Spatial variation of lead and cadmium concentration in surface soil of parts of central Iran (Case study: Qom plain)

جغرافیا و مخاطرات محیطی

Article 4, Volume 10, Issue 2 - Serial Number 38, July 2021, Pages 59-78   

Document Type: Research Article

DOI: 10.22067/geoeh.2021.68492.1015

Authors

Somayeh Sadr^{* 1}; Zahra MovahediRad²

¹Assis. Prof., College of Agric., Payam-Nour Univ. of Kerman, Iran

²Teach. Assis. , College of Agric., Payam-Nour Univ. of Kerman, Iran.

Abstract

Heavy metals due to toxicity, degradability, low soil mobility and bioaccumulation in plants are of great interest. This study aimed to map the distribution of total and available Pb and Cd forms in surface soils of part of Qom province. The spatial distribution of these elements in surface soils with different land uses in the area of 1054 km² was investigated. Sampling was done at 209 points by study area grid and total and available amount of lead and cadmium was determined by atomic absorption spectrophotometer. Due to the lack of suitable cadmium variogram, kriging failed for these elements. Mapping was done by point kriging with WinGslib software. MEE and MSEE were used to determine the accuracy of the estimates. According to results of compare means in different land use, urban and industrial areas had the highest concentration of total and absorbable lead on average that this was much higher in industrial and urban land use as compared with agricultural and uncultivated. There were no significant statistical differences in total concentrations of Cd among different land uses. Based on the lead distribution maps, it seems that the most important factor affecting the concentration of this elements is the type of land use. Urban and industrial land use had the highest amount of total and available lead, indicating the region's high potential for advancing pollution. Therefore, necessary Therefore, necessary management measures should be taken to prevent the occurrence of destructive environmental events. Overall, by identifying topical sites where the concentration of the heavy metals studied exceeds the international standards, it became clear that the study area has the potential to move towards pollution and to show signs of pollution. Therefore, necessary management measures should be taken to prevent the occurrence of destructive environmental events.

Keywords

Kriging; WinGslib; Heavy Elements; Qom Province

References

بقائی، امیرحسین؛ دلیری، امیر؛ 1398. تجزیه‌وتحلیل زمین آماری پراکنش سرب و کادمیوم خاک با استفاده از شاخص‌های زیست‌محیطی در منطقه جنوب غرب اصفهان در سال 1396. مهندسی بهداشت محیط. شماره 6(3). 239-250.

خالدان، شقایق؛ تقوی، لعبت؛ پیکان پورفرد، پروانه؛ 1396. بررسی تغییرات مکانی پراکنش سرب و کادمیوم با استفاده از تکنیک‌های زمین‌آمار و GIS (مطالعه موردی: اراضی اطراف مجتمع فولاد مبارکه)، فصلنامه سلامت و محیط‌زیست، شماره 10(2). 151-164.

دادگر، مریم؛ محمد علیها، مسعود؛ زندی اصفهان، احسان؛ 1394. تجزیه‌وتحلیل زمین آماری غلظت آهن و روی در اراضی مرتعی و زراعی مطالعه موردی منطقه آبسرد شهر دماوند، تحقیقات مرتع و بیابان ایران. شماره 22(3). 454-447.

رحیمی، قاسم؛ چرخ آبی، امین؛ 1393. توزیع مکانی کادمیوم در شالیزارهای جنوب غربی اصفهان با استفاده از زمین‌آمار و GIS، آب‌وخاک. شماره 28(4)، 754-765.

رستگار، ایوب؛ جنیدی جعفری، احمد؛ فرزاد کیا، مهدی؛ رضائی کلانتری، روشنک؛ آبادی، احدالله؛ قلیزاده، عبدالمجید؛ 1391. بررسی تأثیر کمپوست مواد زائد شهری بر میزان نشت و جذب فلزات سنگین از خاک شنی رسی لومی. مجله دانشگاه علوم پزشکی سبزوار، شماره 19(3)، 277-286.

سازمان حفاظت محیط‌زیست، معاونت محیط‌زیست انسانی، دفتر آب‌وخاک. استانداردهای کیفیت منابع خاک و راهنماهای آن.

سیفی، یونس؛ میرزایی، روح‌الله؛ 1396. مقایسه روش‌های درون‌یابی مکانی جهت پهنه‌بندی غلظت فلزات سنگین در خاک سطحی شهرستان آران و بیدگل. علوم و تکنولوژی محیط‌زیست. شماره 18(1)، 131-147.

صادق، نرگس؛ رضایی، محمدرضا؛ صیادی اناری، محمدحسین؛ 1398. ارزیابی آلودگی به فلزات سنگین سرب، کروم و کادمیوم تحت تأثیر نوع کاربری در خاک و گیاه زعفران (مطالعه موردی: فردوس). پژوهش‌های زعفران. شماره 7(1)، 1-12.

صدر، سمیه؛ افیونی، مجید؛ 1396. بررسی توزیع وانادیوم در اراضی با کاربری‌های کشاورزی و صنعتی در استان اصفهان. محیط‌شناسی. شماره 43(2)، 207-218.

عبداللهی، سمانه؛ دلاور، محمد امیر؛ شکاری، پرویز؛ 1391. پهنه‌بندی توزیع مکانی سرب، روی و کادمیم و ارزیابی آلودگی خاک‌های منطقه انگوران، استان زنجان، آب‌وخاک، شماره 26(6)، 1410-1420.

عموئی، عبدالایمان؛ محوی، امیرحسین؛ ندافی، کاظم؛ 1390. مقایسه میزان سرب، کادمیوم و روی در خاک مناطق صنعتی، کشاورزی و بزرگراه آمل و بابل (1387). دانشگاه علوم پزشکی بابل، شماره 14(1)، 77-82.

فیض نیا، سادات؛ مختاری، احمدرضا؛ جعفری، محمد؛ قانعی، محمدجواد؛ خداییان، زیبا؛ 1398. بررسی پراکنش سرب و شاخص‌های زیست‌محیطی آن در خاک‌های مجاور معدن سرب و روی کوشک – بافق، مرتع و آبخیزداری، شماره 72(2)، 517-526.

محمدی، جهانگرد؛ 1385. پدومتری (آمار مکانی). جلددوم. انتشارات پلک.

محمدی، صدیقه؛ 1397. تحلیل توزیع مکانی فلزات سنگین مس، روی و آرسنیک در خاک اطراف کارخانه ذوب مس خاتون‌آباد شهربابک. تحقیقات کاربردی خاک. شماره 6(4)، 84-96.

ملکی، صدیقه؛ خرمالی، فرهاد؛ کریمی، علیرضا؛ 1393. ﺗﻬﯿﻪ ﻧﻘﺸﻪ ﮐﺮﺑﻦ آﻟﯽ ﺧﺎک ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﺧﺼﻮﺻﯿﺎت ﺗﻮﭘﻮﮔﺮاﻓﯽ و زمین‌آمار در ﺑﺨﺸﯽ از ﻣﻨﻄﻘﻪ ﺗﻮﺷﻦ، اﺳﺘﺎن ﮔﻠﺴﺘﺎن. پژوهش‌های آب و خاک (علوم خاک و آب). شماره 28(2). 459-468.

 

Ajoyi A, Kamson F., 1983. Determination of lead in roadside in Logos city by atomic absorption spectrophotometry. Environment International 9: 397-400

Alloway BJ, 1990 Heavy Metals in Soils Blackie and Son, Ltd Glasgow and London.

Behera SK, Shukla AK., 2015. Spatial distribution of surface soil acidity, electrical Conductivity, soil organic carbon content and exchangeable Potassium, calcium and Magnesium in some cropped acid Soils of India. Land Degradation & Development 26: 71–79

BenAchiba W, Lakhdara A , Gabtenib N, Du Laingc G, Verlooc M, Boeckxd P, Van Cleemputd P, Jedidi N, Gallali, T., 2010. Accumulation and fractionation of trace metals in a Tunisian calcareous soil amended with farmyard manure and municipal solid waste compost. Journal of Hazardous Materials 176: 99-108

Bhunia GS, Shit PK, Chattopadhyay R., 2018. Assessment of spatial variability of soil properties using geostatistical approach of lateritic soil (West Bengal, India). Annals of Agrarian Science 16(4):436-443

Cao S, Lu A, Wang J, Huo L., 2017. Modeling and mapping of cadmium in soils based on qualitative and quantitative auxiliary variables in a cadmium contaminated area. Science of the Total Environment 580: 430-439

Cortés JL, Bautista F, Delgado C, Quintana P, Aguilar D, Garcia A, Figueroa C, Gogichaishvili A., 2017. Spatial distribution of heavy metals in urban dust from Ensenada, Baja California, Mexico. The Revista Chapingo Serie Horticultura 23(1): 235-248

Engelhart M, Kruger M, Kopp J, Dichtl N., 2000. Effect of disintegration on an aerobic degradation of sewage excess sludge in downflow stationary fixed film digesters. Water Science and Technology 41: 171–179

FOEFL (Swiss Federal Office of Environment, Forest and Landscape) 1998. Commentary on the ordinance relating to pollutants in soils (VBBO of July 1, 1998) Bern

Hagner M, Romantschuk M, Penttinen OP, Egfors A, Marchand C, Augustsson A., 2018. Assessing toxicity of metal contaminated soil from glassworks sites with a bat-tery of biotests. Science of the Total Environment 613–614, 30-38

Jancev S, Bogoevski S, Bliznakovska B., 2010. Results of the Preliminary Regional Eco Geochemical Mapping of the Agricultural Soil Samples from the Skopje City Area. Journal of Environmental Protection and Ecology 11(3): 854-865

Johnson LE, Bishop TFA, Birch GF. 2017. Modelling drivers and distribution of lead and zinc concentrations in soils of an urban catchment (Sydney estuary, Australia). Science of the Total Environment 598, 168-178

Kabata-pendias A, Pendias H. 1992. Elements of group II In: Trace elements in soils and plants 2nd Edition, CRC Press, Boca Raton, Ann Arbor London.

Kabata-pendias A., 2010. Trace elements in soils and plants Fourth Edition CRC press Talor and francis Group, LLC.

Karlen DL, Wienhold BJ, Kang S, Zobeck TM, Andrews SS., 2011. Indices for soil management decisions. Soil Management: Building a Stable Base for Agriculture 39-50

Khairy M, barakat A, mostafa A, wade T., 2011. Multielement determination by flame atomic absorption of road dust samples in delta region Egypt. microchemical journal 97: 234-242

Lasat MM, 2002. Phytoextraction of toxic metals: A review of biological mechanisms. Journal of Environmental Quality 31(1): 109-120.

Lindsay WL, Norvell WA., 1978. Development of a DTPA soil test for zinc, iron, manganese and copper. Soil Science Society of America Journal 42: 421-428

Lv J, Yu Y., 2018. Source identification and spatial distribution of metals in soils in a typical area of the lower Yellow River eastern China. Environmental Science and Pollution Research 25, 21106-21117

Meng Y, Cave M, Zhang C., 2020. Identifying geogenic and anthropogenic controls on different spatial distribution patterns of aluminum, calcium and lead in urban topsoil of Greater London. Authority area. Chemosphere 238: 124541

Merrington G, Oliver I, Smernik RJ, McLaughlin MJ., 2003. The influence of sewage sludge properties on sludge-borne metal availability. Advances in Environmental Research 8: 21-36

Mombo S, Foucault Y, Deola F, Gaillard I, Goix S, Shahid M, Schreck E, Pierart A, Dumat C., 2015. Management of human health risk in the context of kitchen gardens polluted by lead and cadmium near a lead recycling company. Journal of Soils and Sediments 16(4), 1214-1224

Morton-Bermea O, Hernadez Alvarez E , Gaso I, Seqovia N., 2002. Heavy metal concentrations in surface soils from Mexico City. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology 68(3):383-388

Muchuweti M, Birkett JW, Chinyanga E, Zvauya R., 2006. Heavy metal content of vegetables irrigated with mixtures of wastewater and sewage sludge in Zimbabwe: Implications for human health, Agriculture. Ecosystems and Environment 112:41-48

Muñoz-Nájera MA, Tapia-Silva FO, Barrera-Escorcia G, Ramírez-Romero P., 2020. Statistical and geostatistical spatial and temporal variability of physico-chemical parameters, nutrients, and contaminants in the Tenango Dam, Puebla, Mexico. Journal of Geochemical Exploration 209: 106435

Naidu R, Kookana RS, Sumner ME, Harter RD, Tiller KG., 1997. Cadmium sorption and transport in variable charge soils: a review. Journal of Environmental Quality 26: 602-607

Pais IJ, Benton Jones J., 1997. The handbook of Trace Element Publishing by: Luice St Press Boc a Raton Florida USEPA 2162-2168

Skrbic B, Mladenovic N., 2010. Chemometric interpretation of Heavy Metal Patterns in Soils.Worldwide Chemosphere 80: 1360-1369

Wang Y, Duan X, Wang L., 2020. Spatial distribution and source analysis of heavy metals in soils influenced by industrial enterprise distribution: Case study in Jiangsu Province. Science of the Total Environment 710:134953

Zhen J, Pei T, Xie S., 2019. Kriging methods with auxiliary nighttime lights data to detect potentially toxic metals concentrations in soil. Science of the Total Environment 659:363-371