مقایسه غلظت فلزات سنگین در رسوب و اندام‌های رویشی دو گونه حرا و چندل

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار پژوهش ،بخش تحقیقات منابع طبیعی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان هرمزگان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، بندرعباس، ایران.

2 استاد ، گروه محیط‌زیست، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.

3 دانشجوی دکتری ،آمایش محیط‌زیست، گروه محیط‌زیست، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.

4 دانشیار، گروه محیط‌زیست، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.

5 استاد، گروه محیط‌زیست، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران، کرج، ایران.

چکیده

سابقه و هدف: جنگل‎های مانگروی ایران جزء مناطق حساس اکولوژیک هستند و در معرض طیف وسیعی از تهدیدات انسانی قرار دارند. با توجه به اهمیت اکولوژیک تالاب خورآذینی به‌عنوان تنها رویشگاه چندل در ایران و همچنین به دلیل کمبود اطلاعات در زمینه آلودگی فلزات سنگین در محیط رشد این‌گونه، تعیین آلودگی‌های ناشی از فلزات سنگین در این منطقه می‌تواند به‌عنوان یکی از اقدامات مهم در جهت مدیریت بهتر منطقه باشد. بنابراین هدف از این پژوهش بررسی غلظت فلزات سنگین در رسوب و اندام‌های رویشی دو گونه حرا ( Avicennia marina (Forssk) Vierh) و چندل (Rizophora mucronata (Lam)) و مقایسه آن با استاندارد جهانی است تا با آگاهی از وضعیت آلودگی رویشگاه مانگرو و درختان حرا و چندل، برنامه‎ریزی صحیح مدیریتی در جهت کنترل منابع آلودگی و حفاظت بوم‎سازگان حساس مانگرو انجام گیرد.
مواد و روش‌ها: به‌منظور انجام مطالعه پس از بازدید اولیه از جنگل، یک توده شش هکتاری که مخلوطی از درختان حرا و چندل بود انتخاب و نمونه‌برداری با روش خط‌نمونه انجام گرفت. در توده‌ انتخابی، سه خط‌نمونه به طول 300 متر و با فاصله 100 متر از یکدیگر در عرصه پیاده شد. روی هر یک از ترانسکت‌ها تعداد شش پلات با ابعاد 20 در 20 متر و به فاصله یکسان از یکدیگر مشخص شد. به‌منظور برداشت نمونه‌ها از تعداد 18 پلات مشخص شده، تعداد 10 پلات به‌صورت کاملاً تصادفی انتخاب و در داخل هر یک از پلات‌های تعیین شده نیز تعداد 5 تا 10 درخت با ارتفاع بیش از سه متر به‌صورت تصادفی انتخاب و نمونه‌برداری از رسوب، ریشه و برگ درختان حرا و چندل در زمان جزر انجام شد. پس از آماده‌سازی نمونه‌ها، اندازه‌گیری غلظت فلزات سنگین نیکل، روی و مس با استفاده از دستگاه جذب اتمیک، انجام شد. مقایسه میانگین غلظت فلزات سنگین در رسوب، ریشه و برگ بین دو گونه حرا و چندل نیز با استفاده از آنالیز تی-مستقل انجام شد.
یافته‌ها: نتایج مقایسه میانگین غلظت فلزات سنگین در رسوب و اندام‌های دو گونه درخت حرا و چندل نشان داد تفاوت معنی‌داری در غلظت فلز نیکل و روی در رسوب، ریشه و برگ دو گونه مورد مطالعه وجود ندارد، اما غلظت فلز مس در رسوب (60/66؛ 91/39 میکروگرم بر گرم)، ریشه (99/70؛ 70/33 میکروگرم بر گرم) و برگ (51/72؛ 85/20 میکروگرم بر گرم) دو گونه حرا و چندل از تفاوت معنی‌داری در سطح 95 درصد برخوردار است. همچنین مقایسه میزان غلظت سه فلز روی، مس و نیکل در نمونه‌های رسوب دو گونه حرا و چندل با استانداردهای جهانی و ملی نشان داد غلظت فلز روی، کمتر از استاندارد جهانی و بیشتر از استاندارد رسوبات خلیج‌فارس است. همچنین، غلظت فلز مس در رسوبات هر دو گونه مورد بررسی در مقایسه با استانداردهای جهانی در وضعیت بالاتری قرار دارد و در مقایسه با استاندارد تعیین‎شده برای رسوبات خلیج‌فارس برای گونه حرا بسیار بالاتر از استاندارد و برای گونه چندل کمی بالاتر از حد استاندارد قرار دارد. بررسی غلظت فلز نیکل نیز نشان داد، شرایط آلودگی آن، بسیار بالاتر از حد استاندارد جهانی و ملی است.
نتیجه‌گیری: نتایج تحقیق نشان داد میزان غلظت فلزات نیکل و مس در رسوب هر دو گونه حرا و چندل در مقایسه با استاندارد تعیین شده برای خلیج‌فارس در شرایط بحرانی و فلز روی نیز در شرایط هشدار قرار دارد که این مسئله نشان‌دهنده آلوده بودن منطقه به فلزات سنگین است. نتایج همچنین نشان داد اگرچه تفاوت معنی‌داری در میانگین غلظت دو فلز روی و نیکل در رسوب و اندام‌های گیاهی دو گونه حرا و چندل وجود ندارد ولی میانگین غلظت فلز مس در هر سه پارامتر رسوب، ریشه و برگ دو گونه مورد بررسی دارای تفاوت معنی‌داری بوده و در گونه حرا بسیار بیشتر از گونه چندل است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Comparison of heavy metals concentration in sediments and vegetative organs of two species of Grey and Red mangrove

نویسندگان [English]

  • Maryam Moslehi 1
  • Abdolrassoul Salmanmahiny 2
  • Maryam Yaghoubzadeh 3
  • Alireza Mikaeili Tabrizi 4
  • Afshin Danehkar 5
2 Department of Environmental Science, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources
3 Department of Environmental Science, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources
4 Department of Environmental Science, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources
5 Department of Environmental Science, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, Karaj
چکیده [English]

Background and objectives: Mangrove forests of Iran; like anywhere else; are ecologically sensitive areas and exposed to a wide range of anthropogenic threats. Considering the ecological importance of Khor-e-Azini wetland as the only Rizophora mucronata (Lam) habitat in Iran and also due to the lack of information on heavy metals pollution in this habitat, relevant investigation is of utmost importance for their better management. Hence, the aim of this study were to investigate the concentration of heavy metals in sediments and vegetative organs of Avicennia marina (Forssk) Vierh and R. mucronata and compare their concentrations with international standards to reveal the contamination status of this habitat. The ultimate goal was to provide information for pollution control at the source and more efficiently protect these sensitive ecosystems.
Materials and methods: After a reconnaissance visit to the mangrove habitat, a six-hectare stand composed of A. marina and R. mucronata was selected and sampling was conducted using line sampling method. In the selected stand, three 300-meter transects, 100 meters apart from each other, were formed. Also six plots (20×20 m2) were selected along transects at equal distances. To collect samples, 10 plots from among the 18 plots were selected in a complete random manner. Then, 5 to 10 trees higher than three meters were selected randomly for sampling of sediment, root and leaf of mangrove trees. Heavy metals concentrations were measured using an atomic absorption spectrophotometer. Also, the mean concentrations of heavy metals in sediments, roots and leaf of A. marina and R. mucronata were analyzed using Independent Sample T-test.
Results: The mean concentrations of heavy metals in sediments and organs of A. marina and R. mucronata showed no significant differences for Ni and Zn in sediments, roots and leaves of the two species, but the concentration of Cu in sediments (66.60; 39.91 µg/g), roots (70.99; 33.70 µg/g) and leaf (72.51; 20.85 µg/g) in the two species was significantly different at confidence level 95%. Also, comparison of concentration of Zn, Cu and Ni in sediment samples of A.marina and R. mucronata with international and national standards showed that of Zn was lower than the international standard, but higher than that the standard set for the Persian Gulf sediments. In addition, the concentration of Cu in sediments for the two species was higher than that of the international standard. Compared with the standard of Persian Gulf sediments, Cu concentration in A. marina habitat was much higher and in R. mucronata habitat, somewhat higher than the standard. The concentration of Ni was much higher than the international and national standards.
Conclusion: Our results indicated that the concentration of Ni in the sediments of A.marina and R. mucronata were critically high and that of Cu was in a warning status based on the standard of Persian Gulf sediments. Although no significant differences were detected for Zn and Ni concentrations in sediments and plant organs of A.marina and R. mucronata, Cu concentration in sediments, roots and leaf for the two species was significantly different with values for A.marina being higher than that in R. mucronata.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Mangrove forests
  • Heavy metals
  • Khor-e-Azini
  • Sirik
1.Abohassan, R.A. 2013. Heavy metal pollution in Avicennia marina mangrove systems on the Red Sea coast of Saudi Arabia. J. of King Abdulaziz University: Metrology, Environment and Arid Land Agricultural Sciences. 142: 579. 1-38.‏
2.Abou Seedo, K., Abido, M.S., Salih, A.A., and Abahussain, A. 2017. Assessing heavy metals accumulation in the leaves and sediments of urban mangroves (Avicennia marina (Forsk.) Vierh.) in Bahrain. International J. of Ecology. 2017: 1-8.‏
3.Abrahim, G.M.S., Parker, R.J., and Nichol, S.L. 2007. Distribution and assessment of sediment toxicity in Tamaki Estuary, Auckland, New Zealand. Environmental Geology. 52: 7. 1315-1323.‏
4.Al Hagibi, H.A., Al-Selwi, K.M., Nagi, H.M., and Al-Shwafi, N.A. 2018. Study of heavy metals contamination in Mangrove sediments of the Red Sea Coast of Yemen from Al-Salif to Bab-el-Mandeb strait.‏ J. of Ecology and Natural Resources. 2: 1. 1-18.
5.Aljahdali, M.O., and Alhassan, A.B. 2020. Ecological risk assessment of heavy metal contamination in mangrove habitats, using biochemical markers and pollution indices: A case study of Avicennia marina L. in the Rabigh lagoon, Red Sea. Saudy J. of Biological Sciences. 27: 4. 1174-1184.‏
6.Almahasheer, H. 2019. High levels of heavy metals in Western Arabian Gulf mangrove soils. Molecular Biology Reports. 46: 2. 1585-1592.
7.Alongi, D.M. 2018. Impact of global change on nutrient dynamics in mangrove forests. Forests. 9: 10. 1-13.
8.Baker, A.J. 1981. Accumulators and excluders: strategies in the response of plants to heavy metals. J. of Plant Nutrition. 3: 1-4. 643-654.
9.Baker, A.J., and Walker, P.I. 1990. Ecophysiology of metal uptake by tolerant plants. In: Shaw, A.J. (Ed.). Heavy metal tolerance in plants: evolutionary aspects. CRC Press, Florida. pp. 155-178.
10.Bibak, M., Sattari, M., Agharokh, A., Tahmasebi, S., and Imanpour Namin, J. 2018. Assessing some heavy metals pollutions in sediments of the northern Persian Gulf (Bushehr province). Environmental Health Engineering and Management. 5: 3. 175-179.
11.Bouyoucos, G.J. 1962. Hydrometer method improved for making particle size analyses of soils 1. Agronomy J.
54: 5. 464-465.‏
12.CSBTS (China state bureau of quality and technical supervision). 2002. The people’s republic of China national standards. 10p.
13.Danehkar, A., Mahmoudi, B., Saeed Sabaee, M., Ghadirian, T., Asadollahi, Z., Sharifi, N., and Petrosian, H. 2012. National documentation of sustainable management program of Iran's Mangrove forests. Forests range and watershed management organization. Dry land forestry center administration. Consulting engineers of sustainability of nature and resources. 624p. (In Persian)
14.Davari, A., Danehkar, A., Khorasani, N., and Poorbagher, H. 2010. Heavy metal contamination of sediments in mangrove forests of the Persian Gulf. J. of Food, Agriculture and Environment. 8: 3/4 part 2. 1280-1284.
15.Dudani, S.N., Lakhmapurkar, J., Gavali, D., and Patel, T. 2017. Heavy metal accumulation in the mangrove ecosystem of south Gujarat coast, India. Turkish J. of Fisheries and Aquatic Sciences. 17: 4. 755-766.‏
16.Einollahipeer, F., Khammar, S., and Sabaghzadeh, A. 2013. A study on heavy metal concentration in sediment and mangrove (Avicenia marina) tissues in Qeshm Island, Persian Gulf. J. of Novel Applied Sciences. 2: 10. 498-504.
17.Kaewtubtim, P., Meeinkuirt, W., Seepom, S., and Pichtel, J. 2016. Heavy metal phytoremediation potential of plant species in a mangrove ecosystem in Pattani Bay, Thailand. Applied Ecology and Environmental Research. 14: 1. 367-382.‏‏ ‏ ‏‏
18.Karbasi, A.R. 2001. Standard concentration and origin of Fe, V, Cd, Co, Cu, Zn, Ni, Mn and Pb in surface sediments of the Persian Gulf. Environmental Science and Technology. 5-6: 53-65. (In Persian)
19.MacFarlane, G.R., and Burchett,M.D. 2002. Toxicity, growth and accumulation relationships of copper, lead and zinc in the grey mangrove Avicennia marina (Forsk.) Vierh. Marine Environmental Research.54: 1. 65-84.
20.MacFarlane, G.R., Koller, C.E., and Blomberg, S.P. 2007. Accumulation and partitioning of heavy metals in mangroves: a synthesis of field-based studies. Chemosphere. 69: 9. 1454-1464.
21.MacFarlane, G.R., Pulkownik, A., and Burchett, M.D. 2003. Accumulation and distribution of heavy metals in the grey mangrove, Avicennia marina (Forsk.) Vierh.: biological indication potential. Environmental Pollution. 123: 1. 139-151.
22.Machado, W., Silva-Filho, E.V., Oliveira, R.R., and Lacerda, L.D. 2002. Trace metal retention in mangrove ecosystems in Guanabara Bay, SE Brazil. Marine Pollution Bulletin.44: 11. 1277-1280.
23.Moopam, R. 2010. Manual of oceanographic observations and pollutant analysis methods. ROPME. Kuwait. 586p.
24.Mullai, P., Yogeswari, M.K., Saravanakumar, K., and Kathiresan, K. 2014. Phytoremediation of heavy metals using Avicennia marina and Rhizophora mucronata in the Uppanar River. International J. of Chem Tech Research. 6: 12. 4984-4990.
25.Nkwunonwo, U.C., Odika, P.O., and Onyia, N.I. 2020. A review of the health implications of heavy metals in food chain in Nigeria. The Scientific World J. 2020: 1-11.
26.Parvaresh, H., Abedi, Z., Farshchi, P., Karami, M., Khorasani, N., and Karbassi, A. 2011. Bioavailability and concentration of heavy metals in the sediments and leaves of grey mangrove, Avicennia marina (Forsk.) Vierh, in Sirik Azini creek, Iran. Biological Trace Element Research. 143: 2. 1121-1130.
27.Pejman, A., Bidhendi, G.N., Ardestani, M., Saeedi, M., and Baghvand, A. 2017. Fractionation of heavy metals in sediments and assessment of their availability risk: A case study in the northwestern of Persian Gulf. Marine Pollution Bulletin. 114: 2. 881-887.‏
28.Peters, E.C., Gassman, N.J., Firman, J.C., Richmond, R.H., and Power, E.A. 1997. Ecotoxicology of tropical marine ecosystems. Environmental Toxicology and Chemistry. 16: 1. 12-40.
29.Petrosians, H., Danehkar, A,, Ashrafi, S., and Feghhi, J. 2013. Study of effective climatology indices on attending Avicennia marina forest in coastline of Hormozgan province. Wetland Ecobiology. 5: 3. 5-16.(In Persian)
30.Rahman, M.S., Hossain, M.B., Babu, S.O.F., Rahman, M., Ahmed, A.S., Jolly, Y., and Akter, S. 2019. Source of metal contamination in sediment, their ecological risk, and phytoremediation ability of the studied mangrove plants in ship breaking area, Bangladesh. Marine Pollution Bulletin. 141: 137-146.
31.Rezvani, M., and Zaefarian, F. 2011. Bioaccumulation and translocation factors of cadmium and lead in 'Aeluropus littoralis'. Australian J. of Agricultural Engineering. 2: 4. 114-119.
32.Richards, L.A. 1954. Diagnosis and improvement of saline and alkali soils. Government Printing Office. Washington. 154p.
33.Safiari, S. 2017. Mangrove forests in Iran. J. of Iran's Nature. 2: 2. 49-57.(In Persian)
34.Saleh, S.M.K., Amer, A.T., Shdeewah, F., bin Yahya, A.R., and Al-Shwafi, N. 2018. Spatial distribution, seasonal (summer and winter seasons), and pollution assessment of heavy metals in surface sediments from Aden coasts, Gulf of Aden, Yemen. J. of Scientific and Engineering Research. 5: 11. 314-332.
35.Sarangi, R.K., Kathiresan, K., and Subramanian, A.N. 2002. Metal concentrations in five mangrove species of the Bhitarkanika, Orissa, east coast of India. Indian J. of Marine Sciences.31: 3. 251-253.
36.Sharifan, H.R., and Davari, A. 2010. Bioaccumulation and distribution of heavy metals in gray mangrove (Avicennia marina): case study of the tropical areas of Persian Gulf. P 14-16. In: World Food System: A contribution from Europe. Tropentag. Zurich.
37.Shaw, A.J. 1990. Heavy metal tolerance in plants: evolutionary aspects. CRC Press. Florida. 268p.
38.Shi, C., Ding, H., Zan, Q., and Li, R. 2019. Spatial variation and ecological risk assessment of heavy metals in mangrove sediments across China. Marine Pollution Bulletin. 143: 115-124.‏
39.Ubong, I.U., and Obunwo, C. 2018. Heavy metal contents in mangrove leaf, root and sediment from Eagle Island, port Harcourt.‏ J. of Development and Sustainability. 7: 6. 1759-1772.
40.USEPA-Region, I.I. 1999. USACE-New York district, USDOE-BNL. Fast track dredged material decontamination demonstration for the port of New York and New Jersey. In: Report to congress on the water resources and development acts of 1990 (Section 412), 1992 (Section 405C) and 1996 (Section 226). EPA 000-0-99000. 65p.
41.Usman, A.R., Alkredaa, R.S., and Al-Wabel, M. 2013. Heavy metal contamination in sediments and mangroves from the coast of Red Sea: Avicennia marina as potential metal bioaccumulator. Ecotoxicology and Environmental Safety. 97: 263-270.
42.Wang, J., Du, H., Xu, Y., Chen, K., Liang, J., Ke, H., Cheng, S., Liu, M., Deng, H., He, T., Wang, W., and Cai, M. 2016. Environmental and ecological risk assessment of trace metal contamination in mangrove Ecosystems: A case from Zhangjiangkou mangrove national nature reserve, China. BioMed Research International. 2016: 1-14.‏
43.Woolhouse, H.M., and Walker, S. 1981. The physiological basis of copper toxicity and copper tolerance in higher plants. Copper in soils and plants. Academic Press. New York. 235p.
44.Worthington, T.A., Andradi-Brown, D.A., Bhargava, R., Buelow, C., Bunting, P., Duncan, C., and Lagomasino, D. 2020. Harnessing big data to support the conservation and rehabilitation of mangrove forests globally. One Earth. 2: 5. 429-443.
45.Wozny, A., and Krzeslowska, M.1993. Plant cell response to Lead.Acta Societatis Botanicorum Poloniae.62: 1-2. 101-105.