مقایسه غلظت برخی فلزات سنگین در گرد و غبار و برگ‌های چند گونه درختی در منطقه شهری اصفهان

STUDENT

DEGREE

YEAR

One of the problems which has been growing in recent years due to human interference and irrational use of natural resources, is the dust storm phenomenon. Due to high potential of dust distribution in the environment, heavy metals can be disseminated widely by connecting to dust particles. Among the methods for studying heavy metals in the urban dust, using the living organisms as biological tracers is more affordable as comparedto other available methods in terms of time and cost needed.Among the living organisms, because of their long life and also lack of movement, trees are considered the best biomonitors. The objective of this study was to compare the ability of different tree leaves to trap dust and choose the besttree species for monitoring heavy metals in atmospheric dust. Twenty two sites were chosenin the urban area of Isfahan. In each area, two glass traps with the area of 1 square meter was installed on the roof of a single-storey building. Furthermore, near the traps in each area, four tree species including Salix babylonica , Platanusorientalis L. , Morusalba and Ulmusboissieri were identified. Samples were monthly taken from dust collected on the traps and tree leaves from May to November 2014. In the laboratory, leaves of each tree were divided into two subgroup, one of which waswashed with distilled water and the other group was kept unwashed. Results of the study on heavy metals includingNi, Cu, Zn, Mn, Fe, Pb, Co and Cd in atmospheric dust showed that the concentration of these metals was high at the beginning of the sampling period and decreased during the season. Due to colder temperature, it increases again at the final months of sampling (October and November).The concentration of heavy metals in leaves of the tree species showed that the difference in the concentration of heavy metals in washed and unwashed leavesincreases during the growing season. Except for Fe and Mn, the difference in the concentration of all the other heavy metals in washed and unwashed samples is not statistically significant in the first sampling. But this parameter becomes statistically significant in other sampling months followed. Due to their higherconcentration in atmospheric dust, the difference in the concentration of Fe and Mn in washed and unwashed leaves of Platanusorientalis L. , Morus alba and Ulmusboissieri is statistically significantfrom the beginning. Among the 8 heavy metals studied, Cd could not be detected due to its low concentration. A heavy rain in Novembercould greatly wash out the dust accumulated on the tree and; therefore, the difference in the concentration of heavy metals between unwashed and washed leaves decreases. Pearson correlation coefficients between the concentration of heavy metals in dustdeposited on glass traps and that of the unwashed leaves, and the difference between the concentration in unwashed and washed leaves were calculated for each of the four tree species. The difference of the concentration of heavy metals between the unwashed and washed leaves in plane tree leaves for most heavy metals had the highest correlation.Also, this parameter in leaves of Morusalba and Ulmusboissieri , respectively, had the highest correlation, and leaves of the willow tree had the lowest correlation. The correlation coefficient for all the four tree species increased, but it decreasedin November due to a heavy rainfall. The correlation coefficient was only significant for plane tree leaves in November. The whole area was subdivided into areas with high, medium and low pollution. The correlation coefficient between the concentration of heavy metals in dust and the differencebetweenthe concentration of unwashed and washed leaves of plane tree and berries was highest in highly polluted area. The results also showed that the concentrationof heavy metals in unwashed and washed leaves of plane tree had the highest correlation with that of the dust. Therefore, plane tree leaves are appropriate to be used for atmospheric pollution studies instead of the instruments with high. The leaves of this tree are able to trap high quantity of dust due to its large and rough surfaces. Berry tree and Ulmusboissieri leaves can also be used as biomonitors, but with less accuracy. Leaves of willow tree had the minimum applicability to be used to evaluate the heavy metals concentrationin atmospheric dust. Keywords : Leaves of tree species, Biological indicators, heavy metals, Atmospheric dust, Isfahan.

یکی از مشکلاتی که در چند سال اخیر در اثر دخالت‌های بشری و استفاده غیر منطقی از منابع طبیعی در حال گسترش است، پدیده گرد و غبار می‌باشد. به علت قدرت انتشار زیاد گرد و غبار در محیط، فلزات سنگین با اتصال به این ذرات قادرند در سطح وسیعی منتشر شوند. از میان روش‌های مطالعه فلزات سنگین موجود در ریز‌گردهای شهری، استفاده از موجودات زنده به عنوان ردیاب‌های زیستی نسبت به سایر روش‌های موجود از نظر زمان و هزینه مقرون به صرفه می‌باشد. در بین موجودات زنده درختان به دلیل عمر طولانی و ثابت بودن در یک منطقه از بهترین زیست ردیاب‌ها بحساب می‌آیند. هدف از این مطالعه مقایسه و تعیین گونه مناسب از بین چهار گونه درختی غالب در فضای سبز شهری و تعیین بهترین پارامتر برگ، در ردیابی فلزات سنگین اتمسفری بود در همین راستا 22 نقطه در منطقه شهری اصفهان انتخاب شد. در هر منطقه بر روی بام ساختمان‌های یک طبقه دو تله شیشه‌ای هر کدام به ابعاد 1 متر مربع نصب شد. علاوه‌بر این در نزدیکی تله‌ها در هر منطقه چهار گونه درختی بید، چنار، توت و نارون شناسایی شد. طی ماه‌های اردیبهشت تا آبان 1393 به صورت ماهیانه از گرد و غبار جمع شده بر روی تله‌ها و برگ درختان نمونه‌برداری به عمل آمد. در آزمایشگاه برگ هر گونه درختی متعلق به هر منطقه به دو پارامتر شسته شده با آب مقطر و شسته نشده تقسیم شدند. نتایج مطالعه بر روی فلزات سنگین نیکل، مس، روی، منگنز، آهن، سرب، کبالت و کادمیوم در گرد و غبار اتمسفری حاکی از این بود که غلظت این فلزات در ابتدای دوره نمونه‌برداری بالا است و در طی فصل از غلظت فلزات کاسته می‌شود. در نهایت با نزدیک شدن به ماه‌های انتهایی نمونه‌برداری (مهر و آبان) غلظت فلزات سنگین به دلیل افزایش ترافیک شهری و برودت هوا به حداکثر مقدار خود می‌رسد. غلظت فلزات سنگین در برگ‌های چهار گونه درختی نشان داد که هر چه از ابتدای فصل نمونه‌برداری به سمت انتهای فصل می‌رویم اختلاف غلظت فلزات سنگین بین برگ‌های شسته نشده و شسته شده بیشتر می‌شود. به طوری که برای تمام فلزات سنگین به غیر از آهن و منگنز در ماه اول نمونه‌برداری، در هر چهار گونه درختی اختلاف بین برگ‌های شسته نشده و شسته شده در آزمون مقایسه میانگین دو جامعه معنی‌دار نیست اما در ماه‌های بعدی این اختلاف معنی‌دار می‌شود. دو فلز سنگین آهن و منگنز نیز به دلیل غلظت بالایی که در گرد و غبار اتمسفری دارند در برگ‌های سه گونه درختی چنار، توت و نارون از همان ماه ابتدایی دارای اختلاف معنی‌دار آماری هستند و تنها در برگ درخت بید برای این دو فلز تفاوت آماری معنی‌دار است. در بین هشت فلز سنگین مورد بررسی فلز کادمیوم تنها فلزی بود که به علت کم بودن غلظت در برگ درختان قابل اندازه‌گیری توسط دستگاه نبود. وقوع بارندگی شدید در آبان‌ماه در طول نمونه‌برداری باعث شد تا گرد و غبار تجمع یافته بر روی برگ درختان شسته شود و از این رو اختلاف بین غلظت فلزات سنگین در برگ‌های شسته نشده و شسته شده کاهش بیابد و روند زمانی اختلاف غلظت فلزات سنگین در برگ‌های شسته نشده و شسته شده که به صورت تجمعی در هر ماه افزایش پیدا می‌کرد به یکباره کاهش یابد. ضریب همبستگی پیرسون بین غلظت فلزات سنگین موجود در گرد و غبار ترسیب شده بر روی تله‌های شیشه‌ای و غلظت همین فلزات در برگ‌های شسته نشده و اختلاف بین برگ‌های شسته نشده و شسته شده در هر ماه برای هر چهار گونه درختی در این مطالعه محاسبه شد. اختلاف غلظت فلزات سنگین بین برگ‌های شسته نشده و شسته شده در برگ درخت چنار در اکثر فلزات سنگین دارای بیشترین همبستگی بود. بعد از برگ درخت چنار همین پارامتر در برگ درخت توت و برگ درخت نارون به ترتیب دارای بیشترین همبستگی بود و برگ درخت بید کمترین همبستگی را در این رابطه از خود نشان داد. با حرکت به انتهای فصل این ضریب همبستگی برای هر چهار گونه درختی افزایش یافت ولی در آبان‌ماه به علت بارندگی از مقدار این همبستگی کاسته شد به طوریکه تنها در پارامتر اختلاف غلظت بین برگ‌های شسته نشده و شسته شده در برگ درخت چنار در آبان‌ماه تمام فلزات دارای ضرایب همبستگی معنی‌دار شدند. با تفکیک مناطق نمونه‌برداری به مناطقی با آلودگی زیاد، متوسط و کم مشخص شد که اختلاف غلظت فلزات سنگین بین برگ‌های شسته نشده و شسته شده در برگ درختان چنار و توت دارای بالاترین همبستگی مثبت در مناطقی با آلودگی زیاد نسبت به دو منطقه دیگر می‌باشند. نتایج این پژوهش نشان داد که غلظت فلزات سنگین در برگ‌های شسته نشده و شسته شده درخت چنار بالاترین همبستگی را با غلظت این فلزات در گرد و غبار ترسیب شده بر روی تله‌های شیشه‌ای در منطقه شهری اصفهان دارد. از این رو می‌توان بجای استفاده از وسایلی با هزینه‌های گزاف و صرف زمان طولانی از این پارامتر در برگ درخت چنار استفاده کرد. برگ این درخت به علت وسعت زیاد و سطح زبر با کرک‌های فراوان توانایی زیادی در به دام انداختن گرد و غبار دارد. بعد از چنار برگ درخت توت به علت سطح زیاد و بعد از برگ توت برگ درخت نارون به علت سطح ناهمواره خود دارای توانایی به دام انداختن ذرات گرد و غبار هستند. برگ درخت بید نیز در این پژوهش کمترین شباهت را در ردیابی فلزات سنگین با تله‌های اندازه‌گیری گرد و غبار داشت و برای ردیابی فلزات سنگین اتمسفری شهر اصفهان مفید شناخته نشد. کلمات کلیدی: برگ گونه های درختی، شاخص های زیستی، فلزات سنگین، گرد و غبار اتمسفری، شهر اصفهان