بررسی آلودگی فلزات سنگین در محصولات گندم (آبی و دیم) در برخی مزارع کشاورزی شهرستان همدان

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه محیط زیست، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد همدان، همدان، ایران

2 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، گروه محیط‌زیست ،دانشگاه آزاداسلامی، واحد همدان، همدان، ایران *(مسوول مکاتبات)

چکیده

زمینه و هدف: آلودگی خاک و محصولات کشاورزی به عناصر سنگین، به علت پیشرفت سریع صنایع و استفاده نادرست کودهای شیمیایی و دامی در زمین­های کشاورزی باعث نگرانی­های زیادی شده است. هدف از این پژوهش تعیین تجمع فلزات سنگین کادمیوم، سرب و روی در خاک و گیاهان گندم آبی و گندم دیم در برخی از مزارع شهرستان همدان بوده است.
روش بررسی: از خاک­های تحت کشت گندم (آبی و دیم) نمونه برداری انجام یافت. نمونه‌های خاک به صورت مرکب از عمق 20-0 سانتی متر تهیه گردید. موقعیت مکانی ایستگاه­های نمونه برداری توسط GPS به ثبت رسید. همچنین نمونه‌های مرکب گیاهی از بخش­های خوراکی گیاهان یاد شده جمع آوری شد. غلظت قابل جذب عناصر سنگین با استفاده از روش DTPA عصاره گیری شد. آزمایش در غالب طرح مستقل کاملاً تصادفی با سه تکرار انجام گرفت. غلظت فلزات سنگین مورد مطالعه (سرب، روی و کادمیوم) با استفاده از دستگاه ICP  varion710 در آزمایشگاه تحقیقاتی دانشگاه آزاد اسلامی واحد همدان قرائت گردید.
یافته­ها: نتایج نشان داد که میانگین غلظت کادمیوم به ترتیب در خاک گندم آبی و دیم 61/4 ،60/1 میلی گرم بر کیلوگرم و در گیاه گندم آبی و دیم  29/2 ، 86/1 میلی­گرم بر کیلوگرم و دارای تفاوت معنی­داری در سطح 05/0 با استانداردهای مجاز می­باشد همچنین میانگین غلظت سرب در خاک­ گندم آبی و دیم به ترتیب 60/4، 66/4 میلی­گرم بر کیلوگرم می­باشد که دارای تفاوت­ معنی­داری با استانداردهای مجاز نیست و در گیاه گندم آبی و دیم  26/12، 84/12 میلی­گرم بر کیلوگرم بود که دارای تفاوت معنی­داری در سطح 05/0 است. میزان روی به ترتیب در خاک گندم آبی و دیم 12/32، 26/21 میلی­گرم بر کیلوگرم و در گیاه گندم آبی و دیم 99/13، 58/11 میلی­گرم بر کیلوگرم بود و فاقد تفاوت معنی­داری با استانداردهای مجاز است.
بحث و نتیجه گیری: نتیجه این بررسی نشان داد با توجه به مقدار شاخص خطر پذیری برای دو عنصر کادمیوم و سرب   بیش­تر از 1 می­باشد، این دو عنصر با پتانسیل بیش­تری می­توانند به عنوان عامل خطر برای سلامتی انسان در ناحیه مورد مطالعه محسوب شوند.
 

کلیدواژه‌ها


 

 

 

 

 

علوم و تکنولوژی محیط زیست ، دوره شانزدهم، شماره ویژه 93

 

بررسی آلودگی فلزات سنگین در محصولات گندم (آبی و دیم) در برخی مزارع کشاورزی شهرستان همدان

 

بهاره لرستانی[1]

زینب السادات هزاوه ئی*[2]

z.hazavehi@gmail.com

تاریخ دریافت:28/2/93

تاریخ پذیرش:11/9/93

 

چکیده

زمینه و هدف: آلودگی خاک و محصولات کشاورزی به عناصر سنگین، به علت پیشرفت سریع صنایع و استفاده نادرست کودهای شیمیایی و دامی در زمین­های کشاورزی باعث نگرانی­های زیادی شده است. هدف از این پژوهش تعیین تجمع فلزات سنگین کادمیوم، سرب و روی در خاک و گیاهان گندم آبی و گندم دیم در برخی از مزارع شهرستان همدان بوده است.

روش بررسی: از خاک­های تحت کشت گندم (آبی و دیم) نمونه برداری انجام یافت. نمونه‌های خاک به صورت مرکب از عمق 20-0 سانتی متر تهیه گردید. موقعیت مکانی ایستگاه­های نمونه برداری توسط GPS به ثبت رسید. همچنین نمونه‌های مرکب گیاهی از بخش­های خوراکی گیاهان یاد شده جمع آوری شد. غلظت قابل جذب عناصر سنگین با استفاده از روش DTPA عصاره گیری شد. آزمایش در غالب طرح مستقل کاملاً تصادفی با سه تکرار انجام گرفت. غلظت فلزات سنگین مورد مطالعه (سرب، روی و کادمیوم) با استفاده از دستگاه ICP  varion710 در آزمایشگاه تحقیقاتی دانشگاه آزاد اسلامی واحد همدان قرائت گردید.

یافته­ها: نتایج نشان داد که میانگین غلظت کادمیوم به ترتیب در خاک گندم آبی و دیم 61/4 ،60/1 میلی گرم بر کیلوگرم و در گیاه گندم آبی و دیم  29/2 ، 86/1 میلی­گرم بر کیلوگرم و دارای تفاوت معنی­داری در سطح 05/0 با استانداردهای مجاز می­باشد همچنین میانگین غلظت سرب در خاک­ گندم آبی و دیم به ترتیب 60/4، 66/4 میلی­گرم بر کیلوگرم می­باشد که دارای تفاوت­ معنی­داری با استانداردهای مجاز نیست و در گیاه گندم آبی و دیم  26/12، 84/12 میلی­گرم بر کیلوگرم بود که دارای تفاوت معنی­داری در سطح 05/0 است. میزان روی به ترتیب در خاک گندم آبی و دیم 12/32، 26/21 میلی­گرم بر کیلوگرم و در گیاه گندم آبی و دیم 99/13، 58/11 میلی­گرم بر کیلوگرم بود و فاقد تفاوت معنی­داری با استانداردهای مجاز است.

بحث و نتیجه گیری: نتیجه این بررسی نشان داد با توجه به مقدار شاخص خطر پذیری برای دو عنصر کادمیوم و سرب   بیش­تر از 1 می­باشد، این دو عنصر با پتانسیل بیش­تری می­توانند به عنوان عامل خطر برای سلامتی انسان در ناحیه مورد مطالعه محسوب شوند.

واژه­های کلیدی: فلزات سنگین، گندم آبی، گندم دیم، شهرستان همدان.

 

مقدمه

 

منابع طبیعی و زمین­های کشاورزی در هر کشوری از جمله عوامل زیربنایی اقتصاد آن کشور می­باشند، اما با پیشرفت صنایع و کارخانجات در دنیا سالانه مقادیر زیادی از آلاینده­ها وارد محیط زیست شده و باعث بروز مشکلاتی شده است لذا هرگونه تغییر در ویژگی­های اجزای تشکیل دهنده محیط به صورتی که عملکرد طبیعی و تعادل زیستی آن را مختل کند و به شکل مستقیم و یا غیر مستقیم حیات موجودات زنده را به خطر اندازد، آلودگی محیط زیست نامیده می­شود (1).

 دفع فلزات سنگین طی فعالیت­های انسانی، آلودگی بسیاری از خاک­ها را در سطح جهان به همراه داشته است، به طوری که شدت آلودگی در این خاک­ها یا بیش از حد طبیعی بوده و یا به زودی به آن حد خواهد رسید (2). استفاده مداوم از کودها و اصلاح کننده­های آلی که حاوی مقادیر بالایی از  ناخالصی­ها از جمله عناصر سنگین، می‌باشند باعث افزایش غلظت این عناصر در خاک می­شود. کودهای شیمیایی نه تنها باعث افزایش غلظت عناصر سنگین در خاک می‌شوند، بلکه تحرک این عناصر در خاک را افزایش می­دهند (3).

آلوده شدن زمین­های کشاورزی به عناصر سنگین، به عنوان یک خطر جدی برای تولید محصولات سالم در ایران و جهان مطرح می­شود (4و5). گیاهان به خاطر جذب عناصر سنگین از خاک، می‌توانند به عنوان یک پل ارتباطی مهم برای انتقال عناصر سنگین از خاک به زنجیره غذایی بشر محسوب شوند. عناصر سنگین به خاطر پتانسیل تجمعی بالایی که دارند،    می­توانند در قسمت­های مختلف بدن تجمع پیدا کنند، حتی در غلظت‌های پایین این عناصر سلامتی انسان را تهدید می­کنند (6) چون این عناصر به تجزیه زیستی مقاوم بوده و ماندگاری بالایی در طبیعت دارند (7) به همین منظور نیاز است تا آلودگی عناصر سنگین درخاک­های کشاورزی و گیاهان کشت شده در این مزارع را مورد بررسی قرار دهیم. از حیث اهمیت سلامتی انسان و آگاهی پیدا کردن او از آلودگی عناصر سنگین در مزارع کشاورزی و محصولات کشت شده، این مطالعه با هدف تعیین تا به بررسی غلظت عناصر سنگین در خاک و گیاه گندم آبی و دیم کشت شده در برخی از مزارع شهرستان همدان انجام یافته است.

 

روش بررسی

از خاک­های تحت کشت گندم(آبی و دیم) نمونه برداری انجام یافت. نمونه‌های خاک به صورت مرکب از عمق 20-0 سانتی متر تهیه گردید، به این صورت که هر نمونه از 4 نقطه و3 تکرار در هر کاربری برداشت شده است. همچنین نمونه‌های مرکب گیاهی از بخش­های خوراکی گیاهان یاد شده جمع آوری شد. نمونه برداری گیاهان زراعی با توجه به مساحت کشت، به صورت تصادفی از مزارع مختلف شهرستان همدان انجام گرفت. تعداد و مکان نمونه برداری در جدول1 ارایه شده است. موقعیت مکانی ایستگاه­های نمونه برداری توسط [3]GPS به ثبت رسید (شکل1).


جدول 1- تعداد و مکان نمونه برداری

نوع کشت

تعدادنمونه خاک

تعدادنمونه گیاه

مکان نمونه برداری

گندم آبی

8

8

مزارع شهرستان همدان

گندم دیم

8

8

مزارع شهرستان همدان

جمع کل

16

16

 

 

 

 

   عرض جغرافیایی نقاطx(m)

 

 


شکل 1- مشخصات جغرافیایی نقاط نمونه برداری

 


سپس نمونه‌های خاک پس از جمع آوری، هوا خشک شده و پس از کوبیدن از الک 2 میلی متری عبور داده شدند. pH   خاک­ها و قابلیت هدایت الکتریکی (EC) در عصاره 5:1 خاک به آب به روش Thomas[4]، (1996) به وسیله دستگاه­هایpH متر و هدایت سنج انجام یافت و همچنین کربنات کلسیم معادل خاک به روش تیتراسیون برگشتی با هیدروکسید سدیم تعیین گردید (8). تعیین بافت خاک بر پایه قانون استوکس و به روش هیدرومتر صورت گرفت (9). سپس برای تعیین غلظت کل مقدار 2 گرم از نمونه خاک خشک شده را در شیشه درب دار ریخته، به آن 15 میلی لیتر اسید نیتریک 4 نرمال اضافه می کنیم. بعد شیشه ها را به مدت 12 ساعت در دمای 80 درجه سانتی گراد حمام آبی قرار داده و پس از گذشت زمان یاد شده نمونه ها با کاغذ صافی واتمن 42 صاف شدند و با استفاده از دستگاه ICP  varion710 قرائت شد.

 غلظت قابل جذب عناصر سنگین هم با استفاده از روشDTPA[5]عصاره گیری شد (10) . سپس غلظت فلزات سنگین مورد مطالعه (سرب، روی و کادمیوم) با استفاده از دستگاه ICP  varion710 قرائت شد. در مرحله بعد نمونه‌های گیاهی پس از جمع آوری با آب مقطر به دقت شستشو داده شدند. پس از خشک شدن، نمونه ها را داخل پاکت قرار داده و جهت ثابت شدن وزن خشک در داخل آون در دمای 72 درجه به مدت 48 ساعت قرار گرفتند و سپس آسیاب شدند. از نمونه آسیاب شده به میزان 2/0 گرم به دقت وزن شده و به آن 4 میلی لیتر اسید نیتریک غلیظ اضافه گردید و سپس در داخل بن ماری قرار داده شدند. بعد از سرد شدن نمونه ها تا دمای آزمایشگاه، 2/0 میلی لیتر آب اکسیژنه 37%  به نمونه ها اضافه شد و برای کامل شدن واکنش نمونه ها را به مدت 30 دقیقه رها کردیم. بعد از صاف شدن عصاره حجم نهایی آن را به 25 میلی لیتر رساندیم (11). سپس غلظت فلزات سنگین مورد مطالعه (سرب، روی، کادمیوم) با استفاده از دستگاه ICP  varion710 قرائت شد.

 

فاکتور انتقال

در این تحقیق از فاکتور انتقال برای محاسبه روابط عناصر سنگین در سیستم خاک و گیاه استفاده شد. غلظت عناصر سنگین در عصاره‌های خاک و گیاه بر حسب وزن خشک محاسبه شده است. فاکتور انتقال برای یک عنصر با استفاده از معادله زیر محاسبه می شود (12).

(1)

 

 

Cplant: غلظت عنصر در گیاه بر حسب میلی گرم بر کیلوگرم وزن خشک گیاه

CSoil: غلظت کل عنصر در خاک بر حسب میلی گرم بر کیلوگرم وزن خشک خاک

 

مصرف (جذب) روزانه عنصر(mgkg -1day-1)

این فاکتور بر اساس مصرف روزانه گیاهان خوراکی و همچنین بر حسب میانگین وزن بدن انسان و حیوان محاسبه می شود. با استفاده از معادله زیر می توان این فاکتور را محاسبه کرد:

(2)

Cmetal: میزان عنصر در گیاه بر حسب میلی گرم بر کیلوگرم وزن خشک

Cfactor: بیان کننده فاکتور تبدیل (وزن خشک به وزن تر گیاه)

Dplant: مصرف روزانه گیاه (میانگین مصرف روزانه برای گندم 333/0 و 222/0 کیلوگرم به ترتیب برای بزرگسالان و نوجوانان)

BW : میانگین وزن بدن، که برای بزرگسالان 60 و نوجوانان 7/32 کیلوگرم استفاده شد(13 و 14).

شاخص خطر پذیری سلامتی

این شاخص بر اساس جذب روزانه عنصر  بر اثر مصرف گیاهان و سبزیجات می­باشد و همچنین بر اساس استاندارد مصرف روزانه عناصر محاسبه می شود:

(3)

 

         

[6]DIM: جذب روزانه عنصر بر حسب میلی گرم بر کیلوگرم وزن بدن در روز

RFD[7]: استاندارد مصرف روزانه عنصر که برای عناصر کادمیوم، سرب و روی به ترتیب 0005/0، 014/0 و 3/0 میلی گرم در کیلوگرم در روز می­باشد (15).

اگر این شاخص کم­تر از 1 باشد عنصر مورد نظر خطر کم­تری برای سلامتی انسان و حیوان دارد.

 

محاسبات آماری

تجزیه و تحلیل آماری داده ها در  قالب  طرح مستقل کاملا تصادفی (واریانس یک­طرفه بین آزمودنی) در 3 تکرار با استفاده از نرم افزار SPSS 19صورت گرفت و سپس نمودار های مربوط با استفاده از نرم افزار EXCEL طراحی شدند.

 

یافته­ها:

 نوع بافت خاک و برخی از خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آن از جمله هدایت الکتریکی و اسیدیته در جدول 2 آورده شده است.

 

 

جدول 2- بافت خاک و برخی از خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک

نوع نمونه

نوع بافت خاک

 (dS m-1) EC

pH

خاک مزرعه گندم آبی

لومی

29/0

51/7

خاک مزرعه گندم دیم

لومی و سیلت- لومه

23/0

61/7

 

 

 

1- میانگین غلظت کل عناصر سنگین

 

به طور کلی میزان کادمیوم در گندم آبی دارای اختلاف معنی­داری با استانداردهای مجاز می­باشد و میانگین کادمیوم mg/kg 61/4 است در گندم دیم میزان عنصر کادمیوم دارای اختلاف معنی­داری با استاندارد مجاز (Sposito 1989) می­باشد و میانگین این عنصرmg/kg 60/1 می باشد(نمودار 1).

اختلاف معنی داری بین میزان سرب در خاک­ها با استاندارد (Sposito 1989) مشاهده نشد و میانگین آن در خاک گندم آبی  60/4  mg/kg و در خاک گندم دیم mg/kg 66/4 می باشد (نمودار2).

میزان عنصر روی هم در خاک­های مزارع گندم آبی و دیم فاقد اختلاف معنی­دار با استاندارد مجاز (Sposito 1989) می­باشد و میانگین این عنصر در گندم آبی mg/kg 12/32  و در گندم دیم 26/21می باشد (نمودار3).

 

 

 

 

 

 

نمودار1- مقایسه میانگین± انحراف استاندارد غلظت کل کادمیوم خاک­ها با غلظت­های مجاز


 

 

نمودار 2- مقایسه میانگین± انحراف استاندارد غلظت کل سرب خاک­ها با غلظت­های مجاز

 

 

 

نمودار3- مقایسه میانگین± انحراف استاندارد غلظت کل روی خاک­ها با غلظت­های مجاز


2- میانگین غلظت قابل دسترس عناصر سنگین

نتایج حاصل ازتجزیه و تحلیل آماری نشان داد که بیش­ترین غلظت قابل دسترس عناصر سنگین در خاک­های گندم آبی مربوط به عنصر روی و کم­ترین غلظت مربوط به عنصر کادمیوم می‌باشد. به طور کلی میزان کادمیوم در گندم آبی دارای اختلاف معنی­داری با استانداردهای مجاز است و میانگین کادمیوم mg/kg 78/0 است. عنصر روی در خاک مزارع گندم آبی فاقد اختلاف     معنی­داری با استاندارد (Sposito 1989) می­باشد و میانگین این عنصر mg/kg  31/2 است. عنصر سرب هم در خاک گندم آبی فاقد اختلاف معنی­داری با استاندارد می­باشد و میانگین این عنصر  mg/kg 42/2 است.

 در گندم دیم میزان عنصر کادمیوم دارای اختلاف معنی­داری با استاندارد مجاز می­باشد و میانگین این عنصر mg/kg 13/1   می­باشد (نمودار 4). میزان عنصر روی هم در خاک­های مزارع گندم دیم فاقد اختلاف معنی­داری با استاندارد مجاز (Sposito 1989) می­باشد و میانگین این عنصر در گندم دیم  mg/kg79/1 است (نمودار 5).

میزان عنصر سرب هم در خاک­های مزارع گندم دیم فاقد اختلاف معنی­داری با استاندارد مجاز (Sposito 1989) است و میانگین این عنصر در گندم دیم  mg/kg74/0 است (نمودار 6).

 

 

 

 

نمودار4- غلظت قابل دسترس کادمیوم در خاک مزارع ± انحراف استاندارد

 

 

 

نمودار5- غلظت قابل دسترس روی خاک مزارع± انحراف استاندارد

 

 

 

نمودار6- غلظت قابل دسترس سرب در خاک مزارع ± انحراف استاندارد


 


3- نتایج بررسی غلظت عناصر سنگین در گیاهان

 

نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل آماری در گیاهان نشان داد که عنصر کادمیوم و سرب در گندم آبی و دیم دارای اختلاف معنی­داری با استاندارد مجازWHO/FAO  )1984 (است و میانگین عنصر کادمیوم در گندم آبی  mg/kg 29/2 و در گندم دیم mg/kg 86/1 و میانگین عنصر سرب در گندم آبی  mg/kg12/26 و میانگین این عنصر در گندم دیم mg/kg 84/12 می­باشد. غلظت عنصر روی هم در گیاهان گندم دیم و گندم آبی فاقد اختلاف معنی­داری با استاندارد مجاز می­باشد و میانگین این عنصر در گندم دیم mg/kg 5/11 و در گیاه گندم آبی mg/kg 99/13 می­باشد (نمودارهای 7،8 و9).

 


 

 

نمودار 7- میانگین غلظت کادمیوم در گیاهان ± انحراف استاندارد

 

 

 

نمودار 8- میانگین غلظت سرب در گیاهان ± انحراف استاندارد

 

 

 

نمودار9- میانگین غلظت روی در گیاهان ± انحراف استاندارد


 


- نتایج همبستگی بین غلظت کل عناصر سنگین و خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک­ها

آنالیز همبستگی اسپیرمن برای بیان همبستگی متغیرهای کمی شامل غلظت فلزات کادمیوم، سرب و روی در گیاهان مناطق مورد مطالعه، اجزای بافت خاک شامل رس، سیلت و شن و pH خاک، EC خاک، آهک معادل خاک، در خاک مناطق مورد مطالعه انجام یافت. نتایج بررسی همبستگی بین غلظت کل عناصر سنگین وخصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک ها در جدول 3 و نتایج همبستگی بین غلظت فلزات سنگین در خاک وگیاهان در جدول 4 آورده شده است.


 

 

 

جدول 3-  همبستگی بین غلظت کل عناصرسنگین و خصوصیات فیزیکی وشیمیایی خاک­ها

Sand

 

Silt

Clay

CaCO3

EC

pH

Zn

Pb

Cd

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

Cd

 

 

 

 

 

 

 

1

2/0

Pb

 

 

 

 

 

 

1

03/0-

36/0a

Zn

 

 

 

 

 

1

17/0-

10/0-

05/0-

pH

 

 

 

 

1

25/0-

11/0-

13/0-

19/0-

EC

 

 

 

1

7/0-

25/0

82/0-b

96/0-a

82/0-b

CaCO3

 

 

1

12/0

18/0

66/0

59/0-

37/0-

07/0

Clay

 

1

39/0

04/0-

67/0

08/0

05/0-

03/0-

03/0

Silt

1

92/0-a

62/0-

003/0

62/0-

26/0-

21/0

14/0

04/0-

Sand

 aمعنی­دار در سطح کمتر از 1 درصد

 bمعنی­دار در سطح کمتر از 5 درصد

جدول 4- همبستگی بین عناصر سنگین کل در خاک و گیاهان

عناصر

نوع گیاه

 

Cd

Pb

Zn

گندم آبی

ضریب تعیین

21/0

18/0-

17/0-

سطح خطا

31/0

39/0

43/0

گندم دیم

ضریب تعیین

07/0

07/0

02/0-

سطح خطا

75/0

73/0

94/0

 


5- نتایج بررسی همبستگی بین غلظت فلزات سنگین در خاک و گیاهان

کادمیوم یکی از پرتحرک‌ترین عناصر در خاک می‌باشد. همبستگی کادمیوم با روی a36/0 شد که این میزان نشان دهنده ارتباط مستقیم و متوسط در سطح یک درصد است. کادمیوم با دیگر عناصر همبستگی نداشت.

 

6- نتایج فاکتور انتقال

مقادیر فاکتور انتقال در گیاهان به صورت زیر مشاهده شد:

در دانه­های گندم آبی        Zn>Cd<Pb

در دانه­های گندم دیم       Cd>Pb>Zn

 

7- نتایج جذب روزانه عناصر[8]و شاخص خطر پذیری سلامتی[9]به واسطه مصرف بخش­های خوراکی گیاهان

مصرف روزانه عناصر و شاخص خطر پذیری در دانه­های گندم آبی و دانه­های گندم دیم به ترتیب در جداول 5 و 6 بیان شده است.


جدول 5- مصرف روزانه عناصر (DIM) و شاخص خطر پذیری (HRI) در دانه­های گندم آبی

اشخاص

عناصر

Zn

Pb

Cd

بزرگسالان

HRI

DIM

HRI

DIM

HRI

DIM

میانگین

13/0

04/0

07/4

05/0

29/12

006/0

انحراف معیار

009/0

002/0

94/3

05/0

17/2

001/0

نوجوانان

 

 

 

 

 

 

میانگین

15/0

05/0

42/4

06/0

89/14

007/0

انحراف معیار

01/0

003/0

04/4

06/0

67/2

001/0

مصرف استاندارد عناصر

3/0E01-

1/4E02-

5/0E04-

 

جدول 6- مصرف روزانه عناصر (DIM) و شاخص خطر پذیری (HRI) در دانه­های گندم دیم

اشخاص

عناصر

Zn

Pb

Cd

بزرگسالان

HRI

DIM

HRI

HRI

DIM

HRI

میانگین

12/0

04/0

59/3

04/0

50/10

005/0

انحراف معیار

03/0

008/0

94/5

08/0

7/11

003/0

نوجوانان

 

 

 

 

 

 

میانگین

15/0

05/0

27/3

04/0

64/12

006/0

انحراف معیار

03/0

009/0

27/7

1/0

70/8

004/0

مصرف استاندارد عناصر

3/0E01-

4/1E02-

              5/0E04-

 

 

بحث و نتیجه­گیری

 

علت پایین بودن همبستگی کادمیوم با دیگر عناصر در خاک را می‌توان به متنوع بودن منشأ ژئوشیمیایی و صنعتی کادمیوم که از راه‌های گوناگون وارد خاک می‌شوند، دانست (16).

به طور کلی میزان کادمیوم در همه کشت­ها از حد استاندارد می­باشد که این نتایج با نتایج Lin[10] و همکاران 2010 مطابقت دارد. این محققان گزارش کردند تجمع طولانی مدت فلزات سنگین در خاک منطقه مورد مطالعه موجب افزایش غلظت عنصر کادمیوم در نمونه گندم و ذرت شده است (17).

 مقایسه میانگین در بین کشت‌های مختلف نشان داد که میزان کادمیوم در خاک گندم آبی از بقیه خاک­ها بوده است.

میزان سرب در تمامی خاک­ها تقریبا باهم برابر بود. اختلاف معنی داری بین میزان سرب در خاک­ها مشاهده نشد.

نتایج مشابه مطالعه Orisakwe [11]و همکاران 2012 نشان داد که غلظت­های کادمیوم فراتر از غلظت­های مجاز برای خاک­های کشاورزی بوده است که منجر به تجمع فلزات سنگین در بدن انسان می­گردد (18).

میانگین غلظت روی در خاک گندم آبی بیش­تر از گندم دیم مشاهده شد. غلظت روی در خاک­های کشاورزی سوئد، با دامنه ای از (6 تا 152 mg/kg ) توسط Eriksson [12] 2001 گزارش شده است (19). همچنین نتایج Luo [13] و همکاران 2011 در مناطق آلوده، مقادیر خیلی بالاتر از عناصر سنگین را نشان داده است، عناصری از قبیل کادمیوم، سرب و روی به ترتیب با میانگین غلظت کل 17/1، 45و 369 میلی گرم بر کیلوگرم توسط آن ها گزارش گردید (20). همچنین غلظت‌های بالاتری از تحقیق حاضر، توسط Nabula [14] و همکاران 2010 در خاک­های کشاورزی مشاهده شده است (21).

بیش­ترین غلظت قابل دسترس عناصر سنگین در خاک­های گندم آبی مربوط به عنصر روی و کم­ترین غلظت مربوط به عنصر کادمیوم می‌باشد. میانگین غلظت قابل دسترس کادمیوم در خاک مزارع گندم دیم به طور معنی داری بالاتر از دیگر کشت­ها می‌باشد. غلظت کل سرب در خاک مزارع گندم آبی از دیگر کشت­ها بالاتر  می­باشد. در نتیجه می­توان بیان کرد که ورود آلاینده­ها (کودهای دامی و کشاورزی، آفت کش­ها و فاضلاب­ها) به زمین­های کشاورزی از طریق گیاهان جذب و یا از طریق آب­شویی به اعماق پایین­تر حرکت می­کند (22). غلظت کل کادمیوم در گندم آبی بیش­تر از بقیه گیاهان بود. میانگین غلظت کادمیوم در تمامی گیاهان از محدوده مجاز تعریف FAO/WHO[15] و SEPA [16] بالاتر می­باشد. سرب در تمامی گیاهان از محدوده مجاز تعریف شده FAO/WHO و SEPA بالاتر می­باشد. کم­ترین غلظت سرب برای دانه­‌های گندم دیم مشاهده شد که این نتایج مشابه با نتایج Eriksson [17] 2001 می­باشد (23).

میزان همبستگی کربنات کلسیم معادل خاک با کادمیومb  82/0- محاسبه شده است که بیان کننده ارتباط منفی و معنی­دار در سطح 5 % بین دو متغییر می­باشد. علت این ارتباط منفی و معنی دار می­تواند نقش کلیدی آهک در غیر متحرک کردن عناصر فلزی در خاک باشد. یکی از راه­های جلوگیری از رسیدن میزان کادمیوم به سطوح سمی و پر خطر، افزودن آهک به خاک  می­باشد که مقدار قابل توجهی از کادمیوم را غیر متحرک می­کند (24).

کادمیوم یکی از پرتحرک‌ترین عناصر در خاک است. همبستگی کادمیوم با روی a36/0 محاسبه شد که این میزان نشان دهنده ارتباط مستقیم و متوسط در سطح یک درصد می­باشد. کادمیوم با دیگر عناصر همبستگی نداشت.

علت پایین بودن همبستگی کادمیوم با دیگر عناصر در خاک را می‌توان به متنوع بودن منشأ ژئوشیمیایی و صنعتی کادمیوم که از راه‌های گوناگون وارد خاک می‌شود، دانست (25).

نتایج فاکتور انتقال نشان می­دهند که عناصری از قبیل کادمیوم، سرب و روی به راحتی و با پتانسیل بالایی به  بخش­های مختلف گیاهان مورد مطالعه انتقال پیدا کرده­اند. نتایج جمالی [18]و همکاران 2009 نشان داد که فاکتور انتقال برای عناصری مانند کادمیوم، سرب و روی از لجن فاضلاب به دانه­های گندم بالاتر از دیگر عناصر می­باشد (26).

کم­ترین میزان فاکتور انتقال سرب مربوط به گندم دیم می­باشد. با توجه به نتایج تحقیق حاضر باید توجه ویژه ای به آلودگی دانه­های گندم با عناصر سنگین کرد، زیرا این گیاهان پتانسیل بالایی برای تجمع عناصر سنگین در بافت­های خود دارند. همچنین جزء گیاهانی هستند که به مقدار زیادی توسط انسان مصرف می­شوند به ویژه عناصری از قبیل کادمیوم، سرب و روی که دارای پتانسیل بالایی برای ورود به زنجیره غذایی دارند و باعث بروز انواع سرطان­ها و بیماری­های کلیوی در انسان می­شوند (27).

بیش­ترین میزان جذب روزانه برای کادمیوم و کم­ترین برای سرب و روی به واسطه مصرف دانه­های گندم آبی و دیم مشاهده شد. مقادیر جذب روزانه در دانه­های گندم آبی و دیم برای عنصر کادمیوم و سرب برای بزرگ­سالان و نوجوانان بیش­تر از یک می­باشد. بنابراین در مصرف دانه­های گندم آبی و دیم شاخص خطر پذیری سلامتی برای عنصر کادمیوم و سرب دارای اهمیت بالایی می­باشد و باید ورود این عنصر به زنجیره غذایی کنترل شود. میزان شاخص خطرپذیری برای عنصر روی در گندم آبی و دیم پایین­تر از یک می­باشد بنابراین در اثر مصرف گندم آبی و دیم، خطر کم­تری را از لحاظ این عنصر ایجاد می­کند.

 

منابع

  1. Alloway, B. J. 1995: Soil processes and the behaviour of metals". Blackie Academic and Professional, London. 11-37.
  2. یارقلی، ب، عظیمی، ع، باغوند، ا، عباسی، ف، لیاقت، ع، فردی، ع، بررسی جذب و تجمع کادمیوم در اندام های مختلف محصولات غده­ای در خاک های آلوده، آب و فاضلاب،1388،4،60
  3. Jalali, M. and Moharami, S. 2010 "Redistribution of cadmium, copper, lead. Nicel, and zinc among soil franctions in a contaminated calcareous soil after application of nitrogen fertiltizers." J. Plant Nutr. Soil Sci, 173: 37-244.
  4. Jalali, M., Khanlari Z, V. 2008a "Environmental contamination of Zn. Cd, Nl, Cu. And Pb from areas in Hamadan Province, western Iran." Environ 55: 1537-1543.
  5. Duruibe. J.O., Ogwuegbu, M. D. C. and Egwurugwu, J.N. 2007" Heavy metal Pollution anh Human biotoxic Effects." Int. J.Phyz. Sci.2: 112- 118
  6. Ikeda, M., Zhang. Z.W., shimbo, S., watanabe, T., Nakatsuka, H., Moon, C.S., Matsuda – Inoguchi, N. and Higashikawa, K. 2000 " Urban population exposure to lead and cadmium in east and south – east Asia." Sci. Total Environ. 249: 373-384.
  7. Duruibe. J.O., Ogwuegbu, M. D. C. and Egwurugwu, J.N. 2007" Heavy metal Pollution anh Human biotoxic Effects." Int. J.Phyz. Sci.2: 112- 118
  8. Sims, J.T. 1996 "Lime requirement methods of soil analysis, parts chemical methods" Madision Wisconsin, USA. Pp: 491.
  9. Carter. R 1993 "Crop and food chain effects of toxic elements in sludges and effects." Proceedings of the Joint Conference on Recycling Municipal Sludges and Effiuents on Land. National Association of State Universities and Land-Grant Colleges, Washington DC, pp. 129-141
  10. Lindsay, W. L. and Norvell, W.A. 1978 "Development of a DTPA test for zinc, mangoncse, and copper." Soil Sci. Soc. Am. J. 42: 421-428.
  11. Cao, H., Jianjiang, CH., Jun, ZH., Hui, ZH., Li, Q. and Yimen. 2010 "Heavy metals in rice and garden vegetables and their potential health risks to inhabitants in the vicinity of an industrial zone in Jiangsu, China." J. Envieon. Sci. 22 (11): 1729-1799
  12. Cui, Y., Zhu, Y. G., Zhai, R., Huang, Y., Qiu, Y. and Liang, J.2005 "Exposure to metal mixtures and human health impacts in a contomintal area in Nanning china."
  13. Ge, K. Y. 1992 "The status of nutvient and metal of Chinese in the 1990." Beijing people's Hygiene press. 415-434.
  14. Wang, X., Sato, T., Xing, B. and Tao, S 2005 "Helth risks of heavy metals to the general buplic in Tianjin, China via consumption of vegetables and fish." Sci. Total
  15. USEPA, 2002 USEPA US Environmental Protection Agency. "List of Drinking water contaminants and MCLs." Washington, DC; 2002.
  16. Nabula, G., Young, S.D. and Black, C.R. 2010 "Assessing risk to human health from tropical leafy vegetables grown on soil amended with urban sewage sludge." Environ. Pollu. 159: 368-376.
  17. Lin, J., Wuyi, W., Yonghua, L., and Linsheng., Y. 2010. Heavy Metals in Soil and Crops of an Intensively Farmed Area: A Case Study inYucheng City, Shandong Province, China. J. Environ. Res. Public Health 2010, v, 395- 412; doi: 10, 3390/ijerph 7020395.
  18. Orisakwe, O, Kanayochukwu, N.J, Nwadiuto, A.C, Daniel, D and Onyinyechi,O, Evaluation of Potential Dietary Toxicity of Heavy Metals of Vegetables, Environment Analytic Toxicol, 2012, 2, 3
  19. Eriksson,J.E. 2001" Concentrations of 61 trace elements in sewage sludge, faramyard manure, mineral fertilizers, perecipitation and in oil and crops". Swedish EPA. Rep 5159. Stockholrn.
  20. Luo, Ch., Liu, Ch., Wang, Y., Lin, X., Li, F., Zhang, G. and Li, X. 2011 "Heavy metal contamination in woils and vegetables near on e-waste processing site, south China." J.Hazard. Mater. 186: 481-490.
  21. Nabula, G., Young, S.D. and Black, C.R. 2010 "Assessing risk to human health from tropical leafy vegetables grown on soil amended with urban sewage sludge." Environ. Pollu. 159: 368-376.
  22. معیاری، ا، 1390، تأثیر کشت های مختلف بر غلظت عناصر سنگین در خاک و گیاهان، پایان نامه کارشناسی ارشد دانشگاه بوعلی سینا
  23. Eriksson,J.E. 2001" Concentrations of 61 trace elements in sewage sludge, faramyard manure, mineral fertilizers, perecipitation and in oil and crops". Swedish EPA. Rep 5159. Stockholrn.
  24. Alloway, B. J. 1995: Soil processes and the behaviour of metals". Blackie Academic and Professional, London. 11-37.
  25. Nabula, G., Young, S.D. and Black, C.R. 2010 "Assessing risk to human health from tropical leafy vegetables grown on soil amended with urban sewage sludge." Environ. Pollu. 159: 368-376.
  26. Jamali, M. K., Kazi, T.G. Arain, M.B., Afridi, H. I. Jalbani, N. Kandhro, G.A, A.Q. and Baiga, J.A. 2009 "Heavy metal acceumulation in different  of wheat grown in soil amended J. Hazard. Mated. 164: 1386-1391.
  27. معیاری، ا، 1390، تأثیر کشت های مختلف بر غلظت عناصر سنگین در خاک و گیاهان، پایان نامه کارشناسی­ارشد دانشگاه بوعلی سینا

 

 

Heavy metal contamination in wheat (irrigated and rainfed) in Hamadan city farm

 

Bahareh lolerstani[19]

Zeynab sadat hazavehi*[20]

z.hazavehi@gmail.com

Abstract
Background and Objectives: Heavy metal contamination of soil and agricultural products due to the rapid development of industries and improper use of chemical fertilizers and manure on agricultural land so much is causing concern. The purpose of this study was to investigate the accumulation of heavy metals cadmium, lead and zinc in soils and plants irrigated wheat and wheat are some farms in Hamadan city.

 Materials and Methods: Soils under cultivation of wheat (irrigated and rainfed) was taken. A composite soil samples were taken from a depth of 0-20 cm. The location of the sampling stations were recorded by GPS. The composite samples were collected plant sections mentioned edible plants. Absorbent concentrations of heavy metals were extracted using DTPA. Most independent experiments completely randomized design with three replications was conducted. Concentrations of heavy metals (lead, zinc and cadmium) using ICP varion710 Islamic Azad University of Hamedan was read in a research lab.

Results: Statistics analysis showed that the mean concentration of cadmium in the soil of dryland wheat and 4/61, 1/60 kg of wheat plants irrigated and rain fed 2/29, 1/86 mg of kg, with no significant difference in the mean concentration of lead in Khak 0/05 are the authorized standards and dryland wheat, respectively, 4/60, 4/66 mg kg, which is the extention significant standards were not allowed in the water and dry land wheat crop 12/26, 12/84 mg kg, with no significant difference in the level 0/05. The amount of zinc present in the soil of dryland wheat and 32/12, 21/26 mg per kg and wheat crop irrigated and dryland 13/99, 11/58 mg kg, and no significant differences in the standards were authorized.

Discussionand conclusions: The result showed that given the amount of risk indices for the elements cadmium and lead is more than one can These two elements can be a greater potential threat to human health as considered in the study area.

 Key words: heavy metals, wheat, wheat farming, city of Hamedan



1- استادیار، گروه محیط زیست، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد همدان، همدان، ایران

2- دانش­آموخته کارشناسی ارشد، گروه محیط­زیست ،دانشگاه آزاداسلامی، واحد همدان، همدان، ایران *(مسوول مکاتبات)

[3]- Global Positioning System

[4]-Thomas

[5]- Diethylene Triamine Penta Acetice acid

[6]- Daily Intake of Metals

[7]- Refrence oral doses

[8]- DIM

[9]- HIR

[10]- Lin

[11]- Orisakwe

[12]- Eriksson

[13]- Luo

[14]- Nabula

[15]- FAO/WHO    

[16]- SEPA

[17]- Eriksson

[18]- Jamali

1- Assistant Professor, Department of Environment, Islamic Azad University, Hamedan Branch, Hamedan, Iran

2- Graduate student, environmental groups, Islamic Azad University, Hamedan Branch, Hamedan, Iran

 

  1. Alloway, B. J. 1995: Soil processes and the behaviour of metals". Blackie Academic and Professional, London. 11-37.
  2. یارقلی، ب، عظیمی، ع، باغوند، ا، عباسی، ف، لیاقت، ع، فردی، ع، بررسی جذب و تجمع کادمیوم در اندام های مختلف محصولات غده­ای در خاک های آلوده، آب و فاضلاب،1388،4،60
  3. Jalali, M. and Moharami, S. 2010 "Redistribution of cadmium, copper, lead. Nicel, and zinc among soil franctions in a contaminated calcareous soil after application of nitrogen fertiltizers." J. Plant Nutr. Soil Sci, 173: 37-244.
  4. Jalali, M., Khanlari Z, V. 2008a "Environmental contamination of Zn. Cd, Nl, Cu. And Pb from areas in Hamadan Province, western Iran." Environ 55: 1537-1543.
  5. Duruibe. J.O., Ogwuegbu, M. D. C. and Egwurugwu, J.N. 2007" Heavy metal Pollution anh Human biotoxic Effects." Int. J.Phyz. Sci.2: 112- 118
  6. Ikeda, M., Zhang. Z.W., shimbo, S., watanabe, T., Nakatsuka, H., Moon, C.S., Matsuda – Inoguchi, N. and Higashikawa, K. 2000 " Urban population exposure to lead and cadmium in east and south – east Asia." Sci. Total Environ. 249: 373-384.
  7. Duruibe. J.O., Ogwuegbu, M. D. C. and Egwurugwu, J.N. 2007" Heavy metal Pollution anh Human biotoxic Effects." Int. J.Phyz. Sci.2: 112- 118
  8. Sims, J.T. 1996 "Lime requirement methods of soil analysis, parts chemical methods" Madision Wisconsin, USA. Pp: 491.
  9. Carter. R 1993 "Crop and food chain effects of toxic elements in sludges and effects." Proceedings of the Joint Conference on Recycling Municipal Sludges and Effiuents on Land. National Association of State Universities and Land-Grant Colleges, Washington DC, pp. 129-141
  10. Lindsay, W. L. and Norvell, W.A. 1978 "Development of a DTPA test for zinc, mangoncse, and copper." Soil Sci. Soc. Am. J. 42: 421-428.
  11. Cao, H., Jianjiang, CH., Jun, ZH., Hui, ZH., Li, Q. and Yimen. 2010 "Heavy metals in rice and garden vegetables and their potential health risks to inhabitants in the vicinity of an industrial zone in Jiangsu, China." J. Envieon. Sci. 22 (11): 1729-1799
  12. Cui, Y., Zhu, Y. G., Zhai, R., Huang, Y., Qiu, Y. and Liang, J.2005 "Exposure to metal mixtures and human health impacts in a contomintal area in Nanning china."
  13. Ge, K. Y. 1992 "The status of nutvient and metal of Chinese in the 1990." Beijing people's Hygiene press. 415-434.
  14. Wang, X., Sato, T., Xing, B. and Tao, S 2005 "Helth risks of heavy metals to the general buplic in Tianjin, China via consumption of vegetables and fish." Sci. Total
  15. USEPA, 2002 USEPA US Environmental Protection Agency. "List of Drinking water contaminants and MCLs." Washington, DC; 2002.
  16. Nabula, G., Young, S.D. and Black, C.R. 2010 "Assessing risk to human health from tropical leafy vegetables grown on soil amended with urban sewage sludge." Environ. Pollu. 159: 368-376.
  17. Lin, J., Wuyi, W., Yonghua, L., and Linsheng., Y. 2010. Heavy Metals in Soil and Crops of an Intensively Farmed Area: A Case Study inYucheng City, Shandong Province, China. J. Environ. Res. Public Health 2010, v, 395- 412; doi: 10, 3390/ijerph 7020395.
  18. Orisakwe, O, Kanayochukwu, N.J, Nwadiuto, A.C, Daniel, D and Onyinyechi,O, Evaluation of Potential Dietary Toxicity of Heavy Metals of Vegetables, Environment Analytic Toxicol, 2012, 2, 3
  19. Eriksson,J.E. 2001" Concentrations of 61 trace elements in sewage sludge, faramyard manure, mineral fertilizers, perecipitation and in oil and crops". Swedish EPA. Rep 5159. Stockholrn.
  20. Luo, Ch., Liu, Ch., Wang, Y., Lin, X., Li, F., Zhang, G. and Li, X. 2011 "Heavy metal contamination in woils and vegetables near on e-waste processing site, south China." J.Hazard. Mater. 186: 481-490.
  21. Nabula, G., Young, S.D. and Black, C.R. 2010 "Assessing risk to human health from tropical leafy vegetables grown on soil amended with urban sewage sludge." Environ. Pollu. 159: 368-376.
  22. معیاری، ا، 1390، تأثیر کشت های مختلف بر غلظت عناصر سنگین در خاک و گیاهان، پایان نامه کارشناسی ارشد دانشگاه بوعلی سینا
  23. Eriksson,J.E. 2001" Concentrations of 61 trace elements in sewage sludge, faramyard manure, mineral fertilizers, perecipitation and in oil and crops". Swedish EPA. Rep 5159. Stockholrn.
  24. Alloway, B. J. 1995: Soil processes and the behaviour of metals". Blackie Academic and Professional, London. 11-37.
  25. Nabula, G., Young, S.D. and Black, C.R. 2010 "Assessing risk to human health from tropical leafy vegetables grown on soil amended with urban sewage sludge." Environ. Pollu. 159: 368-376.
  26. Jamali, M. K., Kazi, T.G. Arain, M.B., Afridi, H. I. Jalbani, N. Kandhro, G.A, A.Q. and Baiga, J.A. 2009 "Heavy metal acceumulation in different  of wheat grown in soil amended J. Hazard. Mated. 164: 1386-1391.
  27. معیاری، ا، 1390، تأثیر کشت های مختلف بر غلظت عناصر سنگین در خاک و گیاهان، پایان نامه کارشناسی­ارشد دانشگاه بوعلی سینا