تأثیر جنگل‌کاری با گونه‌های درختی بر ترسیب کادمیوم، روی، سرب و منگنز در خاک(مطالعه موردی: توده‌های جنگلی اطراف کارخانه سیمان ایلام)

علوم و تکنولوژی محیط زیست، دورهبیست و دوم، شماره چهار، تیر  ماه 99

تأثیر جنگل­کاری با گونه­های درختی بر ترسیب کادمیوم، روی، سرب و منگنز در خاک(مطالعه موردی: توده­های جنگلی اطراف کارخانه سیمان ایلام)

امین پناه^[1]

 عبدالعلی کرمشاهی^*[2]

a.karamshahi@ilam.ac.ir

جواد میرزایی^[3]

چکیده

زمینه و هدف: امروزه آلودگی هوا، آب و خاک به واسطه فعالیت واحدهای صنعتی امری ثابت­شده است. صنایع سیمان یکی از مهمترین آلاینده­­های محیطی است که اثرات زیست­محیطی نامطلوبی بر محیط اطرافش می­گذارد. این تحقیق با هدف تعیین تأثیر جنگل­کاری بر میزان ترسیب کادمیوم، روی، سرب و منگنز بر خاک هفت ­توده جنگل­کاری­شده اطراف کارخانه­سیمان ایلام انجام­گرفته است.

روش بررسی: در هر توده، پلات­هایی به ابعاد 10×10 متر تصادفی سیستماتیک پیاده­ شد. نمونه­برداری از اعماق 10-0 و 20-10 سانتی­متری خاک توده­ها انجام­ یافت. همچنین عناصر­سنگین موجود در نمونه­های­خاک و نمونه­های الکتروفیلتر نیز اندازه گیری شد.

یافته ها: نتایج نشان­داد میزان ترسیب­ کادمیوم در الکتروفیلتر کارخانه و خاک توده های جنگلی تقریبأ برابر است. اما میزان ترسیب فلز روی، سرب و منگنز در الکتروفیلتر کارخانه بیشتر از میزان ترسیب این عناصر در خاک(اعماق 10-0 و 20-10 سانتی­متری) توده­ها می­باشد. با افزایش عمق خاک، میزان ترسیب سرب کاهش­ می­یابد. همچنین بر اساس نتایج، در توده بلوط طبیعی، بیشترین میزان ترسیب کادمیوم در عمق 10-0 سانتی­متری، فلز روی در عمق 20-10 سانتی­متری خاک­ و بیشترین میزان ترسیب منگنز در هر­دو­عمق مشاهده­ شد.

بحث و نتیجه­گیری: در مجموع می­توان نتیجه­گرفت که بین درجه­ آمیختگی گونه­های جنگلی و میزان ترسیب عناصر­سنگین ارتباط مستقیم وجود­دارد. علاوه­بر­این، در توده­ای که بلوط­طبیعی حضور­داشت، میزان ترسیب عناصر سنگین بیشتر بود.

واژه­های­کلیدی: خاک، جنگل­کاری، عناصر سنگین، کارخانه­ سیمان

Effects of Tree Plantations on Sequestration of Soil Cd, Zn, Pb and Mn (Case Study: Forest Stands around Ilam Cement Factory)

Amin panah^[4]

 Abdolali Karamshahi*^[5]

a.karamshahi@ilam.ac.ir

 Javad Mirzaei^[6]

Abstract

Background and Objective: Todays the pollution of air, water and soil caused by industrial units, has been proved in the world. Among them, the cement industry is one of the most important environmental pollutants that have adverse environmental effects on the surroundings. The aim of this study was to evaluate the effects of afforestation on sequestration of Cd, Zn, Pb and Mn in soil of 7 stands around the Ilam Cement Factory.

Methods: In each stands, some plots (10 × 10 m) were established systematically. Soil sampling was done from the depths of 0-10 and 10-20 cm. Also, heavy metals from the soil samples and electro filter were measured.

Findings: Results showed that the amount of Cd in the electro filter was similar to Cd in soil of the stands, but the amounts of Pb, Zn and Mn in electro filter are more than of those that in soils of the stands (0-10 cm and 10-20 cm depth). The results also showed that with increasing soil depth the amount of Pb sequestration decreased. In natural Oak stand, the most amount of Cd was seen in surface soil (0-10 cm depth), the most Zn were in deep soil (10-20 cm depth) and the Most amount of Mn sequestration in both depths were observed.

 Discussion and Conclusion: In general, we can say there are direct relationship between the degree of tree mixing and sequestration of heavy metals. In addition, in the natural Oak stand, the amount of heavy metal sequestration was higher than other stands.

Keywords: Soil, Plantation, Heavy Metal, Cement Factory 

                                                                          
مقدمه

یکی از نگرانی‌هایی که در مورد پیشرفت روزافزون صنایع و کارخانه‌ها در جوامع امروزی مطرح است، بحث آلودگی‌های زیست‌محیطی است. آلودگی‌ها به دست خود انسان به‌وجود می‌آیند و خود او را نیز مورد آسیب قرار می‌دهند. ظرفیت اکوسیستم­ها برای پذیرش تغییرات در محیط زیست محدود است و اگر چه طبیعت خود دارای توانایی مقابله با تغییرات است ولی امروزه مشخص شده، سرعت بازسازی طبیعی در حد تخریب­ها نبوده و در نتیجه فرآیند تخریب محیط به صورت غیرقابل بازگشتی در حال پیش روی است. امروزه آلودگی هوا، آب و خاک به واسطه فعالیت واحدهای صنعتی امری ثابت­شده در کل دنیا است. در این بین صنایع سیمان یکی از مهمترین آلاینده­­های محیطی است که اثرات زیست­محیطی نامطلوبی بر محیط اطرافش می­گذارد (1). در کشور ما نیز تأسیس کارخانه‌های سیمان که با بهره‌گیری از سرمایه‌گذاری‌های کلان انجام می‌گیرد و معمولأ با اشتغال­زایی و جوانب اقتصادی دیگر همراه است روندی رو­به‌رشد را طی می‌کند. اما در راستای این منافع اقتصادی، آسیب‌های زیست‌محیطی ناشی از کارخانه‌های سیمان اجتناب­ناپذیر است. تولید حجم بیشتر سیمان، منجر به افزایش آلودگی هواشود می­شود.  از سال 2002 صنعت سیمان به تنهایی حدود 5% از کل گازهای گلخانه­ای را به اتمسفر وارد کرده است (2). مواد­ آلوده­کننده ناشی ­از کارخانه­ سیمان به­ طور­ عمده شامل­ گرد­ و ­غبار متصاعد­­شده و فلزات­ سنگین آزاد ­شده است (1). ﻓﻠﺰات­ﺳﻨﮕﻴﻦ ﺑﻪ ﻓﻠﺰاﺗﻲ ﮔﻔﺘﻪ­ﻣﻲﺷﻮد ﻛﻪ دارای ﭼﮕﺎﻟﻲ ﻧﺴﺒﺘأ ﺑﺎﻻ ﺑﻮده و در ﻏﻠﻈﺖﻫﺎی­ﻛﻢ ﺳﻤﻲ می­ﺑﺎﺷﻨﺪ (3). این فلزات جرم­اتمی بیشتر از5/58گرم­ بر­مول دارند و زمانی که مقدار آنها بیش از حد­مجاز باشد، خطراتی را برای سلامتی انسان و سایر جانوران ایجاد می­کنند (4). فلزات سنگین دارای خصوصیاتی مانند تجمع بیولوژیکی، سمى بودن و پایداری محیطی هستند (5). برخى از فلزات سنگین مانند کادمیوم (Cd) ، کروم (Cr) ، منگنز (Mn) ، سرب (Pb) ، آرسنیک (As) و نیکل (Ni) در غلظت بالا، می­توانند برای سلامت انسان و سایر موجوادت زنده خطرناک باشند (6). روشهای فیزیکی و شیمیایی متعددی برای خروج فلزات سنگین از خاک­های آلوده عمومأ پرهزینه بوده و هم­چنین سبب تغییرات در بعضی از ویژگی­های خاک مانند ساختمان، مواد آلی و جمعیت ریزموجودات خاک می­شوند (7). به تازگی توجه پژوهشگران زیادی به روش استفاده از گیاهان برای خروج فلزات سنگین از خاک­های آلوده معطوف شده است (8 و 9). میزان جذب فلزات­سنگین در گیاهان همبستگی زیادی با خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک دارد همچنین بین فلزات­سنگین به عنوان آلاینده خاک، با مشخصات رویشی درختان رابطه معکوس وجود دارد به­نحوی­که با افزایش این عناصر میزان مواد­مغذی به ویژه پتاسیم کاهش یافته و در نتیجه رشد گیاه متوقف می­شود. (10). به­طور­کلی کلیه فعالیتهای میکروارگانیسم­های خاک تحت­تأثیر میزان فلزات­­سنگین قرار دارد ، به­نحوی­که با افزایش غلظت این فلزات، قابلیت رشد میکروارگانیسم­ها تا حدود 75% کاهش می­یابد، همچنین برخی از خصوصیات میکروارگانیسم های خاک به عنوان نشانگرهای افزایش غلظت فلزات­­سنگین در خاک عمل می­نمایند (11). مهمترین اثر سوء کارخانه­های سیمان بر محیط اطراف انتشار گرد و غبار وگازهای آلاینده است. در واقع کارخانه­های سیمان ابتدا هوا را آلوده می کنند و سپس این آلودگی از طریق هوا رسوب و به خاک منتقل می شود و در مراحل بعدی حتی می­تواند به پیکره گیاهان، جانوران و نهایتاً انسانها وارد شود (12).

کرمشاهی و همکاران 2017 ترسیب فلزات سنگین در خاک و برگ درختان اکالیپتوس، سروسیمین و اقاقیا را در حاشیه کارخانه سیمان شهرایلام مورد بررسی قرار دادند و بر اساس نتایج بیشترین میزان ترسیب کادمیوم و روی هم در خاک و هم در برگ در گونه اقاقیا مشاهده شد، بیشترین ترسیب سرب و منگنز در هر دو عمق خاک و همچنین در برگ، در گونه اکالیپتوس مشاهده شد(13). مرتضوی وهمکاران 2017 پایش زیستی فلزات سنگین با استفاده از گیاه نی (Phragmites australis) را در تالاب هشیلان کرمانشاه مورد بررسی قرار دادند  که نتایج نشان داد بیشترین میزان تجمع فلزات سنگین در اندامهای زیرزمینی گیاه است . از طرفی بالا بودن شاخص انتقال برای فلز روی بیانگر توانایی بالای انتقال این فلز در گیاه است(14).

کارخانه­سیمان­ایلام یکی­از مهمترین صنایع تولیدی واقتصادی ایلام است. علی­رغم جنبه تولیدی و اقتصادی بودن این کارخانه متاسفانه آلودگی­های زیست­محیطی زیادی را ایجاد می­کند که تأثیر­منفی روی پوشش­گیاهی، درختی، جانوری و سلامت مردم اطراف کارخانه می­گذارد. مسئولان کارخانه سیمان در طی چند سال گذشته اقدام به کاشت گونه­های مختلف درختی در غالب توده­های مختلف جنگلی در حاشیه کارخانه جهت کاهش انتشار آلاینده­های ناشی از فعالیت­های مختلف کارخانه به محیط زیست اطراف نموده­اند. هدف از انجام این تحقیق تعیین میزان ترسیب عناصر سنگین کادمیوم (Cd)، روی (Zn)، سرب (Pb) و منگنز (Mn) در خاک توده­های جنگل­کاری شده در اطراف کارخانه­سیمان­ایلام و مقایسه با بررسی میزان ترسیب این عناصر در الکتروفیلتر کارخانه و همچنین بررسی میزان موفقیت جنگل­کاری های کاشته شده در ترسیب این عناصر می­باشد. بدیهی است نتایج حاصل از چنین مطالعاتی می­تواند در برنامه­های آتی توسعه فضای سبز و ایجاد کمربند سبز و همچنین انتخاب گونه های با قابلیت جذب آلاینده ها در محیط های صنعتی و به ویژه کارخانه های سیمان موثر باشد.

مواد و روش­ها

منطقه مورد مطالعه

کارخانه ­سیمان ­ایلام در شهرستان سیروان و در فاصله 15 کیلومتری از شهر ایلام در حاشیه منطقه حفاظت­شده مانشت و قلارنگ قرار گرفته­است. این کارخانه درحد فاصل طول­های جغرافیایی "51 '29 °46 تا "52 '30 °46 شرقی و عرض­های جغرافیایی "55 '42 °33 تا "40 '43 °33 شمالی، و در ارتفاع 1310 متری از سطح دریا  واقع شده­است (شکل 1).

شکل 1- موقعیت کارخانه ­سیمان­ایلام در ایران و ایلام

Figure 1- The position of the Ilam Cement Factory in Iran and Ilam

 روش­کار

در این مطالعه پس از بازدید از توده­های جنگل کاری­ شده اطراف

کارخانه­سیمان، تعداد هفت­توده مشخص­شد که گونه­های موجود در هر توده به تفکیک آورده شده­است (شکل 2، جدول 1).

شکل 2-موقعیت توده­های مورد مطالعه

Figure 2- The position of the stand studied

جدول 1- لیست گونه­های موجود در توده­های مورد مطالعه

Table 1- List of species in the stands

روش نمونه برداری و اندازه­گیری عناصر ­سنگین

پلات­هایی (حداقل 5 تکرار) به ابعاد 10×10 متر به صورت سیستماتیک پیاده­شد. نمونه­هایی از اعماق 10-0 و 20-10 سانتی­متری تهیه و پس از پهن­کردن نمونه­ها در فضای آزاد و خشک­کردن آنها، در هاون کوبیده­ شده و از الک 2 میلی متری جهت حذف مواد­زائد و جدا­کردن ذرات درشت­تر عبور داده­شد. برای اندازه­گیری عناصر­سنگین ابتدا از نمونه­های­خاک عصاره­ گرفته­شد که برای این