مدل‌سازی ریاضی پالایش سبز نیکل از خاک‌های آلوده با استفاده از توابع کاهش تعرق

مدل های پالایش سبز برای شناخت بیشتر فرآیندهای حاکم بر این پدیده و مدیریت خاک های آلوده از اهمیت بالایی برخوردارند. بررسی ها نشان داده است که تاکنون تلاش های اندکی برای ارزیابی پتانسیل پالایش سبز فلزات براساس مدل های ریاضی انجام گرفته است. هدف از این پژوهش، مدل سازی پالایش سبز خاک آلوده به نیکل بود. بدین منظور، با استفاده از توابع کاهش تعرق نسبی و غلظت نیکل در خاک مدلی برای تعیین نرخ پالایش سبز نیکل از خاک ارائه شد. برای ارزیابی مدل، خاک با سطوح مختلفی از آلاینده نیکل آلوده شد. جهت آلوده کردن خاک از نمک نیترات نیکل استفاده شد. سپس با پر کردن گلدان ها با خاک های آلوده بذر ریحان (ocimum tenuiflorum l.) در آنها کشت گردید. برای دوری از تنش رطوبتی، گلدان ها با فواصل زمانی کوتاه (48 ساعت) توزین و تا رسیدن به رطوبتی نزدیک به ظرفیت زراعی آبیاری شدند. گیاهان در چهار نوبت برداشت شدند. در هر مرحله از برداشت، مقادیر تعر ق نسبی و غلظت نیکل در نمونه های خاک و گیاه اندازه گیری شد. در پایان کارآیی مدل ها با آماره های ریاضی آزموده شد. برای ارزیابی مدل ها، محاسبه آماره های خطای ماکزیمم، ریشه میانگین مربعات خطا، ضریب تبیین، کارایی مدل و ضریب جرم باقی مانده برای هر کدام از مدل ها انجام شد. ترسیم روند تغییرات تعرق نسبی ریحان در بازه های مختلف زمانی فصل رشد در سطوح مختلف آلودگی نیکل در خاک نشان داد که در حضور آلاینده های فلزی در خاک تعرق گیاه کاهش یافته است. اما به دلیل پایین بودن غلظت های اعمال شده تغییرات چشمگیر نبوده است. نتایج حاصل از مقایسه آماره ها نشان داد برای برآورد تعرق نسبی ریحان در آلودگی نیکل خاک برای تمام بازه های زمانی در فصل رشد، کارآیی مدل خطی (940/0 =2r) تنها اندکی بهتر از مدل غیرخطی (84/0 =2r) است. هم چنین، مدل حاصل از ترکیب تابع خطی و غلظت نیکل در خاک، برازش نسبتاً خوبی (7/0=r) با مقادیر اندازه گیری شده نرخ پالایش سبز نیکل از خاک دارد.

Mathematical Modeling of Phytoremediation of Nickel from Contaminated Soil by Functions of Transpiration Reduction

Phytoremediation models are important to understand the processes governing phytoremediation and the management of contaminated soils. Little effort has been made for evaluating the potential of the phytoremediation of metals based on the mathematical models. Therefore, the purpose of this study was modeling the phytoremediation of the nickelcontaminated soils. For this purpose, a model was recommended for estimating the rate of the phytoremediation of nickel from the soil by means of relative transpiration reduction and concentration of nickel in the plant functions. To evaluate the model, soil was contaminated with different levels of nickel by nickel nitrate. Then, the pots were filled with contaminated soil and Basil (ocimum tenuiflirum L.) seeds were planted. To avoid the dry tension, the pots were weighed and irrigated to the point of field capacity (FC) at short time intervals (48 hours). The plants were harvested in four times. At each harvesting stage, the relative transpiration values and nickel concentration in the soil and plant sles were measured. The performance of the model was evaluated by statistical methods such as Maximum Error, Root Mean Square Error, Coefficient of Determination, Efficiency of Model and Coefficient of Residual Mass. Results demonstrated that in the case of nickel contamination in soil, changes in the relative transpiration of Basil can be measured by the two proposed models and the linear model (R2=0.94) has a better performance compared to the nonlinear one (R2=0.84). Also the model obtained from the combination of linear function and nickel's concentration in soil has a relatively good (R=0.7) fit with the measured values of the remediation rate of nickel in soil.