اثرات تجمعي و باقي‌مانده لجن فاضلاب شهري بر غلظت عناصر سرب و كادميم در خاك و گياه گندم

Cumulative and Residual Effects of Sewage Sludge on Lead and Cadmium Concentration in Soil and Wheat

استفاده از لجن فاضلاب به عنوان يك كود ارزان قيمت و غني از عناصر غذايي در مناطقي از كشور، رواج يافته است. اما كاربرد لجن فاضلاب در مقادير زياد، انباشته شدن عناصر سنگين در خاك را به دنبال دارد كه مي‌تواند منجر به آلودگي خاك و انتقال اين آلودگي به زنجيره غذايي شده و سلامتي انسان و حيوانات را با خطر مواجه كند. هدف از اين تحقيق بررسي آثار تجمعي و باقي‌مانده لجن فاضلاب شهري اصفهان بر غلظت عناصر سنگين در خاك و گياه گندم بود. اين پژوهش در طي چهار سال با سه سطح لجن فاضلاب (25، 50 و 100 مگاگرم در هكتار) و تيمار شاهد (بدون كود) در سه تكرار و در قالب طرح كرت‌هاي خرد شده با طرح پايه بلوك‌هاي كامل تصادفي اجرا گرديد. پس از كوددهي تمام كرت در سال اول، سال دوم در سه چهارم، سال سوم در نصف و سال چهارم در يك چهارم هر يك از كرت‌ها ‌كاربرد لجن در سطوح مربوطه تكرار گرديد. كاربرد تجمعي لجن فاضلاب در كليه سطوح كودي باعث افزايش معني‌دار (P≤0/05) غلظت‌هاي كل و قابل عصاره‌گيري با DTPA سرب و كادميم خاك گرديد، بنابراين كاربرد لجن در مقادير زياد و با فواصل زماني كم، عامل مهمي است كه نهايتاً آلودگي خاك‌هاي تحت تيمار را در پي خواهد داشت. اثر باقي‌مانده لجن در يك‌بار كوددهي، سرب و كادميم كل و غلظت‌هاي قابل عصاره‌گيري با DTPA فلزات را نسبت به شاهد افزايش داد. در هر يك از كرت‌هاي آزمايشي پس از متوقف شدن كاربرد لجن، با گذشت زمان غلظت‌هاي قابل عصاره‌گيري با DTPA عناصر سنگين در خاك به طور پيوسته كاهش يافت و به سطح تيمار شاهد نزديك شد، گرچه حتي پس از گذشت چهار سال، غلظت‌ سرب و كادميم در تيمارهايي كه بيش از 50 مگاگرم در هكتار لجن دريافت كرده بودند، به طور معني‌داري بيش از شاهد بود. اين امر نشان مي‌دهد كه كاربرد لجن نه تنها در طول سال كاربرد، بلكه در طي سال‌هاي پس از كاربرد نيز مي‌تواند خطر افزايش فرم قابل جذب سرب و كادميم را در پي داشته باشد. براي عنصر سرب، رابطه خطي بين غلظت كل و قابل جذب مشاهده گرديد. غلظت كل و قابل جذب هر دو عنصر سرب و كادميم هم‌بستگي‌هاي مثبت معني‌داري (P≤0/01) با ECe نشان دادند. نتايج تجزيه گياه نشان داد كه لجن فاضلاب اثر معني‌داري بر غلظت كادميم ريشه و ساقه و سرب دانه داشت. در اين رابطه بر سرب دانه و كادميم ساقه اثر تجمعي لجن بيش از باقي‌مانده بود. نتايج اين تحقيق نشان داد كه لجن فاضلاب به صورت باقي‌مانده و تجمعي غلظت عناصر سنگين در خاك و گياه را افزايش داده است.‌‌

Sewage sludge application on farmland as fertilizer is commonly practiced in many countries. Sewage sludge is rich in macro- and micro- nutrients. However, high concentration of heavy metals in sludge may cause pollution of soil, groundwater and human food chain because of uptake of toxic metals by crops. The objective of this study was to determine residual and cumulative effects of sewage sludge on concentration of Pb and Cd in soil and wheat. Different levels of 0, 25, 50 and 100 Mg ha-1 of sewage sludge were applied to the soil for four years. To study the cumulative and residual effects of the sewage sludge, applications were repeated on three fourth of each plot in the second year, on one half of plots in the third year and in one fourth of plots in the fourth year. Wheat grown in the plots, after the fourth year, soil samples from the 0-20 cm depth of the different parts of the plots were taken and analyzed. Wheat was also harvested roots, stems and grains were separately analyzed for the heavy metal concentritons. Cumulative sewage sludge application increased OM, CEC, ECe, total and DTPA-extractable concentration of Pb and Cd in soil significantly (P≤ 0.05). Residual sewage sludge in the soil also increased CEC, total and DTPA-extractable concentration of Pb and Cd significantly. Single sludge applications at different rates increased the DTPA-extractable concentrations of heavy metals. In subsequent years with no further sludge application, DTPA–extractable metal concentrations in soil decreased continuously approaching the levels in the control. However, even after four years, DTPA-extractable concentration of Pb and Cd, were still significantly higher in plots which received more than 50 Mg ha-1 sludge than control. DTPA-extractable concentrations of Pb was closely correlated with total concentrations. Sewage sludge increased concentration of Cd in roots and stems and Pb in grains significantly. Cumulative effects on concentrations of Pb in grains, and Cd in stems were more than residual effects. The results of this study show that cumulative and residual effects of sewage sludge application increased concentrations of heavy metals in soil and wheat.