بخشی از مقاله
-1 مقدمه
فعالیتهای بسیار متمرکز صنعتی و کشاورزی اثرات سویی بر خصوصیات زیست محیطی خاک و کیفیت آن، بعنوان یکی از مهمترین منابع در دسترس، نهاده است. کیفیت منابع آب و خاک عمدتاً متأثر ازآلودگیهای ناشی از فعالیتهای انسان - کشاورزی، صنعت و شهری - میباشد، که به صورت منابع آلاینده نقطهای و غیر نقطهای نمود مینمایند. تفاوت آلایندههای نقطهای و غیر نقطهای تنها از لحاظ گسترش مکانی آنهاست. آلاینده های غیر نقطهای به طور عمده شامل کودهای شیمیایی، آفتکشها، فلزات سنگین و نمکها میباشند که معمولا در سطح وسیعی گسترده شدهاند.
آلایندههای نقطهای مانند محل تخلیه فضولات صنعتی، معمولا در یک محل متمرکز میباشند. در سالهای اخیر نگرانیها بیشتر معطوف آلایندههایی گردیده که دارای غلظت کمتر ولی دامنه انتشار وسیعتری می باشند. آلودگیهای غیر نقطهای یا به طور طبیعی اتفاق میافتند - مانند انباشت نمکها در خاک - و یا ناشی از کاربرد مستقیم آنها توسط انسان هستند - مانند آفتکشها و کودهای شیمیایی - .
صرفنظر از نحوه ورود؛ این آلودگیها معمولا از فعالیتهای انسان ناشی میشوند. در حال حاضر منابع آلایندههای غیر نقطهای به عنوان مهمترین عوامل آلوده کننده منابع آب و خاک در مقیاس جهانی به شمار میروند و کشاورزی بیشترین سهم را در ایجاد این آلودگیها دارد.0 کاربرد کودهای شیمیایی فسفره در زمینهای کشاورزی میتواند باعث افزایش سطوح کادمیم، آرسنیک، کروم و سرب در خاک و کاهش pH خاک شود، همچنین باعث جداسازی فلزات سنگین از ماتریس خاک میشود
خاکهای کشاورزی به طور مستقیم و غیر مستقیم بر سلامت عمومی از طریق تولید غذا تأثیر میگذارند بنابراین حفاظت از این منبع و اطمینان از پایداری آن حائز اهمیت میباشد. پیشرفت سریع صنعت و افزایش رهاسازی مواد شیمیایی مورد استفاده در کشاورزی به محیط زیست منجر به افزایش نگرانیها در مورد پتانسیل تجمع فلزات سنگین در خاکهای کشاورزی شده است
مستقل از منشأ منبع، فلزات سنگین میتوانند در محصولات کشاورزی یا گیاهان تجمع یابند و ممکن است منجر به آسیب و تغییرات در عملکرد فیزیولوژیکی انسان و حیوان از طریق زنجیره غذایی شوند .[14] مطالعات نشان داده اند که بشر در معرض خطر تجمع فلزات و در نتیجه تجمع آنها دربافتهای چربی بدن انسان و تأثیر بر سیستم عصبی مرکزی است و یا فلزات سنگین ممکن است در سیستم چرخه بستهای مستقر شده و عملکرد عادی اعضای داخلی بدن را مختل کنند
چن و همکاران - 2007 - ، 330 نمونه رسوب از منطقه Dexing mines در کشور چین در سالهای 1989 و 2004 جمع آوری و غلظت فلزات جیوه، کادمیم، کروم، روی، مس و سرب را اندازهگیری کردند. برای مقایسه تغییرات مکانی زمانی فلزات سنگین در زمانهای مختلف از نقشههای پهنه بندی استفاده کردند. نتایج نشان از افزایش غلظت حداکثر فلزات در سال 2004 در مقایسه با سال 1989 به ترتیب 9، 4، 4/6، 1/5، 5/9 ، 6/3 و 5/6 برابر به ترتیب برای آرسنیک، جیوه، کادمیم، کروم، روی، مس و سرب بود
استفاده بیش از حد کودهای شیمیایی در کشور ایران - قرار داشتن در بین 12 کشور اول جهان از نظر مصرف کود تا سال - [12] 2006 و رشد روز افزون مصرف آن 21/5 - افزایش میزان مصرف کود شیمیایی در سال 2003 نسبت به سال - [4] 2002، باعث انتقال فلزات سنگین به خاکهای کشاورزی شده است. این مطالعه با هدف بررسی تغییرات مکانی زمانی غلظت فلزات سنگین کبالت و روی در دو منطقه کشاورزی واقع در شهرستانهای فامنین و رزن انجام شد.
-2 مواد و روش
مناطق کشاورزی در شهرستانهای فامنین و رزن در استان همدان مورد مطالعه قرار گرفتند. شهرستان فامنین در شمال شرقی استان همدان است که از طرف شمال به شهرستان رزن و از طرف جنوب به بخش شراء - قهاوند - از طرف شرق به استان مرکزی و از مغرب به شهرستان کبودرآهنگ محدود میشود - شکل . - 1 شهرستان فامنین با مساحتی حدود 1340 کیلومتر مربع 6/8 در صد مساحت کل استان را شامل میشود. شهرستان رزن در شمال شرقی استان همدان قرار گرفته است. این شهرستان از شمال به استان زنجان و قزوین و از شرق به استان مرکزی - شهرستان ساوه - ، از جنوب به شهرستان همدان - بخش فامنین - ، از سوی غرب به شهرستان کبودرآهنگ محدود میشود - شکل . - 1 شهرستان رزن به وسعت 2729 کیلومتر مربع، حدود %14 از مساحت استان همدان را به خود اختصاص داده است.
شکل.1 موقعیت مناطق مورد مطالعه در کشور و استان همدان و پراکنش نقاط نمونه برداری
-2-1 تعیین مناطق نمونه برداری
در انتخاب مناطق سعی شد مناطقی که از نظ قدمت کشت متفاوت باشند، انتخاب شوند. به همین منظور با کمک تصاویر ماهوارهای لندست MSS سال 1352، TM سال 1369 ، ETM سال 1379و ماهواره IRS سنجنده AWIFS سال 1387 و بررسی پوشش گیاهی در هر تصویر، مناطق مورد نظر که از نظر قدمت کشت متفاوت بودند، انتخاب شدند، سپس با کمک گرفتن از نقشههای زمین شناسی، شیب و ارتفاع سعی شد که مناطق انتخاب شده از نظر این پارامترها و همچنین از نظر مدیریت مشابه باشند.
دو منطقه کشاورزی در شهرستانهای فامنین و رزن مورد مطالعه قرار گرفتند. فعالیتهای کشاورزی در منطقه فامنین نسبت به منطقه رزن از قدمت بیشتری برخوردار بود. با مراجعه به مناطق مشخص شده و پرسجو از کشاورزان محلی از صحت مناطق انتخاب شده اطمینان حاصل شد. روش نمونه برداری بر اساس روش سیستماتیک انجام گرفت. برای این کار ابتدا مناطق مورد نظر با استفاده از نرم افزار GIS و تصویر ماهوارهای از منطقه، به شبکههای تقسیم بندی شد، محل اتصال شبکهها به هم به عنوان نقاط نمونهبرداری تعیین میشود.
در نمونه برداری پس از نقطه یابی، در محل نقطه یک پلات 20*20 متر - ماکروپلات - زده و داخل آن به صورت V برعکس سه پلات 3*3 متر - میکروپلات - زده شد، سپس از داخل هر میکروپلات تعداد 5 نمونه خاک به صورت ضربدری از عمق 0-20 سانتیمتر برداشت و با ایستادن در وسط ماکروپلات توسط دستگاه GPS موقعیت نقطه نمونه برداری ثبت گردید. تعداد 14 نمونه خاک از منطقه فامنین و 15 نمونه خاک از منطقه رزن برداشت شد. نمونهبرداری در اواخر شهریور ماه بعد از برداشت محصول انجام گرفت - شکل . - 1
-2-2 آنالیز آماری و آنالیز نمونه های خاک
آنالیز آماری با استفاده از نرم افزار SPSS 15/0 انجام گرفت. آمارههای توصیفی - میانگین، میانه، حداقل، حداکثر، انحراف معیار، ضریب تغییرات، چولگی و کشیدگی - برای فلزات سنگین و پارامترهای خاک برای هر منطقه به طور جداگانه محاسبه شد. برای اطمینان از نرمال بودن دادههای بدست آمده، از آزمون کولموگروف اسمیرنوف استفاده شد.
جهت اندازه گیری غلظت فلزات، نمونههای خاک پس از هوا خشک شدن، از الک 2 میلیمتری عبور داده شدند. عصارهگیری برای تعیین غلظت کل فلزات نیز با استفاده از HCL و HNO3 صورت گرفت
غلظت فلزات به وسیله دستگاه اسپکتروفتومتر با استفاده از مد شعله اندازه گیری شد.
-2-3 تجزیه و تحلیل زمین آماری
برای بررسی تغییرات مکانی و برآورد غلظت فلزات سنگین از روش میانیابی کریجینگ در محیط نرم افزار ARC GIS 9,3 استفاده شد.
در این تحقیق از روش کریجینگ معمولی برای بررسی توزیع مکانی غلظت فلزات سنگین کبالت و کروم استفاده شد. برای مطالعه تظبیقی و ارزیابی میزان دقت نقشه ها از تکنیک جک نایف و توابع میانگین خطای انحراف - Mean Bias Error - و میانگین مطلق خطا - Mean Absolute Error - که از تکنیکهای معتبر ارزیابی در این زمینه میباشند، استفاده شد.
-3 نتایج
-3-1 آمار توصیفی پارامترهای خاک
توصیف آماری غلظت فلزات سنگین کبالت و روی و خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک در نمونههای برداشت شده در جدول 1 آمده است. حداقل مقدار غلظت کبالت در منطقه فامنین 8/9 میلیگرم بر کیلوگرم و حداکثر مقدار آن 22 میلیگرم بر کیلوگرم می باشد و میانگین آن 18 میلیگرم بر کیلوگرم میباشد. حداقل و حداکثر غلظت کبالت در منطقه رزن به ترتیب 13 و 21/9 میلیگرم بر کیلوگرم با میانگین 16/6 میلیگرم بر کیلوگرم میباشد
منطقه بیشتر از میانگین جهانی 7/9 - میلیگرم بر کیلوگرم - [13] برای این فلز است. حداقل مقدار غلظت روی در منطقه فامنین 37 میلیگرم بر کیلوگرم و حداکثر مقدار آن 110میلیگرم بر کیلوگرم می باشد و میانگین آن در این منطقه 84 میلیگرم بر کیلوگرم بود. حداقل و حداکثر غلظت روی در منطقه رزن به ترتیب 52 و 110 میلیگرم بر کیلوگرم با میانگین 72/6 میلیگرم بر کیلوگرم میباشد.
میانگین روی در هر دو منطقه بیشتر از میانگین جهانی 64 - میلیگرم بر کیلوگرم - [13] برای این فلز است. میانگین هر دو فلز در مناطق فامنین و رزن بیشتر از مقدار زمینه برای این فلزات بود .[2] همچنین میانگین در منطقه فامنین بیشتر از منطقه رزن میباشد. نتایج آزمون کولوموگروف-اسمیرنوف در جدول 1 نشان داد که غلظت فلزات سنگین کبالت و روی و پارامترهای فیزیکو شیمیایی خاک در منطقه مورد مطالعه از توزیع نرمال برخوردارند.
جدول.1 آمار توصیفی غلظت عناصر - - mg/kg و برخی از پارامترهای خاک سطحی در مناطق مورد مطالعه
-3-2 توزیع مکانی فلزات
شرط اول استفاده از کریجینگ خطی - معمولی و ساده - ، نرمال بودن توزیع دادههاست .[5] اما در شرایطی که توزیع دادهها پیچیده باشد و برازش آنها توسط توزیعهای معمول آماری مشکل باشد، کریجینگ گسسته مورد استفاده قرار میگیرد .[5] همانطور که قبلا ذکر گردید، کبالت و روی خاک سطحی منطقه مورد مطالعه دارای توزیع نرمال بوده - جدول - 1 بنابراین برای این فلزات از روش کریجینگ معمولی استفاده شد. جدول 2، آنالیز همبستگی مکانی کریجینگ معمولی با مدلهای مختلف را برای فلزات سنگین مورد مطالعه ارائه داده است.
در منطقه فامنین برای کبالت خاک سطحی کریجینگ معمولی با مدل دایرهای دارای کمترین مقدار - 0/6 - RMSE بود همچنین در بین همه مدلها از نظر - 0/2 - MAE و - 0/01 - MBE دارای مقادیر کمتری بود. بنابراین برای تهیه نقشه توزیع مکانی کبالت خاک سطحی مدل دایرهای در روش کریجینگ معمولی مورد استفاده قرار گرفت. برای روی خاک سطحی، کمترین مقدار برای خطاهای - 2/8 - RMSE، - 0/7 - MAE و - 0/08 - MBE مربوط به روش کریجینگ معمولی با مدل گوسی بود. بنابراین نقشه مکانی توزیع روی خاک سطحی با استفاده از روش کریجینگ معمولی با مدل گوسی تهیه گردید
در منطقه رزن برای کبالت خاک سطحی کریجینگ معمولی با مدل کروی دارای کمترین مقدار - 0/4 - RMSE بود
