J. Geo. Chem. Soc., 2021, Vol. 1, Issue: 1, pp. 65 - 68

ბოლნისის რაიონის დაბინძურებული ნიადაგების ფიტორემედიაცია მცენარე ამარანდას (Amaranthus Viridis) გამოყენებით

გ. ავქოფაშვილი ^1*, ა. ღონღაძე ¹, რ. გახოკიძე ²

¹  ე. ანდრონიკაშვილის ფიზიკის ინსტიტუტი, ივანე ჯავახიშვილის სახელობის თბილისის სახელმწიფო უნივერსიტეტი
² ივანე ჯავახიშვილის სახელობის თბილისის სახელმწიფო უნივერსიტეტი

guranda.avkopashvili@tsu.ge

Abstract. თანამედროვე მსოფლიოს მოდერნიზაციამ, გლობალურმა განვითარებამ, სასარგებლო წიაღისეულის მაქსიმალურმა ათვისებამ და ადამიანის მხრიდან გარემოზე დაუნდობელმა მოპყრობამ წარმოშვა უამრავი ეკოლოგიური პრობლემა მრავალ ქვეყანაში და არც საქართველო წარმოადგენს ამ მხრივ გამონაკლისს. 
საქართველოში არსებული საბადოებიდან, ამ თვალსაზრისით, ერთ-ერთი უმნიშვნელოვანესია კაზრეთის RMG-ის (ყოფილი “მადნეულის”) საბადო, რომელიც მდებარეობს ბოლნისის რაიონში, მდინარე მაშავერას მარჯვენა ნაპირზე. აღნიშნული საწარმო იწვევს ნიადაგების დაბინძურებას. დაბინძურებული ნიადაგები კი ხშირად საშიშროებას უქმნის ადამიანების ჯამრთელობას და ეკოსისტემებს, რომელსაც ჭირდება გაწმენდითი სახის ღონისძიებები. ფიტორემედიაცია კი ერთ-ერთი საუკეთესო გაწმენდითი მეთოდია, როდესაც მცენარეს შესწევს მძიმე მეტალების მაღალი აკუმულაციის უნარი. 
კვლევის ფარგლებში განხორციელდა ბოლნისის რაიონის ნიადაგებში მცენარე ამარანდას გამოკვლევა და აკუმულაციის უნარის შესწავლა. კვლევის ფარგლებში შესწავლილ იქნა მძიმე მეტალების კადმიუმის (Cd), სპილენძის (Cu) და თუთიის (Zn) შეთვისების უნარი. კვლევის შედეგად დადგინდა მცენარე ამარანდას ფიტორემედიაციის შესაძლებლობები. 

Keywords: კადმიუმი, სპილენძი, თუთია, მწვანე ამარანდა, დაბინძურებული ნიადაგი.

 

შესავალი

გარემოს დამაბინძურებლები ბოლო ერთი საუკუნეა ინტენსიურად განიცდის დაგროვებას გარემოში [1]. დამაბინძურებელი ნივთიერებების ხშირ შემთხვევაში საკმაოდ მაღალი რაოდენობა ხვდება ატმოსფეროში, ნიადაგში და წყალში, რაც საბოლოო ჯამში საკვების საშუალებით ადამიანსა და სხვა ცოცხალ არსებებში განიცდის დაგროვებას [2]. დამაბინძურებელ ნივთიერებებიდან გამოყოფენ ორგანულ და არაორგანულ დამაბინძურებლებს [3]. არაორგანული ნივთიერებებიდან აღსანიშნავია მძიმე ლითონები, რომელთაგან აღსანიშნავია კანცეროგენული თვისებების მქონე ლითონები [4]. მძიმე ლითონების გარემოში მოხვედრის ერთ-ერთ წყაროს ინდუსტრიული ქარხნები წარმოადგენს [5]. სასარგებლო წიაღისეულის ინტენსიური ამოღება იმდენად აბინძურებს გარემოს, რომ მის გარშემო არსებულ ნიადაგებზე მოყვანილი კვების პროდუქტები ხშირ შემთხვევაში ძალზე მავნებელია ადამიანის ორგანიზმისათვის [6, 7]. გარემოს ქიმიური დამაბინძურებლებიდან ყველაზე საშიშია მძიმე ლითონები და რადიონუკლეიდები, მათი მაღალი კონცენტრაციები საფრთხეს წარმოადგენს იმ თვალსაზრისით, რომ ცოცხალი ორგანიზმის ბიოქიმიურ ციკლში ჩართვისას ძნელად გამოიდევნებიან ორგანიზმიდან და იწვევენ პათოლოგიურ ცვლილებებს [8].

საქართველოში არსებული საბადოებიდან, ამ თვალსაზრისით ერთ-ერთი უმნიშვნელოვანესია კაზრეთის RMG-ის (ყოფილი “მადნეულის”) საბადო, რომელიც მდებარეობს ბოლნისის რაიონში, მდინარე მაშავერას მარჯვენა ნაპირზე. მადნეულის სპილენძ შემცველი სულფიდური საბადოს გადამუშავება ღია კარიერული წესით ხდება [9-10].

ფიტოექსტრაციის ტესტირების დროს აღმოჩნდა, რომ ამარანდა (Amaranthus hypochondriacus) არა მხოლოდ იზრდება სწრაფად არამედ იგროვებს Cd-ის მაღალ შემცველობას [11-13]. ამარანდას სხვადასხვა კულტურულ ჯიშებს ფართოდ გამოიყენებენ პირუტყვის საკვებად [14], ხოლო ბოლნისის რაიონში მწვანე ამარანდას (Amaranthus viridis) ადამიანები იყენებენ საკვებად და მისგან ამზადებენ სხვადასხვა სახეობის საჭმელებს [15-,16]. მწვანე ამარანდა ამ რაიონში იზრდება ძალიან სწრაფად და წელიწადში რამდენჯერმე აღმოცენდება ნიადაგიდან [17] [18]. ჩვენ გამოვიკვლიეთ მწვანე ამარანდა, რომელსაც გააჩნია კადმიუმის ათვისების მაღალი პოტენციალი, დაბინძურებული ნიადაგებიდან [19].

მასალები და მეთოდები

თავდაპირველად ხდებოდა ნიადაგის ნიმუშების აღება ნიადაგის ზედაპირიდან 0-5 სმ-დან და 30-35 სმ-ის სიღრმიდან. შემდეგ მიმდინარეობდა მათი გაშრობა გასუფთავება და მასში მძიმე ლითონების განსაზღვრა. ნიადაგში არსებული მძიმე ლითონების განსაზღვრა ხდებოდა შემდეგი სახით: გამომშრალი ნიადაგის ნიმუშს ცილდებოდა ფესვები, ქვები და ხორციელდებოდა 2 გ წონის ნიადაგის ნიმუშის აღება ოთხ ნაწილად დაყოფის მეთოდით.

სინჯის ფაიფურის ჯამში კარგად გასრესვის შემდეგ ხდებოდა მისი გაცრა 1 მმ ზომის ხვრელის მქონე კაპრონის საცერში.

ნიადაგის ნიმუშიდან ლითონების მჟავური ექსტრაქციის მიზნით 50 მლ მოცულობის კოლბაში იწონებოდა წინასწარ გამომშრალი ნიადაგი 2,00 გრ-ის ოდენობით და ემატებოდა 10 მლ ხუთმოლური აზოტმჟავას ხსნარი (თანაფარდობა ნიადაგი:მჟავა=1:5). კოლბა შიგთავსით უკუმაცივრის თანაობისას ცხელდებოდა წყლის აბაზანაზე 3 სთ-ის განმავლობაში. ამ პროცედურის შემდეგ ხდებოდა ხსნარის გაცივება ოთახის ტემპერატურამდე და გაფილტვრა წითელ ან თეთრზოლიან ფილტრის ქაღალდზე. ფილტრზე დარჩენილი ნიადაგი ირეცხებოდა გამოხდილი წყლით, ფილტრატის მოცულობის შევსება ხდებოდა 50 მლ-მდე გამოხდილი წყლით. მიღებულ მჟავა ექსტრაქტში მძიმე ლითონები ისაზღვრებოდა ატომურ-აბსორბციულ სპექტრომეტრზე.

რაც შეეხება მცენარე ამარანდას, მისი დათესვა ხდებოდა ადრე გაზაფხულზე თებერვლის ბოლოს მარტის დასაწყისში. მისი აღმოცენებისა და გაზრდის შემდეგ აგვისტოსა და ოქტომბერში ხორციელდებოდა მწვანე ამარანდას ნიმუშების აღება და მათში მძიმე ლითონების განსაზღვრა.

მცენარეებში მძიმე ლითონთა განსაზღვრისათვის თავდაპირველად ხდებოდა მათი მშრალი მინერალიზაცია. მინერალიზაციის ჩასატარებლად ხდებოდა 20%-ზე ნაკლები ტენიანობის მქონე პროდუქტის ფაიფურის ჯამში აწონვა, ელექტროქურაზე მოთავსება, პროდუქტის დანახშრება ბოლის გამოყოფის შეწყვეტამდე. შემდეგ დანახშირებული ნიმუშის დანაცრება ხორციელდებოდა ელექრტოღუმელში 450 °C-მდე მიყვანით. მინერალიზაციის დასრულების შემდეგ (როცა ნაცარი ღებულობდა თეთრ ან ღია ნაცრისფერ შეფერილობას), ნაცარი იხსნებოდა შემჟავებულ წყალში (3 სმ³ აზოტმჟავა გახსნილი 1 დმ³ დისტილირებულ წყალში) და მიღებული ხსნარის სასურველ მოცულობამდე მიყვანის შემდეგ მიმდინარეობდა მძიმე ლითონების განსაზღვრა ატომურ აბსორბციულ სპექტრომეტრზე.

შედეგები და განსჯა

კვლევებმა გვიჩვენეს, რომ ბოლნისის რაიონის სოფელ ბალიჭში გვხვდება ატმოსფერული ჰაერით დაბინძურებული ნიადაგები, რომლებიც ვრცელდება ფართო მასშტაბებზე. ნიადაგებზე მონიტორინგი ტარდებოდა აგვისტოში, სექტემბერში და ოქტომბერში. მონაცემებმა აჩვენეს, რომ აღინიშნება Cd-ის და Cu-ის ზღვრულად დასაშვებ კონცენტრაციაზე მეტი რაოდენობის შემცველობა. იხ. ცხრილი 1.

ცხრილი1. სოფელ ბალიჭის ნიადაგებში Cd, Cu, Zn- ის შემცველობა.

ნიმუში	B ჰორიზონტი აგვისტო	A ჰორიზონტი აგვისტო	B ჰორიზონტი სექტემბერი	A ჰორიზონტი სექტემბერი	B ჰორიზონტი ოქტომბერი	A ჰორიზონტი ოქტომბერი
pH	7.52	6.90	7.1	6.9	7.6	7.3
Cd მგ/კგ ზდკ 2.0	2.85	2.65	0.99	1.05	2.7	2.82
Cu მგ/კგ ზდკ 132	135.45	111.77	122.8	147.17	130,3	138,6
Zn მგ/კგ ზდკ 220	121.07	106.6	94.96	108.8	115.04	109.36

ჩვენს მიერ სოფელ ბალიჭში საპილოტე ტერიტორიაზე გაზრდილი ამარანდას კვლევისას აღმოჩნდა, რომ იგი ავლენს მაღალ ფიტორემედიაციულ თვისებებს, რისი თქმის საშუალებასაც გვაძლევს მიღებული შედეგები. როდესაც აგვისტოში ნიადაგში კადმიუმის შემცველობა სიღრმეში 2.8 მგ/კგ და ზედაპირზე 2.65 მგ/კგ შეადგენდა მცენარე ამარანდამ აითვისა 5.085 მგ/კგ. იხ. სურ 1. მწვანე ამარანდას შესწავლა მოხდა მორფოლოგიურად, განისაზღვრა მძიმე ლითონების (Cd, Cu, Zn) შემცველობა ფოთოლში, ღეროში, ყვავილსა და ფესვში. აგვისტოს მონაცემების მიხედვით მცენარეში მძიმე ლითონების დაგროვების დინამიკა შემდეგნაირადაა წარმოდგენილი: ფესვი ითვისებს ყველაზე მეტი რაოდენობით Cd 2.47 მგ/კგ, Cu 11 მგ/კგ, Zn 18.7 მგ/კგ. შემდეგ ფოთოლი, ყვავილი და ღერო.

სურ 1. მწვანე ამარანდაში კადმიუმის შემცველობა, სოფელი ბალიჭი.

სურ 2. მწვანე ამარანდაში თუთიის შემცველობა, სოფელი ბალიჭი.

სურ 3. მწვანე ამარანდაში სპილენძის შემცველობა, სოფელი ბალიჭი.

ოქტომბრის მონაცემების მიხედვით იხ. სურ 1. მცენარეში კადმიუმის შემცველობამ საგრძნობლად იკლო. აგვისტოში, თუ აითვისა 5 მგ/კგ, ოქტომბერში 1.2 მგ/კგ-ს აითვისა. რაც იმით არის განპირობებული, რომ ოქტომბერში მცენარე უკვე კვდება და მასში არსებული მინერალური ნივთიერებები და მათ შორის მძიმე ლითონებიც არის ნიადაგში გადამოძრავებული მცენარეში არსებული ფლოემას უჯრედების საშუალებით. ოქტომბრის თვეში მცენარეში კადმიუმის ზრდის დინამიკა შემდეგნაირია: ფოთოლი, ღერო და ფესვი. რაც კიდევ ერთხელ მიუთითებს იმას, რომ მცენარე თითქმის დაცლილია ორგანული და მინერალური ნივთიერებებისგან და შესაბამისად მასში აღარაა მაღალი მძიმე ლითონთა შემცველობა.

კვლევების მიხედვით ივლისსა და სექტემბერში მაღალია სპილენძის და თუთიის ათვისება. თუ შევადარებთ აგვისტოს მონაცემებს აქ სპილენძი და თუთია 28.68 მგ/კგ-ს და 52.11 მგ/კგ-ს შეადგენდა, ხოლო სექტემბერში 56.94 და 99.1 მგ/კგ-ს, რაც თითქმის 50 %-იან ზრდას წარმოადგენს. რაც შეეხება კადმიუმს მისი შემცველობა გაიზარდა ფოთლებში ხოლო ფესვში იკლო. აქვე უნდა აღინიშნოს, რომ ივლისსა და სექტემბერში ნიადაგებში Cd, Cu, Zn- ის შემცველობა საგრძნობლადაა დაწეული იგი ზღვრულ დასაშვებ კონცენტრაციასაც არ აღემატებოდა, მაგრამ მცენარემ მაინც დაიგროვა ამ ელემენტების ჭარბი რაოდენობა. რაც ცხადყოფს, რომ მცენარე ამარანდას შესწევს მძიმე ლითონების აკუმულაციის უნარი, როგორც ძლიერი დაბინძურების დროს ასევე შედარებით სუსტი დაბინძურებისას. ხოლო რაც შეეხება მის მორფოლოგიურ ელემენტებში მძიმე ლითონების განაწილებას შემდეგნაირია: ფოთოლი, ფესვი, ღერო.

სოფელ ბალიჭში გამოკვლეულ მწვანე ამარანდაში მძიმე ლითონების განაწილება ხდება ფოთოლში, ყვავილში, ფესვსა და ღეროში. (იხ. სურ 1, 2, 3.) ამ ნიადაგებშიც შედარებით დაბალი ნიადაგების დაბინძურებაა, მაგრამ მცენარეს შესწევს უნარი მისი ფესვთა სისტემით აითვისოს ნიადაგის უფრო ღრმა ფენებიდან მძიმე ლითონები და დაიგროვოს სხვადასხვა ორგანოში.

დასკვნა

კვლევებმა გვიჩვენეს რომ მწვანე ამარანდას გააჩნია ნიადაგიდან მძიმე ლითონების შთანთქმის უნარი. ეს თვისება შესაძლოა გამოყენებულ იქნას მცენარეების მიერ ნიადაგების გაწმენდის თვალსაზრისით. მისი გამოყენება შესაძლებელია, როგორც ნიადაგის ძლიერი დაბინძურებისას ასევე შედარებით მცირე დაბინძურებისას. ამ მცენარეს ძლიერი ფესვთა სისტემის წყალობით შესწევს უნარი ნიადაგის ღრმა ფენებიდან შთანთქას ესა თუ ის დამაბინძურებლები და დაიგროვოს სხვადასხვა ორგანოში. დინამიკაში კვლევამ აჩვენა, რომ მძიმე ლითონთა დაგროვება ხდება შემდეგი თანმიმდევრობით: ფოთოლი, ფესვი, ყვავილი და ღერო. პირველადი კვლევების შედეგად შეიძლება ამ ფიტოტექნოლოგიის გამოყენება რეგიონში დაბინძურებული ნიადაგების აღსადგენად და გასაწმენდად.

აღიარება: კვლევა შესრულებულია შოთა რუსთაველის საქართველოს ეროვნული სამეცნიერო ფონდის ფინანსური მხარდაჭერით, გრანტის ნომერი: YS-19-105.

ლიტერატურა:

1. Stephan R. Rieder, Ivano Brunner, Milena Horvatc, Anna Jacobs, Beat Frey,(2011) Accumulation of mercury and methylmercury by mushrooms and earthworms from forest soils. Environmental Pollution 159 (2011) 2861-2869.
2. 2. Stephan Raphael Rieder, Ivano Brunner, Otto Daniel, Bian Liu, Beat Frey. (2013) Methylation of Mercury in Earthworms and the Effect of Mercury on the Associated Bacterial Communities, PLOS ONE e61215.
3. 3. Brunner, I.; Luster, J.; Günthardt-Goerg, M.S.; Frey, B., 2008: Heavy metal accumulation and phytostabilisation potential of tree fine roots in a contaminated soil. Environ. Pollut. 152: 559-568.
4. Chinmayee M.D., Mahesh B, Pradesh S, Mini I, Swapna T.S. (2012) The assessment of phyto¬remediation potential of invasive weed Amaranthus spinosus, Appl. Biochem. Biotechnol. 2012 Jul;167(6):1550-9. doi: 10.1007/s12010-012-9657-0.
5. Roxana Moogouei, Mehdi Borghei, Reza Arjmandi, (2011) Phytoremediation of stable Cs from solutions by Calendula alata,Amaranthus chlorostachys and Chenopodium album,Ecotoxicology and Environmental Safety, Volume 74, Issue 7, October 2011, Pages 2036-2039.
6. Majeti Narasimha Vara Prasad, (2003) Metal hyperaccumulation in plants - Biodiversity prospecting for phytoremediation technology,Electronic Journal of Biotechnology ISSN: 0717-3458.
7. Gzyl J., (1995), Ecological impact and remediation of contaminated sites around lead smelters in Poland. Journal of Geochemical Exploration, vol. 52, p. 251-258.
8. Brunner I., Luster J., Günthardt-Goerg M. S., Frey B., (2008), Heavy metal accumulation and phytostabilisation potential of tree fine roots in a contaminated soil. Environmental Pollution, vol. 152, p. 559-568.
9. 9. Avkopashvili M., Gongadze A., Matchavariani L., Avkopashvili G., Avkopashvili I., (2019) Soil, Water and Air Pollution by Amnganese Industry in the Imereti Region, Georgia. 19th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2019, p. 417-424.
10. Avkopashvili G., Avkopashvili M., Gongadze A.& Gakhokidze R., (2017), Eco-monitoring of Georgia’s contaminated soil and water with heavy metals,Carpathian Journal of Earth and Environmental Sciences, vol. 12 (2), p. 595-604.
11. Avkopashvili G., Avkopashvili M., Gongadze A., TsulukidzeM., Shengelia E., (2017), Determination of Cu, Zn and Cd in Soil, Water and Food Products in the Vicinity of RMG Gold and Copper Mine, Kazreti, Georgia. Annals of Agrarian Science. p. 1-4.
12. Li N., Li Z., Fu Q., (2013) Agricultural Technologies for Enhancing the Phytoremediation of Cadmium-Contaminated Soil by Amaranthus hypochondriacus L,Water, Air, & Soil Pollution, p. 2-8.
13. Moogouei R., Borghei M., Arjmandi R., (2011) Phytoremediation of stable Cs from solutions by Calendula alata,Amaranthus chlorostachys and Chenopodium album,Ecotoxicology and Environmental Safety, vol. 74, Issue 7, October 2011, p 2036-2039.
14. Duarte P.A., Melo F.V., Brown G.G., Pauletti V., (2014) Earthworm (Pontoscolex corethrurus) survival and impacts on properties of soils from a lead mining site in Southern Brazil, Biol Fertil Soils vol. 50, p. 851-860.
15. Narasimha M., Prasad V., (2003) Metal hyperaccumulation in plants - Biodiversity prospecting for phytoremediation technology, Electronic Journal of Biotechnology ISSN: 0717-3458.
16. Rahman M. A., Hasegawa H., (2011) Aquatic arsenic: Phytoremediation using floating macrophytes, Chemosphere vol. 83, p. 633-646.
17. Marques A., Rangel A., Castro P., (2009) Remediation of Heavy Metal Contaminated Soils: Phytoremediation as a Potentially Promising Clean-Up Technology, Critical Reviews in Environmental Science and Technology, vol. 39, p. 622-654.
18. Avkopashvili G., Gongadze A., Gaxokidze R., Avkopashvili M., (2015), Phytoremediation of contaminated soils, contaminates with heavy metals from gold mine in Georgia. International conference “Applied ecology: Problems. Innovations” Proceedings ICAE- 2015. p. 154-157.
19. Gongadze A., Matchavariani L., Avkopashvili M., Avkopashvili G., (2018), Accumulation and distribution of heavy metals in Soils from the explosions by mining-processing poly-metallic plant. 18th International Multidisciplinary Scientific Geoconference SGEM, vol. 18, p. 11-17.

 

Recieved: 08-04-2021 | Web published: 01-05-2021 | Views 594