بخشی از مقاله
چکیده
هدف از این مطالعه ایجاد شاخصهای کیفیت خاک به منظور ارزیابی کمی آلودگی فلزات سنگین در اراضی مرکزی استان زنجان می باشد. 241 نمونه - از عمق 0-10 سانتیمتر - به روش شبکهبندی جمعآوری شد. فلزات سنگین شامل نیکل، کروم، سرب، روی، مس، آهن، کبالت، منگنز و کادمیم محاسبه گردید و از روش تجزیهی مؤلفههای اصلی - - PCA برای تعیین حداقل ویژگیهای مؤثر بر ارزیابی آلودگی خاک استفاده شد.
8 شاخص آلودگی با استفاده از توابع نمرهدهی خطی و غیرخطی تعیین شد و جهت اعتبارسنجی شاخصها، آلودگی خاک، منطقه مورد مطالعه به سه کلاس "آلودگی کم"، "آلودگی متوسط" و "آلودگی زیاد" با استفاده از روشهای آماری، تقسیم شد. از هر کلاس نمونههای خاک به منظور بررسی تاثیر آلودگی بر فعالیتهای بیولوژیکی خاک تهیه گردید.
شاخصهای آلودگی تفاوت معنیداری بین کلاسهای آلودگی خاک در منطقه مورد مطالعه داشتند و نتایج تاثیر آلودگی خاک بر کیفیت زیستی خاک در استان زنجان را نشان داد.
مقدمه
افزایش فعالیتهای صنعتی توام با تولید آلایندهها از جمله فلزات سنگین یکی از مشکلات جدی و در حال گسترش پیشروی انسان عصر حاضر است
آلودگیهای زیستمحیطی از مهمترین عوامل موثر در تخریب و تنزل کیفیت بیوسفر و اجزای آن محسوب میشوند و در این میان فلزات سنگین از نقطه نظرهای بیولوژیکی، اکولوژیکی و سلامتی بشر حائز اهمیت هستند
عناصر سنگین گروهی از فلزات و شبه فلزات هستند که وزن اتمی آنها از 63/5 تا 200/6 متغیر بوده و دارای چگالی ویژه بزرگتر از پنج هستند
دو منبع برای آلودگی فلزات سنگین در خاک وجود دارد: منابع طبیعی - لیتوژنیک - و منابع غیرطبیعی - آنتروپوژنیک یا انسانی - .
منابع طبیعی آلودگی خاک، شامل ورود فلزات سنگین از طریق فرسایش و هوازدگی مواد مادری خاک بوده و منابع غیرطبیعی این فلزات را میتوان متاثر از فعالیتهای انسان از جمله معدنکاوی، استخراج و ذوب فلزات، سوزاندن سوختهای فسیلی، حملونقل جادهای، دفع زباله و سوزاندن پسماندها و بهویژه استفاده از کودها و مواد شیمیایی در کشاورزی دانست
آلودگی فلزات سنگین علاوه بر اینکه بر خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک، کاهش فعالیت زیستی و کاهش دستیابی زیستی مواد مغذی خاک تاثیر میگذارند، همچنین خطر جدی برای سلامتی انسان از طریق ورود در زنجیرهی غذایی محسوب میشوند و باعث کاهش امنیت زیستمحیطی از طریق نفوذ در آبهای زیرزمینی نیز میشوند
کیفیت خاک یکی از مهمترین ویژگیهای تاثیرگذار بر تولید گیاهان و کشاورزی پایدار میباشد. کیفیت مطلوب خاک نه تنها در تولید و عملکرد خوب گیاهان، بلکه در حفظ کیفیت محیطزیست و سلامت گیاه، حیوان و انسان نقش اساسی دارد
کیفیت خاک معمولا از سه جنبه فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی موردتوجه قرار میگیرد و برای ارزیابی میزان تخریب اراضی یا اصلاح و تعیین نوع فعالیتهای مدیریتی برای کاربری پایدار مهم است
کیفیت خاک عبارت از توانایی پایدار یک خاک برای انجام وظایف خود به عنوان یک سیستم زنده داخل اکوسیستم خاک و کاربریهای متفاوت است به طوری که خاک علاوه بر حفظ یک مجموعه ویژگیهای زیست محیطی ضروری از جمله حاصلخیزی و بیولوژیکی، بتواند کیفیت آب و هوا را بهبود بخشد و تامینکننده سلامت انسان، حیوان و گیاه باشد
چون کیفیت خاک را نمیتوان مستقیما اندازهگیری کرد، باید از شناسههای کیفیت استفاده نمود. شناسههای کیفیت ویژگیهای قابل اندازهگیری خاک هستند که ظرفیت خاک برای تولید محصول و عملکرد زیستمحیطی را تحت تاثیر قرار میدهد و به تغییر کاربری اراضی، مدیریت و عملیات حفاظتی حساس میباشند
محاسبه شاخص کیفیت آلودگی خاک یکی از روشهای کمی در ارزیابی تاثیر منابع آلودهکنند بر کیفیت خاک است که معمولا از حاصل جمع مقادیر موثر بر شرایط خاک و با توجه به وزن اختصاص یافته به هر ویژگی به دست میآید
از این رو به دست آوردن روشها و شاخصهای مناسب ارزیابی کیفیت خاک به علت تاثیر مهم آن بر نتیجهگیری و قضاوت نهایی در مورد وضعیت کیفیت و مدیریت خاک، از جمله مهمترین مسائل موردتوجه است
در بین روشهای کمی ارزیابی کیفیت خاک، تعیین شاخص یکی از متداولترین روشها است، که برتری آن قابلیت استفاده آسان، انعطافپذیری و کمی بودن است
این مطالعه به منظور ایجاد شاخصهای آلودگی خاک به عناصر سنگین جهت ارزیابی شرایط زیستی و کیفیت خاک در استان زنجان صورت گرفته است.
مواد و روشها منطقه مطالعاتی
این مطالعه در قسمتی از اراضی مرکزی استان زنجان انجام شد. منطقه مطالعاتی دارای اهمیت فوقالعاده از لحاظ تولیدات کشاورزی و جمعیت میباشد و با مساحتی بالغ بر2000 کیلومتر مربع، بین مدارهای 36 41 تا 36œ 20 عرض شمالی و 48 19 تا 48 53 طول شرقی قرار گرفته است. میانگین ارتفاع استان زنجان بیش از 1500 متر از سطح دریا است. متوسط بارندگی سالانه 330 تا 360 میلیمتر است
نمونه برداری و تجزیههای آزمایشگاهی
نمونهبرداری بر اساس روش شبکهبندی به صورت کاملا تصادفی صورت گرفته است. در کل تعداد 241 نقطه کار نمونهبرداری سطحی از عمق 0 تا 10 سانتیمتر انجام شد و تجزیههای آزمایشگاهی صورت گرفت. هضم خاک با استفاده از اسید نیتریک 5 نرمال - اسپوزیتو "و همکاران" - 1982 انجام گرفت. غلظت کل عناصر Pb ، Zn، Ni، Mn، Cu، Cr، Fe و Co توسط دستگاه جذب اتمی مدل Perkin-Elmer: AA 200 و غلظت کادمیم کل با دستگاه جذب اتمی مجهز به کوره گرافیتی مدل تعیین شد.
ایجاد شاخص کیفیت خاک به منظور ارزیابی عناصر سنگین در خاک -1تعیین حداقل دادههای ضروری برای ارزیابی کیفیت خاک در این مرحله حداقل دادههای مورد نیاز - MDS - 1 برای ارزیابی کیفیت آلودگی خاک تعیین شد. از روش تجزیهی مؤلفههای اصلی - PCA - 2 برای تعیین حداقل ویژگیهای مؤثر استفاده شد. در این روش بر اساس متغیرهای وابسته و مرتبط - شناسههای کیفیت خاک - ، مؤلفههای غیروابسته تعریف میشوند و با تفسیر همبستگی بین شناسهها، دادههای مورد نیاز شناسایی میشوند . در این مرحله 6 عنصرکروم، روی، سرب، مس، منگنز و آهن به عنوان حداقل داده شناسایی شد.
-2 تهیهی شاخصهای کیفیت خاک
پس از شناسایی حداقل ویژگیهای مؤثر - MDS - ، نرمال کردن خصوصیات انتخاب شده با استفاده از توابع امتیازدهی خطی - Sharma "et al.," 2005 - و غیرخطی - ʼ+RVH "HW DO.'" 2014 - انجام شد. در مرحله بعد امتیازات هر شناسه با استفاده از روشهای ساده و وزنی ترکیب و شاخص کیفیت خاک تعیین شد . - Askari and Holden., 2015 - نهایتا هشت شاخص کیفیت آلودگی خاک با استفاده از دو نمودار نمرهدهی خطی و غیرخطی و روشهای ترکیبی تجمعی 1 و تجمعی-وزندهی2 و با استفاده از کل دادهها و حداقل دادههای مورد موثر تهیه و در این پژوهش مورد بررسی قرار گرفت.
اعتبارسنجی شاخصها
به منظور اعتبارسنجی شاخصهای تولید شده، منطقه مورد مطالعه براساس کل خصوصیات اندازهگیری شده به سه کلاس آلودگی کم، متوسط و زیاد تقسیم شد. کلاسهای آلودگی با استفاده از روشهای آماری و ماتریسهای چند بعدی تعیین شد . - Askari and Holden 2014 - از هرکلاس نمونهبرداری مجدد صورت گرفته و با بررسی و اندازه گیری خصوصیات بیولوژیکی خاک، اعتبار سنجی شاخصهای آلودگی صورت خواهد گرفت.
نتایج و بحث
شاخصهای تعیین شده به خوبی توانستند آلودگی خاک در منطقه مورد مطالعه را نشان دهند و همبستگی خوبی بین کلاسها آلودگی تعیین شده و شاخصها بدست آمد. نتایج تجزیه واریانس - ANOVA - در جدول 1 خلاصه شده است. این نتایج نشان داد که هر هشت شاخص ایجاد شده با استفاده از نمودارهای خطی و غیرخطی و روشهای تجمعی ساده و وزنی برای هر دو دسته از دادهها TDS - و - MDS به احتمال %99 دارای تفاوت معنیدار بین کلاسهای آلودگی خاک هستند.
جدول -1 نتایج آنالیز واریانس شاخصهای خاک بین کلاسهای آلودگی در منطقه
مقایسه میانگینها - با استفاده از روش - LSD3 بین هر سه کلاس آلودگی کم، متوسط و زیاد را برای هر هشت شاخصهای خطی، غیرخطی، ساده و وزنی برای هر دو دسته دادهها - TDS و - MDS با احتمال %99 نشان داد .
شاخصهای ایجاد شده با استفاده از روشهای غیرخطی، واریانس و میانگین کمتری را نسبت به شاخصهای خطی نشان دادند، به نظر میرسد که شاخصهای غیرخطی بهتر توانستهاند کیفیت خاک در ارتباط با آلودگی عناصر سنگین را مدل کنند.
