تحقیقات آب و خاک ایران

تحقیقات آب و خاک ایران

ارزیابی پاسخ‌های رشدی و فیزیولوژیک برموداگراس در سامانه پالایش الکتروسینتیک–زیست‌پالایی خاک آلوده به نفت با منحنی سطح پاسخ

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 بخش علوم خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز، ایران
2 دانشکده مهندسی پایدار و محیطزیست، دانشگاه ایالتی آریزونا، ایالات متحده آمریکا، آمریکا
3 دانشکده معدن و علوم زمین، دانشگاه نظربایف، آستانه، قزاقستان
چکیده
آلودگی خاک به نفت خام از پیچیده‌ترین چالش‌های محیط‌زیستی و نیازمند بهره‌گیری از رویکردهای جدیده برای اصلاح خاک می‌باشد. در این پژوهش، یک سامانه چندفازی و هم‌افزا شامل الکتروسینتیک (ولتاژ الکتریکی در سطوح 0، 5/1 و 3 ولت بر سانتی‌متر)، گیاه‌پالایی با گیاه برموداگراس و زیست‌پالایی با کنسرسیوم باکتری–جلبک (باکتری سودوموناس فلئورسانس و جلبک کلرولا) و در سطوح رطوبتی 60، 80 و 100 درصد ظرفیت مزرعه طراحی و اجرا شد تا کارایی آنها در پالایش خاک آلوده به سطوح 5/1، 3 و 5/4 درصد وزنی نفت خام ارزیابی شود. برای دستیابی به شرایط بهینه و مدل‌سازی اثر تیمارها بر شاخص‌های رشد و فیزیولوژیک گیاه (وزن تر و وزن خشک، ارتفاع گیاه، مساحت برگ و شاخص سبزینگی) از روش منحنی سطح پاسخ (RSM) استفاده شد. تحلیل‌ها نشان داد تعامل بین شدت میدان الکتریکی، سطح آلودگی و ساختار زیستی کنسرسیوم، الگوی پیچیده‌ای از پاسخ‌های گیاهی را رقم می‌زند و مدل‌های به‌دست‌آمده دارای R² تنظیم و پیش‌بینی‌شده بالا و بین 82/0 تا 99/0 بودند. در شرایط بهینه تمامی شاخص‌های رشد و فیزیولوژیک با کاربرد سیستم تلفیقی الکتروسینتیک-زیست‌پالایی افزایش یافت و بیشترین بهبود در متغیرها مورد مطالعه در نمونه‌های حاوی کنسرسیوم جلبک–باکتری به عنوان مهم‌ترین جنبه نوآورانه این پژوهش مشاهده شد. بیشینه میزان وزن ‌تر و ‌خشک، شاخص سبزینگی، ارتفاع گیاه و مساحت برگ در اجرای ۲۲ (آلودگی نفتی 5/1 درصد، جریان الکتریکی 5/1 ولت بر سانتی‌متر، تیمار بیولوژیکی 3 درصد کنسرسیوم جلبک (کلرلا)-باکتری (سودوموناس فلورسنس)) و رطوبت 80 درصد ظرفیت مزرعه) مشاهده شد که به‌ترتیب برابر با 10/50 و 67/20 گرم در گلدان، 50/70 و 50/45 سانتی‌متر و 90/4 سانتی‌متر مربع در گلدان بودند. نتایج نشان داد بهره‌گیری از سامانه یکپارچه الکتروسینتیک–زیستی–گیاهی در کنار روش‌های مدل‌سازی مانند RSM، می‌تواند رویکردی مؤثر و قابل توسعه برای مدیریت خاک‌های آلوده به نفت و افزایش تاب‌آوری گیاه در این خاک‌ها فراهم آورد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Evaluation of growth and physiological responses of Bermudagrass in an electrokinetic-bioremediation system for oil-contaminated soil with a response surface curve

نویسندگان English

Raziyeh Daryaee 1
Ali Akbar Moosavi 1
Reza Ghasemi 1
Amin Mojiri 2
Masoud Riazi 3
1 Department of Soil Science, College of Agriculture, Shiraz University, Shiraz, Iran
2 School of Sustainable Engineering and The Built Environment, Arizona State University, USA.
3 School of Mining and Geosciences, Nazarbayev University, Astana, Kazakhstan
چکیده English

Crude oil contamination of soil is a complex environmental challenge requiring novel remediation approaches. This study designed a synergistic system combining electrokinetics (0, 1.5, and 3 V/cm), phytoremediation with Bermuda grass, and bioremediation using a bacterial–algal consortium (Pseudomonas fluorescens and Chlorella) at moisture levels of 60%, 80%, and 100% of field capacity. The system was evaluated for remediating soil contaminated with 1.5%, 3%, and 4.5% crude oil. Response Surface Methodology (RSM) was used to optimize and model treatment effects on plant growth indices (fresh and dry weight, height, leaf area, and greenness index). RSM analyses showed complex interactions between electric field intensity, contamination level, and the biological consortium, with models achieving high R² values (0.82–0.99). Under optimal conditions, all plant indices increased with the application of the integrated electrokinetic-bioremediation system, and the greatest improvement in the studied variables was observed in samples containing the algal–bacterial consortium, representing the innovative aspect of this research. The maximum values of fresh and dry weight, greenness index, plant height, and leaf area were observed in treatment No. 22 (1.5% crude oil contamination, electric current of 1.5 V/cm, biological treatment with 3% algal (Chlorella)-bacterial (Pseudomonas fluorescens) consortium, and soil moisture at 80% of field capacity), reaching 50.10 and 20.67 g/pot, 70.50 and 45.50 cm, and 4.90 cm²/pot, respectively. The results demonstrated that employing an integrated electrokinetic–biological–phytoremediation system alongside modeling approaches (e.g., RSM) can provide an effective and scalable strategy for managing oil-contaminated soils and enhancing plant resilience in such environments.

کلیدواژه‌ها English

Field capacity moisture
Microbial–algal consortium bioremediation
Oil pollution
Phytoremediation
Response Surface Methodology