منشأیابی فلزات سنگین در خاک با استفاده از تکنیک‌های آماری چندمتغیره

آب و خاک

مقاله 7، دوره 29، شماره 3، شهریور 1394، صفحه 627-637   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.v0i0.28779

نویسندگان

محمد امیر دلاور^* ؛ یاسر صفری

دانشگاه زنجان

چکیده

در این پژوهش برای تعیین منابع احتمالی کنترل‌کنندة توزیع فلزات سنگین در خاک‌های اطراف شهرک صنعتی روی زنجان از تکنیک‌های آماری چندمتغیره استفاده شده است. برای انجام این مطالعه، از خاک‌های سطحی (صفر تا 10 سانتی‌متری) 184 نقطه‌ی نمونه‌برداری در قالب الگوی شبکه‌ای منظم به فاصله‌ی 500 متر نمونه‌برداری و غلظت کل فلزات سرب، روی، کادمیوم، نیکل و مس در آن‌ها اندازه‌گیری شد. برای تشخیص منابع احتمالی ورود آلاینده‌های فلزی به خاک، از تکنیک‌های ماتریس هم‌بستگی، تجزیه به مؤلفه‌های اصلی و تجزیه به عامل‌ها استفاده شد. نتایج بیان‌گر آن بود که خاک‌های منطقه به سرب، روی و کادمیوم آلوده هستند و میانگین غلظت آن‌ها در خاک‌ها به‌ترتیب 8/152، 2/294 و 6/5 میلی‌گرم بر کیلوگرم است. ولی عناصر نیکل و مس در این خاک‌ها خطر آلودگی چندانی ندارند. بررسی ماتریس هم‌بستگی نشان از بالا بودن ضرایب هم‌بستگی میان جفت عناصر روی-کادمیوم و نیکل-مس داشت که دلیلی بر کنترل شدن توزیع این عناصر توسط عوامل مشترک است. استفاده از راهکار تجزیه به مؤلفه‌های اصلی منتج به استخراج تنها دو مؤلفه‌ی اثرگذار بر توزیع داده‌ها شد که در مجموع، حدود 84 درصد از واریانس کل داده‌ها را توجیه می‌کنند. به‌نظر می‌رسد فعالیت‌های مختلف صنعتی انجام گرفته در شهرک صنعتی روی، عامل اصلی کنترل کنندة توزیع عناصر سرب، روی و کادمیوم در خاک‌های اراضی مطالعاتی است؛ در حالی‌که عناصر نیکل و مس تحت تأثیر عامل مواد مادری می‌باشند. انطباق یافته‌های این پژوهش با نتایج پژوهش‌های پیشین در منطقة مطالعاتی، بیان‌گر کارایی آمار چندمتغیره برای شناسایی منشأهای احتمالی فلزات سنگین در خاک است.

کلیدواژه‌ها

آلودگی خاک؛ تجزیه به عامل‌ها؛ زنجان؛ عناصر سنگین؛ ماتریس هم‌بستگی

مراجع

1- Abdollahi S., Delavar M.A. and Shekari P. 2013. Spatial Distribution Mapping of Pb, Zn and Cd and Soil Pollution Assessment in Anguran Area of Zanjan Province. Journal of Water and Soil, 26(6): 1410-1420. (in Persian with English abstract)

2- Ali H., Khan E. and Sajad M.A. 2013. Phytoremediation of heavy metals-Concepts and applications. Chemosphere, 91:869-881.

3- Bahmani B., Delavar M.A. and Abdollahi S. 2012. Spatial distribution of zinc (Zn) in topsoil in the industrial areas of the special Zinc town Zanjan. Proceeding of the 6th Conference and Exhibition on Environmental Engineering (CELCO91), 17-21 Nov.2012, Tehran University, Tehran, Iran. (in Persian)

4- Cai L., Xu Zh., Ren M., Guo Q., Hu X., Hu G., Wan H. and Peng P. 2012. Source identification of eight hazardous heavy metals in agricultural soils of Huizhou, Guangdong Province, China. Ecotoxicology and Environmental Safety, 78: 2–8.

5- Castellano M., Ruiz-Filippi G., Gonzalez W., Roca E. and Lema J.M. 2007. Selection of variables using factorial discriminant analysis for the state identification of an anaerobic UASB–UAF hybrid pilot plant, fed with winery effluents. Water Science and Technology, 56: 139-145.

6- Chen T., Liu X., Li X., Zhao K., Zhang J., Xu J., Shi J. and Dahlgren R.A. 2009. Heavy metal sources identification and sampling uncertainty analysis in a field-scale vegetable soil of Hangzhou, China. Environmental Pollution, 157: 1003–1010.

7- Chen T., Liu X., Zhu M., Zhao K., Wu J., Xu J. and Huang P. 2008. Identification of trace element sources and associated risk assessment in vegetable soils of the urban–rural transitional area of Hangzhou, China. Environmental Pollution, 151: 67–78.

8- Chen T., Wong J., Zhou H., and Wong M. 1997. Assessment of trace metal distribution and contamination in surface soils of Hong Kong. Environmental Pollution, 96: 61–68.

9- Chen X., Lu X., and Yang G. 2012. Sources identification of heavy metals in urban topsoil from inside the Xi'an Second Ringroad, NW China using multivariate statistical methods. Catena, 98: 73–78.

10- Chlopecka A., 1993. Forms of trace metals from inorganic sources in soils and amounts found in spring barley. Water, Air and Soil Pollution, 69: 127-134.

11- Dankoub Z., Ayoubi S., Khademi H. and Lu S.G. 2012. Spatial distribution of magnetic properties and selected heavy metals in calcareous soils as affected by land use in the Isfahan region, Central Iran. Pedosphere, 22(1): 33–47.

12- Doelsch E., Macary H.S. and Kerchove V.V. 2006. Sources of very high heavy metal content in soils of volcanic island (La Re´union). Journal of Geochemical Exploration, 88: 194– 197.

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

14- Farahmand kia Z., Mehrasbi M.R., Ekhawatju M.S., Hasanalizadeh A., and Ramezanzadeh Z. 2010. Study of Heavy Metals in the Atmospheric Deposition in Zanjan, Iran. Iran. Journal Health & Environment, 2(4):240-249. (in Persian with English abstract)

15- Franco-Uria A., Lopez-Mateo C., Roca E. and Fernandez-Marcos M.L. 2009. Source identification of heavy metals in pastureland by multivariate analysis in NW Spain. Journal of Hazardous Materials, 165: 1008–1015.

16- Fu F. and Wang Q. 2011. Removal of heavy metal ions from wastewaters: A review. Journal of Environmental Management, 92: 407-418.

17- Garcia R., Maiz I. and Millan E. 1996. Heavy metal contamination analysis of roadsoils and grasses form Gipuzkoa (Spain). Environmental Technology, 17: 763–770.

18- Giusquiani P.L., Pagliai M., Businelli D. and Benetti A. 1995. Urban waste compost effect on physical, chemical and biological soil properties. Journal of Environmental Quality, 24: 172-184.

19- Han Y.M., Du P.X., Cao J.J. and Posmentier E.S. 2006. Multivariate analysis of heavy metal contamination in urban dusts of Xi’an, Central China. Science of the Total Environment, 355(1-3): 176-186.

20- Kabata-Pendias A. 2010. Trace Elements in Soils and Plants. CRC press, Boka Raton.

21- Kabata-Pendias A. and Pendias H. 1999. Biogeochemistry of Trace Elements. Wyd, Nauk PWN. Warsaw.

22- Kribek B., Majer V., Veselovsky F. and Nyambe I. 2010. Discrimination of lithogenic and anthropogenic sources of metals and sulphur in soil of the central-northern part of the Zambia Copperbelt Minig District: A topsoil vs. subsurface soil concept. Journal of Geochemical Exploration, 104: 69–86.

23- Lewin V.H. and Beckett P.H.T. 1980. Monitoring heavy metal accumulation in agricultural soils treated with sewage sludge. Effluent and Water Treatment Journal, 20 (5) 217-221.

24- Lu X.W., Wang L.J., Li L.Y., Lei K., Huang L. and Kang D. 2010. Multivariate statistical analysis of heavy metals in street dust of Baoji, NW China. Journal of Hazardous Materials, 173: 744-749.

25- Mansourfar K. 2011. Statistical methods, Tehran University Press, Tehran, Iran. (in Persian)

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

27- Naeimi Marandi S., Ayoubi S. and Azimzadeh B. 2013. Use of Multivariate Statistics and Geostatistics to Differentiate the Lithologic and Anthropogenic Sources of some Heavy Metals in Zobahan Industrial District, Isfahan Province .Journal of Water and Soil, 27(3): 560-596. (in Persian with English abstract)

28- Nicholson F.A., Smith S.R., Alloway B.J., Carlton-Simith C.B. and Chambers J. 2003. An inventory of heavy metal input to agricultural soil in England and Wales. Science of the Total Environment, 311: 205–219.

29- Parizanganeh A., Hajisoltani P. and Zamani A. 2010. Assessment of heavy metal pollution in surficial soils surrounding Zinc Industrial Complex in Zanjan-Iran. Procedia Environmental Sciences, 2: 162–166.

30- Soil Survey Staff. 1996. Soil survey laboratory methods manual. Report No. 42, USDA, NRCS, NCSS, USA.

31- Sparks G.L. 2003. Environmental Soil Chemistry. Academic Press, San Diego, California.

32- Sposito, G., Lund, L.J., and A.C. Chang. 1982. Trace metal chemistry in arid zone field soils amended with sewage sludge: I. Fractionation of Ni, Cu, Zn, Cd and Pb in solid phases. Soil Science Society of American Journal, 46: 260-264.

33- Srivastava N.K. and Majumder C.B. 2008. Novel biofiltration methods for the treatment of heavy metals from industrial wastewater. Journal of Hazardous Materials, 151: 1-8.

34- Sun Ch., Liu J., Wang Y., Sun L. and Yu H. 2013. Multivariate and geostatistical analyses of the spatial distribution and sources of heavy metals in agricultural soil in Dehui, Northeast China. Chemosphere, 92: 517–523.

35- Taghipour M., Ayoubi SH. and Khademi H. 2010.Spatial variability of total Ni and Cu concentration in surface soils surrounding the Hamadan city using geostatistic technique. Journal of Water and Soil Conservation, Vol. 17(2):69-87. (in Persian with English abstract)

36- Tahri M., Benyaich F., Bounakhla M., Bilal E., Gruffat J.J., Moutte J. and Garcia D. 2005. Multivariate analysis of heavy metal contents in soils. Sediments and water in the region of Meknes (central Morocco). Environmental Monitoring Assessment, 102: 405–417.

37- Tume P., Bech J., Tume L., Bech J., Reverter F., Longan L. and Cedonya P. 2008. Concentrations and distributions of Ba, Cr, Sr, V, Al and Fe in Torrelles soil profiles (Catalonia, Spain). Journal of Geochemical Exploration, 96: 94-105.

38- Zhang C. 2006. Using multivariate analysis and GIS to identify pollutants and their spatial patterns in urban soils in Galway, Ireland. Environmental Pollution, 142: 501–511.