انتظامي، الهام

عنوان

اثر برهمكنش خاك و گياه بر سرنوشت نانوذرات و يون نقره در كشت ستوني گندم و گلرنگ

مقطع تحصيلي

دكتري

گرايش تحصيلي

فيزيك و رابطه آب، خاك و گياه

محل تحصيل

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

سال دفاع

1404

صفحه شمار

136ص.: مصور، جدول، نمودار

توصيفگر ها

ريشه افشان , ريشه راست , نانوذرات نقره , نيترات نقره , پايداري ساختمان خاك

تاريخ ورود اطلاعات

1405/02/27

كتابنامه

رشته تحصيلي

مديريت منابع خاك

دانشكده

مهندسي كشاورزي

تاريخ ويرايش اطلاعات

1405/02/28

كد ايرانداك

23219451

چكيده فارسي

نانوذرات نقره (AgNPs) به¬دليل داشتن خواص ضدميكروبي و كاربردهاي گسترده در صنايع مختلف، يكي از مهم‌ترين نانومواد مهندسي شناخته شده و به طور روزافزون وارد محيط زيست مي‌شود. خاك‌هاي كشاورزي به عنوان مخزن اصلي اين تركيبات بوده و لذا بررسي سرنوشت و پيامدهاي آن‌ها در سامانه خاك-گياه اهميت ويژه‌اي براي ارزيابي خطرات زيست‌محيطي دارد. پژوهش حاضر با هدف بررسي هم‌زمان اثر دو خاك مختلف، گونه گياهي، و فرم شيميايي نقره (AgNPs وAgNO3) بر پايداري فيزيكي و زيستي خاك، حركت AgNPs وAgNO3 و تغيير اندازه AgNPs در ستون‌هاي خاك و همچنين جذب، انتقال و تجمع نقره در اندام‌هاي گياهي انجام شد. آزمايش‌هاي گلخانه‌اي در ستون‌هاي خاك و دو گياه با ويژگي‌هاي ريشه‌اي متفاوت (گندم با ريشه افشان و گلرنگ با ريشه مستقيم) انجام شد. تيمارهاي نقره در دو غلظت 50 و 100 ميلي‌گرم در كيلوگرم به¬فرم¬ AgNPs و AgNO3 اعمال شدند و در دوره رشد گياه، ويژگي‌هاي خاك، زه‌آب، و رشد گياه ارزيابي شدند. اندازه‌گيري‌ها شامل شاخص‌هاي پايداري ساختمان خاك (درصد خاك‌دانه‌هاي پايدار در آب، WSA؛ رس قابل پراكنش، DC و شاخص‌هاي نسبي HEMC شامل SR، VDPR،SiR)، شاخص‌هاي زيستي (شامل تنفس القاشده، SIR؛ زيست‌توده ميكروبي، MBC و شاخص متابوليك،qCO2)، غلظت كل نقره در لايه‌هاي ستون‌هاي خاك، آناليز sp-ICP-MS براي تعيين توزيع اندازه نانوذرات، و تصويربرداريTEM-EDX براي مشاهده تجمع و توزيع نانوذرات در بافت‌هاي گياهي بود. نتايج نشان داد كه حضور گياه و AgNPs موجب افزايش معني‌دار شاخص‌هاي پايداري فيزيكي خاك شدند؛ در تيمارهاي گلرنگ همراه با AgNPs، مقادير SR، SiR و VDPR و WSA بيشترين مقادير و DC كمترين مقادير را داشتند. اين يافته‌ها نشان مي‌دهد كه ريشه‌هاي قوي و عميق گلرنگ در مقايسه با ريشه‌هاي افشان گندم و برهم‌كنش نانوذرات با كلوئيدهاي خاك، در بهبود پايداري ساختمان خاك نقش مهمي دارند. در مقابل، شاخص‌هاي زيستي بيانگر اثر دوگانه AgNPs بودند: MBC و SIR افزايش يافت، اما qCO2 نيز بيشتر شد كه نشان‌دهنده افزايش تنش متابوليك در جوامع ميكروبي است. بررسي نگهداشت و حركت نقره در ستون‌هاي خاك نشان داد كه بخش عمده Ag كاربردي در خاك نگهداشته شد و از نظر توزيع عمقي، عمده آن در لايه رويي (5-0 سانتي‌متر) باقي ماند و تحرك آن در خاك محدود بود. ولي در خاك لوم شني و در حضور گلرنگ، به¬دليل وجود جريان‌هاي ترجيحي، انتقال نقره به لايه‌هاي 20-10 سانتي‌متر مشاهده شد. نتايج sp-ICP-MS نشان داد كه AgNPs درشت يا منعقد‌شده تحرك بيشتري داشتند، در حالي كه AgNO_3 عمدتاً به¬دليل رسوب و واكنش‌هاي تبادلي يون نقره تثبيت شد. اين الگو بيانگر تفاوت بنيادين در سازوكارهاي نگهداشت دو فرم نقره است. نتايج جذب و تجمع نقره در گياه نشان داد كه ريشه اصلي‌ترين اندام تجمع نقره بوده و پس از آن به¬ترتيب ساقه، برگ و دانه قرار مي‌گيرند. وجود سدهاي فيزيولوژيك و ساختاري در دانه موجب شد غلظت نقره در آن بسيار كمتر از ساير اندام‌ها باشد. مقايسه دو گونه گياهي نشان داد گلرنگ در بيشتر اندام‌ها، به‌ويژه در ريشه و دانه مقادير بيشتري نقره تجمع داد كه به سيستم ريشه‌اي قوي و توان بيشتر آن در انتقال محلول مربوط است. همچنين، خاك لوم شني در مقايسه با شن لومي باعث افزايش تجمع نقره در گياه شد كه با گنجايش بيشتر اين خاك در نگهداشت آب و يون‌ها مرتبط بود. نوع نقره نيز اثر متفاوتي بر الگوي توزيع آن در گياه داشت: كاربرد AgNO3 موجب افزايش غلظت نقره در دانه شد كه ناشي از تحرك بيشتر يون Ag+ در گياه است، در حالي كه AgNPs بيشتر در ساقه تجمع يافتند كه بيانگر انتقال كلوئيدي نانوذرات در آوندهاي گياه است. تصاوير TEM و طيف EDX نيز حضور و تجمع AgNPs را در بافت‌هاي گياهي مانند ريشه و برگ تأييد كردند. به‌طوركلي، نتايج اين پژوهش نشان داد كه رفتار نقره در سامانه خاك-گياه تحت تأثير برهمكنش بافت خاك، گونه گياهي و فرم شيميايي نقره قرار دارد. ريشه به‌عنوان مكان اصلي تجمع نقره عمل كرده و نقش حفاظتي در برابر انتقال آن به اندام‌هاي زايشي ايفا نمود. گلرنگ نسبت به گندم توان بيشتري در جذب و انباشت نقره داشت و خاك لوم شني فراهمي و تحرك بيشتري براي حركت نقره در خاك و جذب و انتقال آن در گياه ايجاد كرد. تفاوت‌هاي مشاهده‌شده بين AgNPs و AgNO3 نيز نشان داد كه سازوكارهاي فيزيكي و شيميايي هر دو در تعيين الگوي نهايي نقش دارند. اين يافته‌ها دانسته‌هاي ارزشمندي درباره سرنوشت نقره در سامانه خاك-گياه ارائه داده و نشان مي‌دهند كه ارزيابي خطرات زيست‌محيطي AgNPs و AgNO3 بايد با در نظر گرفتن هم‌زمان ويژگي‌هاي خاك، نوع و سيستم ريشه‌اي گياه و فرم نقره صورت گيرد تا مديريت پايدار و ايمن نانوفناوري در كشاورزي امكان‌پذير شود.

چكيده انگليسي

Silver nanoparticles (AgNPs), due to their antimicrobial properties an‎d widespread applications in various industries, are increasingly released into the environment, with agricultural soils serving as their primary sink. This study investigated the combined effects of soil type/texture, plant species, an‎d silver form (AgNPs vs. AgNO₃) on soil structural stability an‎d biological activity, Ag transport/retention an‎d size distribution (transformation) in soil columns, an‎d Ag concentration an‎d uptake in plant tissues. Greenhouse column experiments were conducted with two soils (loamy san‎d an‎d san‎dy loam) an‎d two plants with different root architectures (wheat with fibrous roots an‎d safflower with taproot). Silver was applied at two concentrations (50 an‎d 100 mg kg⁻¹), an‎d soil, leachate, an‎d plant tissues were analyzed to trace Ag fate in the soil-plant system. Structural stability indices (i.e., percent of water-stable aggregates, WSA, dispersible clay, DC, an‎d HEMC stability indicators, SR, VDPR, SiR) an‎d biological indicators (i.e., substrate-induced respiration, SIR, microbial biomass carbon, MBC, an‎d metabolic quotient, qCO₂) were also determined in the treated soils. The results revealed that while the AgNPs, particularly in safflower rhizosphere, enhanced soil aggregation an‎d structural stability, the SIR an‎d MBC were significantly lower an‎d qCO₂ values were significantly greater in the Ag-treated soils, showing the stress induced by Ag on soil microbial community. Transport experiments showed that most Ag was retained in the surface layer (0–5 cm), with limited mobility, although san‎dy loam soil with stable structure an‎d strong roots of safflower facilitated Ag transport into deeper layers via preferential flow. The spICP-MS analyses confirmed presence of larger AgNPs in deeper layers of san‎dy loam columns with safflower presumably due to macropore-facilitated transport, an‎d aggregation an‎d enlargement of AgNPs during transport. Smaller AgNPs were observed in upper layers of the wheat-planted an‎d loamy san‎d columns due to presence of micropores. However, the Ag+ ions from AgNO₃ were immobilized through precipitation an‎d sorption reactions. Uptake studies indicated that roots were the primary sink, followed by stems, leaves, an‎d seeds, with safflower accumulating more Ag than wheat due to its deep rooting system. San‎dy loam soil enhanced plant uptake compared to loamy san‎d soil. Moreover, AgNO₃ treatments resulted in higher Ag concentrations in seeds, while AgNPs accumulated more in stems, reflecting ionic versus colloidal transport pathways. The TEM an‎d EDX images confirmed the presence an‎d aggregation of AgNPs in plant tissues. Overall, the results highlight that Ag fate in the soil–plant systems is jointly controlled by soil properties, plant species, an‎d Ag form, with roots acting as the main sink. These findings provide a comprehensive understan‎ding of AgNPs behavior in agroecosystems an‎d stress the need to consider soil, plant, an‎d nanoparticle chemistry simultaneously for sustainable an‎d safe applications of nanotechnology in agriculture.

استاد راهنما

محمدرضا مصدقي , مهران شيرواني جوزداني

استاد مشاور

بنفشه خليلي , مهدي بازرگاني پور

استاد داور

محمدعلي حاج عباسي جورتاني , جهانگير عابدي كوپائي , منصور شريعتي

لينک به اين مدرک

https://library.iut.ac.ir/dl/search/default.aspx?Term=21048&Field=0&DTC=107