تاًثیر معدن‌کاری زغال‌سنگ بر انباشت سرب و روی و پراکنش مکانی آن‌ها در خاک سطحی منطقه کارمزد

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری/گروه مرتع و آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

2 دانشیار/ گروه مرتع و آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری. ساری، ایران

3 استاد/ گروه علوم جنگل، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

4 استادیار/ گروه مرتع و آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

چکیده

بهره‌برداری از منابع معدنی اگرچه برای کشور بسیار مفید است، ولی آثار مخرب آن بر زندگی انسان و گیاه تاًثیر منفی می‌گذارد. این آثار به‌صورت آلودگی در خاک نمایان می‌شود که می‌تواند منجر به عدم تعادل بوم‌سازگان شود و سلامتی انسان را به خطر بیندازد. پژوهش حاضر با هدف بررسی وضعیت آلودگی دو عنصر سرب و روی در داخل خاک سطحی منطقه معدنی کارمزد استان مازندران در اثر برداشت زغال‌سنگ انجام ‌شده است. برای این منظور، چهار شاخص CF، mCF، RI و Igeo برای 110 نمونه جمع‌آوری‌شده از خاک سطحی محاسبه شد. نمونه‌های تهیه ‌شده در محیط خشک به آزمایشگاه انتقال داده شد و سپس بر اساس روش ICP-MS در اندازه 75 میکرون تحلیل شدند. نتایج نشان داد که مدل کریجینگ معمولی مناسب‌ترین مدل برای نشان دادن پراکنش غلظت دو فلز سرب و روی در منطقه است. هم‌چنین، کم‌ترین مقدار Zn برای شاخص Igeo برابر با 0/53- و بیش‌ترین آن برای شاخص‌های CF برابر با 0/72 به‌دست ‌آمده است. مقدار غلظت سرب اندازه‌گیری شده بر اساس شاخص‌های Igeo، CF، mCF و Ri به‌ترتیب برابر با 0/08، 1/03 و 213 میلی‌گرم بر کیلوگرم است (RI<CF<Igeo). نتایج CF و mCF نشان داد که منطقه از لحاظ غلظت دو عنصر تعیین شده دارای وضعیت آلودگی کم یا متوسط است؛ به‌عبارتی مقدار این عامل برای Zn کم‌تر از 1 (CF<1) به‌دست آمده است که مقدار Pb (3 > CF> 1) است. شاخص Igeo نشان داد که Zn با غلظت کم‌تر از صفر آلودگی ندارد، ولی Pb با مقدار (<1 Igo >0) دارای وضعیت غیرآلوده تا کمی آلوده است. شاخص بوم‌شناختی بالقوه نیز نشان داد که مقدار غلظت دو عنصر کم‌تر از 150 میلی‌گرم بر کیلوگرم است؛ پس این شاخص نیز در طبقه خطر پایین آلودگی (150RI≤) قرار دارد. نتایج تحلیل PCA نشان داد که دو عنصر Zn و Pb دارای همبستگی مناسب و پراکنش خوبی با تغییرات محیطی و عوامل انسانی هستند. با توجه به نتایج، منطقه از لحاظ غلظت دو عنصر دارای آلودگی نبوده، ولی بهتر است برای بررسی دقیق‌تر عناصر دیگری که در سلامتی انسان نقش دارند با استفاده از شاخص‌های دیگر بررسی شود. همچنین، باطله‌های زغال‌سنگ تأثیر زیادی بر روی غلظت عناصر ندارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


باقری، یوسف رضا، مسکینی ویشکایی، فاطمه، محمد اسماعیل، زهرا، رضایی، حامد، و سعادت، سعید (1396). ارزیابی و پهنه‌بندی خطر محیط زیستی فلزات سنگین خاک با استفاده از شاخص‌های آلودگی در اراضی زراعی جنوب تهران. محیط‌ زیست طبیعی (منابع طبیعی ایران)، 70(4)، 857-868. doi:10.22059/jne.2017.232237.1377
بزی، فاطمه، رضایی، محمدرضا، و صیادی‌اناری، محمدحسین (1396). بررسی آلودگی خاک به فلزات سنگین با استفاده از شاخص عامل آلودگی در محل دفن زباله شهری زاهدان. محیط زیست و مهندسی آب، 3(2)، 170-180.
پاینده، خوشناز، و ولایت‌زاده، محمد (1398). فلزات سنگین کبالت، کروم، منگنز، سلنیوم و مولیبدن در رسوبات تالاب هورالعظیم استان خوزستان با استفاده از شاخص‌های آلودگی. اکوبیولوژی تالاب، 11(40)، 83-96.
تقوی‌مقدم، ابراهیم، پوریان، زهرا، زنگنه‌اسدی، محمدعلی، و امیری، ابراهیم (1400). ارزیابی تناسب زمین جهت بهینه یابی محل دفن پسماند شهری با تاکید بر عامل‌های طبیعی (نمونه موردی: شهر جغتای). جغرافیا و مطالعات محیطی، 10(37)، 99-114.
توکلی، عاطفه، گلچین، احمد، و عبدالهی، سمانه (1399). بررسی جذب و انتقال سرب از خاک‌های آلوده به فلزات سنگین به اندام‌های هوایی ارقام مختلف گندم پائیزه. تحقیقات آب و خاک ایران، 51(8)، 1959 -1969. doi:10.22059/ijswr.2020.298317.668512
حمزه‌نژاد تقلیدآباد، رقیه، و خداوردیلو، حبیب (1399). ارزیابی کمی فلزات سنگین در خاک. تحقیقات کاربردی خاک، 8(2)، 37-52.
خداکرمی، لقمان­،  سفیانیان، علیرضا­،  محمدی­توقی، الهه­، و میرغفاری، نورالله (1393). بررسی غلظت عناصر سنگین مس، روی و آرسنیک خاک با استفاده از RS و GIS (مطالعه موردی: حوزه آبخیز کبودرآهنگ، رزن و خونجین- تلخاب در استان همدان). فصلنامه سنجش‌ازدور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی، 5(3)، 45-55.
دادگر، مریم، محمدعلیها، مسعود، و زندی اصفهان، احسان (1394). تجزیه و تحلیل زمین‌آماری غلظت آهن و روی در اراضی مرتعی و زراعی (مطالعه موردی: منطقه آبسرد شهر دماوند). تحقیقات مرتع و بیابان ایران، 22(3)، 447-457. doi:10.22092/ijrdr.2015.103105
دهقانی، سمیه، نادری، مهدی، محمدی، جهانگرد، و کریمی، احمد (1400). ارزیابی آلودگی اجزای ذرات خاک سطحی به فلزات سنگین در کاربری‌های مختلف حوزه آبخیز باغان استان بوشهر. تحقیقات آب و خاک ایران، 52(7)، 1765 -1778. doi:10.22059/ijswr.2021.319317.668900
دیانی، محمود، محمدی، جهانگرد، و نادری، مهدی (1388). تجزیه و تحلیل زمین‌آماری غلظت سرب، روی و کادمیم در خاک‌های حومه سپاهان شهر واقع در جنوب اصفهان. آب و خاک، 23(4)، 67-76.
رحمانیان، محمد، جهانتاب، اسفندیار، و غلامزاده، مجید (1399). ارزیابی آلودگی فلزات سنگین, سرب و منگنز در خاک‌های اطراف کارخانه سیمان یاسوج. محیط‌ زیست طبیعی (منابع طبیعی ایران)، 73(1)، 37-48. doi:10.22059/jne.2020.277160.1663
ساریخانی، رامین، قاسمی دهنوی، آرتیمیس، مرادپور، علی، و امیری، مسلم (1396). مطالعه آلودگی خاک به فلزات سنگین ناشی از نشت هیدروکربن‌های نفتی در پالایشگاه کرمانشاه. محیط‌ زیست و مهندسی آب، 3(2)، 157-169.
سهرابی‌زاده، زهرا، سودایی‌زاده، حمید، حکیم‌زاده، محمدعلی، تقی‌زاده‌مهرجردی، روح‌الله، و قانعی‌بافقی، محمدجواد (1399). ارزیابی آلودگی فلزات سنگین در خاک‌های پیرامون معدن سرب و روی کوشک بافق با استفاده از شاخص‌های آلودگی و تجزیه و تحلیل مؤلفة اصلی. جغرافیا و برنامه‌ریزی محیطی، 1(77)، 15-34.  doi:10.22108/gep.2020.121263.1260
سیستانی، ندا، معین­الدینی، مظاهر، خراسانی، نعمت‌اله، حمیدیان، امیرحسین، علی طالشی، محمدصالح، و عظیمی یانچشمه، رخساره (1396). آلودگی فلزات سنگین در خاک‌های مجاور صنایع فولاد کرمان: ارزیابی غنای فلزی و درجه آلودگی. سلامت و محیط‌ زیست، 10(1)، 75-86.
شاکری، عطا، نصیری مویلی، همت، و رستگاری‌مهر، میثم (1400). ارزیابی آلودگی فلزات سنگین در خاک کشاورزی آبیاری شده با آب رودخانه خیاوچای-مشکین‌شهر، استان اردبیل. یافته‌های نوین در زمین‌شناسی، 7(1)، 249-260.
شایسته‌فر، محمدرضا، و رضایی، علی (1392). بررسی رفتار زیست‌محیطی و مطالعه توزیع عناصر سنگین در خاک‌های محدوده معدن مس سرچشمه کرمان. مهندسی معدن، 8(18)، 13-21. dor:20.1001.1.17357616.1392.8.18.2.3
صفری، یاسر، دلاور، محمدامیر، اسفندیارپور بروجنی، عیسی، صالحی، محمدحسن، و اولیایی، حمیدرضا (1395). ارزیابی وضعیت فلزات سنگین در منطقه‌ی شهرک صنعتی روی زنجان به کمک شاخص بار آلودگی. مدیریت خاک و تولید پایدار، 6(2)، 119-133. doi:10.22069/ejsms.2016.3146
صلواتی‌نیک، صدیقه، سعادت، سعید، و علامه، محسن (1399). بررسی زیست‌محیطی پراکنش آلودگی فلزات سنگین در خاک‌های منطقه ششتمد (شمال‌شرق ایران). آب و خاک، 34(3)، 721-735. doi:10.22067/jsw.v34i3.85308
عظیم‌زاده، بهروز، و خادمی، حسین (1392). تخمین غلظت زمینه برای ارزیابی آلودگی برخی فلزات سنگین در خاک‌های سطحی بخشی از استان مازندران. آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی)، 27(3)، 548-559. doi:10.22067/jsw.v0i0.26055
فرزانه، پریسا، سفیانیان، علیرضا، و معطر، فامرز (1390). پهنه‌بندی سرب، کروم، کبالت، مس و نیکل در خاک سطحی شهرستان همدان با استفاده از GIS و زمین‌آمار. انسان و محیط‌ زیست، 9(4)، 39-48.
فقیری، فرانک، حاجی‌احمدی، دلنیا، امان‌الهی، جمیل، و قربانی، فرشید (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)، 19-35. dor:10.22034/jest.2019.14536
قلی‌پور، محسن، مظاهری، سیداحمد، رقیمی، مصطفی، و شمعانیان، غلامحسین (1388). بررسی ویژگی‌های ژئوشیمیایی و کانی‌شناسی زغال‌سنگ‌های حوزه زغالی کارمزد، البرز مرکزی، استان مازندران. بلورشناسی و کانی‌شناسی ایران، 17(4)، 655-670.  
لشگری، ناطق، قربانی، جمشید، زالی، سیدحسن، و وهاب‌زاده، قربان (1394). ارزیابی پتانسیل احیای پوشش گیاهی در باطله‌های معدنی زغال‌سنگ (مطالعه موردی: معادن منطقه کارمزد سوادکوه، استان مازندران). محیط‌شناس، 41(4)، 757-770. doi:10.22059/jes.2016.57130
 
References
 
Abrahim, G.M.S., & 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. doi: 10.1007/s10661-007-9678-2
Azimzadeh, B., & Khademi, H. (2013). Estimate to assess contamination concentrations of some heavy metals in soil surface areas of the province Mazandaran. Journal of Water and Soil (Agricultural Sciences and Technology), 27(3), 548-559. doi:10.22067/jsw.v0i0.26055 [In Persian]
Bagheri, Y.R., Meskini-Vishkaee, F., Mohammad Esmaeil, Z., Saadat, S., & Rezaei, H. (2018). Evaluating and mapping the environmental risk of soil heavy metals using by contamination indexes in the Tehran south farms. Journal of Natural Environment, 70(4), 857–868. doi:10.22059/jne.2017.232237.1377 [In Persian]
Bazzi, F., Rezaei, M.R., & Sayadi Anari, M.H. (2021). Survey of Soil Pollution of Zahedan City Landfill by Heavy Metals (Chromium, Cadmium, Lead and Arsenic) Using Pollution Load Index and Ecological Risk. Human & Environment, 3(2), 170-180. [In Persian]
Cachada, A., Rocha-Santos, T., & Duarte, A.C. (2018). Soil and Pollution: An Introduction to the Main Issues. Soil Pollution-From Monitoring to Remediation, Chapter, 1, 1-28. doi:10.1016/B978-0-12-849873-6.00001-7
Chen, Z., Shi, Z., Ni, Sh., & Cheng, L. (2022). Characteristics of soil pollution and element migration associated with the use of coal in Hutou Village, Yunnan Province, China. Ecological Indicators, 139, 108976. doi:10.1016/j.ecolind.2022.108976
Dadgar, M., Aliha, M.M., & Zandi Esfahan, E. (2016). Geostatistical analysis of Fe and Zn concentrations in range and farm lands, Case study: Absard Region of Damavand. Iranian Journal of Range and Desert Research, 22(3), 447–454. [In Persian] doi:10.22092/ijrdr.2015.103105
Dehghani, S., Naderi, M., Mohammadi, J., & Karimi, A. (2021). Assessment of Heavy Metals Contamination of Soil Particle Size Fractions in Different Land Uses of Baghan Watershed, Bushehr province, Iran. Iranian Journal of Soil and Water Research, 52(7), 1765–1778. [In Persian] doi:10.22059/ijswr.2021.319317.668900
Diyani, M., & Naderi, M. (2010). Mapping Concentrations of Pb, Zn and Cd in Soils Using Landsat ETM+ Data. Journal of water and soil, 23(4), 67-76. [In Persian]
Eugenio, N.R., & Ronzan, M. (2021). Sources of Soil Pollution. Report of FAO & UNEP Global Assessment of Soil Pollution, FAO, Rome, 201 pages.
Eugenio, N.R., McLaughlin, M., & Pennock, D. (2018). Soil Pollution A Hidden Reality FAO. Rome, 222.
Faghiri, F., Hajiahmadi, D., Amanollahi, J., & Ghorbani, F. (2019). Ecological risk assessment and source identification of heavy metals including lead, arsenic, cadmium and zinc in surface water and sediments from Gheshlagh river, Sanandaj. Journal of Environmental Sciences and Technology, 21(3), 19–35. dor: 10.22034/jest.2019.14536 [In Persian]
Farzaneh, P., Soffianian, A., Moattar, F. (2011). Spatial distribution of (Ni, Cr, Pb, Cu and Co) in the surface (superficial) soil of Hamadan county with Geostatistic & GIS. Human & Environment, 9(4), 39-48. [In Persian]
Gao, H., Huang, Y., Li, W., ­Li, G., Ouyang, SH., Song, T., Lv, E., Zhai, W., & Ma, K. (2021). Explanation of heavy metal pollution in coal mines of china from the perspective of coal gangue geochemical characteristics. Environmental Science and Pollution Research, 28, 65363–65373. doi:10.1007/s11356-021-14766-w
Gholipour, M., Mazaheri, A., Raghimi, M., & Shamanian, G. (2010). Study of geochemistry and mineralogy in Karmozd coal Basin Central Alborz, Mazandran Province. Iranian Journal of Crystallography and Mineralogy, 17(4), 655 – 670. [In Persian]
Hakanson, L. (1980). Ecological risk index for aquatic pollution control, a sedimentological approach. Water ResearchA Journal of the International Water Association (IWA), 14, 975-1001. doi:10.1016/0043-1354(80)90143-8
Hamzenejad, R., & Khodvardilou, H. (2020). Quantitative Assessment of Soil Heavy Metals Pollution. Applied Soil Reseach, 8(2), 37–52. [In Persian]
Han, F., Deng, Y., Liu, Q., Zhou, Y., Wang, J., Huang, Y., Zhang, q., Bian, J. (2022). Construction and application of the knowledge graph method in management of soil pollution in contaminated sites: A case study in South China. Journal of Environmental Management, 319, 115685. doi:10.1016/j.jenvman.2022.115685
Khodakarmi, L., Sufianian, A., Mohammadi Tawfiq, A., & Mirghafari, N. (2011). Investigating the concentration of heavy elements copper, zinc and arsenic in soil using RS and GIS (Case study: Kabudar Ahang, Rezen and Khunjin-Talkhab watershed in Hamadan province). Journal of RS and GIS for Natural resources, 5(3), 45-55. [In Persian]
Kowalska, J.B., Mazurek, R., Gąsiorek, M., & Zaleski, T. (2018). Pollution indices as useful tools for the comprehensive evaluation of the degree of soil contamination–A review. Environmental Gochemistry and Health, 40, 2395–2420. doi:10.1007/s10653-018-0106-z
Lashgari, N., Ghorbani, J., Zali, S.H., & Vahabzadeh, Gh. (2016). Assessing the vegetation restoration potential on coal mine waste (Case study: Karmozd Savadkoh mines, Mazandaran province). Journal of Environmental Studies, 41(4), 757–770. doi:10.22059/jes.2016.57130 [In Persian]
Li, K., Wang, J., & Zhang, Y. (2022). Heavy metal pollution risk of cultivated land from industrial production in China: Spatial pattern and its enlightenment. Science of The Total Environment, 828, 154382. doi:10.1016/j.scitotenv.2022.154382
Luo, X., Wu, Ch., Lin, Y., Li, W., Deng, M., Tan, J., & Xue, Sh. (2022). Soil heavy metal pollution from Pb/Zn smelting regions in China and the remediation potential of biomineralization. Journal of Environmental Sciences, 125, 662-677. doi:10.1016/j.jes.2022.01.029
Mulenga, Ch. (2022). Soil governance and the control of mining pollution in Zambia. Soil Security, 6, 100039. doi:10.1016/j.soisec.2022.100039
Muller, G. (1969). Index of geoaccumulation in sediments of the Rhine River. Geojournal, 2(3), 108-118.
Payandeh, Kh., & Velayatzadeh, M. (2019). Determining of the heavy metals cobalt, chromium, manganese, selenium and molybdenum in sediments of Hooralazim wetland in Khuzestan province using pollution indices. Journal of Wetland Ecobiology, 11(40), 83–96. [In Persian]
Rahmaniyan, M., Jahantab, E., & GholamZadeh, M. (2020). Evaluation of heavy metals contamination, lead and manganese in the around soils of Yasouj Cement Factory. Journal of Natural Environment, 73(1), 37–48. doi:10.22059/jne.2020.277160.1663 [In Persian]
Safari, Y., Delavar, M.A., Esfandiarpour Borujeni, I., Salehi, M.H., & Owliaie, H.R. (2016). Assessment of heavy metals using pollution load index in Zanjan Zinc Industrial Town area. Soil Management and Sustainable Production, 6(2), 119–133. doi: 10.22069/ejsms.2016.3146 [In Persian]
Salvati Nik, P., Saadat, S., & Allameh, M. (2019). Environmental investigation of the distribution of heavy metal contamination in the soils of Sheshtamed region (northeast of Iran). Soil and Water, 34(3), 721-735. doi:10.22067/jsw.v34i3.85308 [In Persian]
Sarikhani, R., Ghassemi Dehnavi, A., Moradpour, A., & Amiri, M. (2017). Study of soil pollution with heavy metals due to leakage of petroleum hydrocarbons at Kermanshah Refinery. Journal of Environment and Water Engineering, 3(2), 157–169. [In Persian]
Shakeri, A., Nasiri, H., & Rastegari Mehr, M. (2021). Investigation of heavy metals pollution in agricultural soils irrigated by Khiavchay River water-Meshginshahr. Ardebil Province. New Findings in Applied Geology, 7(1), 249–260. [In Persian]
Shayestefar, M.R., & Rezaei, A. (2013). The study of environmental behavior and the investigation of heavy metals distribution in the soils of the Sarcheshmeh copper mine area of Kerman. Iranian Journal of Mining Engineering, 8(18), 13-21. dor:20.1001.1.17357616.1392.8.18.2.3 [In Persian]
Sistani, N., Moeinaddini, M., Khorasani, N., HamidianAli-Taleshi, Ah., & Azimi Yancheshmeh, R. (2017). Heavy metal pollution in soils nearby Kerman Steel Industry: Metal richness and degree of contamination assessment. Iranian Journal of Health and Environment, 10(1), 75–86. [In Persian]
Sohrabizadeh, Z., Sodaiezadeh, H., Hakimizadeh, M.A., Taghizadeh Mehrjardi, R.A., & Ghanei Bafaqi, M.J. (2020). Evaluation of Heavy Metal Contamination in Soil Samples around the Lead-Zinc Mine of Kushk, Bafq, using Pollution Indicators and Principal Component Analysis. Geography and Environmental Planning, 1(77), 15-34. doi:10.22108/gep.2020.121263.1260 [In Persian]
Taghavi-Moghadam, A., Pourian, Z., Zanganeh-Asadi, M.A., & Amiri, A. (2021). Assessment of land suitability for optimization of urban waste landfill with emphasis on natural factors (case example: Joghtai city). Geography and Environmental Studies, 10(37), 99-114. [In Persian]
 Tavakoli, A., Golchin, A., & Abdollahi, S. (2020). Study of Lead Uptake and Translocation from Heavy Metals Contaminated Soils to the Aerial Parts of Different Winter Wheat Cultivars. Iranian Journal of Soil and Water Research, 51(8), 1959–1969. doi: 10.22059/ijswr.2020.298317.668512 [In Persian]
Wu, Y., Li, X., Yu, L., Wang, T., Wang, J., & Liu, T. (2022). Review of soil heavy metal pollution in China: Spatial distribution, primary sources, and remediation alternatives. Resources, Conservation and Recycling, 181, 106261. doi:10.1016/j.resconrec.2022.106261