ارزیابی و پهنه‌بندی آلودگی کادمیوم و مس با استفاده از شاخص‌های آلودگی در دشت شبستر، آذربایجان‌شرقی، ایران

نوع مقاله : مقاله علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم و مهندسی محیط زیست، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تبریز، تبریز، ایران

2 گروه علوم و مهندسی خاک، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تبریز، تبریز، ایران

3 گروه علوم و مهندسی خاک، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران، تهران، ایران

چکیده
مقدمه: امروزه آلودگی اراضی کشاورزی به فلزات سنگین مانند سرب، کادمیوم، روی و نیکل از منابعی نظیر کودهای شیمیایی فسفاته، کاربرد لجن فاضلاب، پساب‌های شهری و فاضلاب‌های خانگی یکی از مشکلات مهم و تهدیدی جدی برای محیط زیست و سلامت انسان می‌باشد. فلزات سنگین به‌دلیل غیرقابل تجزیه‌بودن و تحرک کم، آثار زیان‌بار فیزیولوژیک برای سلامتی جانداران و محیط‌زیست دارد. هنگامی که فلزات سنگین به هر وسیله‌ای وارد بدن انسان می‌شود، احتمال تحریک سیستم ایمنی بدن وجود دارد و ممکن است باعث تهوع، بی‌اشتهایی، استفراغ، ناهنجاری‌های گوارشی و درماتیت شود. به منظور رفع مشکل، ابتدا بایستی از میزان و نحوه پراکندگی آلودگی در اراضی مشکوک به آلودگی مطلع شد. سپس با شناسایی پهنه‌های با شدت آلودگی متفاوت، می‌توان در بحث آمایش سرزمین، راهکارهای مدیریتی در راستای احیای مناطق آلوده ارائه داد. هدف ازاین پژوهش، تعیین میزان آلودگی فلزات سنگین کادمیوم و مس در اراضی کشاورزی دشت شبستر با استفاده از شاخص‌های آلودگی و پهنه‌بندی آن می‌باشد.
مواد و روش‌ها: این پژوهش در دشت شبستر در فاصله ۷۰ کیلومتری غرب شهر تبریز و تقریباً شمال دریاچه ارومیه انجام شد. تعداد ۶0 نمونه از عمق صفر تا 30 سانتی‌متری خاک تهیه و جهت انجام آزمایش‌های فیزیکوشیمیایی لازم به آزمایشگاه منتقل شد. نقاط نمونه‌برداری با استفاده از دستگاه موقعیت‌یاب جغرافیایی مشخص گردید. غلظت عناصر کادمیوم و مس در عصاره‌های تهیه گردیده از نمونه‌های خاک با استفاده از TEA و  DTPA با استفاده از دستگاه جذب اتمی (ICP) اندازه‌گیری شد. سپس شاخص‌های آلودگی شامل شاخص آلودگی (PI)، شاخص زمین‌انباشت (Igeo)، شاخص غنی‌شدن (EF) و شاخص آلودگی نمرو (PIn) محاسبه گردید. در نهایت توزیع مکانی آلودگی کادمیوم و مس در منطقه مورد مطالعه بر اساس شاخص‌های آلودگی و با استفاده از روش وزن‌دهی عکس فاصله انجام شد.
نتایج: نتایج نشان داد نمونه‌های خاک مورد بررسی از لحاظ شوری و میزان کربن آلی ناهمگن بوده، اما از لحاظ میزان آهک همگن بود. میانگین غلظت کادمیم ۰۵۱/۱ میلی‌گرم بر کیلوگرم و افزون‌تر از حد بالایی استاندارد جهانی به مقدار ۳۵/۰ میلی‌گرم بر کیلوگرم و کمتر از حد بالایی استاندارد ایران به مقدار ۶/۳ میلی‌گرم بر کیلوگرم است. خاک‌های منطقه از لحاظ PI، در کلاس آلودگی متوسط برای کادمیوم (۰۵/‍۱= PI) و آلودگی کم برای مس (۰۳/‍۰= PI) و از لحاظ شاخص Igeo، در کلاس آلودگی متوسط تا زیاد برای کادمیوم (۸۳/‍۲= Igeo) و غیرآلوده برای مس (۰۵/‍۵- = Igeo) قرار داشت. از لحاظ شاخص غنی‌شدن در کلاس آلودگی بسیار زیاد برای کادمیوم (۱/‍۷۶= EF) و در کلاس کمینه آلودگی برای مس (۳۵/۰= EF) قرار داشت. 
بحث: نتایج شاخص آلودگی نمرو (PIn) نشان داد که خاک‌های منطقة مورد مطالعه در کلاس کمی آلوده نسبت به عنصر مس قرار دارد (۳۸/۱= PIn). توزیع مکانی پیش‌بینی شده توسط روش ریاضی وزن‌دهی عکس فاصله برای شاخص‌های آلودگی (PI، Igeo و EF) نشان داد که اراضی با کاربری کشاورزی، دارای بیش‌ترین مقدار این شاخص برای کادمیوم بود و در کلاس‌های آلودگی بسیار زیاد تا متوسط قرار گرفت و آلودگی فلز مس، در کلاس آلودگی کم تا غیرآلوده قرار داشت. برای کاهش آلودگی خاک‌ها به فلزات سنگین، استفاده از فن‌آوری سبز یا گیاه‌پالایی پیشنهاد می‌گردد. 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


1.     Abdollahi, S., Delavar, M.A. and Shekari, P., 2013. umeral Analysis of Soil Pollution Distribution of Heavy Metals in Anguran Area, Zanjan, Water and soil Journal, 26 (5), 1140-1151(In Persian with English abstract).
2.     Adriano, D.‚ 2001. Trace Elements in the Terrestrial Environment, Biochemistry, Bioavailability and Risks of Metals (2nd editio)‚ New York: Springer-Verlag‚ 867 p.
3.     Atabaki, M.R. and Lotfi, A., 2018. Investigation of heavy metal soil concentration (Pb, Cd, Zn and Cu) in different areas of Isfahan in 1396, Quarterly journal of research in environmental health, 4(1), 21-30. (In Persian with English abstract)
4.     Azimzade Ismaili Kandi, B., 2012. Spatial analysis and monitoring of some heavy metals in the surface soil of a part of Mazandaran province, Master of Science (M. Sc) Thesis, Isfahan University of Thechnologh, Isfahan, Iran (In Persian).
5.     Bhuiyana, M.A.H., Parvez, L., Islam, M.A., Dampare, S.B. and Suzukia, S., 2010. Heavy metal pollution of coal mine-affected agricultural soils in the northern part of Bangladesh. Journal of Hazardous Materials. 173: 384–392.
6.     Chui, S., Wong, Y.H., Chio, H.I., Fong, M.Y. and Chi, Y.M., 2013. Study of heavy metal poisoning in frequent users of Chinese medicines in Hong Kong and Macau. Phytother. Res., 27: 859-863.
7.     Ćujić, M., Dragović, S., Đorđević, M., Dragović, R. and Gajić, B., 2016. Environmental assessment of heavy metals around the largest coal fired power plant in Serbia. Catena, 139: 44-52.
8.     Deputy of Human Environment, Water and Soil Office, 2017. Quality standards of soil resources and its guidelines, p:164.
9.     Gheshlagi, A., Ghayouraneh, M. and Sayarah, A., 2012. Investigation of metal contamination in soils around the Zanjan zinc smelting furnace. The 6th National Conference and Specialized Exhibition on Environmental Engineering. Tehran. Iran (In Persian).
10. Hakanson, L., 1980. Ecological risk index for aquatic pollution control, a sedimentological approach. Journal of Water Research, 14 (8): 975–1001.
11. Han, N.M.M., Latif, M.T., Othman, M., Dominick, D., Mohamad, N., Juahir, H. and Tahir, N.M., 2014. Composition of selected heavy metals in road dust from Kuala Lumpur city center. Environ. Earth Sci., 72, 849-859.
12. Helmhart, M., O’Day, P.A., Garcia-Guinea, J., Serrano, S. and Garrido, F., 2012. Arsenic, Copper, and Zinc leaching through preferential flow in mining-impacted soils. Soil Chemistry, 76 (2), 449-462.
13. Hendricks Franssen, H.J.W.M., Van Eijnsbergen, A.C. and Stien, A., 1997. Use of spatial prediction techniques and fuzzy classification for mapping soil pollutants. Geoderma, 77: 243-262.
14. Henry, J.R., 2000. An Overview of the Phytoremediaton of Lead and Mercury. U.S. Environmental Protection Agency Office of Soild Waste and Emergency Response Technology Innovation office. Washington, D.C. P. 55.
15. Jeyhouni, A., 2018. Determining the underground water balance of Shabstar Plain and investigating the possibility of feeding it, National Conference on Management of Drought Stress and Water Shortage in Agriculture, Arsanjan, Iran. (In Persian)
16. Jing, F., Chen, X., Yang, ZH. and Guo., B., 2018. Heavy metals status, transport mechanisms, sources, and factors affecting their mobility in Chinese agricultural soils. Environmental Earth Sciences, 77, 104.
17. Kasraei, P., 2009. Heavy metals in the environment. Electronic Journal of Ecology, 1, 28-32 (In Persian).
18. Kaydan, Z., Nazarpour, A. and Ghanavati, N., 2019. Evaluation of Soil Pollution with Heavy Metals (Pb, Zn, Cu, Cr, Ni and V) in Ahvaz Parks (in 2016), health and health Journal, 10(2), 228-239 (In Persian).
19. Kishe, M. and Machiwa, J., 2003. Distribution of heavy metals in sediments of Mwanza Gulf of Lake Victoria, Tanzania. Environment International. 28(7); 619-25.
20. Khodakarami, L., 2010. Assessment of Non-Point Source Agricultural Pollution Using GIS and RS, Master of Science (M. Sc) Thesis, Isfahan University of Thechnologh, Isfahan, Iran (In Persian)
21. Khodakarmi, L., Sufianian, A.R., Mohammadi Tofiq, A. and Mirghafari, N.A., 2014. Investigating the concentration of Copper, Zinc and Arsenic in the soil using RS and GIS (case study: Kabudar Ahang, Razan and Khunjin-Talkhab watershed in Hamadan province). Remote sensing and geographic information system in natural resources, 5 (3), 45-55 (In Persian).
22. Khosravi, Y., Zamani, A.A., Peri Zanganeh, A.H. and Yaftyian, M.R., 2017. Investigating the distribution of heavy metals in the soils around Zanjan lead and zinc factory, Soil Research (Soil and Water Sciences), 31 (4), 627-639 (In Persian).
23. Kowalska, J.B., Mazurek, R., Gąsiorek, M. and Zaleski, T., 2018. Pollution indices as useful tools for the comprehensive evaluation of the degree of soil contamination–A review. Environmental geochemistry and health, 40, 2395–2420.
24. Lindsay, W.L. and Norvell, W.A., 1978. Development of a DTPA soil test for zinc, iron, manganese, and copper. Soil Science Society of America Journal, 42(3), 421-428.
25. Lin, C.Y., Cleophase, F., Abdullah, M.H. and Musta, B., 2015. Assessment of heavy metals contamination in Mamut river sediments using sediment quality guidelines and geochemical indices, Environmental Monitoring and Assessment, 187: 4190.
26. Liu, Z., Fei, Y., Shi, H., Mo, L. and Qi, J., 2022. Prediction of high-risk areas of soil heavy metal pollution with multiple factors on a large scale in industrial agglomeration areas. Sci. Total Environ. 808, 151874.
27. Maas, S., Schei, R.‚ Benslama, M.‚ Crini, N.‚ Lucot, E.‚ Brahmia, Z. and Giraudoux‚ P., 2010. Spatial distribution of heavy metal concentrations in urban, suburban and agricultural soils in a Mediterranean city of Algeria‚ Environmental Pollution‚ Vol 158: 2294– 2301.
28. Mor, F., Dehghani, S. and Keshavarzi, B., 2014. Determining the concentration of trace elements in soil and plants around Midok copper mine, Economic Geology, 6 (2): 314-305 (In Persian).
29. Muller, G., 1981. The Heavy Metal Pollution of the Sediments of Neckars and its Tributary: A Stocktaking. Chemiker Zeitung, 105, 157-164.
30. Norouzi, S., Khademi, H., Ayoubi, S., FazCano, A. and Acosta, J., 2017. Seasonal and spatial variations in dust deposition rate and concentrations of dust-borne heavy metals, a case study from Isfahan, central Iran, Atmospheric Pollution Research, 8 (4): 686-699.
31. Qanawati, N. and Nazarpour, A., 2018. Investigating the environmental pollution of heavy metals in the street dust of Ahvaz using Geographical Information System (GIG). Environmental Science, 44 (3), 393- 410 (In Persian).
32. Qingjie, G., Jun, D., Yunchuan, X., Qingjie, W. and Liqiang, Y., 2008. Calculating Pollution Indices by Heavy Metals in Ecological Geochemistry Assessment and a Case Study in Parks of Beijing. Journal of China University of Geosciences, 19, 230-241.
33. Pirmohammadi Alisha, F., Mohammad Rezaei, M. and Jahangiri, A., 2022. Investigating geomorphological processes and their impact on the water crisis in Shabstar Plain (north of Lake Urmia), the 4th National Conference on Solutions in Iran and the Middle East, Tehran. Iran. March 13, 2022. (In Persian)
34. Rashid Shomali, A. and Khodaverdiloo, H., 2012. Contamination of Soils and Plants Along Urmia-Salmas Highway (Iran) to Some Heavy Metals, Water and Soil Science Journal, 22(3), 157-172 (In Persian with English abstract).
35. Rashki, A., Eriksson, P.G., de Rautenbach, C.J.W., Kaskaoutis, D.G., Grote, W. and Dykstra, J., 2013. Assessment of chemical and mineralogical characteristics of airborne dust in the Sistan region. Iran. Chemosphere, 90, 227-236.
36. Rubio, B., Nombela, M.A. and Vilas, F., 2000. Geochemistry of Major and Trace Elements in Sediments of the Ria de Vigo (NW Spain): an Assessment of Metal Pollution, Marine Pollution Bulletin, 40 (11), 968- 980.
37. Sadeghdoust, F., Ghanavati, N., Nazarpour, A., Babaenejad, T. and Watts, M.J., 2019. Status, Source and Environmental Pollution Assessment of Some Heavy Metals in Street Dust of Dezful City. Water and soil sciences - agricultural sciences and techniques and natural resources, 23 (3), 109-123 (In Persian with English abstract).
38. Savic, R., Ondrasek, G. and Josimov-Dundjerski, J., 2015. Heavy metals in agricultural landscapes as hazards to human and ecosystem health: a case study on zinc and cadmium in drainage channel sediments, J. Sci. Food Agric., 95: 466- 470.
39. Shahbazi, A., Sufianian, A.R., Afraz, R.A. and Khodakarmi, L., 2011. Investigating the spatial distribution of heavy metals cadmium, copper and lead in the soil and determining the origin of these metals (case study: Nahavand city). Remote Sensing and Geographical Information System in Natural Resources (Application of Remote Sensing and GIS in Natural Resources Sciences), 2 (2): 97-109 (In Persian).
40. Singh, R.P. and Agrawal, M., 2008. Potential benfits and risks of land application of sewage sludge. Waste Management, 28(2), 347-358.
41. Soil Conservation Service, 1992. Soil survey laboratory methods and procedures for collecting soil sample. USDA Soil sur. Invest. Rep. No 2. US. GOV. Print office. Washington DC.
42. Tang‚ R., Ma‚ K., Zhang‚ Y. and Mao‚ Q., 2013. The spatial characteristics and pollution levels of metals in urban street dust of Beijing, China‚ Appl Geochemistry‚ 35: 88– 98.
43. Wang, R., Zou, X., Cheng, H., Wu, X., Zhang, C. and Kang, L., 2015. Spatial distribution and source apportionment of atmospheric dust fall at Beijing during springof 2008-2009. Environmental Science Pollution Research, 22, 35-47, 3557.
44. Wu, C. and Zhang, L., 2010. Heavy metal concentrations and their possible sources in paddy soils of a modern agricultural zone, southeastern China. Environmental Earth Sciences. 60(1), 45-56.
45. Young, S.M., Ishiga, H. and Pitawala, A., 2012. Geochemical Assessment of Upper Mahaweli River and Polgolla Reservoir Sediments, Sri Lanka, Conference Paper in APCBEE Procedia, Hong Kong. 2012, January 5-7.
46. Zarei, L., Hashemi, S. and Najafi Ghiri, M., 2023. Spatial distribution of some heavy metals in agricultural and pasture uses (case study: Shazand Industrial City of Arak), Remote Sensing and Geospatial Information System in Natural Resources, 14 (2): 51.