بخشی از مقاله
چکیده
این مطالعه به منظور تعیین غلظت زمینه عناصر آهن، روی، سرب، کادمیوم، کبالت، کروم، مس، منگنز و نیکل در 100 خاک - خاک های سطحی و زیر سطحی - طبیعی و غیر آلوده در استان همدان انجام شد. شیوه های مختلفی برای ارزیابی غلظت زمینه فلزات سنگین در خاک ها استفاده گردید.
روش های میانگین هندسی و غلظت پایه ژئوشیمیایی به ترتیب کمترین و بیشترین مقدار غلظت زمینه را ایجاد کردند. درصد داده های پرت در روش میانه به اضافه دو برابر انحراف مطلق میانه از 0 تا %16 متغیر بود. غلظت های زمینه فلزات سنگین بر اساس روش میانه به اضافه دو برابر انحراف مطلق میانه برای آهن: 25/79 گرم بر کیلوگرم و برای دیگر عناصر - میلی گرم بر کیلوگرم - برابر با روی:103/80، سرب: 39/60، کادمیوم: 1/36، کبالت: 15/42، مس 29/99، منگنز: 368/68 کروم: 36/69 و نیکل: 59/53 بودند.
مقدمه
رشد فزاینده صنایع، کشاورزی و زندگی شهری در سال های اخیر باعث افزایش غلظت فلزات سنگین در خاک و آب شده است که باعث به خطر افتادن اکوسیستم و سلامت انسان ها شده است . - Oliveira et al., 2014 - برای مطالعه آلودگی خاک لازم است که مقدار فلزات سنگین خاک های آلوده با مقادیر آن ها در خاک های طبیعی و غیر آلوده مقایسه شوند
غلظت زمینه یا غلظت طبیعی فلزات سنگین در خاک ها برای ارزیابی شاخص های آلودگی و تصصمیم گیری برای روش های اصلاح مهم می باشد
روش های تجربی، تئوری و تلفیق این دو برای برای بدست آوردن غلظت زمینه ژئوشیمیایی فلزات سنگین در خاک ها وجود دارد. مفاهیم غلظت پایه ژئوشیمیایی - GBC - و سطح زمینه - BL - می توانند برای ایجاد یک محدوده غلظت طبیعی از فلزات سنگین در خاک و تخمین درجه آلودگی خاک ها مورد استفاده قرار گیرند . - Tume et al., 2006 - حد بالایی GBC به عنوان مقدار مرجع - RV - در ارزیابی های آلودگی خاک استفاده می شود
به دلیل فعالیت های انسانی، تعیین غلظت زمینه طبیعی فلزات سنگین در خاک دشوار می باشد. بنابراین این اندازه گیری ها اغلب در زمان و مکان مشخص انجام می گیرد . - Shah et al., 2012 - همچنین غلظت زمینه فلزات سنگین وابسته به مواد مادری، فرآیند هوادیدگی و مقدار رس و ماده آلی خاک می باشد، بنابر لازم می باشد که این اندازه گیری ها به صورت منطقه ای انجام گیرد
مطالعات در ارتباط با غلظت زمینه فلزات سنگین در خاک در ایران محدود می باشد. غلظت زمینه عناصر روی، سرب، کادمیوم، کبالت، کروم، مس، منگنز و نیکل در خاک های تهران گزارش شده است . - Sayadi and Sayyed, 2011 - همچنین غلظت فلزات سنگین در خاک های خشک جنوب ایران مورد ارزیابی قرار گرفت و مقادیر غلظت زمینه برای تخمین سهم آلودگی های انسانی محاسبه شد
در مطالعات مشابه مقادیر آستانه و غلظت زمینه ژئوشیمیایی از فلزات سنگین در خاک های اصفهان محاسبه و نتایج نشان داد که خاک های کشاورزی دارای آلودگی عناصر روی، سرب، کادمیوم و مس می باشند . - Esmaeili et al., 2014 - هدف از این مطالعه تعیین غلظت کل 9 فلز سنگین و همچنین محاسبه غلظت زمینه و تعیین سطوح مرجع غلظت عناصر در 100 خاک طبیعی غیر آلوده استان همدان بود.
مواد و روشها
استان همدان با وسعتی برابر با 19368 کیلومتر مربع و جمعیتی حدود 1/75 میلیون در غرب ایران واقع شده است. منطقه مورد مطالعه داری آب و هوای سرد و نیمه خشک است که میانگین بارش حدود 300 میلی متر و میانگین دمایی بین -4 تا 25 درجه سانتی گراد متغیر است. کشاورزی فعالیت عمده در این استان است و داری خاک هایی با رده انتی سول و اینسپتی سول می باشد.
نمونه برداری خاک از 50 مکان غیر آلوده با پوشش گیاهی طبیعی در دو عمق 0- 20 و 21-40 سانتی متری انجام شد . خصوصیات اولیه خاک ها شامل هدایت الکتریکی، پی اچ، بافت، درصد ماده ماده آلی و درصد کربنات کلسیم معادل با روش های معمول اندازه گیری شد . - Rowell., 1994 - غلظت کل فلزات سنگین در خاک ها بر اساس روش - Pietrzak and McPhail., 2004 - انجام شد.
در این روش 2/5 میلی لیتر اسید نیتریک غلیظ به 2 گرم خاک اضافه شد و بعد از 12 ساعت مجددا 7/5 میلی لیتر اسید نیتریک غلیظ به نمونه خاک در لوله سانتریفیوژ اضافه شد و نمونه ها به مدت هشت ساعت در حمام بخار با دمای 100 درجه سانتی گراد قرار داده شدند. سپس نمونه ها در بالن 25 سی سی به حجم رسانده شده و برای قرائت در دمای 4 درجه سانتی گراد در یخچال نگه داری شدند.
آنالیز داده ها شامل آماره های توصیفی، مقایسه میانگین، نرمال سازی داده ها با استفاده از نرم افزار SPSS 13.0 انجام شد. از هر دو داده های طبیعی و لگاریتمی برای محاسبه غلظت زمینه استفاده شد . - Diez et al., 2009 - از روش های مختلفی برای محاسبه غلظت زمینه استفاده شد: -1 میانگین به اضافه و منهای دو برابر انحراف معیار - Mico et al., 2007 - 1، -2 میانه به اضافه و منهای دو برابر انحراف مطلق میانه - Reimann et al., 2005 - 2، -3 غلظت پایه ژئوشیمیایی3 که محدوده آن از ضرب و تقسیم میانگین هندسی بر مجذور انحراف معیار هندسی بدست می آید که حد بالای آن به عنوان مقدار مرجع4 در نظر گرفته می شود - Kabata-Pendias and Pendias., 2011 - ، -4 میانگین هندسی.
نتایج و بحث خصوصیات خاک ها
خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک های مورد مطالعه در جدول شماره 1 نشان داده شده است. این خصوصیات تفاوت معنی داری در دو عمق مورد مطالعه نداشتند. میانگین پی اچ خاک ها به ترتیب 7/64 و 7/70 برای خاک های سطحی و زیر سطحی بود. هدایت الکتریکی خاک ها از 27/31 تا 204/00 میکرو زیمنس بر سانتی متر متغیر بود که نشان دهنده شوری کم در این خاک ها بود. این مقادیر با پی اچ و هدایت الکتریکی گزارش شده در خاک های آهکی غرب ایران مطابقت داشت
کربنات کلسیم معادل داری بیشترین مقدار ضریب تغییرات 124/96 - درصد - بود که نشان دهنده دامنه گسترده آهک 0/50 - تا 55/00 درصد - در خاک ها می باشد. ماده آلی در خاک های سطحی با محدوده -22/53 2/02 گرم در کیلوگرم بیشتر از خاک های زیر سطحی با محدوده 1/00 -16/14 بود. ماده آلی در خاک ها می تواند در نگه داری فلزات سنگین در خاک موثر باشد
محدوده مقدار رس، سیلت و شن - هر دو عمق - به ترتیب از 54- 334، 74-520 و 206-892 گرم بر کیلوگرم متغیر بودند که نشان دهنده بافت های مختلف در خاک های مورد مطالعه بود. ترکیب متفاوت خاک مانند دانه بندی، بافت و مینرالوژی می توانند روی غلظت طبیعی فلزات سنگین در خاک ها موثر باشند
جدول -1 خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک های مورد مطالعه. خاک های سطحی 50 - نمونه - و زیر سطحی 50 - نمونه - به ترتیب با a و b مشخص شده اند.
غلظت فلزات سنگین در خاک ها
آزمون کومولوگروف- اسمیرونوف - K-S - نشان داد که غلظت بیشتر عناصر دارای توزیع غیر نرمال بود، بنابراین قبل از آنالیز آماری داده ها لگاریتمی شدند. میانگین غلظت عناصر در خاک های سطحی و زیر سطحی به ترتیب برای آهن : 18/75و 18/45 گرم بر کیلوگرم و دیگر عناصر بر حسب میلی گرم برکیلوگرم شامل روی: 82/03 و 77/83، سرب: 17/20 و 16/75، کادمیوم: 0/81 و 0/81، کبالت: 12/22 و 11/97، کروم: 26/90 و 25/09، مس: 20/28 و 18/80، منگنز: 224/29 و 224/88 و نیکل: 42/03 و 39/38 بودند. ترتیب فراوانی عناصر در خاک ها به صورت آهن منگنز روی نیکل کروم مس سرب کبالت کادمیوم بودند.
به طور کلی غلظت فلزات سنگین با کاهش عمق کمتر می شوند، هر چند ممکن است در مواردی خاک زیر سطحی داری غلظت بالاتری از خاک سطحی باشد. با این حال، تفاوت معنی داری بین غلظت در دو عمق مورد مطالعه مشاهده نشد. محققین دیگر نیز نشان دادند که رسوبات اتمسفری در سطح خاک تجمع می کنند که این مساله باعث افزایش غلظت فلزات سنگین در لایه های سطحی خاک نسبت به اعماق خاک می شود . - Gabos et al., 2014 - غلظت فلزات سنگین در این مطالعه با نتایج بدست آمده در دیگر مناطق ایران مقایسه شدند
غلظت تمام عناصر - به جزء کادمیوم - در خاک های استان همدان کمتر از مقادیر گزارش شده در دیگر مناطق بود. با این حال، غلظت عناصر کبالت و کروم در خاک های تهران و عنصر روی در خاک های اصفهان و هرمزگان کمتر از مقادیر گزارش شده در این مطالعه بودند. تفاوت غلظت عناصر در مناطق مختلف می تواند به نوع مواد مادری و رسوبات اتمسفری نسبت داده شود
همچنین نتایج نشان داد که غلظت عناصر در این مطالعه در محدوده غلظت عناصر در دیگر مناطق جهان است - جدول . - 2 میانگین غلظت کادمیوم در مطالعه حاضر به جزء برای کشور پاکستان و کوبا، بیشتر از سایر مناطق بود. میانگین غلظت کروم نیز به جزء برای منطقه کالیفرنیا آمریکا و برزیل، کمتر از سایر مناطق بود. میانگین غلظت عناصر روی و مس نیز کمتر از مقادیر گزارش شده لوکزامبورگ، کوبا و اسپانیا بود. غلظت عناصر کبالت، مس و نیکل نیز بیشتر از مقادیر گزارش شده برای خاک های برزیل، پاکستان و کالیفرنیا بود. غلظت عناصر آهن و منگنز در محدوده غلظت سایر مناطق قرار داشت. فرآیند های پدوژنیک، مواد مادری مختلف، شرایط مختلف آب و هوایی و ژئولوژیکی باعث ایجاد محدوده غلظت خاص از عناصر در هر منطقه می شود
