ارزیابی آلودگی خاک‌های زراعی به عناصر آرسنیک و کادمیوم با استفاده از شاخص-های آلودگی در حوضه تالار مازندران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه مهندسی آبخیزداری دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

2 علوم و مهندسی آبخیزداری دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ایران

3 دانشکده منابع طبیعی گروه جنگل دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

4 دانشکده منابع طبیعی گروه مرتع و آبخیزداری دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

10.22125/iwe.2023.173365

چکیده

حفاظت از منابع آب و خاک می تواند نقش مهمی در سلامت ساکنان حاشیه مناطق معدنی دارد. طوریکه فلزات سنگین در این منابع می­توانند مشکلات زیادی برای کمیت و کیفیت محصولات تولیدی منطقه و سلامت انسان به همراه داشته باشد. برای این منظور از سه شاخص فاکتور آلودگی، درجه آلودگی یا فاکتور آلودگی اصلاح شده، زمین انباشتگی برای تعیین غلظت دو عنصر کادمیوم و آرسنیک در منطقه معدنی سواد کوه استان استفاده شد. برای ارزیابی منطقه در کل 53 نمونه از منطقه تهیه شد که شامل 45 نمونه خاک سطحی زراعی و 8 نمونه رسوب حاشیه رودخانه هستند. نمونه­های تهیه شده در محیط خشک به محیط آزمایشگاه انتقال داده شد سپس بر اساس روش ICP-MS در سایز 75 میکرون آنالیز شدند. فاکتور آلودگی نشان داد که مقادیر کادمیوم و آرسنیک موجود در خاک زراعی دارای آلودکی کم با مقدار CF < 1­ هستند. همچنین مقادیر عناصر در رسوب حاشیه رودخانه نشان داد که کادمیوم دارای وضعیت آلودگی کم و آرسنیک با مقدار  دارای وضعیت کم تا متوسط است (. شاخص درجه آلودگی اصلاح شده (mCd) نیز نشان داد که خاک زراعی و رسوب منطقه در وضعیت آلودگی بسیار پایین یا پایین هستند؛ به عبارتی مقدار mCd برای دو عنصر کادمیوم و آرسنیک در طبقه درجه بسیار پایین از آلودگی(­­) قرار دارند. نتایج شاخص زمین­انباشتگی برای دو عنصر نشان داد که این شاخص در خاک زراعی دارای وضعیت غیر آلوده یا آلودگی کم است. یعنی مقدار شاخص کمتر از صفر و یک واقع شده است. نتایج تجزیه مولفه اصلی (pca) نشان داد که منطقه از لحاظ آلودگی دو عنصر در طبقه آلودگی کم تا متوسط قرار دارد.   
 
 

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Evaluation Agricultural Soil Contamination With Arsenic and Cadmium Elements Using Pollution Indicators in Talar Basin of Mazandaran

نویسندگان [English]

  • Ghorban VahabzadahKbriya 1
  • Aref Saberi 2
  • Seyed Mohammad Hojjati 3
  • Seyed Ramazan Mosavi 4
1 Associate Professor of Watershed Engineering Department, Sari University of Agricultural Sciences and Natural Resources
2 PhD student in Watershed Management Science and Engineering, Sari University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Iran.
3 Faculty of Natural Resources, Department of Forestry, Sari University of Agricultural Sciences and Natural Resources
4 Faculty of Natural Resources, Pasture and Watershed Department, Sari University of Agricultural Sciences and Natural Resources
چکیده [English]

The locals' health in mining sites can significantly benefit from the protection of water and soil resources. These heavy metal sources can negatively impact human health and the amount and quality of goods produced in the area. For this reason, the concentration of two elements, cadmium, and arsenic, in the Savad Kouh mining area of the province was calculated using three indices: pollution factor, degree of pollution or modified pollution factor, and accumulation of land. Fifty-three samples from the area, including 45 samples of agricultural topsoil and eight samples of riverside sediment, were collected to analyze the site. The samples prepared in a dry environment were brought into the lab and subjected to ICP-MS analysis using a 75-micron sample size. According to the pollution factor, cadmium and arsenic levels in agricultural soil have low pollution, which has a CF value of 1. Cadmium has a low pollution status, and arsenic with a CF = 6 has a low to medium status, according to the concentrations of elements in the riverside sediment. According to the modified pollution degree index (mCd), the region's agricultural soil and sediment have extremely low or low pollution levels. In other words, the mCd values for the two elements cadmium and arsenic are in the very low degree of pollution (0≤mCd≤1.5). According to the findings of the soil accumulation index for two elements, agricultural soil has a non-polluted or low-pollution status. In other words, the index value is between 0 and 1. The area falls into the low to medium pollution category in terms of two elements, according to the principal component analysis (PCA) results.
 
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Watershed
  • Accumulation land index
  • Heavy metals
  • Enrichment factor
  • Karmozd mining

مراجع

افشاری، ع.، و خادمی، ح. 1395. الگوی پراکنش مکانی برخی فلزات سنگین (Fe ,Mn ,Ni ,Cr,Co ,Pb ,Zn ,Cu و Cd) در اراضی مرکزی استان زنجان. علوم و تکنولوژی محیط زیست، 18(4): 145-162.
آزادبخت، ز.، بهشتی، آ.ع.، کهریزی، د.، و کرمی، ح. 1399. تأثیر آلودگی کادمیم و سرب بر کیفیت زیستی خاک و رشد گیاه کلزا، (Brassica napus) ، تحقیقات آب و خاک ایران، 51 (1): 230-217.
باقری، ح.، و شارمد، ت.، و خیرآبادی، و.، و درویش بسطامی، ک.، و باقری، ز. 1390. سنجش و ارزیابی آلودگی فلزات سنگین در رسوبات رودخانه گرگان رود. اقیانوس شناسی، 2(5): 35-39.
بزی، ف.، رضایی، م.ر.، و صیادی­اناری، م.ح. 1396. بررسی آلودگی خاک به فلزات سنگین با استفاده از شاخص فاکتور آلودگی در محل دفن زباله شهری زاهدان. مجله محیط­زیست و مهندسی آب، 3(2): 180-170.
پاینده، خ. و ولایت­زاده، م. 1398. فلزات سنگین کبالت، کروم، منگنز، سلنیوم و مولیبدن در رسوبات تالاب هورالعظیم استان خوزستان با استفاده از شاخص­های آلودگی. نشریه علمی اکوبیولوژی تالاب-دانشگاه آزاد  اسلامی واحد اهواز، 11 (40): 96-83.
حمزه­نژاد­تقلیدآباد، ر.، و خداوردیلو، ح. 1399. ارزیابی کمی فلزات سنگین در خاک. تحقیقات کاربردی خاک، 8 (2): 52-37.
خوش­اقبال، م.ز.، غضبان، ف.، شریفی، ف.، و خوشروتهرانی، ک.1390. استفاده از زمین آمار و GIS برای پهنه بندی آلودگی فلزات سنگین در رسوبات تالاب انزلی. مجله زمین، 6(19):33-49
دهقانی، س.، نادری، م.، محمدی، ج. ، و کریمی، ا. 1400. ارزیابی آلودگی اجزای ذرات خاک سطحی به فلزات سنگین در کاربری های مختلف حوضه آبخیز باغان استان بوشهر. مجله تحقیقات آب و خاک ایران، 52 (7): 1778-1765.
شاکری، ع.، نصیری مویلی، ه.، و رستگاری­مهر، م. 1400. ارزیابی آلودگی فلزات سنگین در خاک کشاورزی آبیاری شده با آب رودخانه خیاوچای- مشگین شهر، استان اردبیل. نشریه یافته­های نوین در زمین­شناسی، 7 (1): 260-249.
شاکری، ع.، و شاکری، ر.، و مهرابی، ب. 1394. بررسی آلودگی عناصر کروم, نیکل, آرسنیک و کادمیوم در آب, رسوب و ماهی سد شهید رجایی مازندران, شمال ایران. محیط شناسی, 41(1 (73), 13-24.
صفری، ی.، دلاور، م.ا.، اسفندیارپور بروجنی، ع.، صالحی، م.ح.، و اولیایی، ح.ر. 1395. ارزیابی وضعیت فلزات سنگین در منطقه شهرک صنعتی روی زنجان به کمک شاخص بار آلودگی. نشریه خاک و تولید پایدار، 6 (2): 133-119.
فقیری, ف.، حاجی احمدی، د.، امان­اللهی، ج.، و قربانی،ف. 1398. ارزیابی پتانسیل خطر اکولوژیک و منشاء یابی فلزات سنگین سرب، آرسنیک، کادمیوم و روی درآب و رسوبات سطحی رودخانه قشلاق سنندج. فصلنامه علوم و تکنولوژی محیط زیست 19-35(3)21
فقیری، ف.، حاجی­احمدی، د.، امان­الهی، ج.، و قربانی، ف. 1398. ارزیابی پتانسیل خطر اکولوژیک و منشاء­یابی فلزات سنگین سرب، آرسنیک،کادمیوم و روی درآب و رسوبات سطحی رودخانه قشلاق سنندج. علوم و تکنولوژی محیط زیست، 21 (3): 35-22. 11 (40): 96-83.
قشلاقی، ا.، و رستمی، ش. 1395. آلودگی و گونه سازی فلزات سنگین در رسوبات بستر رودخانه سیاهرود (منطقه قائم‌شهر - استان مازندران). پژوهش­های چینه­نگاری و رسوب­شناسی، 32 (2): 73-90.
مریخ­پور، ه.، رستانی، ب.، و چراغی، م. 1400. بررسی انباشت عناصر سنگین و شاخص­های کیفی رسوبات در سد کلان ملایر. تحقیقات کاربردی: 9 (2): 149-130.
معتمدی، م.، و بهبهانی نیا، آ.، و فرساد، ف. (1398). رویکرد تطبیقی آلودگی فلزهای سنگین در آب و رسوب های رودخانه ها (مطالعه موردی: رودخانه شاهرود). علوم محیطی, 17(1 ):155-174.
مقتدری، ط.، محمودی، ش.، شاکری، ع.، و مسیح­آبادی، م.ح. 1398. ارزیابی آلودگی، ریسک سلامت و شاخص ریسک اکولوژیک عناصر بالقوه سمی در خاکهای سطحی (منطقه مورد مطالعه: بخش مرکزی شهرستان بندرعباس). نشریه حفاطت آب و خاک، 8 (4): 63-52.
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. Environmental Monitoring and Assessment, 136: 227–238.
Amini, M., Afyuni, M., Khademi, H., Abbaspour, KC., and Schulin, R. 2005. Mapping risk of cadmium and lead contamination to human health in soils of Central Iran. Science of the Total Environment,347(13):64-77.
Azim zadeh B. and Khademi H. 2014. Estimate to assess contamination concentrations of some heavy metals in soil surface areas of the province Mazandaran. J. Soil Water (Agri. Sci. Technol.), 27(3), 548-559 [In Persian].
Batty, L. C.,  and Dolan, C. 2013. The Potential Use of Phytoremediation for Sites With Mixed Organic and Inorganic Contamination. Critical Reviews in Environmental Science and Technology , 43, 3: 217-259.
Chen, X., Lu, X., Li, L.Y. and Yang, G. 2013. Spatial distribution and contamination assessment of heavy metals in urban topsoil from inside the Xi’an second ring road, NW China. Environ Earth Science, 68:1979-88.
Dayani, M., Mohammadi, J., Naderi, M.,2008. Geostatistical Analysis of Pb, Zn and Cd concentration in soil of Sepahanshahr suburb (south of Esfahan). Journal of Water and Soilو 23(4):67-76 (in Persian).
Gall, J., Boyd, R. and Rajakaruna, N. 2015. Transfer of heavy metals through terrestrial food webs: a 433 review[J]. Environmental Monitoring & Assessment,187:201-222.
Hakanson, L. 1980. Ecological risk index for aquatic pollution control, a sedimentological approach. Water Res., 14, 975-1001
Jarup, L.2000. Hazards of heavy metal contamination[J]. British Medical Bulletin, 56:307-317.
Kükrer, S., Şeker, S., Abacı, Z.T. and Kutlu, B. 2014. Ecological risk assessment of heavy metals in surface sediments of northern littoral zone of Lake Çıldır, Ardahan, Turkey. Environmental monitoring and assessment, 186: 3847-57
Lakshmi, D., Akhil, D., Kartik, A.K., Gopinath, K.P., Arun, J., Bhatnagar, A., Rinklebe, J. ,Kim, W., and Muthusamy, G. 2021. Artificial intelligence (AI) applications in adsorption of heavy metals using modified biochar. Science of The Total Environment, 801: 149623.
Liu, SH., Wang, P., Wang. CH., Chen, J., Wang, X., Hu, B., and Yuan, Q. 2021. Ecological insights into the disturbances in bacterioplankton communities due to emerging organic pollutants from different anthropogenic activities along an urban river. Science of The Total Environment, 796: 148973.
Loska, K., and Wiechuła, D. 2003. Application of principal component analysis for the estimation of source of heavy metal contamination in surface sediments from the Rybnik Reservoir. Chemosphere, 51: 723-33.
Marta, A., Polti Roberto, O., García María J. Amoroso Carlos, M. 2009. Bioremediation of chromium (VI) contaminated soil by Streptomyces sp. MC1. Journal of Basic Microbiology's, 49,3:285-292.
Rafael, G., LacalleJuan, D., AparicioUnai ArtetxeErik UrionabarrenetxeaMarta, A., PoltiManuel SotoCarlos GarbisuJose M. Becerril. 2020. Gentle remediation options for soil with mixed chromium (VI) and lindane pollution: biostimulation, bioaugmentation, phytoremediation and vermiremediation. Heliyon 6 : e04550.
Rahman, M., AkhterRima, S., Saha, S.K., Saima, J., Hossain, Md., S. Tamisra NathTanni, T.N., AbuBakar, M., and Siddique, A.M. 2022. Pollution evaluation and health risk assessment of heavy metals in the surface water of a remote island Nijhum Dweep, northern Bay of Bengal. Environmental Nanotechnology, Monitoring & Management, 18: 100706.
Rathika, R., Khalifa, Y.Z., Srinivasan, P., Praburaman, L., Kamala-Kannan, S.,Selvankumar, T., WoongKim, W., and Govarthanan, M. 2020. Effect of citric acid and vermi-wash on growth and metal accumulation of Sorghum bicolor cultivated in lead and nickel contaminated soil. Chemosphere, 243: 125327.
Rehman, K., Fatima, F., Waheed, I.. 2017. Prevalence of Exposure of Heavy Metals and Their 477 Impact on Health Consequences[J]. Journal of Cellular Biochemistry,119:157-184.
Wang, Y., Wu, Sh., Yan, D., Li, F., Chengcheng, W., Min,Ch., and Wenyu, S. 2020. Determining and mapping the spatial mismatch between soil and rice cadmium (Cd) pollution based on a decision tree model. Environmental Pollution, 265, Part B: 115029.
Wu, G., Wang, L., Yang, R., Hou, W., Zhang, SH., Guo, X., and Zhao, W. 2022. Pollution characteristics and risk assessment of heavy metals in the soil of a construction waste landfill site. Ecological Informatics, 70: 101700.
Wu, Y., Li, X., Yu, L., Wang, T., Wang, J., and Liu, T. 2022. Review of soil heavy metal pollution in China: Spatial distribution, primary sources, and remediation alternatives. Resources, Conservation and Recycling, 181: 106261.
Yang, P., Mao, R., Shao, H., and Gao, Y. 2009.An investigation on the distribution of eight hazardous heavy metals in the suburban farmland of China. Journal of Hazardous Materials, 167(1–3):1246-51.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار