بررسی میزان آلودگی سرب و روی در خاک‌ های سطحی اطراف شهرک صنعتی شکوهیه قم

فصلنامه انسان و محیط زیست، شماره51، زمستان 98

بررسی میزان آلودگی سرب و روی در خاک‌ های سطحی اطراف شهرک صنعتی شکوهیه قم

سعید ملک محمدی[1]

 آزیتا بهبهانی نیا،[2]^*

behbahani@riau.ac.ir

مریم فراهانی [3]

تاریخ دریافت:30/08/1396                                                                                                             تاریخ پذیرش:14/06/97

چکیده

در این تحقیق میزان آلودگی خاک های اطراف شهرک صنعتی شکوهیه استان قم به فلزات سرب و روی تعیین شد. از روش نمونه برداری تصادفی نمونه هایی از 10 ایستگاه در شعاع 5 کیلومتری شهرک صنعتی شکوهیه قم تهیه و غلظت سرب و روی در نمونه ها بوسیله دستگاه جذب اتمی تعیین گردید. با استفاده از نرم افزارArcGIS   پهنه بندی سرب و روی در منطقه مورد مطالعه تعیین شد. میانگین غلظت سرب و روی در خاک بین ایستگاههای مختلف نمونه برداری شده در منطقه مورد مطالعه به ترتیب، 03/13 و 0/811 میلیگرم بر کیلوگرم می باشد. نتایج نشان داد، در ایستگاه  شماره 1 میانگین غلظت روی 60/1 و سرب 98 میلیگرم بر کیلوگرم  و بیش از استاندارد می باشد ولی در سایر ایستگاهها کمتر از حد استاندارد بدست آمد.. علت این پدیده می تواند نزدیکی این منطقه به جاده اصلی (اتوبان قم- تهران) می باشد. بر اساس نقشه پراکنش غلظت سرب در خاک سطحی نیز بالاترین غلظت سرب در خاک منطقه مورد مطالعه در دامنه 1/50 – 100 میلیگرم بر کیلوگرم در جنوب غربی شهرک صنعتی می باشد و با دور شدن از این بخش آلودگی خاک سطحی نسبت به سرب کاهش می یابد. بالاترین غلظت روی در خاک منطقه مورد مطالعه در دامنه 00/7 – 9 میلیگرم بر کیلوگرم در جنوب غربی شهرک صنعتی شکوهیه قم قرار داشته و با دور شدن از این بخش آلودگی خاک سطحی نسبت به روی کاهش می یابد

کلمات کلیدی: آلودگی،خاک، سرب ، شهرک صنعتی، قم

Human and Environment, No. 50, Winter 2019

Survey of Lead and Zink Pollution in Surface Soils around the Shokouhieh Industrial Estate

Saeed Malekmohammadi[4]

Azita Behbahaninia[5]^*

behbahani@riau.ac.ir

Maryam Farahani[6]

Abstract

In this research, the amount of soil contamination in Shokhoyeh industrial city of Qom province was determined to lead and zinc metals. Using random sampling method, samples of 10 stations in 5 km distance of Shomkhoyeyeh industrial city of Qom were prepared and lead and zinc concentrations were determined by atomic absorption spectroscopy. Using ArcGIS, the lead-zinc zoning was determined. The mean concentration of lead and zinc in the soil between the stations that were sampled in the study area was 13.03 and 811.0 mg/kg, respectively. The results showed that, at station 1, the mean concentration of zinc is 60.1 and lead is 98 mg / kg and more than standard, except for station 1, lead and zinc levels at other stations were lower than the standard.  The reason for this phenomenon can be near the main road (Qom-Tehran). According to the distribution map of lead concentration in surface soil, the highest concentration of lead in the study area is in the range of 1.50 to 100 mg / kg. In the southwest industrial town and bypassing this section, surface contamination decreases with lead. The highest zinc concentration in the studied area was in the range of 7.00 - 9 mg/kg. In the southwest of Shokoieh industrial city of Qom and Bypassing this section, soil contamination decreases with zinc.

Keywords: Pollution, Soil, Lead, Shokouhieh Industrial Estate, Qom

مقدمه

خاک یکی از منابع ارزشمند و مهم طبیعت می باشد. بدون داشتن خاک سالم زندگی و ادامه حیات بر روی زمین امکان پذیرنخواهد بود(1). آلاینده­ها از جمله عوامل مختل کننده محیط زیست به شمار رفته و از میان آنها فلزات سنگین به دلیل غیر قابل تجزیه بودن و اثرات فیزیولوژیکی بر موجودات زنده در غلظت کم حائز اهمیت شناخته شده اند، از جمله این عناصر می­توان به سرب و روی اشاره کرد که به خاطر توانایی بالقوه در آسیب رسانی به سلامت انسان­ها و حیوانات در چند دهه اخیر از نظر مسائل زیست محیطی بسیار مورد توجه قرار گرفته­اند(2). برخی ارگانیسم­های زنده به مقادیر بسیار کمی از فلزات سنگین برای ادامه رشد و بقاء نیار دارند که به اصطلاح به آنها عناصر کمیاب می گویند مثل آهن، کبالات، مس، منیزیم، مولیبدن، وانادیم، استرنسیم و روی و اگر ازآن حداقل مورد نیاز و ضروری افزایش یابند باعث اخلال در رشد می گردند(3). سایر فلزات سنگین مانند جیوه، سرب و کادمیم عناصر حیاتی نبوده و اثرات سود مندی بر حیات ارگانیسمهای زنده ندارند به طوریکه تجمع آنها در بدن موجودات زنده به خصوص پستانداران باعث بیماریهای خطرناکی می گردد(4). غلظت سرب در خاک­ها بین 1 تا 200 میلی­گرم بر کیلوگرم و به طور متوسط 15 میلی­گرم بر کیلوگرم و حد بحرانی آن 50 میلی­گرم بر کیلو­گرم می باشد. غلظت روی در خاک بین 10 تا 300 میلی­گرم بر کیلوگرم و مقدار متوسط آن 50  و حد بحرانی آن 125 تا 150 میلی گرم بر کیلوگرم می­باشد (5). هر کدام از این عناصر اگر بیش از معمول وارد چرخه غذایی انسان شوند از لحاظ سلامتی بسیار خطرناک خواهند بود. سرب بعد از انتقال در خون به نقاط مختلف بدن منتقل شده و در اندام­هایی مانند کلیه، کبد، طحال، سیستم­های عصبی، مغز استخوان و غدد فوق کلیوی جمع می شوند و با بالا رفتن غلظت آن ایجاد سمیت شدیدی می­کند که در اثر عدم درمان و جلوگیری از آلودگی بیشتر به مرگ منتهی می­شود. روی عنصری ضروری برای بدن تمامی موجودات زنده است، بطوریکه در درک مزه و طعم عنصر ضروری به شمار می رود و کمبود آن سبب بی اشتهایی ،اختلال درفعالیت متالوآنزیم ها، کمبود رشد، اعمال بینایی، تاخیر در بهبود زخم های بدنی، هضم غذا، تولید مس، تنفس، اعمال کلیه و تنظیم قندخون می گردد (6) ولی در صورتی که غلظت روی در انسان از حد معمول آن (2 میلی گرم در روز ) بالاتر رود ایجاد مسمویت می کند. تحت چنین شرایطی دستگاه ایمنی بدن خوب کار نمی کند و احتمال ابتلا به آسم بسیار زیاد می باشد تهوع، استفراغ و سرطان پوست از دیگر علائم مسمومیت روی است  (2).

 یکی از منابع اصلی تولید فلزات سنگین در شهرها صنایع کوچک و بزرگ و نیز وسایل حمل و نقل می باشند که با تولید آلاینده­ها و وارد کردن آنها به هوا اولین حلقه آلودگی ایجاد می نمایند. سپس این مواد از طریق فرو نشست جوی وارد خاک­ها شده و در آنها تجمع می یابند (7). خاک محیطی طبیعی برای رشد گیاهان است و از آنجا که گیاهان منبع مهم تغذیه برای موجودات به طور مستقیم و غیرمستقیم هستند هر نوع تغییری در کیفیت و خواص فیزیکی و شیمیایی خاک بر کلیه موجودات زنده تاثیر گذار است. از این رو بررسی و شناسایی عوامل آلاینده در خاک امری ضروری است مطالعات متعدد ی در کشورهای مختلف برای تعیین توزیع مکانی غلظت فلزات سنگین در خاک انجام گرفته است. در دهه های اخیر، یکی از روش های مورد استفاده جهت بررسی پراکنش آلودگی خاک، استفاده از علم زمین آمار است (8 ). در این زمینه موحدی راد (2008) با بررسی تغییرات مکانی عناصر روی، سرب، کادمیم و نیکل در بخشی از استان قم اعلام کرد ؛ نوع کاربری مهمترین عامل بر روند افزایشی عناصر سرب و روی بوده در حالیکه منشا طبیعی و توپوگرافی مؤثرترین عوامل در افزایش غلظت نیکل در منطقه می باشند(9). جیاکن و همکاران(2007) از روش های زمین آمار  و GIS برای بررسی آلودگی خاک نسبت به چند عنصر سنگین در خاک های چانگزینگ استان ژیجانگ در چین استفاده کرده اند(10). همچنین خداکرمی و همکاران (2012) به هدف مطا لعه، تعیین توزیع مکانی  فلزات سنگین کروم، کبالت ونیکل در خاک سه حوزه آبخیز در استان همدان از روش های زمین آمار و  GIS برای بررسی تأثیرات ساختار های زمین شناسی و کاربری اراضی بر روی غلظت این فلزات در خا ک استفاده کرده اند(11). تقی پور و همکاران (2012)ضمن مطالعه  تغییرات مکانی غلظت نیکل و مس در خاک های سطحی اطراف همدان با بکارگیری روش زمین آمار و  براساس نقشه های پراکنش مس و نیکل، اظهار نموده اند؛ نوع مواد مادری عامل مؤثر بر روند افزایشی این عناصر می باشد(7).در این تحقیق به بررسی وضعیت آلودگی سرب و روی در خاک اطراف شهرک صنعتی شکوهیه استان قم پرداخته شده و ایستگاه های نمونه برداری در شعاع 5 کیلومتری شهرک در نظر گرفته شد. و برخی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاکها و غلظت فلزات سنگین در نمونه­ها  تعیین شد.جهت تهیه نقشه آلودگی خاک به این عناصر از نرم افزارGIS استفاده شده است.

مواد و روش بررسی

نمونه برداری و موقعیت محل نمونه برداری

شهرک شکوهیه با وسعت 955 هکتار در کیلومتر 12 جاده قدیم قم - تهران قرار دارد. فاز یک شهرک صنعتی شکوهیه با مساحت 410 هکتار دارای 235 هکتار زمین صنعتی می‌باشد که با توجه به واگذاری بیش از 95% اراضی آن، فاز توسعه شهرک صنعتی شکوهیه با مساحت 325 هکتار در حال واگذاری به متقاضیان

می­باشد. فاز سوم به وسعت 74 هکتار جهت فعالیت های غذایی، دارویی و بهداشتی درحال آماده‌سازی می باشد(شکل 1). در تحقیق حاضر ابتدا 10 ایستگاه در شعاع 5 کیلومتری شهرک صنعتی شکوهیه قم انتخاب شد(شکل2)، نمونه­ها از خاک سطحی تهیه گردید، نمونه برداری خاک با توجه به مساحت منطقه، به صورت تصادفی از خاک­های اطراف شهرک صنعتی شکوهیه قم انتخاب شدند. همچنین مختصات ایستگاه­های نمونه­برداری توسط دستگاه ¹GPS بر اساس سیستم UTM ثبت شد(جدول1). نمونه های خاک پس از انتقال به آزمایشگاه ، هوا خشک شده و پس از کوبیدن از الک 2 میلی­متری عبور داده شدند(12) .در این تحقیق به منظور اطمینان از نرمال بودن داده ها از آزمون کولموگروف- اسمیرنوف استفاده و داده های پرت نیز با استفاده از نمودار جعبه ای بررسی شدند. جهت مقایسه میانگین غلظت عناصر در نمونه ها با استانداردهای جهانی موجود، از آزمون آماری t تک گروهی (One-Sample T Test) استفاده شد. همچنین برای مقایسه غلظت  عناصر مورد بررسی بین ایستگاههای مختلف از  آزمون های آمار توصیفی و روش های t دو گروه مستقل  با تاکید بر گزینه واریانس های مجزا  استفاده شد.

شکل 1- موقعیت منطقه مورد مطالعه و الگوی نمونه برداری

شکل 2- موقعیت مناطق نمونه برداری

استخراج فلزات سنگین در نمونه­ها

  ابتدا  pH و هدایت الکتریکی (EC) نمونه ها در عصاره 1: 5 خاک به آب به ترتیب توسط دستگاه pH متر Horiba F-11 و هدایت سنج Genway-520 اندازه گیری شد. تعیین بافت خاک نیز بر پایه قانون استوکس و به روش هیدرومتر صورت گرفت (11). برای تعیین غلظت کل عناصر سنگین از روش هضم اسیدی استفاده شد. مقدار 1 گرم از نمونه خاک خشک شده را وزن کرده و در ظرف ریخته 6 سی­سی اسید نیتریک اضافه کرده و در ظرف را بسته و یک شب نگهداری شد. سپس آن را به مدت 1 الی 5/1 ساعت در دمای 80 درجه سانتی­گراد درون حمام آبی قرار داده و بعد نمونه­ها را بیرون آورده و 3 سی­سی اسید پرکلریک به آن­ها اضافه کرده و مجدد به مدت 5/1 ساعت درون حمام آب قرار داده شد. در مرحله آخر که نمونه­ها کاملاً شفاف شدند 1 سی­سی آب اکسیژنه اضافه کرده و بعد از کامل شدن پروسه و خنک شدن آن­ها، نمونه­ها را از کاغذ صافی واتمن 42 عبور داده شد(14 ,13).  غلظت عناصر سنگین موجود در عصاره­ها با استفاده از دستگاه جذب اتمی مدل Perkin elmer 200 قرائت گردید.

یافته ها

مختصات جغرافیایی مناطق نمونه برداری و خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک در نمونه های مطالعاتی در جدول1 نشان داده شده است. بافت خاک در ایستگاه های مختلف نمونه برداری با کمی تفاوت از شنی در ایستگاههای 7 و 8 تا لومی شنی در سایر ایستگاه ها متغیر می باشد. pH از 1/8 در ایستگاه 3 تا 7/7 در ایستگاه 9 متعیر بوده که این تفاوت از نظر آماری معنی دار نمی باشد. همچنین توصیف آماری غلظت فلزات سنگین سرب و روی در جدول(2) مشخص شده است.باتوجه به بررسی آمار توصیفی مربوط به غلظت عناصر سرب و روی در ایستگاه های مختلف نمونه برداری (جدول 2) مشخص می شود:

-        میانگین غلظت سرب در خاک بین ایستگاههای مختلف نمونه برداری شده در منطقه مورد مطالعه 03/13 میلیگرم بر کیلوگرم می باشد .

-        حداکثر و حداقل  غلظت سرب مشاهده شده در خاک منطقه مورد مطالعه به ترتیب 00/98 و 00/1 میلیگرم بر کیلوگرم می باشد که به ترتیب مربوط به ایستگاه های شماره 1 و 6 می باشند.

-        میانگین غلظت روی در خاک بین ایستگاههای مختلف نمونه برداری شده در منطقه مورد مطالعه 811/0 میلیگرم بر کیلوگرم و در عمق 15- 30 سانتیمتری خاک  12/1 میلی گرم بر کیلوگرم می باشد .

-        حداکثر و حداقل  غلظت روی مشاهده شده در خاک منطقه مورد مطالعه به ترتیب 60/1  و 60/0 میلیگرم بر کیلوگرم می باشد که حداکثر غلظت روی اندازه گیری شده در نمونه های سطحی مربوط به ایستگاه شماره 1و میزان حداقل آن مربوط به ایستگاه های شماره 2 و 10  می باشد.

-         از آزمون کولموگروف-اسمیرنوف برای نرمال بودن داده‌ها استفاده شد. لذا با توجه به اینکه مقدار p-value مربوط به آزمون کولموگروف-اسمیرنوف برای داده های مربوط متغیرهای سرب و روی کمتر از  05/0 بدست آمده است نشان دهنده عدم نرمال بودن این داده ها است. بنابراین غربال داده ها برای شناسایی و حذف داده های پرت ضرورت  دارد  و  به  این  منظور  از ترسیم  دیاگرام های

جعبه­ای استفاده شده و داده های پرت شناسایی و حذف گردیدند.

-        جهت مقایسه میانگین غلظت عناصر در نمونه و استاندارد  از آزمون آماری t تک گروهی (One-Sample T Test) استفاده نموده و نتایج حاصل از آن  در  جدول 3 ارائه شده است. در این تحقیق(( میانگین حاصل از نتایج بدست آمده از آزمایشات بر روی نمونه های خاک)) به عنوان میانگین تجربی و ((میزان استاندارد پیشنهادی بر طبق  ضوابط و استانداردهای سازمان بهداشت جهانی )) به عنوان میانگین نظری بکار رفته است.در مواقعی که این آزمون معنی دار شود می توان مطرح کرد که میانگین تجربی با میانگین نظری فرق دارد و این  تفاوت به اندازه ای شدت یافته که از لحاظ آماری قابل توجه است. زمانی که تفاوت بین میانگین نظری و میانگین تجربی اندک باشد ، به این تفاوت از نظر آماری،  تفاوت ناشی از شانس و یا عوامل اتفاقی می گویند.

-        بعد از بدست آوردن نتایج آنالیز نمونه­ها با استفاده از ویرایش 3/9 نرم افزارArcGIS   اقدام به تهیه بانک اطلاعاتی از نتایج گردید و بر اساس روش درون یابی ساده، نقشه­های پهنه­بندی برای  هر عنصر ترسیم گردید (شکل 3 و 4).

جدول 1- مختصات جغرافیایی مناطق نمونه برداری و خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک در نمونه­ ها

جدول 2- نتایج آزمون آمار توصیفی غلظتفلزاتسنگین سرب و روی

جدول3- نتایج آماری مقایسه میانگین غلظت سرب در نمونه­های خاک با حد استاندارد

بعد از بدست آوردن نتایج آنالیز نمونه­ها با استفاده از نرم افزارArcGIS   و بر اساس روش درون یابی ساده، نقشه­های پهنه­­­بندی برای  هر عنصر ترسیم گردید. بر اساس  نقشه پراکنش غلظت سرب در خاک سطحی (شکل 3 ) نیز بالاترین غلظت سرب در خاک منطقه مورد مطالعه در دامنه 1/50 – 100 میلیگرم بر کیلوگرم در جنوب غربی شهرک صنعتی شکوهیه قم قرار داشته و با دور شدن از این بخش آلودگی خاک سطحی نسبت به سرب کاهش می یابد بطوریکه کمترین غلظت سرب در خاک منطقه مورد مطالعه در دامنه کمتر از 1 میلیگرم بر کیلوگرم در شمال و جنوب شرقی شهرک صنعتی شکوهیه قم قرار دارد. بر اساس  نقشه پراکنش غلظت روی در خاک سطحی (شکل 4 ) نیز بالاترین غلظت روی در خاک منطقه مورد مطالعه در دامنه 00/7 – 9 میلیگرم بر کیلوگرم در جنوب غربی شهرک صنعتی شکوهیه قم قرار داشته و با دور شدن از این بخش آلودگی خاک سطحی نسبت به روی کاهش می یابد بطوریکه کمترین غلظت روی در خاک منطقه مورد مطالعه در دامنه کمتر از 6/0 میلیگرم بر کیلوگرم در شمال غربی تا شمال شرقی و بخش شمال  شرقی تا  جنوب شرقی شهرک صنعتی شکوهیه قم قرار دارد.

                            شکل3- نقشه توزیع مکانی فلز سنگین سرب در نمونه خاک سطحی منطقه مورد مطالعه

شکل4- نقشه توزیع مکانی فلز سنگین روی در نمونه خاک سطحی منطقه مورد مطالعه

بحث و نتیجه گیری