ارزیابی میزان آلودگی ناشی از عناصر سنگین در رسوبات حوضه کارستی روئین

نوع مقاله : علمی -پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری ژئومورفولوژی، دانشگاه حکیم سبزواری

2 استادیار گروه جغرافیای طبیعی، دانشگاه حکیم سبزواری

3 دانشیار گروه جغرافیا، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید بهشتی

4 دانشیار گروه جغرافیای طبیعی، دانشگاه حکیم سبزواری

10.29252/esrj.9.4.146

چکیده

یکی از مهمترین مسائل زیست محیطی که می‌تواند بر سلامت گیاهان، جانوران و انسانها تاثیر بسزایی داشته، میزان غلظت عناصر سنگین در خاک و آلودگی آن می‌باشد. افزایش غلظت فلزات سنگین می­تواند با توجه به فرآیندهای طبیعی یا فعالیت­های انسانی رخ دهد. پژوهش حاضر به بررسی و ارزیابی میزان غلظت و آلودگی عناصر سنگین در رسوبات می‌پردازد. بدین منظور حوضه روئین در شهرستان اسفراین انتخاب و غلظت 11 عنصر سنگین شامل As (آرسنیک)،Cd  (کادمیوم)،Co  (کبالت)، Cr (کروم)، Cu (مس)، Fe (آهن)، Mo (مولیبدن)،  Ni(نیکل)، Pb(سرب)، V (وانادیم) و Al (آلومینیوم) در42 نمونه و میزان همبستگی عناصر مورد بررسی قرار گرفت. محاسبات نتایج نشان داد وجود ضریب همبستگی معناداری بین مقادیر مس و آهن (993/0)، آهن و آلومینیوم (930/0)، کبالت و مس (908/0)، کبالت و آهن (897/0)، کروم و نیکل (879/0)، مس و آلومینیوم (853/0)، کبالت و آلومینیوم (818/0)، آرسنیک و آلومینیوم (719/0) و نیکل و سرب (702/0) می‌باشد. سپس شاخص‌های آلودگی نظیر فاکتور غنی شدگی، ضریب آلودگی، درجه آلودگی اصلاح شده، ضریب بار آلودگی و شاخص زمین انباشتگی مورد محاسبه و ارزیابی قرار گرفت. تمامی شاخص‌های مورد محاسبه به جز شاخص فاکتور غنی شدگی که بر اساس میانگین عناصر پوسته زمین می‌باشد و عنصر آرسنیک آن در طبقه شدید قرار گرفت، بیانگر این نکته می‌باشند که یازده عنصر مطالعاتی گر چه دارای مقادیر متفاوتی هستند ولی همگی در طبقه بدون آلودگی قرار گرفته­اند و لذا منطقه مورد مطالعه از نظر غلظت عناصر سنگین دارای آلودگی قابل توجهی نمی‌باشد. اما از آنجا که در حال حاضر بیشتر افزایش غلظت عناصر سنگین دارای منشا انسانی می‌باشد باید کنترل بیشتری در رابطه با فعالیت­های کشاورزی و صنعتی صورت گیرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Assessment of the heavy- metal pollution in sediments of the Roein karstic basin

نویسندگان [English]

  • Mohammad Motamedi Rad 1
  • Leila Goli Mokhtari 2
  • Shahram Bahrami 3
  • Mohammad ali zanganeh asadi 4
1 Ph.D Student in Geomorphology, Hakim Sabzevari University
2 Assistant Professor, Department of Physical Geography, Hakim Sabzevari University
3 Associate Professor, Faculty of Earth Sciences, Shahid Beheshti University
4 Associate Professor, Department of Physical Geography, Hakim Sabzevari University
چکیده [English]

One of the most important environmental issues which can affect the health of plants, animals and humans is soil pollution by the concentration of the heavy metals. The increase of heavy metal concentration can occur due to the natural processes or human activities. The present study deals with examining and assessing the concentration and contamination of the heavy elements in the sediments.  Roein    basin in Esfarayen area was selected for this purpose and the concentration of 11 heavy metals, including As (Arsenic), Cd (Cadmium), Co (Cobalt), Cr (Chrome), Cu (Copper), Fe (Iron), Mo (Molibden), Ni ( Nickel), Pb (Lead), V (Vanadium) and Al (Aluminum) were measured in 42 samples and the correlation of the elements was examined. The results showed that there is a significant correlation between the copper and iron content (0.99), iron and aluminum (0.93), cobalt and copper (91), cobalt and iron (0.89), chrome and nickel (0.88), copper and aluminum (0.85), cobalt and aluminum (0.82), arsenic and aluminum (0.72), nickel and lead (0.7). Then, the contamination factors such as enrichment factor, contamination factor, modified contamination degree, pollution load index and geo-accumulation index were computed and assessed. All the indexes were calculated except the enrichment factor which depend on the elements existing on the crust of the earth and the arsenic is categorized as strong, suggesting that although the eleven elements studied contain various contents, they all are categorized as the non-polluting and therefore, there is no significant contamination in terms of heavy elements concentration in the area. Since, there is currently a higher increase in the heavy metal concentration, higher control shall be applied regarding the agricultural and industrial activities.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Pollution
  • Heavy Metals
  • Roein basin
  • Enrichment
  • Kriging
-افشاری، ع.، خادمی، ح. و دلاور، م.ا.، 1394. ارزیابی آلودگی فلزات سنگین با استفاده از فاکتور آلودگی در خاک اراضی با کاربری‌های مختلف در بخش مرکزی استان زنجان، نشریه دانش آب و خاک، جلد 25 شماره 2/4، ص 41-52.
-برزین، م.، خیرآبادی، ح. و افیونی، م.، 1394. بررسی آلودگی برخی فلزات سنگین خاک‌های سطحی استان همدان با استفاده از شاخص‌های آلودگی، مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، علوم آب و خاک، سال نوزدهم، شماره هفتاد و دوم، ص 69-79.
-پورنیا، م.، موسوی، م.ح. و جاسمی زرگانی، ز.، 1394. بررسی آلودگی فلزات سنگین در خاک‌های سطحی اطراف شهرک صنعتی شماره 2 اهواز، علوم و تکنولوژی محیط زیست، دوره هفدهم، شماره 4، ص 25-38.
-ترشیزیان، ح.ا.، اطاری، م.، ممدوحی، م. و اسحاقی ایل بیگی، س.، 1395. بررسی زیست محیطی آلودگی فلزات سنگین در منابع آب و خاک محدوده سنگ بست، مجله ژئوشیمی، سال پنجم، شماره 3، ص 243-252.
-خامسی، س.ج. و اسدی، ع.، 1385. بررسی پسماندهای سمی و خطرناک ناشی از فعالیت صنایع سرب و روی در سطح استان زنجان، مجله علمی محیط زیست، شماره 46، ص 11-27.
-دلیجانی، ف.، کاظمی، غ.ع.، پروین نیا، م. و خاکشور، م.، 1388. غنی شدگی و توزیع فلزات سنگین در خاک‌های منطقه ویژه اقتصادی پارس جنوبی، 23-21 اردیبهشت، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران، عسلویه، هشتمین کنگره بین المللی مهندسی عمران، ص 1-8.
-دهرآزما، ب.، آذرپیکان، آ. و سیاره، ع.ر.، 1393. ارزیابی آلودگی فلزات سنگین در خاک منطقه معدن متروکه سرب – روی آی قلعه سی، جنوب خاور تکاب، زمین‌شناسی مهندسی و محیط، زیست، سال بیست و چهارم، شماره 94، ص 129-138.
-رزازی بروجنی، خ.، 1388. بررسی منابع آلودگی خاک و آب به وسیله فلزات سنگین در شهرستان هشترود با نگرشی بر آرسنیک و اثرات زیست محیطی آن، پایان‌نامه کارشناسی‌ارشد، دانشکده علوم پایه، دانشگاه تربیت معلم تهران، 292 ص.
-روان خواه، ن.، میرزایی، ر.ا. و معصوم، س.، 1394. شاخص‌های زمین انباشتگی و فاکتور آلودگی و تحلیل مؤلفه‌های اصلی در برآورد آلودگی خاک، مجله سلامت و محیط زیست، فصلنامه‌ی علمی پژوهشی انجمن علمی بهداشت محیط ایران دوره هشتم، شماره سوم، ص 345-356.
-عظیم زاده، ب. و خادمی، ح.، 1392. تخمین غلظت زمینه برای ارزیابی آلودگی برخی فلزات سنگین در خاک‌های سطحی بخشی از استان مازندران نشریه آب و خاک، علوم و صنایع کشاورزی، جلد 27، شماره 3، ص 548-559.
-کبیری فرد، ح.، شیخی نژاد، ا. و معصومی، م.، 1391. سنجش مقدار آلودگی فلزات سنگین (آهن، روی، سرب و نیکل) در آب‌های سطحی، خاک و سبزی کشت شده شهرستان پیشوا، مجله پژوهشهای علوم و فنون دریایی، ص 1-12.
-موسوی، ا.، سفیانیان، ع.ر.، میرغفاری، ن.ا. و خداکرمی، ل.، 1390. بررسی توزیع مکانی برخی فلزات سنگین در خاک‌های استان همدان مجله پژوهشهای خاک (علوم خاک و آب)، شماره 4(25)، ص 323-336.
-Abrahim, G.M.S. and Parker, R.J., 2008. Assessment of heavy metal enrichment factors and the degree of contamination in marine sediments from Tamaki Estuary, Auckland, New Zealand, Environ Monit Assess 136, p. 227-238.
-Abrahim, G.M.S., 2005. Holocene sediments of Tamaki Estuary, Characterisation and impact of recent human activity on an urban estuary in in Auckland, New Zealand. Abrahim, Ghada M. S.. Identifier: http://hdl.handle.net/2292/1419. Issue Date: 2005. Reference: Thesis (PhD--Geology)--University of Auckland.
-Adamo, P., Arenzo, M., Imperato, M., Naimo, D., Nardi, G. and Stanzione, D., 2005. Distribution and partition of heavy metal in surface and sub-surface sediments of Naplescity Por, Chemosphere, v. 61, p. 800-809.
-Adomako, D., Nyarko, B., Dampare, B., Serfor-Armah, Y., Osae, S., Fianko, J. and Akaho, H., 2008. Determination of toxic elements in (waters and sediments from River Subin in the) Ashanti Region of Ghana, Environmental Monitoring Assessment 141, p. 165- 175.
-Al-Rousan, S., Al-Taani, A. and Rashdan, M., 2016. Effects of pollution on the geochemical properties of marine sediments across the fringing reef of Aqaba, Red Sea, Marine Pollution Bulletin, In Press, p. 1-9.
-Andrews, S. and Carroll, C., 2002. Designing a soil quality assessment for sustainable agroecosystem management, Ecological Applications, v. 11(6), p. 1573-85.
-Audry, S., Schafer, J., Blanc, G. and Jouanneau, J., 2004. Fifty- year sedimentary record of heavymetal pollution(Cd, Zn, Cu, Pb) in the Lot Riverreservoirs (France), Environmental Pollution, v.132(3), p. 413-426.
-Chaoyang, W., Cheng, W. and Linsheng, Y., 2009. Characterizing spatial distribution and sources of heavy metals in the soils from mining-smelting activities in Shuikoushan, Hunan Province, China. Journal of Environmental Sciences, v. 21, p. 1230-1236.
-Chen, C., Kao, C., Chen, F. and Dong, D., 2007. Distribution and accumulation of heavy metals in the sediments of Kaohsiung Harbor, Taiwan, Chemosphere, v. 66, p. 1431-1440.
-Facchinelli, A., Sacchi, E. and Mallen, L., 2001. Multivariate statistical and GIS-based approach to identify heavy metal sources in soils, Environ Pollut, v. 114(3), p. 313-324.
-Fang, S.B., Hu, H., Sun, W.C. and Pan, J.J., 2011. Spatial variations of heavy metals in the soils of vegetable-growing land along Urban-Rural Gradient of Nanjing, China, Environmental Research and Public Health, v. 8, p. 1805-1816.
-Febles Gonzalez, J.M., AmaralSobrinho, N., Perez Lopez, Y., Zoffoli, J.H., LimaMagalhães, M.O. and Guedes, N., 2014. Relation among the processes of erosion-sedimentation-pollution insoils from the Distrito Pecuario “Alturas de Nazareno”, Cuba, Cuban Journal of Agricultural Science, v. 48(2), p. 173-179.
-Firouzbakht, S., Gitipoor, S., Valizadeh, R. and Jalaeian Ghorbanzadeh, S., 2011. The importance of soil, sources of pollution and soil remediation methods, 2nd Conference on Environmental Planning and Management, Iran (in Persian).
-Forstner, U., 2004. Sediment dynamics and pollutant mobility in rivers, An interdisciplinary approach, Lakes and Reservoirs, Research and Management, v. 9, p. 4-25.
-Ghrefat, H. and Yusuf, N., 2006. Assessing Mn, Fe, Cu, Zn and Cd pollution in bottom sediments of Wadi AL- Arab Dam, Jordan, Chemosphere, v. 65, p. 2114- 2121.
-Goldscheider, N., 2005. "Karst groundwater vulnerability mapping: application of a new method in the Swabian Alb, Germany." Hydrogeology Journal, v. 13(4), p. 555-564.
-Gomez, P., Forja, J., DelValls, T., Saenz, I. and Riba, I., 2000. Early contamination by heavy metals of the Guadalquiver estuary after the Aznalcollar mining spill (SW Spain), Marine Pollution Bulletin, v. 40(12), p. 1115-1123.
-Gonzales-Macias, C., Schifter, I., Liuch-Cota, D., endez-Rodriguez, L. and Hernandez-Vazquez, S., 2006. Distribution, enrichment andaccumulation of heavy metals in coastal sedimentsof Salina Cruz Bay, Mexico", EnvironmentalMonitioring and Assessment, v. 118, p. 211- 230.
-Gu, J.G., Lin, Q.Q., Hu, R., Zhuge, Y.P. and Zhou, Q.X., 2005. Translation behavior of heavy metals in soil-plant system - a case study of Qingchengzi Pb-Zn mine in Liaoning province, Journal of Agro-Environment Science, v. 4, p.634-637.
-Habes, G. and Nigem, Y., 2006. Assessing Mn, Fe, Cu, Zn, and Cd pollution in bottom sediments of Wadi Al-Arab Dam, Jordan, Chemosphere, v. 65, p. 2114-2121.
-Hakanson, L., 1980. An ecological risk index for aquatic pollution control, a sedimentological approach, Water Research, v. 14, p. 975-1001.
-Hernandez, L., Probst, A. and Probst, J.L., 2003. Heavy metal distribution in some French forest soil, evidence for atmospheric contamination, Science of the Total Environment, v. 312, p. 195-219.
-Hooker, P.J. and Nathanail, C.P., 2006. Risk-based characterization of lead in urban soils, Chemical Geology, v. 226, p. 340-351.
-Kabata-Pendias, A., 2001. Trace elements in soils and plants, Boca Raton, Fla., London, CRC Press, 413 p.
-Lasat, M.M., 2002. Phytoextraction of toxic metals–A review of biological mechanisms, Journal of Environmental Quality, v. 31, p. 109-120.
-Li, M.S., Luo, Y.P. and Su, Z.Y., 2007. Heavy metal concentrations in soils and plant accumulation in a restored manganese mine land in Guangxi, South China, Environmental Pollution, v. 147, p. 168-175.
-Loska, K., Chebual, J., Pleczar, J., Wiechla, D. and Kwapulinski, J., 1995. Use of environment and contamination factors togheder withgeoaccmulation indexes to elevate the content of Cd, Cu and Ni in the Rybink water reservoir in Poland” Water, Air and Soil pollution, v. 93, p. 347-365.
-Luoping, Z., Huan, F., Tong, O., Rongyuan, L. and Weiqi, C., 2007. Heavy metal contamination in western Xiamen Bay sediments and its vicinity, China, Mar Pollut Bull 54, p. 974-982.
-Mapanda, F., Mangwayana, E., Nyamangara, J. and Giller, K., 2007. Uptake of heavy metals by vegetables irrigated using wastewater And the subsequent trisks in Harare, Zimbabwe Physics and Chemistry of the Earth, v. 32, p. 1399-1405.
-Meade, M.S. and Emch, M., 2005. Medical geography, New York, NY, Guilford Press.
-Moura, M.C.S., Moita, G.C. and Neto, J.M.M., 2010. Analysis and assessment of heavy metals in urban surface soils of Teresina, Piaui State, Brazil: a study based on multivariate analysis, Comunicata Scientiae, v. 1, p. 120-127.
-Muller, G., 1979. Schwermetalle in den sedimenten des Rheins Veranderungenseit 1971, Umschau, v. 79(24), p. 778-783.
-Muller, G., 1969. Index of geoaccumulation in the sediments of the Rhine River, Geojournal, v. 2, p. 108-118.
-Nasralla, M.M., 1984. Lead in Jaddah urban dust, Environment Pollution Series B, Chemical and Physical, v. 8(2), p. 133-141.
-Nethaji, S., Kalaivanan, R., Viswam, A. and Jayaprakash, M., 2016. Geochemical assessment of heavy metals pollution in surface sediments of Vellar and Coleroon estuaries, southeast coast of India, Marine Pollution Bulletin, In Press, p. 1-11.
-Nguyet, V.T.M. and Goldscheider, N., 2006. "A simplified methodology for mapping groundwater vulnerability and contamination risk, and its first application in a tropical karst area, Vietnam", Hydrogeology Journal, v. 14(8), p. 1666-1675.
-Nikolaidis, Ch., Zafiriadis, I., Mathioudakis, V. and Constantinidis, Th., 2010. Heavy metal pollution Associated with an abandoned Lead-Zinc mine in the Kirki Region, NE Greece, Bulletin of environmental contamination and toxicology, v. 85(3), p. 307-312.
-Palleyi, A., Banoo, S., Narayan, K.R. and Ranjan Panda, Ch., 2015. Textural and geochemical characteristics of off shore sediment of North Bay of Bengal: A statistical approach for marine metal pollution, International Journal of Sediment Research, p. 1-15.
-Qishlag, A., Moore, F. and Forghani, G., 2007. Impact of untreated wastewater irrigation on soils and crops in Shiraz suburban area, SW Iran, Environmental Monitiring Assessment 149, p. 254-262.
-Sharma, R.K., Agrawal, M. and Marshall, F., 2007. Heavy metal contamination of soil and vegetables in suburban areas of Varanasi, India, Ecotoxicology and Environmental Safety, v. 66, p. 258-266.
-Skrbic, B. and Mladenovic, N., 2010. Chemometric interpretation of heavy metal patterns in soils worldwide, chemosphere, v. 80, p. 1360-1369.
-Sommers, L.E., 1977. Chemical composition of sewage sludge and analysis their potential use as fertilizer, Journal of Environmental Quality, v. 6, p. 225-231.
-Thomilson, D.C., Wilson, D.J., Harris, C.R. and Jeffrey, D.W., 1980. Problem in heavy metals in estuaries and the formation of pollution index, Helgol, Wiss, Meeresunlter, v. 33(1-4), p. 566-575.
-Vafabakhsh, K. and Kharghany, K., 2000. Effects of treated Municipal wastewater on quality and yield of cucumber and carrot, Agricultural resource recycling Symp, Isfahan, Khorasgan Azad University, Agricultural College, Iran.
-Yongming, H., Peixuan, D., Junji, C. and Posmentier, E.S., 2006. Multivariate analysis of heavy metal contamination in urban dusts of Xi’an, Central China, Science of The Total Environment, v. 355, p. 176-186.
-Yuan, D., 1993. Karst in China Beijing, China, Geological publishing house.
-Zhang, Q., Shi, XZ., Huang, B., Yu, DS., Wang, HJ. and Sinclair, FL., 2007. Surface water quality of factory based and vegetable based peri-urban areas in the Yangtze River Delta region, China Catena, v. 69, p. 57-64.
-Zhang, W., 2009. Heavy metal contamination in surface sediments of Yangtze River intertidal zone, an assessment from different indexes, Environmental Pollution, v. 1-11.
-Zhang, L., Qin, X., Tang, J., Liu, W. and Yang, H., 2016. Review of arsenic geochemical characteristics and its significance on arsenic pollution studies in karst groundwater, southwest China, Accepted Manuscript, Applied Geochemistry.