تحلیل و پایش مکانی برخی فلزات سنگین در خاک سطحی بخشی از استان مازندران

STUDENT

DEGREE

YEAR

Due to rapid growth population, industrialization, and the degradation of natural resources as a result of today's human activities, environmental hazards such as soil pollution by heavy metals have attracted many researchers’ attention. Considering the lack of information about the distribution pattern of heavy metals concentration in soils of Mazandaran Provience, this study was carried out in 5500 km 2 area of central Mazandaran. The main objectives of this study were (i) to determine the spatial variability and environmental assessment of selected heavy metals concentration, including copper (Cu), zinc (Zn), nickel (Ni), lead (Pb) and cadmium (Cd), and (ii) to specify the contribution of controlling factors. Using nested 90%; MARGIN: 0in 0in 10pt" Key words : Soil heavy metals, Background concentration, Spatial analysis, Kriging, Co-kriging, Anthropogenic factor, Lithogenic factor, Mazandara Province

مخاطرات زیست محیطی مانند آلودگی خاک به فلزات سنگین به خاطر رشد سریع جمعیت، صنعت و تخریب منابع طبیعی به عنوان یکی از پیامدهای جهان امروزی بیش از پیش مورد توجه محققان گرفته است. با توجه به عدم اطلاعات کافی پیرامون وضعیت و پراکنش فلزات سنگین در خاک های استان مازندران، این پژوهش با هدف تحلیل مکانی و ارزیابی زیست محیطی غلظت کل برخی فلزات سنگین شامل مس، روی، نیکل، سرب و کادمیم و تعیین عوامل مؤثر بر آنها در خاک های بخشی از اراضی مرکزی استان مازندران با وسعتی برابر 5500 کیلومترمربع اجرا گردید. بدین منظور 256 نمونه مرکب از عمق 10-0 سانتیمتر خاک سطحی بر اساس روش نظام مند آشیانه ای برداشته شد. از این تعداد نمونه، 148 نمونه در اراضی کشاورزی (کاربری های شالیزاری، زراعی غیر شالیزاری و باغ)، 60 نمونه در مناطق شهری و 48 نمونه در عرصه های طبیعی (مرتع و جنگل) واقع شدند. همچنین برای بررسی توزیع عمودی فلزات سنگین و تأثیر فرآیندهای لیتوژنیک، پدوژنیک و زیستی بر آزادسازی و کنترل مقدار عناصر سنگین در خاک ها، تعداد 12 خاکرخ با توجه به مواد مادری و کاربری های غالب منطقه مطالعاتی حفر و از سنگ های بستر برای تعیین مقدار عناصر نیز نمونه گیری شد. پس از آماده سازی نمونه های خاک و سنگ و هضم با اسید نیتریک 5 نرمال غلظت کل فلزات سنگین توسط دستگاه جذب اتمی تعیین شد. همچنین برخی از ویژگی های خاک شامل pH، ظرفیت تبادل کاتیونی، ماده آلی، آهک معادل و توزیع اندازه ذرات در حدود نیمی از نمونه ها تعیین شدند. مطالعه تحلیل مکانی و پراکنش فلزات سنگین با استفاده از مدل های نیمه تغییرنما و روش های میان یابی کریجینگ و کوکریجینگ صورت گرفت. ارزیابی زیست محیطی و شناسایی مناطق آلوده با تخمین غلظت زمینه طبیعی و معیارهایی مانند فاکتور آلودگی و شاخص بار آلودگی نیز مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که نوع کاربری بر غلظت عناصر تأثیرگذار است. عناصر سرب، روی در کاربری شهری بالاترین غلظت را داشتند، در حالیکه دو عنصر نیکل و کادمیم کمترین غلظت را در این مناطق نشان داده و احتمال می رود مواد مادری کنترل کننده غلظت این عناصر در خاک باشد. عنصر مس نیز تحت تأثیر همزمان فعالیت های انسانی و بوده و بالاترین غلظت آن در کاربری های شهری، باغ و مرتع مشاهده شد. نتایج بخش مطالعه توزیع عمودی فلزات سنگین نشان داد، بسته به اینکه خاکرخ های مورد مطالعه بر روی چه ماده مادری و کاربری واقع شده و در کدام مرحله از تکامل خود باشند، دارای تغییرات عمقی متفاوتی هستند. چهار عامل مهم لیتوژنیک، پدوژنیک، فیتوپدوژنیک و نیز آنتروپوژنیک در ارتباط با توزیع عمودی فلزات سنگین شناسایی و مهم تلقی شدند. پراکنش مکانی سرب و روی در منطقه مورد مطالعه هماهنگی بالایی با عامل انسان زاد مانند ترافیک و توسعه شهرنشینی دارد و بالاترین غلظت این عناصر در خاک های مناطق شهری، مسکونی و حواشی جاده های بین شهری مشاهده شد. نتایج حاصل از تجزیه مؤلفه های اصلی، تحلیل خوشه ای و همبستگی میان فلزات سنگین مؤید این امر بود که عناصر نیکل و کادمیم تقریباً پراکنش مکانی مشابهی در منطقه نشان دادند و عامل زمین زاد در پراکنش آنها بسیار بیشتر از فعالیت های انسانی تاثیر گذار بوده است. همچنین پراکنش مکانی عنصر مس نشان داد که این عنصر به طور مشترک تحت تأثیر عوامل زمین زاد و انسان زاد در منطقه است. نتایج ارزیابی روش های میان یابی به کار رفته نشان داد، روش کوکریجینگ نسبت به روش کریجینگ با استفاده از داده های کمکی کم هزینه از قبیل پارامترهای مغناطیسی، داده های ماهواره ای و معیارهای شهری، در ارتباط با پیش بینی پراکنش غلظت کل فلزات سنگین با کاهش خطای میان یابی، تخمین بهتری به دنبال داشته است. با توجه به کلاس های ارزیابی فاکتور آلودگی، غالب نمونه ها (84-53 درصد) دارای غلظتی بیش از غلظت زمینه طبیعی هستند. نقشه پراکنش شاخص بار آلودگی نیز نشان داد که بیشترین نگرانی موجود در ارتباط با فلزات سرب، روی و مس در مناطق شهری، حواشی بزرگراه ها و اراضی مجاور آنها است که شامل 33/2 درصد یا مساحتی به وسعت 128 کیلومتر مربع از کل منطقه مورد مطالعه است و دیگر مناطق بار آلودگی قابل ملاحظه ای نشان ندادند. همچنین مطالعه غلظت زمینه طبیعی فلزات سنگین نشان داد که همواره عوامل انسانی و طبیعی توأم در پراکنش فلزات سنگین دخیل هستند. کلمات کلیدی: فلزات سنگین خاک، غلظت زمینه، تحلیل مکانی، کریجینگ، کوکریجینگ، عامل انسان زاد، عامل زمین زاد، استان مازندران