SUPERVISOR
Hossein Khademi Moughari,Samsolall Ayubi
حسین خادمی موغاری (استاد راهنما) شمس اله ایوبی (استاد مشاور)
STUDENT
Sanaz Alinezhad
ساناز علی نژاد
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391
TITLE
Spatial Distribution of Selected Heavy Metals in Surface Soils of Isfahan Province and Their relationships with Soil Characteristics, Climate and Parent Materials
Soil pollution by heavy metals has recently become an important environmental issue in many parts of the world. No comprehensive studyhas yet been conducted todeterminethe total and availableconcentration ofheavy metals andtheir spatial distribution insurface soilsof the Isfahan Province. The objectives ofthisstudy was toinvestigate thespatialdistribution oftotalandavailableconcentrationof heavy metalsand their relationshipwithsoilcharacteristics, climateandparent materials. A total of 252 composite soil samples were taken from the depth of 0-20 cm based on a regular grid scheme across the whole province. After the preparation of soil samples, the total and available concentrations of heavy metals were determined with an atomic absorption spectrometer following the digestion of samples with 5 N nitric acid and DTPAsolution, respectively. To investigate the influence of parent materials on the concentration of heavy metals in the soils studied, a total of 44 dominant parent rock sampleswere also taken and analyzed. Magnetic susceptibility of soil samples was also measured. Besides, some soil characteristics including electrical conductivity, soil texture, organic matter, pH, gypsum and calcium carbonate content in the samples was determined.Estimates of temperature and precipitation were obtained for the sampling points using the regression equation between the altitude and climatic variables in synoptic stations.The spatial distribution of heavy metals was studied using the best model fitted to omnidirectional variograms. Maps of all the variables were prepared using ordinary kriging interpolation method.The results showed that there was a high correlation between the concentration of heavy metals originating from parent materials and some soil characteristics such as organic matter, clay and soil texture. Mn, Co, and Cr and had a significantly positive correlation with ?lf and ?hf. Fe, Zn, and Ni had a significantly positive correlation with ?fd% indicating the presence of super paramagnetic particles with lithogenic origin in the region. Distribution of heavy metals show that Ni has the highest contamination level in soils based on the standard levels of contamination reported for Iranian soils (more than 50 % of the soils above the threshold level). Cr and Co with 17.5 and 4% of the soils higher than the standard levels, respectively, follow the Ni contamination level. No soil contamination with Zn, Mn, and Fe was found for most of the soil samples. The mean Cu concentration in the soil is equal to that of the world’s average level. Only the soils of a small area in the whole province are contaminated with Pb. In terms of the available concentration, Cu, Mn, Fe, and Zn, 67, 62, 30 and 56% of the samples, respectively, were categorized in the classes of low to moderate. Spatial distribution mapsof total and available concentrations indicated high concentrations of heavy elements in soils of western, northwestern, southern and southwestern areas of the province. Based on the analyses of parent rock samples, important factors affecting the concentration of all the elements in soils are geological structure and the presence of parent materials such as shale, andesite, diorite, and schist/mica schist. Theuse ofchemical fertilizers, mining,metallurgical and other industrial activities as well as the dust deposition originating from these sources seem to also influence the levels of heavy metals in certain areas.
در سال های اخیر دربسیاری از مناطق جهان، آلودگی خاک به فلزات سنگین به یک معضل مهم زیست محیطی تبدیل شدهاست. تاکنون مطالعه جامعی با هدف بررسی تعیین غلظت کل، قابل جذب و پراکنش مکانی فلزات سنگین در خاک های سطحی استان اصفهان انجام نشدهاست. لذا این پژوهش با هدفبررسیتوزیع مکانیغلظت کل و قابل جذبعناصرسنگین و ارتباط آن ها با ویژگی های خاک، اقلیم و مواد مادریانجام شد. بدین منظور 252 نمونه مرکب خاک سطحی از عمق 20-0 سانتی متری بر اساس روش شبکه بندی منظم با نمونه برداری تصادفی از کل استان جمع آوری گردید. پس ازآماده سازی نمونه های خاک، غلظت کل و قابل جذب فلزات سنگین پس از هضم و عصاره گیری به ترتیب با اسید نیتریک 5 نرمال و محلول DTPA، با استفاده از دستگاه جذب اتمی تعیین شد. به منظور بررسی تأثیر مواد مادری بر غلظت عناصر سنگین مورد مطالعه در خاک ها، تعداد 44 نمونه سنگ بستر غالب در استان نیز مورد آنالیز قرار گرفت. هم چنین مقدار پذیرفتاری مغناطیسی در نمونه های خاک نیزتعیین شد. برخی از ویژگی های خاک نیز شامل قابلیت هدایت الکتریکی، بافت خاک، مواد آلی، pH، درصد گچ و کربنات کلسیم نیز در نمونه ها اندازه گیری شد. تخمین مقادیر دما و بارش در نقاط نمونه برداری با استفاده از روابط رگرسیونی بین ارتفاع و متغیرهای اقلیمی بدست آمده از ایستگاه های سینوپتیک انجام شد. مطالعه توزیع مکانی فلزات سنگین با استفاده از مدل های تغییرنمایهمه جهته و سپس تعیین بهترین الگوی برازش داده شده انجام گرفت. در نهایت به وسیله روش میانیابی کریجینگ معمولی، نقشه پراکنش مکانی عناصر مورد مطالعه ترسیم گردید. نتایج نشان داد که همبستگی بالایی بین عناصر با منشأ مواد مادری و برخی از ویژگی های خاک مانند ماده آلی، رس و بافت خاک وجود دارد. فلزات منگنز، کبالت و کروم همبستگی مثبت و معنی داری با و دارند و آهن، روی و نیکل همبستگی مثبت و معنی داری با % نشان دادند که دلالت بر وجود ذرات سوپر پارامگنتیک با منشاء لیتوژنیک در منطقه دارد. توزیع فراوانی فلزات سنگین نشان داد که بر اساس حد استاندارد آلودگی ایران نیکل بیشترین آلودگی (حدود 51%) را در منطقه دارد. در حالی که کروم و کبالت به ترتیب با 5/17 و 4 درصد بیشتر از حد استاندارد، بعد از نیکل قرار دارند. همچنین آلودگی به روی، منگنز، آهن در اکثر نقاط وجود ندارد. متوسط غلظت مس در خاک ها نیز برابر با متوسط غلظت جهانی است. همچنین تنها بخشی از مناطق آلوده به سرب هستند. اما از نظر غلظت قابل جذب عناصر مس، منگنز، آهن و روی به ترتیب 67، 62، 30 و 56 درصد از نمونه ها در محدوده ی کم تا متوسط قرار دارند. نقشه های تغییرات مکانی غلظت اغلب عناصر خاک های استان اصفهان نشان داد که غلظت های بالای این عناصر در مناطق غربی، شمال غربی، جنوب و جنوب غربی استان نسبت به سایر مناطق مشاهده می شود. در واقع می توان بیان کرد، عاملمهم و مؤثربرتجمعکلیهعناصر در نمونه خاک های مورد مطالعه،ساختارزمین شناسی و حضور مواد مادری از قبیل شیل، سنگ های آندزیت، دیوریت ، شیست- میکاشیست و هوادیدگی و فرسایش حاصل ازآن هامی باشد، که با توجه به نتایج حاصل از آنالیز سنگ ها، دارای غلظت بالایی از فلزات سنگین بوده و می توانند به عنوان عامل لیتوژنیک، کنترل کننده غلظت این عناصر در خاک ها باشند.امافعالیت هایکشاورزی نیزدر بعضی نقاطبهدلیلمصرفبالایکود هایشیمیایی، فعالیت های معادن در اراضی صنعتی و فرونشست های جوی حاصل از آن ها درافزایشمیزاناینعناصرتأثیرگذارهستند. همچنین افزایش ارتفاع و به تبع آن کاهش دما و افزایش میزان بارندگی باتوجه به اقلیم منطقه، عامل مؤثر دیگری در تجمع این عناصر در خاک های مناطق غربی استان اصفهان می باشد. کلمات کلیدی: فلزات سنگین، توزیع مکانی، کریجینگ، مواد مادری، آلودگیخاک، استان اصفهان