Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Mô hình hóa đường đặc trưng về hành vi của các loài thực vật trong đất có chứa kim loại nặng
Tóm tắt
Nhiều loài thực vật có khả năng tích lũy một lượng lớn các nguyên tố kim loại trong mô của chúng. Do đó, chúng được gọi là những loài tích lũy kim loại cao. Một chỉ số quan trọng trong khoa học môi trường là hệ số sinh tập, vì nó được công nhận để xác định khả năng tích lũy hóa chất trong các sinh vật. Đặc biệt trong các quy trình phục hồi đất bằng thực vật, nó đánh giá khả năng của một loại cây nhất định để hấp thụ kim loại, theo nồng độ trong đất. Theo hành vi của chúng, có thể phân loại bốn loại cây liên quan đến tăng nồng độ trong đất: cây chỉ thị, cây loại trừ, cây tích lũy và cây siêu tích lũy. Nghiên cứu này đề xuất một mô hình mới để phân loại thực vật theo hành vi của chúng liên quan đến việc tăng nồng độ trong đất, sử dụng nhiều đường cong đặc trưng thu được từ 1288 phép đo thực nghiệm được thu thập từ các nguồn tài liệu khác nhau. Các kim loại được phân tích bao gồm Cu, Fe, Pb và Zn. Mô hình đề xuất được hình thành thông qua hồi quy tuyến tính và các biến đổi phi tuyến để mô phỏng hành vi dự kiến của thực vật trong các điều kiện nồng độ cao. Cụ thể, phương trình cơ bản của mô hình có ba thành phần chính để đại diện cho nồng độ dự kiến trong rễ thực vật tính theo mức nồng độ cuối cùng trong đất, loại loài và kim loại cụ thể: một hệ số tuyến tính xác định mức tăng trưởng cho các giá trị nồng độ thấp, một hệ số hàm mũ xác định sự giảm cho các giá trị nồng độ cao, và một hệ số logarithmic giới hạn giá trị tối đa có thể đạt được trong thực tế và ảnh hưởng đến sự suy giảm đối với các giá trị nồng độ cao. Sau khi khớp dữ liệu thực nghiệm bằng hồi quy tuyến tính, mô hình đề xuất có hệ số xác định R2 đạt giá trị 0.084 và tất cả các tham số của nó đều được coi là có ý nghĩa. Hơn nữa, nó cho thấy 60 trong tổng số 257 loài được đánh giá có hành vi như là những loài tích lũy và 10 trong số đó là những loài siêu tích lũy. Đóng góp chính của mô hình này là khả năng xử lý các loại đất có nồng độ cao, nơi mà khó có thể đạt được nồng độ tương tự hoặc cao hơn so với loại vật liệu chứa chúng. Do đó, tiêu chí thông thường về hệ số sinh tập sẽ phân loại sai một loài cây thành loại trừ. Ngược lại, mô hình mới này cho phép đánh giá hiệu quả của thực vật trong quy trình phục hồi sinh thái tại các địa điểm bị ảnh hưởng có nồng độ cao, chẳng hạn như bãi thải mỏ.
Từ khóa
#kim loại nặng #thực vật #sinh tập #mô hình hóa #phục hồi sinh tháiTài liệu tham khảo
Adriano, D. C. (2001). Trace elements in terrestrial environments: Biogeochemistry, bioavailability and risks of metals. Springer.
Ashaiekh, M. A., Eltayeb, M. A., Ali, A. H., Ebrahim, A. M., Salih, I., & Idris, A. M. (2019). Spatial distribution of total and bioavailable heavy metal contents in soil from agricultural, residential, and industrial areas in Sudan. Toxin Reviews, 38(2), 93–105.
Azlan, K., Norjan, Y., Che Fauziah, I., Esther, P., Galuh, Y., (2014). The effects of micro-and nanohydroxyapatite application in metal contaminated soil on metal accumulation in Ipomoea aquatica and soil metal bioavailability. In: Proceeding of International Conference on Research, Implementation and Education of Mathematics and Sciences 2014 Yogyakarta State University.
Baker, A. J. (1981). Accumulators and excluders-strategies in the response of plants to heavy metals. Journal of Plant Nutrition, 3(1–4), 643–654.
Baker, A. J. M., & Brooks, R. R. (1989). Terrestrial higher plants that hyperaccumulate metallic elements—a review of their distribution ecology and phytochemistry. Biorecovery, 1, 81–126.
Baker, A. J., McGrath, S. P., Reeves, R. D., & Smith, J. A. C. (2020). Metal hyperaccumulator plants: a review of the ecology and physiology of a biological resource for phytoremediation of metal-polluted soils. Phytoremediation of contaminated soil and water (pp. 85–107). CRC Press.
Brooks, R. R., Lee, J., Reeves, R. D., & Jaffré, T. (1977). Detection of nickeliferous rocks by analysis of herbarium specimens of indicator plants. Journal of Geochemical Exploration, 7, 49–57.
Carkovic, A. B., Calcagni, M. S., Vega, A. S., Coquery, M., Moya, P. M., Bonilla, C. A., & Pastén, P. A. (2016). Active and legacy mining in an arid urban environment: Challenges and perspectives for Copiapo, Northern Chile. Environmental Geochemistry and Health, 38, 1001–1014. https://doi.org/10.1007/s10653-016-9793-5
Chakraborty, S., Man, T., Paulette, L., Deb, S., Li, B., Weindorf, D. C., & Frazier, M. (2017). Rapid assessment of smelter/mining soil contamination via portable X-ray fluorescence spectrometry and indicator kriging. Geoderma, 306, 108–119. https://doi.org/10.1016/J.GEODERMA.2017.07.003
Chaney, R. L., Li, Y. M., Brown, S. L., Homer, F. A., Malik, M., Angle, J. S., & Chin, M. (2020). Improving metal hyperaccumulator wild plants to develop commercial phytoextraction systems: approaches and progress. Phytoremediation of contaminated soil and water (pp. 129–158). CRC Press.
Diwan, H., Ahmad, A., & Iqbal, M. (2008). Genotypic variation in the phytoremediation potential of Indian mustard for chromium. Environmental Management, 41(5), 734–741.
Gong, Y., Zhao, D., & Wang, Q. (2018). An overview of field-scale studies on remediation of soil contaminated with heavy metals and metalloids: Technical progress over the last decade. Water Research, 147, 440–460.
Hrynkiewicz, K., Złoch, M., Kowalkowski, T., Baum, C., & Buszewski, B. (2018). Efficiency of microbially assisted phytoremediation of heavy-metal contaminated soils. Environmental Reviews, 26(3), 316–332.
Kacholi, D. S., & Sahu, M. (2018). Levels and health risk assessment of heavy metals in soil, water, and vegetables of Dar es Salaam, Tanzania. Journal of Chemistry, 2018.
Kaewtubtim, P., Meeinkuirt, W., Seepom, S., & 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.
Kamari, A., Pulford, I. D., & Hargreaves, J. S. J. (2012). Metal accumulation in Lolium perenne and Brassica napus as affected by application of chitosans. International Journal of Phytoremediation, 14(9), 894–907.
Kamari, A., Mohd Yusoff, S. N., Putra, W. P., Ishak, C. F., Hashim, N., Mohamed, A., & Phillip, E. (2014). Metal uptake in water spinach grown on contaminated soil amended with chicken manure and coconut tree sawdust. Environmental Engineering & Management Journal (EEMJ), 13(9).
Lam, E. J., Cánovas, M., Gálvez, M. E., Montofré, Í. L., Keith, B. F., & Faz, Á. (2017). Evaluation of the phytoremediation potential of native plants growing on a copper mine tailing in northern Chile. Journal of Geochemical Exploration, 182, 210–217.
Lam, E. J., Gálvez, M. E., Cánovas, M., Montofré, Í. L., & Keith, B. F. (2018). Assessment of the adaptive capacity of plant species in copper mine tailings in arid and semiarid environments. Journal of Soils and Sediments, 18(6), 2203–2216.
Lam, E. J., Montofré, I. L., Álvarez, F. A., Gaete, N. F., Poblete, D. A., & Rojas, R. J. (2020). Methodology to prioritize chilean tailings selection, according to their potential risks. International Journal of Environmental Research and Public Health, 17(11), 3948.
Mancini, L., & Sala, S. (2018). Social impact assessment in the mining sector: Review and comparison of indicators frameworks. Resources Policy, 57, 98–111.
Mganga, N., Manoko, M. L. K., & Rulangaranga, Z. K. (2011). Classification of plants according to their heavy metal content around North Mara gold mine, Tanzania: implication for phytoremediation. Tanzania Journal of Science, 37.
Migueláñez, V. O. (2014). Diagnóstico ambiental de suelos contaminados por actividades mineras y evaluación de técnicas de estabilización para su recuperación (Doctoral dissertation, Universidad de Salamanca).
Minguzzi, C., & Vergnano, O. (1948). II Contenuto di nichel nelle ceneri di Alyssum bertolonii. Atti Societá Toscana Scienze Naturali, 55, 49–74.
Montgomery, D. R. (2007). Soil erosion and agricultural sustainability. Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 104, 13268–13272. Provides evidence from 201 different field studies globally that the soil-erosion rates in no-till agriculture is similar to soil-production rates and can be considered as a sustainable agricultural practice.
Perneger, T. V., & Combescure, C. (2017). The distribution of p-values in medical research articles suggested selective reporting associated with statistical significance. Journal of Clinical Epidemiology, 87, 70–77.
Raskin, I., Kumar, P. N., Dushenkov, S., & Salt, D. E. (1994). Bioconcentration of heavy metals by plants. Current Opinion in Biotechnology, 5(3), 285–290.
Rezvani, M., & Zaefarian, F. (2011). Bioaccumulation and translocation factors of cadmium and lead in’Aeluropus littoralis’. Australian Journal of Agricultural Engineering, 2(4), 114–119.
Sarma, H., Islam, N. F., Prasad, R., Prasad, M. N. V., Ma, L. Q., & Rinklebe, J. (2021). Enhancing phytoremediation of hazardous metal (loid) s using genome engineering CRISPR–Cas9 technology. Journal of Hazardous Materials, 414, 125493.
Tiwari, S., & Lata, C. (2018). Heavy metal stress, signaling, and tolerance due to plant-associated microbes: An overview. Frontiers in Plant Science, 9, 452.
Wei, Z., Van Le, Q., Peng, W., Yang, Y., Yang, H., Gu, H., & Sonne, C. (2021). A review on phytoremediation of contaminants in air, water and soil. Journal of Hazardous Materials, 403, 123658.
Yoon, J., Cao, X., Zhou, Q., & Ma, L. Q. (2006). Accumulation of Pb, Cu, and Zn in native plants growing on a contaminated Florida site. Science of the Total Environment, 368(2–3), 456–464.
Zwolak, A., Sarzyńska, M., Szpyrka, E., & Stawarczyk, K. (2019). Sources of soil pollution by heavy metals and their accumulation in vegetables: A review. Water, Air, & Soil Pollution, 230(7), 1–9.