ارزيابي شاخص هاي زمين انباشتگي و فاكتور آلودگي و تحليل مؤلفه هاي اصلي در برآورد آلودگي خاك

Evaluation of Geoaccumulation Index, Contamination Factor, and Principal Component Analysis for Estimating Soil Contamination

زمینه و هدف: آلودگی خاك چه ناشی از عوامل طبیعی و چه انسانی، كیفیت محیط ­زیست را كاهش می­ دهد. هدف این پژوهش ارزیابی استفاده از شاخص زمین ­انباشتگی، فاكتور آلودگی و تحلیل مؤلفه­ های اصلی در برآورد آلودگی خاك سطحی شهرستان آران و بیدگل است. روش بررسی: 135 نمونه خاك سطحی از شهرستان آران و بیدگل جمع­ آوری شد و غلظت عناصر كادمیوم، سرب، نیكل، مس و روی در نمونه ­ها تعیین شد. شاخص زمین­ انباشتگی (Igeo)، فاكتور آلودگی (CF) و تحلیل مؤلفه­ های اصلی (PCA) برای تعیین وضعیت و روند آلودگی خاك این منطقه و تكنیك­ وزن­ دهی معكوس فاصله (IDW) برای ارائه الگوی مكانی این شاخص­ ها استفاده شد. یافته­ ها: نتایج نشان داد كه میانگین غلظت كل كادمیوم، سرب، نیكل، روی و مس در منطقه مورد مطالعه به ترتیب  0/72، 11/41، 29/87، 48/59 و 14/82 mg/kgاست؛ كه این غلظت­ ها بالاتر از غلظت­ های زمینه بود. میانگین شاخص زمین­ انباشتگی و فاكتور آلودگی در منطقه روند نزولی مس> كادمیوم> نیكل> روی≈ سرب را نشان داد. الگوی مكانی این شاخص­ ها نشان داد كه بیشترین انباشت فلزات كادمیوم، سرب و روی در محدوده شهرك­ های صنعتی، كوره ­های آجرپزی و مناطق شهری اتفاق افتاده است و برای دو عنصر مس و نیكل انباشت بیشتر در مناطق شهری و زمین­ های كشاورزی رخ داده است. طبق تحلیل مؤلفه­ های اصلی دو مؤلفه شناسایی شد كه در مؤلفه نخست فلزات مس، نیكل و روی و در مؤلفه دوم كادمیوم و سرب قرار گرفتند. نتیجه­ گیری: نتایج نشان داد كه غلظت فلزات سرب و كادمیوم بیشتر تحت تاثیر فعالیت­ های انسانی و غلظت نیكل، روی و مس بیشتر تحت كنترل عوامل طبیعی و انسانی هستند.

Background and purpose: Soil contamination resulted from either natural or anthropogenic factors reduces environmental quality. The aim of this study was to evaluate the geoaccumulation, contamination factor, and principal component analysis indices to estimate topsoil contamination in Aran-Bidgol town. Materials and methods: 135 topsoil samples were collected from Aran-Bidgol town and the metal concentrations of Cd, Pb, Ni, Cu, and Zn in each sample were determined. The index of geoaccumulation (Igeo), contamination factor (CF), and principal component analysis (PCA) techniques were applied to determine  the status and trends of soil contamination in this region. The inverse distance weighting (IDW) was then used to map these soil contamination indices. Results: The research found that the means concentrations of Cd, Pb, Ni, Zn, and Cu were 0.72, 11.41, 29.87, 48.59, and 14.82 mg/kg respectively all exceeded the background values. Mean Igeo and CF of elements followed the order: Cu> Cd> Ni> Zn≈ Pb. The Igeo and CF maps showed higher values of Cd, Pb, and Zn in areas near industrial estates, brick kilns, and urban areas whereas higher levels of Cu and Ni occurred in urban and agricultural areas. According to the PCA index, two principal components were identified that Cu, Ni and Zn were highly loaded in PC1 and Cd and Pb occurred in PC2. Conclusion: Results indicated that the concentration of Pb and Cd are mostly affected by human activities, whereas Ni, Zn, and Cu contents are controlled by both anthropogenic and natural sources.