بررسي زيست‌فراهمي فلزات سنگين روي، كادميم، نيكل، مس و سرب در رسوبات رودخانه آبشينه

Heavy metals bio-availablity (Zn, Cd, Ni, Cu, and Pb) in Sediments of Abshineh River

سابقه و هدف: فلزات سنگين اضافه شده از منابع طبيعي و انساني به محيط‌هاي آبي در حين انتقال در مسير رودخانه‌ها در بين بخش‌هاي گوناگون زيست‌بوم‌ها مانند آب و رسوبات توزيع مي‌شوند. بررسي زيست‌فراهمي و تحرك فلزات سنگين به‌منظور فهم رفتار آن‌ها در رسوبات و جلوگيري از خطرات احتمالي زيست‌محيطي، ضروري است. فلزات از منابع مختلف وارد رودخانه‌ها شده و در رسوبات انباشته مي‌شوند. همچنين توزيع فلزات در مسير حركت رودخانه متفاوت مي‌باشد. اين مطالعه با هدف بررسي زيست‌فراهمي و تعيين غلظت فلزات سنگين تجمع‌يافته در رسوبات بستر رودخانه آبشينه اجرا شد. مواد و روش‌ها: 17 نمونه سطحي از عمق cm 10-0 رسوبات رودخانه‌اي به‌منظور تعيين غلظت كل و بخش قابل عصاره‌گيري با DTPA فلزات روي، كادميم، نيكل، مس و سرب برداشته شد. رودخانه آبشينه تامين‌كننده آب شرب همدان مي‌باشد و متاسفانه آلودگي‌هاي مختلفي از منابع مسكوني، كشاورزي و صنعتي وارد آن مي‌شود. يافته‌ها: ويژگي‌هاي عمومي رسوبات داراي تغييرات گستره اي بود. با افزايش فاصله از منشا رودخانه مقدار رس، كربنات كلسيم، و ماده آلي افزايش يافت. ميانگين غلظت كل (± انحراف معيار) روي، كادميم، نيكل، مس و سرب در رسوبات به‌ترتيب 66/20±08/93، 63/0±24/1، 08/13±72/57، 62/7±23/19 و 52/8±47/52 ميلي‌گرم بر كيلوگرم بود. نتايج نشان داد كه رسوبات رودخانه آبشينه به سرب و كادميم آلوده هستند. غلظت كل فلزات سنگين با برخي از ويژگي‌هاي فيزيكي و شيميايي رسوبات نظير قابليت هدايت الكتريكي، مواد آلي و CEC همبستگي مثبت و معني‌داري داشت كه نشان‌دهنده كنترل شدن غلظت فلزات سنگين توسط اندازه ذرات مي‌باشد. رسوبات رودخانه‌هاي آبشينه تا اندازه‌اي نسبت كادميوم آلوده بودند. رسوبات در منشا رودخانه داراي مقدار كم فلزات سنگين بودند در حالي‌كه در پايين‌دست مقادير فلزات سنگين افزايش يافت. اكثريت فلزات سنگين پيوند‌هاي قوي با رسوبات نشان دادند كه نشان‌دهنده زيست‌فراهمي كم آن‌ها براي موجودات زنده مي‌باشد. نتيجه‌گيري: همبستگي بسيار معني‌داري بين روي و مس كل و مس قابل عصاره‌گيري با DTPA وجود داشت كه احتمالاً به‌دليل مشترك بودن منابع ورود اين عناصر به رودخانه آبشينه مي‌باشد. در بين فلزات سنگين عصاره‌گير DTPA درصد بيش‌تري از كادميم كل را عصاره‌گيري كرده بود كه نشان از قابليت بالاي اين فلز در آزادسازي مجدد از فاز تبادلي مي‌باشد. تحرك فلزات سنگين در رسوبات رودخانه‌هاي آبشينه شايد به اين ترتيب،كادميم > مس > سرب > نيكل = روي باشد. به غير از كادميوم و سرب زيست‌‌فراهمي فلزات سنگين در رسوبات رودخانه آبشينه پايين بود كه نشان‌دهنده توزيع فلزات سنگين در اجزا با پيوند قوي مي‌باشد.

Background and Objectives: Heavy metals added to an aquatic system by natural and anthropogenic sources during their transport, are distributed between different compartments of ecosystems such as water and sediment. Measurement of bioavailability and mobility are required in order to understand the behavior of heavy metals in sediments and to prevent potential toxic hazards. Metals are introduced into aquatic environment from various sources and accumulated in sediments. The distribution of metal along route of rivers is also different. Distribution of metals in bioavailable fractions make them more susceptible to be released to water. Material and Methods: Seventeen surface sediment samples were collected from 0-10 cm depth of rivers Abshineh and analyzed for total and bioavailable concentrations of zinc (Zn), cadmium (Cd), nickel (Ni), copper (Cu) and lead (Pb). Abshineh River is the major source of drinking water for Hamadan city and many urban, agricultural and industrial areas active along the river. Results: Downstream sediments have lower clay, calcium carbonate equivalent and organic matter in comparison with upstream sediments. Average total (± Standard Deviation) Zn, Cd, Ni, Cu and Pb concentrations of the sediments were 93.08±20.66, 1.24±0.63, 57.72±13.08, 19.23±7.62 and 52.47±8.52 mg kg-1, respectively. The sediments were polluted with respect to Cd and Pb to some extent. Total metals concentrations were correlated with sediment physical and chemical properties. EC, organic matter, CEC and clay were sediment parameters that showed significant positive correlations with total heavy metals concentrations indicating that heavy metals concentrations are controlled by sediments grain size. Sediments of Abshineh River were polluted with respect to cadmium to some extent. Sediments in upper reach was not polluted by metals, while in lower reach the concentration of metals increased and reached to pollution especially regarding cadmium and lead. The majority of metals had strong bonding with sediment components indicating their low bioavailability to organisms. Conclusion: There is a highly significant correlation exist between bioavailable and total Zn and Cu which can be due to the common sources of introduction to the river. Percent of DTPA-extractable Cd was much higher than the others, which suggests that possible mobility of this metal from exchangeable phase. The bioavailability of the five studied metals from Abshineh probably decline in the following order: Cd > Cu > Pb > Ni = Zn. Cadmium and Pb had higher bioavailability in comparison with other metals suggesting that these metals were distributed in non-labile fractions of sediments.