بخشی از مقاله
چکیده
منابع آلاینده های غیر نقطه ای به عنوان مهمترین عوامل آلوده کننده منابع آب و خاک در مقیاس جهانی به شمار می روند. کشاورزی و حمل و نقل بیشترین سهم را در ایجاد این نوع آلاینده ها دارند. هدف از این مطالعه تهیه نقشه پتانسیل آلودگی خاک سطحی کشاورزی به کادمیم و سرب به روش کریجینگ ناپیوسته در اصفهان می باشد. برای این منظور تعداد 38 نمونه خاک کشاورزی به عمق صفر تا 15 Cm برداشت شد.
آنالیز فیزیکی و شیمیایی خاک ها به روش استاندارد انجام شد . توصیف آماری در نرم افزار Minitab و همبستگی مکانی در برنامه رایانهای ArcGIS 9.2 انجام شد. میانیابی به روش کریجینگ ناپیوسته در محیط GIS انجام شد. حداکثر غلظت کادمیم و سرب در خاک کشاورزی اصفهان به ترتیب 2/8 mg/kgو 59/6 و میانگین به ترتیب 1/8 mg/kg و 32/5 ، کمتر از مقدار سازمان حفاظت محیط زیست ایران - کادمیم - - 5 mg/kg و سرب - 75 mg/kg - بدست آمد.
مقدمه
انباشت عناصر سنگین در خاک بخصوص در زمین های کشاورزی باعث جذب مقادیر زیاد آنها توسط گیاهان شده و لذا بیشتر از حد طبیعی وارد زنجیره غذایی انسان ها و حیوانات می شوند انباشت عناصر سنگین در خاک باعث بروز اختلال در دیگر بخش های اکوسیستم خواهد شد. به عنوان نمونه در صورتی که غلظت کادمیوم در خاک از 3 میلی گرم تجاوز نماید تثبیت نیتروژن توسط میکروارگانیسم ها مختل می گردد.
در بین عناصر سنگین سرب و کادمیم به دلیل نیمه عمر طولانی آنها در بدن انسان و حیوانات ازاهمیت زیادی برخوردارند.[ Poikolainen, J.E. et al., 2004, NIOSH 1997 ] در بین عناصر موجود در کودهای شیمیایی کادمیوم مهمترین آنها محسوب میشود .بر اساس مطالعه صورت گرفته در کشور انگلستان ،درمناطق غیر صنعتی و غیر آلوده بیش از50 درصد ازکل کادمیم ورودی به زمین های کشاورزی ناشی ازکاربرد کودهای فسفره است[ Mortvedt, J. 1996] سهم کودهای فسفره در ورود کادمیم به زمین های کشاورزی در کشورهای اروپایی بین 44 تا 77 درصد از مقدار کل کادمیم ورودی است.
[EUROSTAT 1995] باتوجه به مصرف بی رویه کودهای شیمیایی در ایران سهم کودهای فسفره در انباشت عناصر سنگین و بخصوص کادمیم در زمین های کشاورزی قابل توجه است]امینی، م و همکاران، .[1385 به طور کلی بخش زیادی از عناصر سنگین تولید شده در اثر فعالیت های صنعتی و شهری وارد سیستم جمع آوری و تصفیه فاضلاب شده و در نهایت در لجن فاضلاب انباشته می شود. ورود پساب های صنعتی - بخصوص کارگاه های آبکاری فلزات و کارواش ها - ، ورود غیر مستقیم آلودگی ناشی از ترافیک، ورود فاضلاب های خانگی و غیره منجر به ورود عناصر سنگین به لجن فاضلاب می شود]امینی، م. و همکاران 1385، واثقی، س.و همکاران 1382، هودجی، م. و همکاران 1386، .[Englund, E,1980 Van Meirvenne, M,2001 این آلودگی ها در اثر مصرف لجن فاضلاب در زمین های کشاورزی باعث ورود فلزات سنگین از جمله سرب و کادمیم به خاک های کشاورزی می شوند.
شناسایی مناطق آلوده و یا در معرض آلودگی به عناصر سنگین با توجه به وسعت مکانی و همچنین مشکلات مربوط به نمونه های جمع آوری شده، نیازمند استفاده از روش های پیشرفته آماری می باشد. تغییر پذیری مکانی و گسترش جغرافیایی غلظت عناصر سنگین در حقیقت جنبه کلیدی شناسایی مکان های آلوده است. زمین آمار به مجموعه روش هایی اطلاق می گردد که بر مبنای تئوری متغیر های ناحیه ای بوجود آمده و امکان تخمین و یا شبیه سازی مقادیر یک متغییر را در مکان خاص و به کمک اطلاعات موجود در اطراف آن فراهم می نماید.
این تکنیک ها در سال های اخیر به طور گسترده ای برای مطالعه توزیع مکانی آلایندها و از جمله عناصر سنگین مورد استفاده قرار گرفته است Alloway, B.J 1990, Celick, A.and et al. 2005, Garrett, R.G. and et al. 1990, ] .Isaaks, E .h. and et al. 1989, Li, X. 2001 , Tao. S.1994, Unwin, D. 1981] این مجموعه روش ها امکان کمی نمودن توزیع مکانی غلظت عناصر را فراهم می نماید. .[Von Stieger, B. 1996] در کریجینگ ناپیوسته هدف بدست آوردن یک تخمین ساده نیست بلکه در این روش توزیع احتمال یک تخمین محاسبه می شود.
در این روش احتمال اینکه مقدار واقعی برابر یا بیشتر از یک حد آستانه1 از قبل تعیین شده باشدتعیین می شود. این روش در بیشتر مسائل کشاورزی که در قالب کمبود یا سمیت بیان می شوند مورد استفاده قرار گیرد. GIS ابزاری توانا برای تلفیق و تحلیل مدل سازی لایه های اطلاعاتی مکانی است. در دهه اخیر دانشمندان خاک کاربرد GIS را به عنوان ابزار در سازمان دهی داده و تصور مکانی مدل تخمین آلودگی منابع غیر نقطه ای بکار بردند. ]مخدوم، م. .[1377 هدف از انجام این مطالعه تهیه نقشه پتانسیل آلودگی خاک سطحی کشاورزی به کادمیم و سرب به روش کریجینگ ناپیوسته در اصفهان می باشد.
مواد و روشها
نمونه برداری از مراحل اولیه و بسیار مهم در مطالعات زیست محیطی است. موقعیت، تعداد و اندازه نمونه ویژگی هایی است که در هنگام نمونه برداری بایستی در نظر قرار گیرند. روش های متداول نمونه برداری به دو گروه اصلی تصادفی و نظامدار تقسیم بندی می شوند. در مطالعه حاضر نمونه برداری سیستماتیک تصادفی انجام شده است]کرمی، م. 1386،وهاب زاده [1372
جمع آوری اطلاعات و نمونه برداری
پس از بررسی منابع اطلاعاتی موجود شامل تصاویر ماهواره ای و نقشه های توپوگرافی 1 : 50000 همچنین بازدید از منطقه اصفهان - شکل - 1، محدوده مطالعه با توجه به وسعت و ویژگی موقعیت منطقه کشاورزی به مختصات شرقی 568471 ، 3618183 و غربی 558670 ، 3607805 متر اصفهان انتخاب شد. سپس تعداد 38 نمونه خاک های سطحی 20 Cm - - 0 برداشت شد. - شکل .
تجزیه های آزمایشگاهی
نمونه های خاک جمع آوری شده برای آنالیز آماده گردیدند. بافت خاک - درصد شن،سیلت،رس - به روش هیدرومتر، ماده آلی - بلاک و والکی - ، پی اچ - عصاره گل اشباع، و پتانسیومتر - ، هدایت الکتریکی - عصاره گل اشباع، پتانسیومتری - ، ظرفیت تبادل کاتیونی - روش باور - پس از هوا خشک شدن نمونه ها اندازه گیری شد. برای اندازه گیری غلظت کل, کادمیم و سرب نمونه های خاک، 5 گرم از هر نمونه توزین و سپس در دمای 110 درجه سانتیگراد به مدت 24 ساعت خشک شد آنگاه به به روش تیزاب سلطانی Aquilegias برای اکسیداسیون مواد آلی خاک استفاده شد . پس از سرد شدن ، سوسپانسیون حاصل را از کاغذ واتمن 42 عبور داده و حجم عصاره با آب مقطر به 40 میلی لیتر رسانده شد. غلظت کل، عناصر Ni,Cu,Cd,Pb,Zn در عصاره نمونه ها با دستگاه جذب اتمی پرکین المرمد ل 700 قرائت شد .
آنالیز های زمین آماری
توزیع فراوانی داده ها به لحاظ تاثیری که روی تخمین به روش های میان یابی دارای اهمیت زیادی است. توزیع فراوانی با شاخص های حداقل، حداکثر، میانگین، انحراف معیار، ضریب تغییرات ، چگولگی و کشیدگی مورد بررسی قرارگرفت. در جدول 1 آمار توصیفی متغیرهای مختلف خاک های سطحی شهر اصفهان نشان داده شده است. آنالیز همبستگی مکانی با استفاده از تغییر نما انجام شد. محاسبه و ترسیم تغییر نما از برنامه رایانه ای ArcGIS9.2 استفاده گردید.در محاسبه تغییر نما داده ها بایستی حتی الامکان از توزیع نرمال برخوردار باشند. لذا در مورد خصوصیاتی که توزیع فراوانی آنها نرمال نبود تبدیل داده به روش BOX COX انجام شد. سپس تغییر نمای همه جهته توسط برنامه رایانه ای ArcGIS9.2 محاسبه و ترسیم شد. پس از محاسبه و ترسیم تغییر نما در جهات مختلف وضعیت همسانگردی و ناهمسانگردی مورد مطالعه بررسی گردید.
نتایج و بحث
در مطالعه حاضر جهت تخمین پارامترهای تغییر نما از روش کریجینگ جک نایف استفاده شده است. میانگین خطای تخمین2 بایستی برابر صفر و میانگین مجذور خطای3 کاهش یافته برابر یک شود. در مطالعه حاضر با استفاده از سعی و خطا مناسب ترین الگوی تغییر نمای متغییرهای مورد مطالعه تعیین گردید. جدول2 مقادیرکنترل اعتبار را نشان می دهد]مدنی، ح. .[1373 بزرگی میانگین خطای تخمین به دلیل محدودیت تعداد نمونه و بزرگی داده ها می باشد.دامنه غلظت کادمیم، سرب، نیکل، مس و روی به ترتیب - 2/8-0/2 - mg/kg ، - 59/6-3/4 - ، - 81/4-9/6 - ، - 32/8-2/7 - و - 81/5- 9/3 - در خاک سطحی منطقه کشاورزی اندازه گیری شد.
