Document Type : Research Paper
Authors
1 Corresponding Author, Associate Professor, Agricultural Engineering Research Institute (AERI), Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran. E-mail: ar.tavakoli@areeo.ac.ir
2 Miami Agricultural Jihad, Semnan Agriculture Jihad Organization, Miami, Iran. E-mail: nosrati20015@gmail.com
3 Department of Agronomy and Plant Breeding, Sabzevar Branch, Islamic Azad University, Sabzevar, Iran. E-mail: mat_jami@iaus.ac.ir
Abstract
Heavy metals such as chromium are considered important pollutants for the environment and agricultural products. Many of these metals are toxic even in very low concentrations and may disrupt the growth process of crops. This study aims at comparing the response of different sesame cultivars to irrigation with different levels of chromium contaminated water. The experiment is carried out as factorial in a randomized complete block design with three replications in Mayamey, Semnan Province, Iran. Experimental factors include irrigation with different levels of chromium-contaminated water in 5 levels (20%, 40%, 60%, 80%, and 100%) and three sesame cultivars (Dashtestan, Oltan and local). The results indicate that irrigation with chromium-contaminated water significantly reduce the plant height and root length (p < 0.01), but have no significant effect on leaflet number and shoot fresh weight. The highest decrease in plant height and root length are observed under irrigation with 100% chromium-contaminated water. There has been a significant difference between sesame cultivars in relation to the growth characteristics. So, the Oltan cultivar has had the highest plant height, leaflet number, root length, and water productivity index compared to other cultivars. According to the results, high levels of chromium in irrigation water significantly reduce the growth of different cultivars.
Keywords
آذرشب، زهرا و سبحان اردکانی، سهیل (1395). تعیین مخاطره سلامت آهن و کروم در برخی ادویه‌جات مصرفی شهر همدان در سال 1394. مجله علوم پزشکی رازی، 23 (150)، 34-28.
استاندارد ملی ایران. (1388). آب آشامیدنی- ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی. استاندارد 1053 ویرایش پنجم. تهران: مؤسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران.
اصغری، علی؛ درگاهی، یاور؛ رسول‌زاده، علی و احمدیان، مریم (1391). ارزیابی صفات مورفولوژیک ارقام کنجد در شرایط تنش کمآبی با استفاده از تجزیه به عامل. مجله پژوهشهای زراعی ایران، 11 (4)، 607-593.
پیروز، پریا سادات و منوچهری کلانتری، خسرو (1391). تأثیر فلز سنگین کروم بر میزان تجمع، عوامل رشد و القاء تنش اکسیداتیو در اندام هوایی گیاه آفتابگردان. مجله زیستشناسی گیاهی، 4 (13)، 114-97.
پیروز، پریا سادات؛ منوچهری کلانتری، خسرو و نصیبی، فاطمه (1391). بررسی فیزیولوژیک گیاه آفتابگردان تحت تنش کروم: تأثیر بر رشد، تجمع و القای تنش اکسیداتیو در ریشه آفتابگردان. مجله زیست شناسی گیاهی، 4 (11)، 86-73.
تشکری‌زاده، منصوره و سعیدنژاد، امیرحسین (1396). تأثیر غلظت‌های مختلف کروم (ш) بر ویژگی‌های مورفولوژیکی و ترکیب شیمیایی اسانس ریحان. مجله دانش آب و خاک، 27 (1)، 145-135.
درگاهی، یاور؛ اصغری، علی؛ شکرپور، مجید و رسول‌زاده، علی (1391). اثر تنش کمآبی بر خصوصیات مورفولوژیک ریشه در ارقام کنجد. مجله الکترونیک تولید گیاهان زراعی، 5 (4)، 172-151.
ذاکر، آرزو؛ لاهوتی، مهرداد؛ ابریشم‌چی، پروانه و اجتهادی، حمید (1384) بررسی تأثیر انباشتگی Cr3+ و Cr6+ بر رشد و میزان کلروفیل در گیاه جعفری. مجله زیست شناسی ایران، 18، 109-101.
رحیمی، مونا؛ قراچورلو، مریم و قوامی، مهرداد (1399). اندازه‌گیری برخی ترکیبات ضد تغذیهای و فلزات سنگین در روغن کنجد، دانه کنجد خام و پوستگیری شده دو واریته کشت‌شده در ایران. مجله علوم و صنایع غذایی ایران، 17 (98)، 181-169.
شکرزاده، محمد؛ رکنی، محمودعلی و گالستین (1391). بررسی میزان فلزات سنگین (کروم- کادمیوم- سرب) در آب آبیاری و برنج رقم طارم تولیدی مزارع شهرهای مرکزی استان مازندران. مجله دانشگاه علوم پزشکی مازندران، 22 (98)، 242-234.
عباسی، فریبرز؛ عباسی، نادر و توکلی، علیرضا (1396). بهره‌وری آب در بخش کشاورزی؛ چالشها و چشم اندازها. مجله آب وتوسعه پایدار، 40 (10)، 144-141.
علیزاده، امین (1390). رابطه آب و خاک و گیاه. مشهد: انتشارات آستان قدس رضوی.
فروغی، عباس؛ قرخلو، جاوید و قادریفر، فرشید (1392). تأثیر فاصله ردیف کاشت و تداخل علف هرز توق بر عملکرد و اجزای عملکرد دو رقم کنجد در گرگان. مجله الکترونیک تولید گیاهان زراعی، 6 (2)، 116-101.
قاسمی، علی؛ نعمت‌الهی، محمدجواد و تقوی ثانی، حسام‌الدین (1394). بررسی پتانسیل منابع آلاینده و خصوصیات هیدروژئوشیمیایی کروم در منابع آب گلبو (شمال تربت حیدریه، خراسان رضوی). مجله زمین شناسی محیط زیست، 10 (34)، 15-1
محمودی، سهراب؛ سیاری، محمدحسن؛ گلستانی‌فر، فرزانه؛ محرابی، پگاه و ابوالحسنی، حکیمه (1394). تأثیرپذیری ارتفاع و شاخص سبزینگی برگ علف هرز سلمه تره (Chenopodium album L.) در شرایط آلودگی خاک با عناصر کروم و کادمیوم. ششمین همایش علوم علف‌های هرز ایران، بیرجند 12-10 شهریور، 170-166.
منجم، سالار، احمدی، علی، و محمدی، ولی اله. (1389). اثرات تنش خشکی در مراحل زایشی بر تسهیم مواد فتوسنتزی ارقام تجاری کلزا. تولید گیاهان زراعی (مجله الکترونیک تولید گیاهان زراعی)، 3 (3)، 163-178.
مهرابی، زهرا و احسان‌زاده، پرویز (1391). بررسی خصوصیات فیزیولوژیک و عملکرد چهار رقم کنجد تحت رژیمهای رطوبتی خاک. مجله بهزراعی کشاورزی، 13 (2)، 88-75.
نجبایی، سیده آیدا؛ قاجار سپانلو، مهدی و بهمنیار، محمدعلی (1396). بررسی غلظت سرب و کروم در برگ گیاهان جعفری و شاهی در خاک آبیاری شده با آب آلوده. مجله پژوهش آب در کشاورزی، 31 (2)، 194-181.
نقیبی‌پور، داریوش؛ تقوی، کامران؛ صداقت حور، شهرام و واعظ‌زاده، مرضیه (1394). بررسی کارآیی عدسک آبی در حذف فلزات سنگین از محلولهای آبی. مجله اکوبیولوژی تالاب، 23 (6)، 56-49.
References
Abbasi, F., Abbasin, N., & Tavakoli, A. R. (2017). Water productivity in agriculture; Challenges and prospects. Journal of Scientific-Extension of Water and Sustainable Development, 40(10), 144-141. (In Persian).
Abdul, G. (2011). Effect of chromium toxicity on growth, chlorophyll and some mineral nutrients of brassica juncea L. Egyptian Academic Journal Biological Sciences, 2(1), 9-15.
Akenga, T., Sudio, V., Machuka, W., & Kerich, E. (2016). Heavy metal concentrations in agricultural farms in homa hills homa bay county, Keny. International Journal of Science and Research, 5(10), 1664-1669.
Alizadeh, A. (2011). The relationship between water, soil and plants. Mashhad: Astan Quds Razavi Publications. (In Persian).
Asghari, A., Dargahi, A., Rasoulzadeh, A., & Ahmadian, M. (2012). Evaluation of morphological traits of sesame cultivars under low water stress using factor analysis. Iranian Journal of Crop Research, 11(4), 607-593. (In Persian).
Azarshab, Z., & Sobhan Ardakani, S. (2016). Study of health risk assessment of Fe and Cr content in some spices marketed in Hamedan city in 2015. Razi Journal of Medical Sciences, 23(150), 28-34. (In Persian).
Barton, L. L., Johnson, A. G., & Wagener, B. M. (2000). Inhibition of ferric chelate reductase in alfalfa roots by cobalt, nickel, chromium and copper. Journal of Plant Nutrition, 23, 1833-1845.
Bhalerao, S. A., & Sharma, A. S. (2015). Chromium: As an environmental pollutant. International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences, 4, 732-746.
Chatterjee, J., & Chatterjee, C. (2000). Phtotoxicity of cobalt, chromium and copper in cauliflower. Environmental Pollution, 109, 69-74.
Dargahi, A., Asghari, A., Shakarpour, M., & Rasoulzadeh, A. (2012). Effect of water deficit stress on root morphological characteristics in sesame cultivars. Elec. Journal of Crop Production, 5(4), 172-151. (In Persian).
Environmental Protection Agency (EPA). (2006). Edition of the Drinking Water Standards and Health Advisories. Washington DC: Office of Water U.S. Environmental Protection Agency.
Eric, O., & Robert, E. S. (2007). Regulation of root growth responses to water deficit. In Advances in Molecular Breeding Toward Drought and Salt Tolerant Crops. edited by Jenks, M.A., Hasegawa, P.M. & Jain, S.M.. New York: Springer. 33-53.
Foroughi, A., Gharkhloo, J., & Ghaderifar, F. (2013). The effect of planting row spacing and interference of Tuq weed on yield and yield components of two sesame cultivars in Gorgan. Electronic Journal of Crop Production, 6(2), 116-101. (In Persian).
Ghasemi, A., Nematollahi, M. J., & Taghavi Sani, H. (2015). Investigation of potential sources of pollutants and hydrogeochemical properties of chromium in Golbo water sources (north of Torbat Heydariyeh, Khorasan Razavi). Environmental Geology, 10(34), 15-1. (In Persian).
Joshi, N., Menon, P., & Joshi, A. (2019). Effect of chromium on germination in some crops of India. Journal agricultural science botany, 3(1),1-5.
Karunathilaka, W. A. K. (2002). Rooting and moisture extraction pattern of sesame. Ann. Sri Lanka Dep. Agriculture, 4, 73-81.
Kumar, V., & Chopra, A. K. (2015). Toxicity of chromium in agricultural crops with respect to its chemical speciation-a review. World Applied Sciences Journal, 33(6), 944-969.
Lodeiro, P., Fuentes, A., Herrero, R., & Sastre de Vicente, M. E. (2008). Cr (III) binding by surface polymers in natural biomass: the role of carboxylic groups. Environmental Chemistry, 5, 355-36.
Mahmoodi, S., Sayyari Zahan, M. H., Golestani Far, F., Mehrabi, P., & Abolhasani, H. (2015). Influence height and SPAD index of leaf Chenopodium album L. in contaminated soil with chromium and cadmium. The 6th Iran Weed Science Conference, Birjand, 10-12 September, 166-170. (In Persian).
Mehrabi, A., & Ehsanzadeh, P. (2012). Study of physiological characteristics and yield of four sesame cultivars under soil moisture regimes. Journal of Agriculture, 13(2), 88-75. (In Persian)
Ministry of the Environment, Finland (MEF). (2007). Government Decree on the Assessment of Soil Contamination and Remediation Needs. Helsinki: Ministry of the Environment, Finland.
Monajjem, S., Ahmadi, A., & Mohammadi, A. (2011). Effect of drought stress on photosynthesis, partitioning of photo-assimilates and grain yield in rapeseed cultivars. Crop Production (Electronic Journal of Crop Production), 3(3), 163-178. (In Persian).
Naqibipour, D., Taghavi, K., Sedaghat Hoohr, Sh., & Vaezzadeh, M. (2015). Investigation of the efficiency of aqueous lentils in removing heavy metals from aqueous solutions. Wetland Ecobiology Quarterly, 23(6), 56-49.
National Standard of Iran. (2009). Drinking Water-Physical and Chemical Properties. Standard 1053 Fifth Edition. Tehran: Iranian Institute of Standards and Industrial Research. (In Persian).
Nawaz, H., Anwar-ul-Haq, M., Akhtar, J., & Arfan, M. (2021). Cadmium, chromium, nickel and nitrate accumulation in wheat (Triticum aestivum L.) using wastewater irrigation and health risks assessment. Ecotoxicology and Environmental Safety, 208(111685), 1-9.
Nojabaee, S. A., Ghajar Sepanlou, M., & Bahmanyar, M. A. (2017). Concentration of lead and chromium in leaves of cress and parsley in soils irrigated with contaminated water. Journal of Water Research in Agriculture, 31(2), 181-194. (In Persian).
Orhue, E. R., & Uzu, F. O. (2010). Residual Effects of Chromium on Early Growth of Fluted Pumpkin (Telfairia occidentalis Hook F) in an Ultisol. African Journal of General Agriculture, 6, 235-247.
Panda, S. K., & Choudhury, S. (2005). Chromium stress in plants. Brazilian Journal of Plant Physiology, 17, 95-192.
Pirooz, P. S., & Manouchehri Kalantari, Kh. (2012). The effect of chromium heavy metal on the rate of accumulation, growth factors and induction of oxidative stress in the shoot of sunflower. Iranian Journal of Plant Biology, 4(13), 97-114. (In Persian).
Pirooz, P. S., Manouchehri Kalantari, Kh., & Nasibi, F. (2012). A physiological analysis of sunflower under chromium stress: Impact on plant growth, bioaccumulation and oxidative stress induction on sunflower (Helianthus annuus). Iranian Journal of Plant Biology, 11, 73-86. (In Persian).
Rahimi, M., Qarachorlou, M., & Ghavami, M. (2020). Measurement of some anti-nutritional compounds and heavy metals in sesame oil, raw and peeled sesame seeds of two varieties grown in Iran. Iranian Food Science and Technology, 17(98), 181-169. (In Persian).
Rahnama, A., Fakhri, Sh., & Meskarbashee, M. (2017). Genotypic variation in root and shoot growth traits of wheat seedlings and its association with salt tolerance. Journal of Plant Process and Function, 6(21), 115-126.
Schneider, R. M., Cavalin, C. F., Barros, M. A. S. D., & Tavares, C. R. G. (2007). Adsorption of chromium ions in activated carbon. Chemical Engineering Journal, 132, 355-62.
Scoccianti, V., Bucchini, A. E., Iacobucci, M., Ruiz, K. B., & Biondi, S. (2016). Oxidative stress and antioxidant responses to increasing concentrations of trivalent chromium in the Andean crop species Chenopodium quinoa Wild. Ecotoxicology and Environmental Safety, 133, 25-35.
Seregin, I. V., & Ivaniov, V. B. (2001). Physiological aspects of cadmium and lead toxic effects on higher plants. Russian Journal of Plant Physiology, 48(4), 606-630.
Shanker, A. K., Cervantes, C., Loza-Tavera, H., & Avudainayagam, S. (2005). Chromium toxicity in plants. Environment International, 31, 739-753.
Shokrzadeh, M., Rokni, M. A., & Galstvan. (2013). Lead, Cadmium, and Chromium Concentrations in Irrigation Supply of/and Tarom Rice in Central Cities of Mazandaran Province-Iran. Journal of Mazandaran University Medical Science, 22(98), 234-242. (In Persian).
Srivastava, D., Tiwari, M., Dutta, P., Singh, P., Chawda, K., Kumari, M., & Chakrabarty, D. (2021). Chromium stress in plants: toxicity, tolerance and phytoremediation. Sustainability, 13(9), 4629. https://doi.org/10.3390/su13094629.
Sun, Z. Q., Qiu, Y. H., Li, S. W., Han, X. M., & Li, H. L. (2019). Comparison on the tolerance and accumulation of hexavalent chromium by different crops under hydroponic conditions. Applied Ecology and Environmental Resrarch, 17(5), 11249-11260. http://dx.doi.org/10.15666/aeer/1705_1124911260.
Sundaramoorthy, P., Alagappan, C., Kaliyaperumal, S. G., Pachikkaran, U., & Logalashmanan, B. (2010). Chromium stress in paddy: (i) Nutrient status of paddy under chromium stress; (ii) Phytoremediation of chromium by aquatic and terrestrial weeds. Comptes Rendus Biologies, 333, 597-607.
Tashakorizadeh, M., & Saeidnejad, A. H. (2016). Effect of Different Concentrations of Chromium (ш) on Morphological Characteristics and Essential Oil Chemical Composition of Basil. Water and Soil Science, 27(1), 135-145. (In Persian).
Tóth, G., Hermann, T., Da Silva, M. R., & Montanarella, L. (2016). Heavy metals in agricultural soils of the European Union with implications for food safety. Environment International, 88, 299-309
Ugulu, I. (2015). Determination of heavy metal accumulation in plant samples by spectrometric techniques in Turkey. Applied Spectroscopy Reviews, 50, 113-151.
World Health Organization (WHO). (2011). Guidelines for Drinking-Water Quality. Geneva: World Health Organization.
World Health Organization (WHO). (2020). Chromium in Drinking-water. Geneva: World Health Organization.
Wasson, A. P., Richards, R. A., Chatrath, R., Misra, S. C., Sai Prasad, S. V., Rebetzke, G. J., Kirkegaard, J. A., Christopher, J., & Watt, M. (2012). Traits and selection strategies to improve root systems and water uptake in water-limited wheat crops. Journal of Experimental Botany, 63, 3485-3498.
Zaker, A., Lahouti, M., Abrishamchichi, P., & Ejtehadi, H. (2005). Investigation of the effect of Cr3+ and Cr6+ accumulation on growth and chlorophyll content in parsley. Iran Biology Magazine, 18, 109-101. (In Persian).
)