SUPERVISOR
Hossein Khademi Moughari,Samsolall Ayubi
حسین خادمی موغاری (استاد راهنما) شمس اله ایوبی (استاد مشاور)
STUDENT
Zeinab Kazemi jafer
زینب کاظمی جافر
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394
TITLE
Using Magnetic Susceptibility Measurement to Predict Concentration of Selected Heavy Metals in Plane Tree (Platanus sp.) and False Acacia (Robinia pseudoacacia) Leaves in Kermanshah City
Air pollution is one of the major problems in urban environments. Environmental pollution is mainly due to the improper use of natural resources and the use of fossil fuels. Dust phenomenon is one of the most important environmental issues in arid and semi-arid regions of the world. Plants are an effective indicator of the impact of contamination sources in their vicinity, because most plants have the ability to trap and absorb heavy metals at their surfaces. That is why plants can be used for passive biomonitoring with low sampling costs to measure environmental pollution. Since Kermanshah is one of the western provinces of the country located very close to the border with Iraq, it could be exposed to the hazardous material transferred by winds originating from the west. Due to the presence of industries, factories ,and refineries, the city has a great potential to become one of the cities with high atmospheric dust pollution. The aim of this study was (i) to investigate the biomonitoring potential of leaves of lane and acacia trees (ii) to determine the appropriate species among the dominant tree species in Kermanshah, (iii) to compare the adsorption capacity of heavy metals and the magnetic susceptibility of acacia and plane trees as well as the surface soils, (iv), and to determine the temporal and spatial distribution patterns of atmospheric deposition on the surfaces of tree leaves in Kermanshah. Twenty four sites were selected randomly in the urban area of Kermanshah. Leaf amples from both trees were taken monthly from all the 24 sites for a period of seven months (April to October 2016), and surface soil (0-10 cm) sampling was carried out only once.. In the laboratory, leaf samples were randomly divided into two subsamples, one of which was washed with distilled water while the other was kept unwashed. The magnetic susceptibility measurement of leaves and surface soil samples was performed using a MS2B and the concentration of heavy metals such as Fe, Mn, Ni, Pb, Co, Cu, Zn and Mn after dry digestion and that of lead after wet digestion was determined using an atomic absorption spectrophotometer. The spatial distribution maps of the mean concentration of heavy metals and magnetic susceptibility of unwashed leaves and soil samples were plotted using ILWIS 3.0 software. The temporal trend of the concentration of heavy metals such as Fe, Mn, Ni, Pb, Co and magnetic susceptibility in washed and unwashed leaves and their difference showed that the concentration of heavy metals and magnetic susceptibility increase from the beginning of the sampling toward the end,. There was a statistically significant difference between the first few months and the last few ones based on the Duncan’s mean comparison test. Due to the small size of young leaf surface, and, consequently, their low ability to keep dust, there was no statistically significantly difference among the first few months. Such trend for Cu and Zn concentration in washed and unwashed leaves was the other side around and no clear trend was found for the difference in the concentration between washed and unwashed leaves. A very Significant difference in the magnetic susceptibility of the unwashed leaves of both plane and acacia species in April with October could be attributed to the influx of different magnetic materials into the dust. Among the heavy metals, Fe has the highest and Co the lowest concentration in plant samples, which is consistent with that of soil samples. There was a positive and significant correlation between the concentration of Fe, Co, Zn and Ni and magnetic susceptibility in unwashed leaves of the plane tree, indicating the same sources for these elements and also magnetic susceptibility. There was also a positive correlation between magnetic susceptibility and the concentration of Fe, Co and Cu in unwashed leaves of acacia tree. Therefore, in case of sufficient growth of leaves to allow to keep pollutants from human and natural sources, using the simple and inexpensive technique of magnetic susceptibility to predict the concentration of metals in plane and acacia trees as bioindicators, and to recognize the polluted areas with heavy metals is proposed. The spatial distribution maps indicated that the concentration of of Fe, Zn, Cu, Ni, and Pb lead and magnetic susceptibility high in the western and eastern areas of the city, which could be due to the high traffic and also the activities of different industries in the eastern side of Kermanshah as well as the west wind direction from the Iraqi side. As a result, the sources of most heavy metals and the magnetic susceptibility are often more anthropogenic than natural. Keywords Air pollution, Biological indicator, Heavy metals, Magnetic susceptibility, Kermanshah
آلودگی هوا یکی از مشکلات عمده در محیط های شهری است. آلودگی به طور عمده در جریان بهره برداری نادرست از منابع طبیعی و استفاده از سوخت های فسیلی به محیط زیست وارد می شود. یکی از مهم ترین مسائل زیست محیطی در مناطق خشک و نیمه خشک جهان، گرد و غبار است. گیاهان شاخص موثری برای تأثیر منابع طبیعی و انسانی آلودگی در مجاورت خود هستند، زیرا اکثر گیاهان دارای توانایی جمع آوری و جذب فلزات سنگین در سطح برگ خود هستند. به همین علت از گیاهان می توان به عنوان زیست ردیاب غیرفعال با هزینه های کم نمونه برداری جهت اندازه گیری آلودگی محیط زیست استفاده کرد. از آن جا که شهر کرمانشاه یکی از شهر های غربی کشور و هم مرز با کشور عراق است در معرض خطر بادهای غربی که از سمت این کشور می وزد قرار دارد و همین طور با توجه به وجود صنایع، کارخانجات و پالایشگاه در این شهر پتانسیل تبدیل شدن به یکی از شهرهای با آلودگی بالای حاصل از گرد و غبار اتمسفری را دارد. هدف از این پژوهش بررسی توان زیست ردیابی برگ های درختان چنار و اقاقیا و تعیین گونه مناسب از بین دو گونه درختی غالب در سطح شهر کرمانشاه، امکان مقایسه میزان جذب فلزات سنگین و مقدار پذیرفتاری مغناطیسی بین دو گونه درختی اقاقیا و چنار و خاک سطحی مجاور آن ها و توزیع زمانی و مکانی فرونشست اتمسفری روی سطح برگ درختان چنار و اقاقیا در سطح شهر کرمانشاه بود. به همین منظور 24 نقطه در منطقه شهری کرمانشاه به طور تصادفی انتخاب گردید و هر ماه از این نقاط طی هفت ماه از فروردین تا مهر 95 از برگ درختان و یک نوبت هم از خاک سطحی( 10-0 سانتی متر) نمونه برداری به عمل آمد. در آزمایشگاه برگ های دو گونه درختی به طور تصادفی به دو قسمت شسته شده با آب مقطر و شسته نشده تقسیم شدند. قرائت پذیرفتاری مغناطیسی نمونه های برگ و خاک سطحی با استفاده از دستگاه MS2B انجام گردید و میزان غلظت فلزات سنگین آهن، مس،کبالت، روی، نیکل و منگنز بعد از هضم خشک و عنصر سرب بعد از هضم تر با استفاده از دستگاه جذب اتمی قرائت گردید. نقشه توزیع مکانی میانگین غلظت فلزات سنگین و پذیرفتاری مغناطیسی برگ های شسته نشده و نمونه های خاک نیز با نرم افزار ILWIS 3.0 رسم گردید. روند زمانی غلظت فلزات سنگین آهن، منگنز، نیکل، سرب، کبالت و پذیرفتاری مغناطیسی در برگ های شسته شده، شسته نشده و اختلاف آن ها نشان داد که هر چه از ماه های ابتدایی نمونه برداری به سمت انتهای آن می رویم بر غلظت فلزات سنگین و پذیرفتاری مغناطیسی افزوده می شود و به این ترتیب بین ماه های ابتدایی با ماه های انتهایی در آزمون مقایسه میانگین دانکن اختلاف آماری معنی دار مشاهده می شود، اما بین ماه های ابتدایی رشد با هم به دلیل کوچک و جوان بودن سطح برگ و در نتیجه توانایی کم تر برگ در نگه داری گرد و غبار، اختلاف معنی دارآماری مشاهده نمی شود. این روند در مورد فلزات مس و روی در برگ های شسته شده و شسته نشده برعکس می باشد اما در تفاوت این برگ ها روند ثابت افزایشی یا کاهشی مشاهده نمی شود بلکه در ماه های مختلف متغیر است. علت تفاوت معنی دار قابل توجه پذیرفتاری مغناطیسی برگ های شسته نشده هر دو گونه درختی چنار و اقاقیا در ماه مهر با فروردین می تواند ورود مواد مغناطیسی متنوع به گرد و غبار باشد. از بین تمام فلزات مورد مطالعه آهن بالاترین غلظت و کبالت پایین ترین غلظت را در نمونه های گیاهی دارد که با نمونه های خاک نیز مطابقت دارد. بین غلظت فلزات آهن، مس، روی و نیکل با پذیرفتاری مغناطیسی در برگ های شسته نشده گونه چنار همبستگی مثبت و معنی دار وجود دارد که نشان دهنده منابع یکسان یا منابع مشترک این عناصر با پذیرفتاری مغناطیسی می باشد و برای گونه اقاقیا بین پذیرفتاری مغناطیسی و غلظت فلزات آهن، کبالت و مس در برگ های شسته نشده همبستگی مثبت وجود دارد. در نتیجه استفاده از تکنیک ساده و ارزان پذیرفتاری مغناطیسی در پیش بینی غلظت فلزات مورد نظر در شاخص های زیستی چنار و اقاقیا در صورت رشد کافی برگ و توان آن در نگه داری آلاینده های حاصل از منابع انسانی و طبیعی و همچنین جهت شناسایی مناطق آلوده به فلزات ذکر شده مناسب می باشد. در توزیع مکانی بالاترین غلظت آهن، روی، مس، نیکل و تا حدودی سرب و پذیرفتاری مغناطیسی در قسمت هایی از نیمه غربی و شرقی شهر می باشد که به دلیل حجم بالای ترافیک در این نقاط و تمرکز صنایع و کارخانجات در سمت شرقی شهر کرمانشاه و جهت باد غالب غربی از سمت کشور عراق می باشد در نتیجه منابع این فلزات و پذیرفتاری مغناطیسی غالباً انسانی ًو کم تر طبیعی می باشد اما بالاترین غلظت فلزات کبالت و منگنز در سمت جنوب و خیلی کم در سمت شمال شرق شهر دیده می شود که می تواند حاصل دخالت منابع طبیعی در آزاد شدن این فلزات به اتمسفر باشد. به طور کلی استفاده از دو شاخص زیستی چنار و اقاقیا جهت پایش زیستی آلودگی اتمسفری مناسب می باشد و استفاده از تکنیک پذیرفتاری مغناطیسی برای شاخص زیستی چنار در پیش بینی غلظت آهن، روی، مس و نیکل و برای شاخص زیستی اقاقیا در پیش بینی غلظت آهن، کبالت و مس پیشنهاد می شود. کلمات کلیدی: آلودگی هوا، شاخص زیستی، فلزات سنگین، پذیرفتاری مغناطیسی، شهر کرمانشاه