پهنه بندی سرب، کروم، کبالت، مس و نیکل در خاک سطحی شهرستان همدان با استفاده از GISو زمین آمار

محورهای موضوعی : آب و محیط زیست

پریسا فرزانه ¹ , علیرضا سفیانیان ² , فرامرز معطر ³

1 - دانشجوی کارشناسی ارشد آلودگیهای محیط زیست، دانشکده علوم پایه، دانشگاه علوم و تحقیقات تهران* (نویسنده مسئول)
2 - استادیار گروه محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه صنعتی اصفهان
3 - استاد گروه محیط زیست، دانشکده علوم پایه ، دانشگاه علوم و تحقیقات تهران

تاریخ دریافت : 1390/01/27 تاریخ پذیرش : 1390/11/15 تاریخ انتشار : 1390/10/01

کلید واژه: توزیع مکانی, زمین آمار, فلزات سنگین, سیستم اطلاعات جغرافیایی, شهرستان همدان,

چکیده مقاله :

یکی از مهم ترین آلاینده های خاک، فلزات سنگین می باشند. افزایش سطوح آن با توجه به پایداری آن ها در محیط زیست، منجر به جلب توجه محققان در دهه های اخیر شده است .سه هدف از این مطالعه، تعیین توزیع مکانی سرب، کروم، کبالت، مس و نیکل در خاک سطحی شهرستان همدان می‌باشد. بدین منظور با استفاده از روش نمونه برداری سیستماتیک ، نمونه های خاک سطحی از عمق (cm 20 0) برداشت گردید و غلظت فلزات سنگین و برخی پارامترهای خاک از جمله pH و درصد شن، سیلت و رس در نمونه های خاک آنالیز شد. برای پهنه بندی غلظت فلزات سنگین از روش‌های زمین آماری استفاده گردید و با کمک آنالیز همبستگی مکانی عناصر مختلف از طریق روش‌های توابع شعاعی پایه، کریجینگ معمولی و روش معکوس وزنی فاصله پهنه‌بندی شدند. دقت روش‌ها با استفاده از خطای قدر مطلق میانگین و خطای بایاس میانگین مقایسه شد و روشی که دارای بالاترین میزان دقت بود برای تهیه نقشه فلزات سنگین خاک مورد استفاده قرار گرفت. نقشه های توزیع کروم، کبالت و سرب با استفاده از توابع پایه شعاعی، مس با استفاده از روش معکوس وزنی فاصله، نیکل با استفاده از کریجینگ معمولی با مدل نمایی تهیه شدند. مطابقت نقشه های به دست آمده در مناطقی با بیشترین میزان غلظت عناصر کروم، کبالت و نیکل با سنگ بستر آذرین و دگرگونی نشان داد زمین شناسی از مهمترین فاکتور مؤثر بر غلظت این عناصر می باشد. بیشترین غلظت سرب در محدوده شهر همدان که از روی هم‌گذاری نقشه کاربری اراضی و توزیع غلظت سرب مشخص شد، سرب در منطقه توسط ساختار زمین شناسی، فعالیت‌های کشاورزی و همچنین آلودگی شهری کنترل می‌شود. در حالی که عنصر مس از سنگ بستر نشات می‌گیرد، اما مصرف بی رویه کودهای شیمیایی در فعالیت‌های کشاورزی نیز می تواند موجب افزایش مقدار این عنصر در خاک گردد

چکیده انگلیسی:

Introduction: Heavy metals are one of the most important soil pollutants. The increased level of them in environment in respect to their stability has led to researchers’ attraction at recent decades. the principal goal of present study  is to  determine the spatial distribution of heavy metals  (Ni, Cr,  Pb, Cu and Co) in surface soil of Hamadan county. Material and methods: For this Sampling was carried out based on systematic method from depth 0-20cm. heavy metals concentration and soil characteristics including PH, silt,clay and sand percentage were measured. Interpolation for  heavy metals levels concentrations were done by geo-statistics methods . Different elements were interpolated through Radial basic function(RBF), Ordinary and Disjunctive Kriging and inverse distance weighting .The method accuracies were compared by using mean absolute error and mean bayas error. Results: for heavy metal concentration maps, Cr,Co and Pb, we used (RBF),for Cu inverse distance weighting(IDW),for Ni  ordinary kriging with exponential model. Overplaying heavy metals distribution maps with geology and land use maps showed that Cr, Co and Ni have geological origin, The highest levels of Lead concentration is controlled by geological formation, agricultural activities and also urban pollution. Cu have originated from bed rock. But, excessive consumption of chemical fertilizers according to agricultural activities can increase most of these elements in soil.

منابع و مأخذ:

1. Bowen, H. J. M., 1979, The environmental chemistry of elements, Academic press, London, New York.


2. Lame and Leenaers. 1997. International Ash working group, EEA, 1999


3. Lindsay, W. L. 1979. Cemical Equation in soil. John Wiley & Sons, INC. New York.

1. Romic, M., Hengl, T., Romic, D., Husnjak, S., 2007. “Representing soil pollution by heavy metals using continuous limitation scores”, Compution Geoscince. Vol. 33, No. 10, pp. 1316-1326.


2. Facchinelli, A., Sacchi, E.& Mallen, L., 2001. Multivariate statistical and GIS –based approach to identify heavy metal sources in soils, Journal of Environmental Pollution, 114: 313-324


3. Romic, M., Hengl, T., Romic, D., Husnjak, S., 2007. “Representing soil pollution by heavy metals using continuous limitation scores”, Compution Geoscince. Vol. 33, No. 10, pp. 1316-1326.


4. Krishna, A. K., Goil, P. K., 2005. Heavy metal distribution and contamination in soils of Thane-Belapur industrial development area, Mumbai, Western India, Journal of Enviromental Geology. 47 : 1054-1061


5. Shi, J., Wang, H., Xu, f, Wu, J., Liu, x., Zhu, H. and Yu, c., 2007, “Spatial - distribution of heavy metals in soils: a case study of Changxing, China”, Environ. Geol., Vol. 52, pp. 1-10.


6.  بدری، ا. م.، حیدرنیا فتح­آباد، ز.، و کریمی­نیا، ح. ر.، 1389، بررسی استانداردهای آلودگی خاک در دنیا و ایران، چهارمین همایش مهندسی محیط زیست، دانشگاه تهران.
   
   
   1. Kabata-Pendias, A. and Mukherjee, A. B., 2007, Trace Elements from Soil to Human, Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York.
   
   
   2. شیرانی، م.، 1386، تغییرات مکانی سرب، کادمیوم، نیکل و روی در برخی خاکهای کشاورزی، صنعتی و شهری محدوده بزرگ مشهد- چناران، پایان نامه کارشناسی ارشد خاکشناسی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، 92 صفحه.
   
   
   3.  موحدی­راد، ز.، 1386، بررسی تغییرات مکانی روی، سرب، نیکل و کادمیوم در خاکهای بخشی از استان قم، پایان نامه کارشناسی ارشد خاکشناسی، دانشکده کشاورزی، دانشکده صنعتی اصفهان، 173 صفحه.
      
      
      1. Manta, D. S., Angelone, M., Bellanca, A., Neri, R. and Sprovieri, M., 2002, “Heavy metals in urban soils: a case study from the city of Palermo (Sicily), Italy”, The Science of The Total Environment, Vol. 300, No. 1-3, pp. 229-243.
      
      
      2. Rodriguez Martin, J. A., Arias, M. L. and Grau Corbi, J. M., 2006, “Heavy metals contents in agricultural topsoils in the Ebro basin (Spain). Application of the multivariate geoestatistical methods to study spatial variations”, Environmental Pollution, Vol. 144, No. 3, pp. 1001-1012.
      
      
      3. 34.  De vos, W., Batista,. M. J., Demetriades, A., Duris, M. J., Lexa, J., Lis, J., Sina, K. O., connor, P. J., Metallogenic Mineral Provinces and World Class Ore Deposits in Europe, In: Geochemical Atlas of Europe. Part 1 Background Information, Methodology and Maps, by Salminen, R., 2005. Geological Survey of Finland.[Online] Availability
      
      
      4. Luis, R.L., Tomislav, H., Hannes, LR., 2008, “Heavy metal; in European soils: A geostatistical analysis of the FOREGS Geochemical database”, Geoderma, Vol. 148, pp. l89-199.
      
      
   
   

6. محمدی، ج.، 1381، "پهنه بندی و ارزیابی آلودگی خاک با استفاده از نظریه مجموعه های فازی"، گزارش سومین همایش مجموعه های فازی و کاربردهای آن، 139-133.


7. Cattle, J. A, M. A., Minasny, B., 2002. “Kriging method evaluation for assessing the spatial distribution of urban soil lead contamination”. Journal of Enviromental Quality. Vol. 31, pp. 1576-1588.


8. Wrrick,W., Myers. D. E., Neilson. D. R., 1986. Geostatistical methods applied to soil science, Method of soil analysis, part 1, physical and mineralogical methods,Journal of Argonomy Monograph, 9 (2) : 53-81.

10. Koutev, V., Julien, P, 2001. Spatial variability of total and bioavailable Zn in the Canton of Fribourg Switzerland . Swiss Federal Institute of Technology, PP:189-190

12. Martin, J. A., Arias, M. L., Grau, C, J. M., 2006. “Heavy metals contents in agricultural topsoils in the Ebro basin (Spain). Application of the multivariate geoestatistical methods to study spatial variations”. Enviromental Pollution. Vol. 144, No. 3, pp. 1001-1012.


13. بی­نام، 1386، مطالعات مکان یابی محل­های دفن و دفن پسماندهای ویژه در استان همدان، گزارشات هواشناسی، هیدرولوژی، زمین شناسی، خاک شناسی، تکتونیک- لرزه خیزی، تلفیق و GIS، سازمان حفاظت محیط زیست، دفتر بررسی آلودگی آب و خاک، معاونت پژوهشی دانشگاه شهید بهشتی


14. حسنی پاک،1377، زمین آمار (ژئواستاتیستیک)، انتشارات دانشگاه تهران، 306 صفحه.


15. Cao, H. F., Change, A. C., A. L., 1984. “Heavy Metal Contents of Sludge-Treated Soils as Determined by Three Extraction Procedures”. Enviromental Quality. Vol. 13, No. 4, pp. 632-634


16. Weaver, R.W., Angle J. S., Bottomley P.S., 1994. Methods of soil analysis, microbiological and biochemical properties, part II, Soil Science of America INC, Wisconsia, USA, 1097 pp


17. مدنی، ح.، 1373،  مبانی زمین آمار، انتشارات دانشگاه صنعتی امیر کبیر واحد تفرش، 659 صفحه


18. Yang, P., R. Mao, H. Shaom., Y. Gao., 2009. An investigation on the distribution of eight hazardous heavy metals in the suburban farmland of china, Journal of Hazardous Material. 167 : 1246–1251


19. Goovaerts, P., 1997. Geostatistics for Natural Resources Evaluation. Oxford Univ. Press, New York, 512 pp.

21. Kabata Pendias, A., Pendias, H, 2001. Trace Elements in Soil and Plants, 3rd Ed. Boca Raton London, New York Washington,D. C, 400pp

24.  خسروی دهکردی، ا.،  1387، توزیع مکانی فلزات سنگین در خاک­های کشاورزی، شهری و صنعتی اصفهان، پایان نامه کارشناسی ارشد محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه صنعتی اصفهان، 89 صفحه

27. دیانی، م.، محمدی، ج. و نادری، م.، 1388، "تجزیه و تحلیل زمین آماری غلظت سرب، روی و کادمیوم در خاک های حومه سپاهان شهر واقع در جنوب اصفهان"، نشریه آب و خاک، جلد 23، شماره 4، صفحه 67-76.


28. De Temmerman, L., Vanongeval, L., Boon, W., Hoenig, M., Geypens, M., 2003. “Heavy Metal Content of Arable Soils in Northern Belgium”. Water, Air, & Soil Pollution. Vol. 148, No. 1, pp. 61-76.


29. Chen, M., Ma, L. Q., Harris, W. G., 1999. “Baseline concentrations of 15 trace elements in Florida surface soils”. Journal of Enviromental Quality. Vol. 28, No. 4, pp. 1173-1181.


30. Acosta, J., Faz, A. and Martinez-Martinez, S., 2010. “Identification of heavy metal  sources by multivariable analysis in a typical Mediterranean city (SE Spain)”. Environmental Monitoring Assessment. Vol. 169, No. 1, pp. 519-530

33. Alloway, B. J., 1990. Heavy Metal in Soils, Blackie and Son, Ltd. Glasgow and London. 339 Pages

35. Mico, C., Recatala. L., Peris. M., Sanchez, J., 2006. Assessing heavy metal sources in agricultural soils of an European Mediterranean area by multivariate analysis, Journal of Chemosphere, 65 : 863–872.


36. Gregori, J. D., Fuentes, E., Rojas, M., Pinocheta, H. and Potin-Gautier, M. , 2003, “Monitoring of copper, arsenic and antimony levels in agricultural soils impacted and non-impacted by mining activities, from three regions in Chile”, Environ. Monit., Vol. 5, pp. 287-295