بررسی تجمع عناصر کروم و نیکل در خاک‌ اطراف شهرک صنعتی شماره 3 اراک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد محیط‌زیست، گروه علوم و مهندسی محیط‌زیست، دانشکده علوم پایه، واحد همدان، دانشگاه آزاد اسلامی، همدان، ایران.

2 دانشیار گروه علوم و مهندسی محیط‌زیست، دانشکده علوم پایه، واحد همدان، دانشگاه آزاد اسلامی، همدان، ایران. *(مسوول مکاتبات)

10.22034/jest.2021.5270.1437

چکیده

زمینه و هدف: بررسی توزیع مکانی آلاینده ها به منظور پایش آلودگی خاک و حفظ کیفیت محیط‌زیست امری ضروری است. لذا این پژوهش با هدفتعیین تجمع کروم و نیکل و تهیه نقشه توزیع مکانی عناصر در خاک‌ اطراف شهرک صنعتی شماره 3 اراک در سال 1392 انجام شده است.
روش بررسی: بدین منظور، پس از انتخاب 10 ایستگاه در شعاع 5 کیلومتری شهرک، در مجموع 20 نمونه خاک سطحی و عمقی برداشت شد. پس از تعیین برخی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک، نسبت به هضم اسیدی نمونه‌ها و قرائت غلظت عناصر توسط دستگاه نشر اتمی اقدام شد. پردازش آماری داده‌ها و تهیه نقشه پهنه­بندی عناصر نیز به‌ترتیب توسط نرم‌افزارهای SPSS و ArcGIS انجام یافت.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که بیشینه میانگین غلظت کروم در نمونه‌های خاک سطحی و عمقی (میلی‌گرم در کیلوگرم) با 97/1±50/15 و 65/1±00/13 به‌ترتیب مربوط به ایستگاه 2 و بیشینه میانگین غلظت نیکل در خاک سطحی و عمقی (میلی‌گرم در کیلوگرم) با 90/1±25/19 و 02/2±50/18 به‌ترتیب مربوط به ایستگاه‌های 9 و 2 بوده است. نتایج مقایسه میانگین غلظت تجمع‌یافته کروم و نیکل در نمونه­های خاک سطحی و عمقی با رهنمود WHO نشان داد که میانگین غلظت هر دو عنصر در نمونه­ها کوچک‌تر از بیشینه رواداری WHO بوده است.
بحث و نتیجه‌گیری: عدم تجاوز میانگین غلظت عناصر کروم و نیکل در نمونه­ها  از بیشینه رواداری WHO را می‌توان با عواملی همچون اعمال مدیریت محیط‌زیستی در واحدهای مستقر در شهرک، جهت وزش باد غالب که عمدتاً به سمت اراضی بایر سمت غرب منطقه است، وسعت اندک اختصاص یافته به کاربری کشت آبی و به‌تبع آن عدم استفاده بیش از حد از نهاده‌های کشاورزی مرتبط دانست.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


 

 

 

 

 

علوم و تکنولوژی محیط زیست، دورهبیست و دوم، شماره پنج، مرداد ماه 99

                                        

 

بررسی تجمع عناصر کروم و نیکل در خاک‌ اطراف شهرک صنعتی شماره 3 اراک

 

سید امیر احمدی[1]

سهیل سبحان اردکانی2*

s_sobhan@iauh.ac.ir

 

تاریخ دریافت:20/2/96

تاریخ پذیرش:10/7/96

 

چکیده

زمینه و هدف: بررسی توزیع مکانی آلاینده ها به منظور پایش آلودگی خاک و حفظ کیفیت محیط‌زیست امری ضروری است. لذا این پژوهش با هدفتعیین تجمع کروم و نیکل و تهیه نقشه توزیع مکانی عناصر در خاک‌ اطراف شهرک صنعتی شماره 3 اراک در سال 1392 انجام شده است.

روش بررسی: بدین منظور، پس از انتخاب 10 ایستگاه در شعاع 5 کیلومتری شهرک، در مجموع 20 نمونه خاک سطحی و عمقی برداشت شد. پس از تعیین برخی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک، نسبت به هضم اسیدی نمونه‌ها و قرائت غلظت عناصر توسط دستگاه نشر اتمی اقدام شد. پردازش آماری داده‌ها و تهیه نقشه پهنه­بندی عناصر نیز به‌ترتیب توسط نرم‌افزارهای SPSS و ArcGIS انجام یافت.

یافته‌ها: نتایج نشان داد که بیشینه میانگین غلظت کروم در نمونه‌های خاک سطحی و عمقی (میلی‌گرم در کیلوگرم) با 97/1±50/15 و 65/1±00/13 به‌ترتیب مربوط به ایستگاه 2 و بیشینه میانگین غلظت نیکل در خاک سطحی و عمقی (میلی‌گرم در کیلوگرم) با 90/1±25/19 و 02/2±50/18 به‌ترتیب مربوط به ایستگاه‌های 9 و 2 بوده است. نتایج مقایسه میانگین غلظت تجمع‌یافته کروم و نیکل در نمونه­های خاک سطحی و عمقی با رهنمود WHO نشان داد که میانگین غلظت هر دو عنصر در نمونه­ها کوچک‌تر از بیشینه رواداری WHO بوده است.

بحث و نتیجه‌گیری: عدم تجاوز میانگین غلظت عناصر کروم و نیکل در نمونه­ها  از بیشینه رواداری WHO را می‌توان با عواملی همچون اعمال مدیریت محیط‌زیستی در واحدهای مستقر در شهرک، جهت وزش باد غالب که عمدتاً به سمت اراضی بایر سمت غرب منطقه است، وسعت اندک اختصاص یافته به کاربری کشت آبی و به‌تبع آن عدم استفاده بیش از حد از نهاده‌های کشاورزی مرتبط دانست.

 

واژه­های کلیدی: آلودگی خاک، فلز سنگین، GIS، شهرک صنعتی شماره 3 اراک.

 

J. Env. Sci. Tech., Vol 22, No.5,July, 2020

 

 

 

 

 

 


Evaluation of Cr and Ni Concentrations in the Soil Samples Collected from Near the Arak III Industrial Estate

 

Seyed Amir Ahmadi[2]

Soheil Sobhanardakani2*

s_sobhan@iauh.ac.ir

 

 

Admission Date:October 2, 2017

 

Date Received: May  10, 2017

 

Abstract

Background and Objective: Spatial distribution of contaminants is essential for soil pollution monitoring and maintaining environmental quality. Therefore this study was carried out for evaluation of Cr and Ni concentrations in soil samples collected from around the Arak III Industrial Estate in 2013 and preparing the zoning map of metals.

Method: After selecting 10 sampling stations within a radius of 5 km from the industrial estate, a total of 20 soil samples were collected from topsoils and subsoils. Then some physical and chemical properties of soil were determined. For determination of heavy metals concentration in soil samples, using ICP-OES (Varian, 710-ES, Australia) when soil digestion was complete. All statistical analyses were done by SPSS software, version 18.0 (SPSS Inc., USA). Also, the spatial distribution maps of elements in soil samples were prepared using IDW method.

Findings: The results showed that maximum mean concentration of Cr in topsoils and subsoils samples were found in sampling station II with 15.50±1.97 and 13.00±1.65 mg/kg, respectively, and maximum mean concentration of Ni in topsoils and subsoils samples were found in sampling stations IX and II with 19.25±1.90 and 18.50±2.02 mg/kg, respectively.

Discussion and Conclusion: Comparative evaluation of Cr and Ni contents in different studied soil samples showed that the mean concentrations of Cr and Ni in all topsoils and subsoils due to implementation of environmental management of industrial units in Arak III Industrial Estate and minimal use of agricultural inputs such as chemical fertilizers and pesticides were significantly lower than WHO permissible limits for soil contamination

 

Keywords: Soil Contamination, Heavy Metals, GIS, Arak III Industrial Estate

 

مقدمه


افزایش فعالیت­های صنعتی توأم با تولید آلاینده­ها از جمله فلزات سنگین یکی از مشکلات جدی و در حال گسترش پیش روی انسان عصر حاضر، به‌ویژه از نظر بهداشت و سلامت عمومی است (1). خاک مخلوط پیچیده­ای از مواد معدنی و آلی و موجودات زنده است. ویژگی مهم خاک این است که زنده است و موجودات زنده را می­پروراند که مثال بارز آن گیاهان هستند. به بیان دیگر خاک پوسته­ای از زمین است که بدون آن زمین خواهد مرد، بنابراین حفاظت از کیفیت خاک­ها و جلوگیری از آلودگی و زوال آن­ها از اصول اولیه برای رسیدن به توسعه پایـدار است (2 و 3).

منشأ فلزات سنگین در خاک می‌تواند ناشی از هوازدگی مواد مادری و یا منابع متعدد آلاینده خارجی باشد. از این‌رو مطالعه فلزات سنگین و عناصر کمیاب می‌تواند ما را به درک رفتار زمین‌شیمیایی، توزیع مکانی و شیوه غنی شدگی این فلزات رهنمون سازد (4). یون فلزهای سنگین به‌عنوان آلاینده­های پایدار و مانـدگار در محـیط‌زیست می‌تواند به‌دلیل غـیر قابل تجـزیه بودن، تـمایل به تجمع در بافت‌های زنده، نیم‌عمر طولانی، پایداری در محیط، تاثیر بر خصوصـیات فیـزیـکی و شیـمـیایی خاک، کاهـش فعالیـت زیـسـتی خاک، کاهـش دسـتیابی زیسـتی به مواد مـغذی خـاک، ورود به زنـجیر غـذایی و نفـوذ در مـنابع آب زیـرزمینی، در غـلظت­های بیـش‌تر از حد استاندارد عوارض سوء متعـددی برای انـسان و سایر موجـودات زنده در پی داشته و در ضمن امنـیت محـیط‌زیـست را نیز به مخاطره اندازد. علی‌رغم تـفاوت­هایی که در رفـتار فلزات سنگـین از لحـاظ تـحرک و قابلـیت جذب آن­ها در خاک وجـود دارد، در اغلـب مـوارد نرخ خـروج آن­ها از طریـق آبـشویـی و یا جـذب بـه‌وسیـله­ی گـیاهـان نسـبـت به میـزان ورود آن­ها به خاک بسیار کم‌تر است، بنابراین، این موارد می‌توانند به انباشته شدن تدریجی عناصر در خاک منجر ­شوند (2، 5، 6).

کروم شش ظرفیتی سبب نکروز کبدی، سرطان دستگاه گوارش، التهاب کلیه‌ها و در نهایت مرگ انسان می­شود. همچنین ورود مقادیر بیش از حد مجاز نیکل به بدن نیز احتمال ابتلا به سرطان‌های ریه، بینی، حنجره و پروستات را افزایش می‌دهد (7 و 8).

با توجه به این‌که در شهرک­های صنعتی، صنایع مختلفی از جمله صنایع شیمیایی، نساجی، آبکاری، تولید پروفیل و آلومینیوم، ریخته­گری، فرآوری مواد غذایی، سلولزی و برق و الکترونیک مستقر هستند، هر کدام از آن‌ها به طرق مختلف می‌تواند باعث تخلیه فلزات سنگین به محیط و به‌تبع آن گیاه و محصولات کشاورزی شده و بدین صورت مخاطرات جدی برای بوم‌سازگان، شهروندان و به‌ویژه ساکنان محلی ایجاد نماید (1 و 3).

تاکنون چندین مطالعه در خصوص ارزیابی تجمع فلزات سنگین در خاک اطراف نواحی صنعتی انجام یافته است که از جمله می‌توان به مطالعهMohammadi Roozbahani  و همکاران (2015) که نسبت به بررسی آلودگی فلزات سنگین در مجموعه صنعتی شماره 2 اهواز اقدام کردند (1)، مطالعه Sobhanardakani و همکاران (2016) که نسبت به بررسی آلودگی فلزات سنگین در مجموعه صنعتی شماره 4 اهواز اقدام کردند (3)، مطالعه Deka و Sarma (2012) که نسبت به بررسی آلودگی فلزات سنگین در خاک ناحیه صنعتی Eastern Guwahati هندوستان اقدام کردند (9)، مطالعه Krishna و Govil (2007) که به ارزیابی آلودگی فلزات سنگین در خاک یک منطقه­ صنعتی در گوجارات هندوستان پرداختند (10) و مطالعه Jankiewicz و Adamczyk (2007) که نسبت به بررسی غلظت فلزات سنگین در خاک اطراف نیروگاه لودز لهستان اقدام کردند (11)، اشاره کرد.

با توجه به صنایع مستقر در شهرک صنعتی شماره 3 اراک و احتمال آلودگی خاک محیط پیرامون شهرک، این پژوهش با هدف ارزیابی محتوی عناصر کروم و نیکل در نمونه­های خاک اطراف شهرک صنعتی خیرآباد و تهیه نقشه پهنه‌بندی عناصر در سال 1392 انجام یافته است.

 

مواد و روش­ها

شهرک صنعتی خیرآباد با وسعت 389 هکتار در مجاور جاده اراک- تهران و فاصله 30 کیلومتری شرق شهر اراک واقع شده است. این شهرک به‌واسطه برخورداری از زیرساخت­ها و امکانات مناسب و با توجه به تعدد واحدهای فلزی مستقر در آن، به‌عنوان یکی از قطب­های صنایع فلزی استان مرکزی محسوب می شود (12).

به منظور نمونه­برداری از خاک، 10 ایستگاه نمونه‌برداری به‌طور تصادفی و بر پایه کاربری اراضی (تصویر 6) و همچنین جهت موافق و مخالف وزش باد غالب در شعاع پنج کیلومتری شهرک صنعتی خیر­آباد انتخاب شد. در فصل بهار 1392، از هر ایستگاه یک نمونه خاک سطحی (عمق 25-0 سانتی‌متری) و یک نمونه خاک عمقی (عمق 95-70 سانتی­متری) برداشت شد (3 و 13). همچنین مختصات جغرافیایی ایستگاه­های نمونه­برداری توسط دستگاه GPS بر اساس سیستم UTM ثبت شد. نقشه موقعیت جغرافیایی ایستگاه‌های    نمونه برداری در تصویر 1 ارایه شده است.

به منظور تعیین خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک و قرائت غلظت تجمع‌یافته عناصر در نمونه‌ها،پس ازهوا خشک کردن نمونه‌های و سپس کوبیدن آن‌ها، نمونه‌ها برای جداسازی سنگریزه و سایر زائدات از الک 2 میلی­متری عبور داده شدند. از طرفی بافت خاک شامل درصد شن، سیلت و رس بر پایه قانون استوکس به‌روش هیدرومتری تعیین شد و هدایت الکتریکی و pH نمونه­ها نیز در عصاره 1: 5 خاک به آب و به‌ترتیب به­وسیله EC متر مدل 4520 و pH متر مدل 3520 Jenway قرائت شدند. عصاره­گیری برای تعیین غلظت فلزات سنگین در خاک نیز با استفاده از اسید کلریدریک و اسید نیتریک 4 مولار انجام یافت (17-14) و غلظت عناصر کروم و نیکل توسط دستگاه نشر اتمی Varian مدل ES- 710 در سه تکرار خوانده شدند.

به منظور تهیه نقشه توزیع مکانی عناصر،موقعیت جغرافیایی ایستگاه‌های نمونه‌برداری بر روی نقشه ماهواره­ای منطقه مورد مطالعه پیاده شده و بعد از به‌دست آوردن نتایج آنالیز نمونه­ها، با استفاده از ویرایش 3/9 نرم افزارArcGIS  نسبت به تهیه بانک اطلاعاتی از نتایج اقدام و سپس از طریق روش درون‌یابی وزنی (IDW)، نقشه­های پهنه­­­بندی برای هر عنصر ترسیم شد (13).

برای پردازش آماری نتایج نیز از ویرایش 18 نرم‌افزار آماری SPSS استفاده شد. بدین صورت که به منظور اطمینان از نرمال بودن توزیع داده­ها از آزمون شاپیرو- ویلک، برای مقایسه میانگین غلظت عناصر مورد ارزیابی بـین ایستـگاه­های نمونه­برداری از آزمون آماری تحلیل واریانس یک‌طرفه (آزمون تعقیبی دانکن)، برای مقایسه میانگین غلظت عناصر مورد ارزیابی در نمونه‌ها با رهنمود سازمان جهانی بهداشت از آزمون تی تک‌نمونه­ای و برای بررسی شدت اثر ایستگاه، عمق و اثر متقابل آن‌ها بر تجمع عناصر در خاک از آزمون آماری تحلیل واریانس بین آزمودنی دو طرفه کاملاً تصادفی (آزمون لون)  استفاده شد.

 

تصویر 1- موقعیت جغرافیایی ایستگاه­های نمونه­برداری

Figure 1. Map of sampling stations

 

 

 

 

یافته‌ها

نتایج مربوط به تعیین خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک و همچنین قرائت غلظت فلزات سنگین در نمونه‌ها به‌ترتیب در جداول 1 و 2 ارایه شده است.

 

 

جدول 1- نتایج خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک

Table 1. Physicochemical properties of soil

بافت خاک

هدایت الکتریکی (میکروزیمنس)

pH

ایستگاه

لومی سیلتی

400

8/7

1

لومی رسی

390

4/7

2

لومی

380

6/7

3

لومی

270

4/7

4

لومی شنی

391

2/7

5

لومی شنی رسی

422

9/7

6

لومی شنی

357

4/7

7

لومی شنی

291

6/7

8

لومی رسی

453

5/7

9

لومی شنی

324

6/7

10

 

جدول 2- محتوی عناصر کروم و نیکل در نمونه­های خاک سطحی و عمقی بر حسب میلی­گرم در کیلوگرم

Table 2. Chromium and nickel concentrations in top and subsoil samples

ایستگاه

نمونه مورد ارزیابی

انحراف معیار±میانگین*

کروم

نیکل

1

خاک سطحی

خاک عمقی

91/1±25/13

73/1±75/12

15/2±00/17

29/2±25/18

2

خاک سطحی

خاک عمقی

97/1±50/15

65/1±00/13

03/2±00/18

02/2±50/18

3

خاک سطحی

خاک عمقی

88/0±25/9

52/1±25/11

95/1±25/14

88/1±00/17

4

خاک سطحی

خاک عمقی

53/0±00/8

55/0±00/9

48/1±00/11

69/1±00/12

5

خاک سطحی

خاک عمقی

11/0±25/4

09/0±00/3

09/0±00/4

08/0±50/3

6

خاک سطحی

خاک عمقی

42/0±50/5

45/0±75/6

50/0±75/7

59/0±50/8

7

خاک سطحی

خاک عمقی

52/0±75/6

53/0±50/6

35/1±75/10

22/1±00/11

8

خاک سطحی

خاک عمقی

30/1±00/11

11/1±50/11

80/1±25/17

75/1±25/16

9

خاک سطحی

خاک عمقی

22/1±50/12

42/0±75/9

90/1±25/19

77/1±50/16

10

خاک سطحی

خاک عمقی

12/1±75/11

99/0±75/10

77/1±50/18

54/1±50/16

                       *  داده ها مربوط به میانگین غلظت 3 تکرار است.

 

 

 

نتایج مندرج در جدول 1 بیان‌گر آن است که pH نمونه‌ها در محدوده خنثی تا کمی قلیایی و بافت خاک نیز در ایستگاه‌های مختلف از رسی تا شنی متغیر بوده است. همچنین نتایج مندرج در جدول 2 نشان داد که کمینه و بیشینه میانگین غلظت تجمع‌یافته‌ عنصر کروم در نمونه‌های خاک سطحی با 11/0±25/4 و 97/1±50/15 میلی­گرم در کیلوگرم به‌ترتیب مربوط به ایستگاه‌های 5 و 2 و در نمونه‌های خاک عمقی نیز با 09/0±00/3و 65/1±00/13 میلی­گرم در کیلوگرم نیز به‌ترتیب مربوط به همین ایستگاه‌ها بوده است. از طرفی کمینه و بیشینه میانگین غلظت تجمع‌یافته عنصر نیکل در نمونه‌های خاک سطحی با 09/0±00/4 و 90/1±25/19 میلی­گرم در کیلوگرم به‌ترتیب مربوط به ایستگاه‌های 5 و 9 و در نمونه‌های خاک عمقی نیز با 08/0±50/3 و 02/2±50/18 میلی­گرم در کیلوگرم به‌ترتیب مربوط به ایستگاه‌های 5 و 2 بوده است.

نتایج مقایسه میانگین غلظت تجمع‌یافته عناصر کروم و نیکل در نمونه‌های خاک سطحی و عمقی با رهنمود سازمان جهانی بهداشت (100 میلی‌گرم در کیلوگرم برای کروم و 68 میلی‌گرم در کیلوگرم برای نیکل) (18) نشان داد که بین میانگین غلظت تجمع‌یافته عناصر کروم و نیکل در نمونه­های خاک سطحی و عمقی با رهنمود WHO اختلاف معنی‌دار آماری وجود داشته است (05/0p < ) و میانگین غلظت تجمع‌یافته هر دو عنصر در نمونه­های خاک سطحی و عمقی از بیشینه رواداری کوچک‌تر بوده است.

نتایج آزمون آماری تحلیل واریانس یک‌طرفه (آزمون چند‌دامنه ای دانکن) به منظور مقایسه ایستـگاه­های نمونه­برداری از حیث میانگین غلظت تجمع‌یافته عنصر کروم نشان داد که به‌جز در مورد ایستگاه‌های 8، 9 و 10؛ بین سایر ایستگاه‌ها از نظر میانگین غلظت تجمع‌یافته این عنصر اختلاف معنی‌دار آماری وجود داشته است. همچنین نتایج نشان داد که به‌جز در مورد ایستگاه 1 با 9 و 1 با 10، بـین سایر ایستگاه‌ها از نظر میانگین غلظت تجمع‌یافته عنصر نیکل اختلاف معنی‌دار آماری وجود داشته است.

نتایج آزمون آماری تحلیل واریانس بین آزمودنی دو طرفه کاملاً تصادفی (آزمون لون) به منظور بررسی شدت اثر ایستگاه، عمق و اثر متقابل آن‌ها بر تجمع عنصر کروم در خاک نشان داد از آن‌جا که مقادیر 05/0p <  و 6/1185=  (40و9) f بود، لذا تاثیر ایستگاه بر نرخ تجمع کروم معنی‌دار بوده و با توجه به اتادو برابر با 996/0، شدت تاثیر نیز بالا بوده است. همچنین از آن‌جا که 05/0p >  و 600/0 = (40و1) f بود، تاثیر عمق بر نرخ تجمع کروم معنی‌دار نبوده است. از طرفی با توجه به 05/0p <  و 26/42 = (40و9) f، می‌توان نتیجه گرفت که تاثیر متقابل ایستگاه و عمق بر نرخ تجمع کروم معنی‌دار بوده و شدت اثر آن نیز به واسطه اتادو برابر با 905/0، بالا بوده است. از سوی دیگر نتایج این آزمون به منظور بررسی شدت اثر ایستگاه، عمق و اثر متقابل آن‌ها بر تجمع عنصر نیکل در خاک نشان داد از آن‌جا که 05/0p <  و 3/2387=  (40 و9) f بوده، لذا، تاثیر ایستگاه بر نرخ تجمع نیکل معنی‌دار بوده و با توجه به اتادو برابر 99/0، شدت تاثیر نیز بالا بوده است.  همچنین از آن‌جا که 05/0 p > و 15/0 = (40 و1) f بود، تاثیر عمق بر نرخ تجمع نیکل معنی دار نبوده است. از طرفی با توجه به 05/0p <  و 4/63 = (40 و9) f، می توان نتیجه گرفت که تاثیر متقابل ایستگاه و عمق بر نرخ تجمع نیکل معنی‌دار بوده و شدت اثر آن نیز به‌واسطه اتادو برابر با 935/0، بالا بوده است.

نتایج مربوط به پهنه‌بندی میانگین غلظت تجمع‌یافته عناصر کروم و نیکل به‌نفکیک نمونه خاک سطحی و عمقی در تصاویر 2 تا 5 ارایه شده است.

 

 

 

تصویر 2- نقشه توزیع مکانی فلز کروم در نمونه خاک سطحی منطقه مورد مطالعه

Figure 2. Spatial distribution map of Cr in topsoil of the study area

 

 

تصویر 3- نقشه توزیع مکانی فلز کروم در نمونه خاک عمقی منطقه مورد مطالعه

Figure 3. Spatial distribution map of Cr in subsoil of the study area

 

تصویر 4- نقشه توزیع مکانی فلز نیکل در نمونه خاک سطحی منطقه مورد مطالعه

Figure 4. Spatial distribution map of Ni in topsoil of the study area

 

تصویر 5- نقشه توزیع مکانی فلز نیکل در نمونه خاک عمقی منطقه مورد مطالعه

Figure 5. Spatial distribution map of Ni in subsoil of the study area

 

نتایج توزیع مکانی عنصر کروم در نمونه‌های خاک سطحی منطقه مورد مطالعه حاصل نشان داد که دامنه غلظت‌های بیشینه این عنصر (12-50/10 و 12 < میلی‌گرم در کیلوگرم) مربوط به جنوب، جنوب غرب و جنوب شرق شهرک صنعتی خیرآباد بوده است. همچنین توزیع مکانی این عنصر در نمونه‌های خاک عمقی منطقه مورد مطالعه نیز نشان داد که دامنه غلظت‌های بیشینه این عنصر (50/10-50/9 و 50/10 < میلی‌گرم در کیلوگرم) مربوط به جنوب، جنوب غرب، جنوب شرق، غرب و شرق شهرک صنعتی خیرآباد بوده است. این در حالی است که نتایج توزیع مکانی عنصر نیکل در نمونه‌های خاک سطحی منطقه مورد مطالعه نشان داد که دامنه غلظت‌های بیشینه این عنصر (18-00/16 و 18 < میلی‌گرم در کیلوگرم) مربوط به جنوب و جنوب شرق شهرک صنعتی خیرآباد و توزیع مکانی این عنصر در نمونه‌های خاک عمقی منطقه مورد مطالعه بر اساس دامنه غلظت‌های بیشینه این عنصر (00/17-00/15 و 00/17 < میلی‌گرم در کیلوگرم) مربوط به جنوب و جنوب شرق شهرک صنعتی خیرآباد بوده است.

 

بحث و نتیجه­گیری

 pHخاک قابلیت دسترسی به عناصر غذایی توسط گیاهان را تعیین می‌کند. همچنین قابلیت دسترسی فلزات سنگین رابطه معکوس با این پارامتر دارد. نتایج مطالعه خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک (جدول 1) نشان داد که pH نمونه‌ها در محدوده خنثی تا کمی قلیایی متغـیر و خاک منـطقه مـورد مطـالعه احتمالاً آهکـی و شور بوده است. با افزایش pH خاک و به‌تبع آن افزایش رسوب عناصر فلزی به‌صورت هیدروکسیدها، کربنات‌های نامحلول و کمپلکس‌های آلی، قابلیت دسترسی فلزات سنگین موجود در خاک برای گیاهان کاهش    می‌یابد (19 و 20). این نتایج با دستاورد پژوهش خداکرمی و همکاران (1390) که نسبت به پهنه‌بندی غلظت فلزات سنگین کروم، کبالت و نیکل در خاک‌های سه زیر حوزه آبخیز استان همدان اقدام کردند (2) و نتایج پژوهش Parth و همکاران (2011) که نسبت به بررسی آلودگی فلزات سنگین در خاک حیدر آباد هند اقدام کردند (21)، مطابقت دارد.

بافـت خـاک یکـی دیـگـر از پـیراسنـجه­های مهـم مورد بررسی در این پژوهـش بـود که بر پـایه قـانون اسـتوکس و به‌روش هیـدرومـتر تعیین شد. در خاک­های با بافت رسی، لومی و لومی رسی با بار منفی تجمع فلزات سنگین به‌دلیل تشکیل کمپلکس بیش‌تر از  خاک‌هایی با بافت شنی است که به‌واسطه آبشویی بیش‌تر در آن‌ها، فلزات از دسترس خارج می­شوند. نتایج نشان داد که بیشینه میانگین غلظت تجمع‌یافته عنصر کروم در نمونه‌های خاک سطحی و عمقی به‌ترتیب با 97/1±50/15 و 65/1±00/13 میلی­گرم در کیلوگرم مربوط به ایستگاه 2 و بیشینه میانگین غلظت تجمع‌یافته عنصر نیکل نیز در نمونه‌های خاک سطحی و عمقی با 90/1±25/19 و 02/2±50/18 میلی­گرم در کیلوگرم به‌ترتیب مربوط به ایستگاه‌های 9 و 2 بوده است (جدول 2). لذا، این یافته‌ها با بافت لومی رسی خاک ایستگاه‌های 2 و 9 قابل توجیه خواهند بود. ضمن این‌که با توجه به فاصله این ایستگاه‌ها و به‌ویژه ایستگاه 9 از شهرک صنعتی خیرآباد، جهت وزش باد غالب که غالباً در فصول زمستان و بهار غربی است (22) و همچنین مطابقت محل استقرار این ایستگاه‌ها با نقشه کاربری اراضی منطقه مورد مطالعه (تصویر 6) که بیانگر عدم تاثیر مصرف نهاده‌های کشاورزی در تجمع عناصر در خاک به‌واسطه واقع شدن ایستگاه 2 در اراضی کشت دیم و ایستگاه 9 در اراضی بایر است، می‌توان به نقش بافت خاک در تجمع فلزات سنگین اذعان کرد.

مقـادیر نسـبتاً بالای کروم و نیـکل خاک باعث سمیـت برای بـسیاری از گونـه­های گـیاهی می­شود و فقـط طیف بسیار محـدودی از گـیاهان می­توانـند در چنین محیطی رشد کنند (23). نتایج مقایسه آماری میانگین غلظت تجمع‌یافته عناصر کروم و نیـکل با بیشینه رواداری WHO نشان داد که بین میانگین غلظت تجمع‌یافته عناصر کروم و نیکل در نمونه­های خاک سطحی و عمقی با مقادیر MPL اختلاف معنی‌دار آماری وجود داشته است (05/0p < ). به‌طوری‌که میانگین غلظت تجمع‌یافته هر دو عنصر در نمونه­های خاک سطحی و عمقی کوچک‌تر از MPL بود (جدول 3). این نتایج با دستاورد پژوهش شهبازی و همکاران (1391) که نسبت به بررسی آلودگی فلزات سنگین خاک در نهاوند اقدام کرده و نتیجه گرفتند که میانگین غلظت فلزات سنگین موجود در خاک به‌ویژه کروم و نیکل کوچک‌تر از MPL بوده است (24)، مطابقت دارد. ولی با دستاورد مطالعه Mohammadi Roozbahani و همکاران (2015) و Sobhanardakani و همکاران (2016) که به‌ترتیب نسبت به بررسی آلودگی فلزات سنگین در مجموعه‌های صنعتی شماره 2 و 4 اهواز اقدام کرده و نتیجه گرفتند که میانگین غلظت عناصر مورد مطالعه از جمله نیکل به‌واسطه فعالیت‌های نفتی بیش‌تر از استاندارد کیفی خاک ایران بوده است (1 و 3) و با دستاورد پژوهش Moura و همکاران (2010) که نسبت به ازریابی فلزات سنگین در خاک منطقه­ای از برزیل اقدام کرده و نتیجه گرفتند که میانگین غلظت عنصر کروم به‌واسطه استفاده بیش از اندازه نهاده‌های کشاورزی بزرگ‌تر از حد مجاز بوده است (25)، مطابقت ندارد.

نتایج مقایسه میانگین غلظت تجمع‌یافته‌ عناصر کروم و نیکل بـین ایستـگاه­های نمونه­برداری، بیان‌گر آن بود که بین بیش‌تر ایستگاه‌ها از نظر میانگین غلظت تجمع‌یافته این دو عنصر اختلاف معنی‌دار وجود داشته است.

نتایج بررسی شدت اثر ایستگاه، عمق و اثر متقابل آن‌ها بر تجمع عناصر کروم و نیکل در خاک نشان داد که تاثیر ایستگاه بر نرخ تجمع عناصر کروم و نیکل با شدت تاثیر بالا، معنی‌دار بوده است. در صورتی‌که تاثیر عمق بر نرخ تجمع این ناصر معنی‌دار نبوده است. همچنین تاثیر متقابل ایستگاه و عمق با شدت تاثیر بالا بر نرخ تجمع عناصر معنی‌دار بوده است.

نتایج مربوط به پهنه‌بندی میانگین غلظت تجمع‌یافته عنصر کروم به ‌نفکیک نمونه‌های خاک سطحی و عمقی (تصاویر 2 تا 5) نشان داد که میانگین غلظت عنصر کروم در خاک سطحی از شمال به جنوب منطقه مورد مطالعه افزایش یافته و دامنه غلظت‌های بیشینه این عنصر مربوط به جنوب، جنوب غرب و جنوب شرق شهرک صنعتی خیرآباد بوده که با استناد به نقشه کاربری اراضی (تصویر 6) غالباً دربرگیرنده مراتع فقیر، اراضی بایر و تاحدودی اراضی کشت دیم بوده است. همچنین توزیع مکانی این عنصر در نمونه های خاک عمقی منطقه مورد مطالعه نیز از این روند پیروی کرده و دامنه غلظت‌های بیشینه این عنصر مربوط به جنوب، جنوب غرب، جنوب شرق، غرب و شرق شهرک صنعتی خیرآباد بوده است. نتایج توزیع مکانی عنصر نیکل در نمونه‌های خاک سطحی منطقه مورد مطالعه نیز نشان داد که میانگین غلظت این عنصر از شمال به جنوب منطقه مورد مطالعه افزایش یافته و دامنه غلظت‌های بیشینه آن در خاک سطحی مربوط به جنوب و جنوب شرق شهرک صنعتی خیرآباد بوده است. همچنین توزیع مکانی نیکل در نمونه‌های خاک عمقی منطقه مورد مطالعه نیز نشان داد که دامنه غلظت‌های بیشینه این عنصر مربوط به جنوب و جنوب شرق شهرک صنعتی خیرآباد یعنی مراتع فقیر، اراضی بایر و تاحدودی اراضی کشت دیم بوده است.

به‌طور کلی عدم تجاوز میانگین غلظت تجمع‌یافته عناصر کروم و نیکل در نمونه‌های خاک اطراف شهرک صنعتی شماره 3 اراک از مقادیر MPL را می‌توان با عواملی همچون اعمال مدیریت صحیح محیط‌زیستی در راستای کنترل آلاینده‌های منتشر شده توسط واحدهای مستقر در شهرک صنعتی، جهت وزش باد غالب که عمدتاً به‌سمت اراضی بایر واقع در غرب منطقه مورد مطالعه است، وسعت اندک اختصاص یافته به کاربری کشت آبی و به‌تبع آن عدم استفاده بیش از حد از نهاده‌های کشاورزی مرتبط دانست.

 


 

 

 

 

 


 

تصویر 6- نقشه کاربری اراضی منطقه مورد مطالعه

Figure 6. Land use map of the study area

 

 

Reference

  1. Mohammadi Roozbahani, M., Sobhanardakani, S., Karimi, H., Sorooshnia, R. (2015). Natural and anthropogenic source of heavy metals pollution in the soil samples of an industrial complex; a case study. Iranian Journal of Toxicology, 9(29), 1336-1341.
  2. Khodakarami, L., Soffianian, A., Mirghafari, N., Afyuni, M., Golshahi, A. (2012). Concentration zoning of chromium, cobalt and nickel in the soils of three sub-basin of the Hamadan Province using GIS technology and the geostatistics. Journal of Water and Soil Science, 15(58), 243-254. (In Persian)
  3. Sobhanardakani, S., Mohammadi Roozbahani, M., Sorooshnia, R., Karimi, H. (2016). Assessment of heavy metal contamination in surface soils of Ahvaz IV industrial estate, Khuzestan province, Iran. Iranian Journal of Health Sciences, 4(1), 53-61.
  4. Dudka, S., Ponce-Hernandez, R., Hutchinson, T.C. (1995). Current levels of total element concentrations in the surface layer of Sudbury’s soils. Science of the Total Environment, 162, 161-172.
  5. Nazari, S., Sobhanardakani, S. (2015). Assessment of pollution index of heavy metals in groundwater resources of Qaleh Shahin plain (2013-2014). Journal of Kermanshah University of Medical Sciences, 19(2), 102-108. (In Persian)
  6. Rezaei Raja, O., Sobhanardakani, S., Cheraghi, M. (2016). Health risk assessment of citrus contaminated with heavy metals in Hamedan city, potential risk of Al and Cu. Environmental Health Engineering and Management Journal, 3(3), 131-135.
  7. Sobhanardakani, S., Jamali, M., Maanijou, M. (2014). Evaluation of As, Zn, Cr and Mn concentrations in groundwater resources of Razan Plain and preparation of zoning map using GIS. Journal of Environmental Science and Technology, 16(261), 25-38. (In Persian)
  8. Sobhanardakani, S., Jamshidi, K. (2015). Assessment of metals (Co, Ni, and Zn) content in the sediments of Mighan Wetland using geo-accumulation index Iranian Journal of Toxicology, 9(30), 1386-1390.
  9. Deka, J., Sarma, H.P. (2012). Heavy metal contamination in soil in an industrial zone and its relation with some soil properties. Environmental Science, 4(2), 831-836.
  10. Krishna, A.K.,  Govil, P.K. (2007). Soil contamination due to heavy metals from an industrial area of Surat, Gujarat, Western India. Environmental Monitoring and Assessment, 124(1-3), 263-275.
  11. Jankiewicz, B., Adamczyk, D. (2007). Assessing heavy metal content in soils surrounding the lodz EC4 power plant, Poland. Polish Journal of Environmental Studies, 16(6), 933-938.
  12. Ghiyasi, S., Karbassi, A., Moattar, F., Modabberi, S., Sadough, M.B. 2010. Origin and concentrations of heavy metals in agricultural land around aluminium industrial complex. Journal of Food, Agriculture and Environment, 8(3-4), 1237-1240. 
  13. Dantu, S. (2010).Geochemical patterns in soils in and around Siddipet, Medak District, Andhra Pradesh, India. Environmental Monitoring and Assessment, 170, 681-701.
  14. Cao, H.F., Chang, A.C., Page, A.L. (1984). Heavy metal contents of sludge-treated soils as determined by three extraction procedures. Journal of Environmental Quality, 13, 632-634.
  15. Klute, A., Page, A.L. (1986). Methods of Soil Analysis, Physical and Mineralogical Methods. Second Edition, American Society of Agronomy, 1188p.
  16. Al-Masri, M.S., Al-Akel, B., Nashawani, A., Amin, Y., Khalifa, K.H., Al-Ain, F. (2008). Transfer of 40K, 238U, 210Pb, and 210Po from soil to plant in various locations in south of Syria. Journal of Environmental Radioactivity, 99, 322-331.
  17. Di Bonito, M., Breward, N., Crout, N.M.J., Smith, B., Young, S.D. (2008). Overview of Selected Soil Pore Water Extraction Methods for the Determination of Potentially Toxic Elements in Contaminated Soils: Operational and Technical Aspects. Environmental Geochemistry, 213-249.
  18. Kelepertsis, A., Alexakis, D., Kita, I. (2001). Environmental geochemistry of soils and waters of Susaki Area, Korinthos, Greece. Environmental Geochemistry and Health, 23(2), 117-135.
  19. Vaseghi, S., Afyuni, M., Shariatmadari, H., Mobli, M. (2003). Effects of sewage sludge and soil pH on micronutrient and heavy metal availability. Journal of Water and Soil Science, 7(3), 95-106. (In Persian)
  20. Amini, F.L., Mirghaffari, N., Eshghi Malayeri, B. (2011). Nickel concentration in soil and some natural plant species around Ahangaran Lead and Zinc Mine in Hamedan. Journal of Environmental Science and Technology, 13(1), 11-20. (In Persian)
  21. Parth, V., Murthy, N.N., Raj Saxena, P. (2011). Assessment of heavy metal contamination in soil around hazardous waste disposal sites in Hyderabad city (India): natural and anthropogenic implications. Journal of Environmental Research and Management, 2(2), 27-34.
  22. Malek Hosseini, A., Maleki, A. (2011).The effects of climate on traditional and modern architecture of City of Arak. Journal of Environmental Based Territorial Planning. 11, 133-155. (In Persian)
  23. Chardot, V., Echevarria, G., Gury, M., Massoura, S., Morel, J.L. (2007). Nickel bioavailability in an ultramafic topsequence in the Vosges Mountains (France). Plant and Soil, 293, 7-21.
  24. Shahbazi, A., Soffianian, A.R., Mirghaffari, N., Einghalaei, M.R. (2012). Evaluation of heavy metals contamination of soil using contamination factor and comprehensive pollution index (A case study in Nahavand City). Environment and Development Journal, 5, 31-38. (In Persian)
  25. Moura, M.C.Sd., Moita, G.C., Moita Neto, J.M. (2010). Analysis and assessment of heavy metals in urban surface soils of Teresina, Piauí State, Brazil: a study based on multivariate analysis. Comunicata Scientiae, 1(2), 120-127.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



1- دانش‌آموخته کارشناسی ارشد محیط‌زیست، گروه علوم و مهندسی محیط‌زیست، دانشکده علوم پایه، واحد همدان، دانشگاه آزاد اسلامی، همدان، ایران.

2- دانشیار گروه علوم و مهندسی محیط‌زیست، دانشکده علوم پایه، واحد همدان، دانشگاه آزاد اسلامی، همدان، ایران. *(مسوول مکاتبات)

[2]- M.Sc., Department of the Environment, College of Basic Sciences, Hamedan Branch, Islamic Azad University, Hamedan, Iran

2- Associate Professor, Department of the Environment, College of Basic Sciences, Hamedan Branch, Islamic Azad University, Hamedan, Iran *(Corresponding Author)

Mohammadi Roozbahani, M., Sobhanardakani, S., Karimi, H., Sorooshnia, R. (2015). Natural and anthropogenic source of heavy metals pollution in the soil samples of an industrial complex; a case study. Iranian Journal of Toxicology, 9(29), 1336-1341.
Khodakarami, L., Soffianian, A., Mirghafari, N., Afyuni, M., Golshahi, A. (2012). Concentration zoning of chromium, cobalt and nickel in the soils of three sub-basin of the Hamadan Province using GIS technology and the geostatistics. Journal of Water and Soil Science, 15(58), 243-254. (In Persian)
Sobhanardakani, S., Mohammadi Roozbahani, M., Sorooshnia, R., Karimi, H. (2016). Assessment of heavy metal contamination in surface soils of Ahvaz IV industrial estate, Khuzestan province, Iran. Iranian Journal of Health Sciences, 4(1), 53-61.
Dudka, S., Ponce-Hernandez, R., Hutchinson, T.C. (1995). Current levels of total element concentrations in the surface layer of Sudbury’s soils. Science of the Total Environment, 162, 161-172.
Nazari, S., Sobhanardakani, S. (2015). Assessment of pollution index of heavy metals in groundwater resources of Qaleh Shahin plain (2013-2014). Journal of Kermanshah University of Medical Sciences, 19(2), 102-108. (In Persian)
Rezaei Raja, O., Sobhanardakani, S., Cheraghi, M. (2016). Health risk assessment of citrus contaminated with heavy metals in Hamedan city, potential risk of Al and Cu. Environmental Health Engineering and Management Journal, 3(3), 131-135.
Sobhanardakani, S., Jamali, M., Maanijou, M. (2014). Evaluation of As, Zn, Cr and Mn concentrations in groundwater resources of Razan Plain and preparation of zoning map using GIS. Journal of Environmental Science and Technology, 16(261), 25-38. (In Persian)
Sobhanardakani, S., Jamshidi, K. (2015). Assessment of metals (Co, Ni, and Zn) content in the sediments of Mighan Wetland using geo-accumulation index Iranian Journal of Toxicology, 9(30), 1386-1390.
Deka, J., Sarma, H.P. (2012). Heavy metal contamination in soil in an industrial zone and its relation with some soil properties. Environmental Science, 4(2), 831-836.
Krishna, A.K.,  Govil, P.K. (2007). Soil contamination due to heavy metals from an industrial area of Surat, Gujarat, Western India. Environmental Monitoring and Assessment, 124(1-3), 263-275.
Jankiewicz, B., Adamczyk, D. (2007). Assessing heavy metal content in soils surrounding the lodz EC4 power plant, Poland. Polish Journal of Environmental Studies, 16(6), 933-938.
Ghiyasi, S., Karbassi, A., Moattar, F., Modabberi, S., Sadough, M.B. 2010. Origin and concentrations of heavy metals in agricultural land around aluminium industrial complex. Journal of Food, Agriculture and Environment, 8(3-4), 1237-1240. 
Dantu, S. (2010).Geochemical patterns in soils in and around Siddipet, Medak District, Andhra Pradesh, India. Environmental Monitoring and Assessment, 170, 681-701.
Cao, H.F., Chang, A.C., Page, A.L. (1984). Heavy metal contents of sludge-treated soils as determined by three extraction procedures. Journal of Environmental Quality, 13, 632-634.
Klute, A., Page, A.L. (1986). Methods of Soil Analysis, Physical and Mineralogical Methods. Second Edition, American Society of Agronomy, 1188p.
Al-Masri, M.S., Al-Akel, B., Nashawani, A., Amin, Y., Khalifa, K.H., Al-Ain, F. (2008). Transfer of 40K, 238U, 210Pb, and 210Po from soil to plant in various locations in south of Syria. Journal of Environmental Radioactivity, 99, 322-331.
Di Bonito, M., Breward, N., Crout, N.M.J., Smith, B., Young, S.D. (2008). Overview of Selected Soil Pore Water Extraction Methods for the Determination of Potentially Toxic Elements in Contaminated Soils: Operational and Technical Aspects. Environmental Geochemistry, 213-249.
Kelepertsis, A., Alexakis, D., Kita, I. (2001). Environmental geochemistry of soils and waters of Susaki Area, Korinthos, Greece. Environmental Geochemistry and Health, 23(2), 117-135.
Vaseghi, S., Afyuni, M., Shariatmadari, H., Mobli, M. (2003). Effects of sewage sludge and soil pH on micronutrient and heavy metal availability. Journal of Water and Soil Science, 7(3), 95-106. (In Persian)
Amini, F.L., Mirghaffari, N., Eshghi Malayeri, B. (2011). Nickel concentration in soil and some natural plant species around Ahangaran Lead and Zinc Mine in Hamedan. Journal of Environmental Science and Technology, 13(1), 11-20. (In Persian)
Parth, V., Murthy, N.N., Raj Saxena, P. (2011). Assessment of heavy metal contamination in soil around hazardous waste disposal sites in Hyderabad city (India): natural and anthropogenic implications. Journal of Environmental Research and Management, 2(2), 27-34.
Malek Hosseini, A., Maleki, A. (2011).The effects of climate on traditional and modern architecture of City of Arak. Journal of Environmental Based Territorial Planning. 11, 133-155. (In Persian)
Chardot, V., Echevarria, G., Gury, M., Massoura, S., Morel, J.L. (2007). Nickel bioavailability in an ultramafic topsequence in the Vosges Mountains (France). Plant and Soil, 293, 7-21.
Shahbazi, A., Soffianian, A.R., Mirghaffari, N., Einghalaei, M.R. (2012). Evaluation of heavy metals contamination of soil using contamination factor and comprehensive pollution index (A case study in Nahavand City). Environment and Development Journal, 5, 31-38. (In Persian)
Moura, M.C.Sd., Moita, G.C., Moita Neto, J.M. (2010). Analysis and assessment of heavy metals in urban surface soils of Teresina, Piauí State, Brazil: a study based on multivariate analysis. Comunicata Scientiae, 1(2), 120-127.