منشأیابی برخی فلزهای سنگین در خاک های اطراف نیروگاه همدان با رویکرد پدولوژی

نوع مقاله : مقالات پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه بوعلی سینا همدان

2 دانشگاه بو علی سینا همدان

چکیده

به منظور تعیین منشأ فلزهای سنگین، تأثیر عواملِ مواد مادری، نحوه پیدایش خاک، و فعالیت های انسانی بر مقدار و توزیع فلزهای منتخب در زمین های اطراف نیروگاه شهید مفتح در استان همدان بررسی شد. مواد مادری مختلف شامل شیل، شیست، سنگ آهک، دشت آبرفتی، پادگانه آبرفتی و نهشته مخروط افکنه ای شناسایی و نحوه تشکیل خاک در آن ها بررسی شد. غلظت کل فلزهای Cd، Cu، Mn، Ni، Zn، Pb و Fe در افق های پدوژنیک و مواد مادری تعیین و غلظت آنها در چهار بخش شیمیایی، شامل بخش قابل استخراج با اسید استیک، بخش قابل احیا، بخش قابل اکسید و بخش باقیمانده، به روش عصاره گیری متوالی چهار مرحله ای اندازه گیری شد. درجه تحول خاک های منطقه اندک است، به طوریکه در بسیاری موارد شباهت زیادی بین خاک ها و مواد مادری از نظر مقدار فلزهای سنگین مشاهده می‌شود. خاک-های آهکی و سنگ های آهکی نسبت به سایر خاک ها و سنگ ها دارای کمترین مقادیر فلزهای مس، منگنز، نیکل، روی، سرب و آهن هستند. مستقل از نوع خاک و مواد مادری، بیشترین مقدار فلزهای سنگین، به استثنای منگنز، در بخش باقیمانده اندازه گیری شد. غلظت منگنز، در همه خاکرخ ها، در بخش قابل احیا بیشتر است. توسعه کم خاک ها و نیز حضور بیشتر فلزها در بخش باقیمانده، نشان دهنده تأثیر بیشتر ماده مادری در کنترل غلظت فلزها است؛ سهم فرایندهای خاکسازی در مرتبه دوم می باشد. سهم فعالیت های انسانی در غلظت بیشتر فلزها نامحسوس است؛ با این وجود، حضور قابل توجه سرب و، در مواردی، کادمیوم در بخش قابل استخراج با اسید استیک، بیانگر تأثیر فعالیت های انسانی بر غلظت این دو فلز است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The provenance of selected heavy metals in soils near power plant of Hamedan: A pedological approach

نویسندگان [English]

  • Sh. Nosratipoor 1
  • M. Nael 2
  • M. Sheklabadi 2
  • A.A. Sepahi Garo 1
1 Bu-Ali Sina University, Hamedan
2 Bu-Ali Sina University, Hamedan
چکیده [English]

To determine the origin of heavy metals, the effects of parent materials, soil genesis, and human activities on the content and distribution of selected metals in soils near Mofateh Martyr powerhouse, Hamedan, were assessed. Six types of parent materials including shale, schist, limestone, alluvial plain, alluvial terraces and fan deposits were identified and soil genesis were studied. Total content of Cd, Cu, Mn, Ni, Zn, Pb, Fe were determined in soil horizons and parent materials. Concentration of the metals in four different chemical phases, including acetic acid extractable, reducible, oxidizable and residual fractions, was determined with four-step sequential extraction procedure. Soil development is limited in the studied region so that the discrepancy between solum and parent material in terms of heavy metal content is not great in general. Calcareous soils and limestone have the lowest amount of copper, manganese, nickel, zinc, lead and iron. Independent of soil types and parent materials, most of the heavy metals, except Mn, were present in the residual fraction. The concentration of Mn in all profiles is highest in reducible fraction. Low degree of soil development and the prevalent presence of metals in residual fraction show the influential role of parent materials in controlling metal concentration and distribution; pedogenic processes have minor effects. The role of human activities is limited for most of the selected metals; however, the tangible presence of Pb and, in some cases, Cd in acetic acid extractable fraction, reflects the impact of human activities on the concentrations of these two metals.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Heavy metals
  • parent materials
  • chemical fractionation
  • soil evolution
  • Pollution
  • Power Plant
وارسته خانلری ز .1384 .تعیین گونه های شیمیایی و بررسی تآثیر EDTA بر روی توزیع مجدد فلزهای سنگین در برخی از خاک های آلوده همدان. پایان نامه کارشناسی ارشد خاکشناسی، دانشگاه بوعلی سینا. همدان.
2- نصرتی پور ش. 1391. تأثیر مواد مادری، فرایندهای خاکسازی و آلودگی بر مقدار و توزیع برخی فلزهای سنگین در منطقه کبودرآهنگ، همدان. پایان نامه کارشناسی ارشد خاکشناسی، دانشگاه بوعلی سینا. همدان.
3- نصرتی پور ش.، نائل م.، شکل آبادی م. و سپاهی گرو ع. 1392. تأثیر مواد مادری، تحول خاک و آلودگی بر مقدار و توزیع عمقی برخی فلزهای سنگین در خاک های منطقه کبودرآهنگ، همدان. مجله پژوهش های حفاظت آب و خاک گرگان. تحت داوری.
4- Alloway B.J. 1995. The origins of heavy metals in soils. p. 38-57. In B.J. Alloway (ed.) Heavy Metals in Soils. Johns Wiley & Sons, Inc. New York.
5- Banat K.M., Howari F.M., and Al-Hamada A.A. 2005. Heavy metals in urban soils of central Jordan: Should we worry about their environmental risk?. Environ. Res. 97: 258-273.
6- Bini C., Sartoir G., Wahsha M., and Fontana S. 2011. Background levels of trace elements and soil geochemistry at regional level in NE Italy. Journal of Geochemical Exploration, 109: 125-133.
7- Blaser P., Zimmermann S., Luster J., and Shotyk W. 2000. Critical examination of trace element enrichments and depletions in soils: As, Cr, Ni, Pb and Zn in Swiss forest soils. Sci. Total Environ, 249: 257-280.
8- Bloomfield C. 1981. The translocation of metals in soils. p. 463. In D.J. Greenland and M. H.B. Hayes (eds.) The Chemistry of soil Processes. Jhon Wiley & Sons, New York.
9- Davutluoglu O., Seckın I.G., Kalat G.D., Yılmaz T., and Ersu B.C. 2010. Speciation and ımplications of heavy metal content in surface sediments of Akyatan Lagoon–Turkey. Soil Sci, 260: 199–210.
10- Gee G.W. 2002. Particle-size anlysis. p. 255-295. In J.H Dane and G.G Topp (eds.) “Methods of Soil analysis” part 4. “Physical Methods”. Soils Science Society of America, Book Series No.5 SSSA, Madison, WI.
11- Hardy M., and Cornu S. 2006. Location of natural trace elements in silty soils using particle-size fractionation. Geoderma, 133: 295-308.
12- Kabata-Pendias A. 2011. Trace Elements in Soils and Plants. CRC Press and imprint of the Taylor & Francis Group Boca Raton London NewYork.
13- Lee S.S., Nagy K.L., and Fenter P. 2007. Distribution of barium and fulvic acid at the mica-solution interface using in-situ X-ray refl ectivity. Geochim. Cosmochim. Acta, 71: 5763–5781.
14- Lee M.R., Correa J.A., and Castilla J.C. 2001. An assessment of the potential use of the nematode to copepode ratio in the monitoring of metal pollution. The Chan˜aral case. Mar. Pollut. Bull, 42 (8), 696–701.
15- Lopez-Sanchez J.F., Sahuquillo A., Rauret G., Lachica M., Barahona E., Gomez A., Ure A.M., Muntau H., and Quevauviller Ph. 2002. Extraction procedures for soil analysis. p. 10-27. In Ph. Quevauiller (ed.) Methodologies for Soil and Sediment Fractionation Studies, Single and Sequential Extraction Procedures”. The Royal Society of Chemistry, UK.
16- Luo W., Wang T.Y., Lu J.P., Shi Y., Zheng Y., Xing Y., and Wu G. 2007. Landscape Ecology of the Guanting Reservoir, Beijing, China: Multivariate and geostatistical analyses of metals in soils. Environ. Pollut, 146: 567-576.
17- Nael M., Jalalian A., Khademi H., Kalbasi M., and Sotohian F. 2009. The Effect of Parent Material and Soil Genesis on the Distribution of Selected Major and Trace Elements in Forest Soils of Fuman-Masuleh Area. Soil Sci, 152: 157-170.
18- Navas A., and Lindhorfer H. 2003. Geochemical speciation of heavy metals in semiarid soils of the central Ebro Valley (Spain). Soil Sci, 29: 61-68.
19- Palumbo B., Angelone M., Bellanca A., Dazzi C., Hauser S., Neri R., and Wilson J. 2000. Influence of inheritance and pedogenesis on heavy metal distribiution in soil of Sicily, Italy. Geoderma, 95: 247-266.
20- Ramirez M., Massolo S., Frache R., and Correa A.G. 2005. Metal speciation and environmental impact on sandy beaches due to El Salvador copper mine, Chile. Soil Sci Soc. 50: 62-72.
21- Ramos L., Hernandez L.M., and Gonzalez M.G. 1994. Sequential fractionation of copper, lead, cadmium and zinc in soils from or near Donana national park. J. Environ. Qual. 23:50–57.
22- Roades J.D. 1996. Salinity: electrical conductivity and total dissolved solids. p. 417-436. In M.R Carter, and E.G Gregorich (eds.) Methods of Soil Analysis, part: Chemical Methods. Soils Science Society of America, Madison, Wisconsin, USA.
23- Rowell D.L. 1994. Mesurement of the composition of soil solution. Part 7. Soil Science: Methods and Application. Longman Group, UK Limited, Essex, UK.
24- Sims J.T. 1996. Lime requirement. p. 491. In R.J Gilkes (ed.) method of soil analysis, parts: Methods of Soil Analysis, part: Chemical Methods. Soils Science Society of America, Madison, Wisconsin. USA.
25- Soil Conservation Service. 1979. Definitions and Abbreviations for Soil Description. Portland, Oregon.
26- Soil Survey Stuff. 1999. Soil Taxonomy, A Basic System of Soil Classification for Making and Interpreting Soil Survey. 2nd ed., Agric. Handb. No. 436. USDA NRCS.
27- Sposito G., Lund L.J. and Chang A.C. 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 Sci Soc. Am. J. 46: 260–264.
28- Sterckeman T., Douay F., Baize D., Fourrier H., and Proix N. 2001. Factors affecting trace element concentration in soils developed on recent marine deposits from northern France. Applied geochemistry, 19: 89-103.
29- Sundaray S.K., Nayakb B.B., Lina S., and Bhattac D. 2011. Geochemical speciation and risk assessment of heavy metals in the river estuarine sediments—A case study: Mahanadi basin, India. Soil Sci Soc,186: 1837-1846.
30- USDA and NRCS. 1966. Soil Survey Laboratory Methods Manual. Soil Survey Inv. Rep. No. 42, ver. 3. 0 USDA, Washington, DC.
31- Usman A.R.A., Kozyakov Y., and Stahr K. 2004. Dynamics of organic mineralization and the mobile fraction of heavy metals in a Calcareous soil incubated with organic wastes. Water Air sSoil Pollut, 158: 401-418.
32- Walkey A., and Black I.A. 1934. An Examination of the Degtjareff method for determining soil organic matter and a proposed modification of the chromic acid titration method. Soil Sci, 37: 29–38.
33- Wilson M.A., Burt R., and Indorante S.J. 2008. Geochemistry in the modern soil survey program. Environ. Monit. Asess, 139: 151–171.
34- Zhang X., Tian Y., Wang Q., Chen L., and Wang X. 2012. Heavy metal distribution and speciation during sludge reduction using aquatic worms. Soil Sci, 126: 41-47.
35- Zyrin N.G., Rerich J.W., and Tikhomirov F.A. 1976. Forms of zinc compounds in soils and its supply to plants. Agrokhimiya, 5: 124-134