مدل‌سازي توازن جرمي عناصر كادميوم و سرب در زمين‌هاي زراعي منطقه اصفهان

Modeling Cadmium and Lead Balances in Agricultural Lands of Isfahan Region, Central Iran

عناصر سنگين از جمله كادميوم و سرب از مسيرهاي مختلف و عمدتاً تحت تأثير فعاليت‌هاي انسان وارد زمين‌هاي كشاورزي شده و به دليل تحرك كم در طول زمان در خاك انباشته مي‌شوند. انباشت كادميوم و سرب در خاك در نهايت باعث ورود آنها به چرخه غذايي و تهديد سلامت انسان و ساير حيوانات مي‌شود. بنابراين بررسي روند انباشت عناصر سنگين براي پيشگيري از آلودگي خاك و حفظ كيفيت محيط زيست ضروري بوده و بايد مد نظر محققين و برنامه ريزان در سطوح مختلف مديريتي قرار گيرد. اين مطالعه به منظور مدل‌سازي روند انباشت كادميوم و سرب در زمين‌هاي زراعي شهرستان‌هاي اصفهان، برخوار، خميني شهر، لنجان، فلاورجان، مباركه و نجف آباد صورت گرفت. روند انباشت عناصر در زمين‌هاي زراعي منطقه به كمك روش تصادفي مبتني بر توازن جرمي و با استفاده از تركيب روش لاتين هايپر كيوب و شبيه سازي مونت كارلو محاسبه گرديد. به اين منظور از اطلاعات زراعي (نوع، سطح زير كشت و عملكرد محصولات)، اطلاعات مرتبط با احشام (انواع و تعداد)، آمار مربوط به ميزان مصرف كودهاي شيميايي، كمپوست و لجن فاضلاب و همين‌طور اطلاعات مرتبط با غلظت عناصر در گياهان و مواد اصلاح كننده خاك استفاده شد. نتايج حاكي از انباشت مقادير قابل توجهي از عناصر كادميوم و سرب در زمين‌هاي كشاورزي شهرستان‌هاي مورد مطالعه مي‌باشد. بيشترين نرخ انباشت كادميوم و سرب به ترتيب،(18g ha-1yr-1 ) و (260g ha-1yr-1) در شهرستان اصفهان و كمترين نرخ انباشت كادميوم و سرب به ترتيب، (3g ha-1yr-1 ) و (10g ha-1yr-1) در شهرستان لنجان و مباركه ديده شد. صرف‌نظر از ريزش‌هاي جوي، مهم‌ترين مسير ورود كادميوم به زمين‌هاي كشاورزي در مقياس شهرستان كودهاي فسفره است. در صورتي‌كه در مورد سرب كودهاي حيواني نقش مهم‌تري را در شهرستان‌هاي مورد مطالعه به جز اصفهان دارند. ورود سرب از طريق كودهاي حيواني به طور عمده ناشي از ريزش جوي سرب روي سطح گياهان و انتقال آن به زنجيره غذايي حيوانات مي‌باشد. در شهرستان اصفهان كمپوست مهم‌ترين مسير ورود سرب به زمين‌هاي كشاورزي است زيرا بيشترين مقدار كمپوست در اين شهرستان استفاده مي‌شود.

Heavy metals including cadmium (Cd) and lead (Pb) are entering agricultural soils from different routes and mainly due to human activities. Accumulated Cd and Pb in the soil would eventually enter the human and animal food chains and pose threat to their health. Therefore, evaluating heavy metal accumulation is necessary to prevent soil and environmental pollutions and should be considered by researchers as well as policy makers. This study was conducted to model the accumulation rates of Cd and Pb in the agro-ecosystems of Isfahan, Mobarakeh, Lenjan, Borkhar, Najafabad, Khomeinishahr and Felavarjan. Cadmium and lead accumulation rates in the agro-ecosystems were computed using a stochastic mass balance model which uses Latin Hypercube sampling in combination with Monte-Carlo simulation procedure. Agricultural information including crop types, crop area and yield, the type and the number of livestock, application rate of mineral fertilizers, compost and sewage sludge and also metal concentration in plant and amendments were used to quantify Cd and Pb accumulation rates. Modeling Cd and Pb accumulation rates indicated that the metals are accumulating in the agricultural lands in the studied townships. The largest Cd (18 g ha-1 yr-1) and Pb (260 g ha-1 yr-1) accumulation rates were found in the township of Isfahan but the minimum accumulation rates were found in township of Lenjan for Cd (3 g ha-1 yr-1) and Mobarakeh for Pb (10 g ha-1 yr-1). The major input route to agricultural soils is phosphate fertilizers for Cd but for Pb is manure on the regional scale. High application rates of sewage sludge and compost in agricultural lands in the township of Isfahan could result in considerable amounts of Cd and Pb entering the soils of this region.