیگر راه‌های ورود و تجمع فلزات سنگین در خاک‌ها است. با توجه به اینکه در بسیاری مناطق به دلیل کاهش منابع آبی، کشاورزان به اجبار از آب های بی کیفیت و نامناسب استفاده می کنند، مسئله عناصر سنگین بسیار جدی است.

برنامه‌ریزی صحیح از قبل کشت تا انتها نه تنها به بهبود تولید و عملکرد شما کمک می‌کند، بلکه خلاهای عملکرد و مشکلات را شناسایی و به کاهش اثرات جانبی مسائلی مانند فلزات سنگین کمک شایانی خواهد کرد. شرکت اگرویار با راه‌اندازی آزمایشگاه جامع اگرویار و همچنین طراحی و اجرایی کردن محصولات نرم‌افزاری برای کلیه موارد مدیریتی مزرعه و باغ و کنترل مشکلاتی مانند فلزات سنگین و مصرف بی‌رویه کودها همراه کشاورزان عزیز است.

تاثیر فلزات سنگین بر گیاهان

سمیت فلزات سنگین در گیاهان وابسته به عواملی از جمله نوع محصول، شرایط و مرحله رشد و همچنین نوع فلز سنگین، خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک و … دارد و کلیه این عوامل اگر در شرایط مناسبی نباشند، فلزات سنگین و اثراتشان نیز مزید بر علت شده و منجر به اُفت شدید عملکرد و بهره‌وری گیاهان خواهد شد. 

کاهش شدید رشد و عملکرد گیاهان

یکی از مهم‌ترین فرآیند‌هایی که در حضور و انباشته شدن فلزات سنگین در خاک‌های کشاورزی اتفاق می‌افتد، جذب فلزات سنگین از طریق ریشه و انتقال این عناصر به بخش‌های مختلف گیاه است که سلامت گیاهان را تحت تاثیر قرار می‌دهد. متاسفانه رشد ریشه توسط فلزات سنگین محدود شده و در نتیجه اثر منفی بر جذب و انتقال آب و عناصر غذایی خواهد داشت. در ادامه این مسئله، ساختار و عملکرد طبیعی سلول‌ها و فرآیندهای مختلف گیاهی نیز مختل شده و در نهایت فتوسنتز و فعالیت‌های آنزیمی و تولید در گیاهان شدیدا کاهش می‌یابد.

دقت کنید که قابلیت جذب فلزات سنگین می‌تواند در گونه‌های مختلف متفاوت باشد.

اُفت جمعیت میکروبی خاک

غلظت بالای فلزات سنگین باعث مهار رشد، تکثیر و تنوع جمعیت‌های میکروبی خاک می‌شود و بالتبع این اتفاق بر ساختار خاک نیز اثر منفی گذاشته و در نهایت جذب عناصر هم دچار اختلال خواهد شد.

فرسایش و از بین رفتن خاک‌ها

افزایش میزان عناصر بخصوص عناصر سنگین طی زمان منجر به فرسایش و از بین رفتن خاک‌ها می‌شود و اگر بموقع اقدامات لازم انجام نگیرد پس از چند سال، عملا خاک منطقه‌ای که دارای عناصر سنگین است قابل کشت نخواهد بود. 

سمیت فلزات سنگین اغلب در طول زمان اتفاق می‌افتد. بنابراین، داشتن سابقه کاربرد کود‌ها و سموم و همینطور کیفیت آب آبیاری به شما در مدیریت و حفظ سلامت خاک و گیاه کمک زیادی می‌کند.

علائم سمیت فلزات سنگین در گیاهان

نشانه سمیت فلزات سنگین در گیاهان زمانی بروز می‌کند که غلظت فلزات سنگین از حد مجاز و قابل تحمل گیاهان بیشتر شود. علائم ظاهری سمیت شباهت زیادی به علائم کمبود عناصر غذایی و آسیب‌های ناشی از آفات و بیماری‌ها دارد. برخی از علائم رایج سمیت عبارتند از: عدم جوانه زنی بذر، کلروز و نکروز برگ‌ها، کاهش شدید و یا توقف رشد ریشه و اندام هوایی گیاه، کاهش عملکرد و در موارد شدید سمیت مرگ گیاه.

آشنایی با تعدادی از مهم‌ترین فلزات سنگین در خاک

چندین عنصر به عنوان فلز سنگین در نظر گرفته می‌شوند که از جمله آن‌ها می‌توان به مس، نیکل، جیوه، آرسنیک، کروم، سرب، کادمیم، آلومینیوم و روی به عنوان عناصری که غالبا خاک‌های کشاورزی را آلوده کرده و برای گیاهان ایجاد سمیت می‌کنند، اشاره کرد.

کادمیم (Cd)

کادمیم به دلیل حلالیت و تحرک زیاد در خاک برای گیاهان بسیار سمی است. منابع اصلی این فلز سنگین، فعالیت‌های معدنی، ریزش‌های اتمسفری، کاربرد بیش از اندازه کود‌ها، قارچ‌کش‌ها و لجن فاضلاب است. کادمیم به دلیل رقابت و مهار جذب برخی عناصر و تغییر جذب آب توسط گیاهان، به رشد گیاه آسیب می‌رساند.

سرب (Pb)

سرب یکی از فلزات سنگینی است که خطر جدی برای سلامتی انسان دارد. کاربرد غیر‌علمی فاضلاب و کود‌ها، از منابع اصلی آلودگی خاک‌ها به فلز سرب است.

آرسنیک (As)

آرسنیک جزو عناصر سمی و غیر‌ضروری برای گیاهان است. برخی از منابع انسانی آن فعالیت‌های استخراج از معادن و کاربرد بیش از حد آفت‌کش‌ها هستند.

روی (Zn)

از جمله عناصری است که در غلظت‌های کم مورد نیاز گیاهان است اما در غلظت‌های بیش از حد ایجاد سمیت می‌کند. از جمله منابع انسانی آن آلیاژ‌ها و کود‌های فسفره هستند.

برای شناخت بیشتر انواع آلاینده‌های خاک می‌توانید مطلب “بررسی آلودگی خاک و اثر آن بر تولیدات کشاورزی” را مطالعه کنید.

منابع

+ Rashid, A., Schutte, B. J., Ulery, A., Deyholos, M. K., Sanogo, S., Lehnhoff, E. A., & Beck, L. (2023). Heavy metal contamination in agricultural soil: environmental pollutants affecting crop health. Agronomy, 13(6), 1521.
+ Bussian, B. M., Eugenio, N. R., Wilson, S. C., Ceci, A., Parelho, C., Semenov, D., & Yahyaabadi, M. (2021). Main soil contaminants and their fate in the soil environment. In Global assessment of soil pollution: Report.. Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO).