ارزيابي وضعيت فلزات سنگين در منطقه شهرك صنعتي روي زنجان به كمك شاخص بار آلودگي

سابقه و هدف: همگام با رشد روزافزون صنعت و فناوري، ورود آلاينده‌هاي زيست‌محيطي و در صدر آن‌ها فلزات سنگين به خاك‌ها، موجب نگراني رو به رشد جامعه‌ جهاني در رابطه با خطرات احتمالي آلودگي خاك شده است. درك الگوي توزيع مكاني آلاينده‌ها و شناسايي عوامل موثر بر آن و تعيين منابع احتمالي ايجاد آلودگي، از اساسي‌ترين اهداف مطالعات آلودگي‌هاي زيست‌محيطي به‌شمار مي‌روند. پژوهش حاضر مي‌كوشد تا با مدل‌سازي روند تغييرپذيري مكاني شاخص بار آلودگي (PLI) فلزات آلاينده، به اطلاعات سودمندي در راستاي تفكيك نقش عوامل طبيعي و يا انساني ايجاد آلودگي در شهرك صنعتي روي زنجان دست يابد. مواد و روش‌ها: براي انجام اين پژوهش، 85 نمونه‌ خاك سطحي (20-0 سانتي‌متر) در قالب يك الگوي شبكه‌اي منظم برداشت شد و غلظت كل فلزات روي، سرب، كادميوم، نيكل و مس آنها با استفاده از اسيد نيتريك و به كمك دستگاه جذب اتمي اندازه‌گيري شد. براي ارزيابي شدت آلايندگي فلزات سنگين در خاك‌هاي مورد مطالعه، عامل آلودگي (CF) فلزات سنگين محاسبه شد و بر اين اساس، نقاط مشاهده‌اي در كلاس‌هاي مختلف آلودگي خاك طبقه‌بندي شدند. به‌منظور ارزيابي هم‌زمان وضعيت كلي آلودگي خاك به عناصر آلاينده‌ اندازه‌گيري شده، شاخص بار آلودگي فلزات سنگين محاسبه شد. سپس با مد نظر قرار دادن آن به‌عنوان يك متغير محيطي، مقادير اين شاخص در نقاط نمونه‌برداري نشده با استفاده از تخمين‌گر كريجينگ معمولي درون‌يابي گرديد. يافته‌ها: مقايسه‌ ميانگين غلظت كل فلزات سنگين مورد بررسي با حدود مجاز آن‌ها در خاك‌هاي كشور نشان داد كه خاك‌هاي منطقه به عناصر روي، سرب و كادميوم آلوده هستند؛ در حالي‌كه آلودگي خاك به نيكل و مس مشاهده نشد. ضرايب تغييرات غلظت كل فلزات سنگين روي، سرب و كادميوم در خاك‌هاي مورد مطالعه نسبتاً بالا و از 5/140 درصد براي كادميوم تا 6/185 درصد براي سرب متغير بود. اين مشاهده مي‌تواند نشانه‌اي از اين حقيقت باشد كه غلظت كل عناصر مزبور در خاك‌هاي منطقه توسط فعاليت‌هاي انساني كنترل مي‌شود. از سوي مقابل، با توجه به پايين بودن نسبي ضريب تغييرات عناصر نيكل (1/78 درصد) و مس (3/80 درصد)، به‌نظر مي‌رسد كه عوامل طبيعي، كنترل‌كننده‌ توزيع آن‌ها در خاك‌هاي منطقه هستند. طبقه‌بندي مشاهدات بر اساس عامل آلودگي هر يك از فلزات سنگين مورد بررسي، نشان داد كه اغلب نقاط نمونه‌برداري از نظر عناصر روي و سرب در كلاس آلودگي خيلي زياد قرار دارند (به‌ترتيب 9/65 و 2/68 درصد)؛ حال آن‌كه از لحاظ عناصر كادميوم، مس و نيكل، بيش از نيمي از نقاط در كلاس آلودگي متوسط واقع شده‌اند (به‌ترتيب، 7/57، 8/51 و 2/68 درصد). ترسيم روند تغييرپذيري مكاني شاخص بار آلودگي فلزات سنگين حاكي از آن بود كه پهنه‌هاي داراي بيش‌ترين مقادير بار آلودگي در اطراف شهرك تخصصي روي متمركز شده‌اند. نتيجه‌گيري: به‌طور كلي، فعاليت‌هاي صنعتي مربوط به فرآوري فلز روي، موجب ورود هم‌زمان چندين فلز سنگين به خاك‌هاي اطراف و كاهش كيفيت اراضي منطقه شده است. نظر به ناكارآمدي نقشه‌هاي تك‌عنصري فلزات سنگين در انعكاس كيفيت كلي خاك از نقطه‌نظر آلاينده‌هاي زيست‌محيطي، مدل‌سازي تغييرات مكاني شاخص بار آلودگي فلزات سنگين، راهكاري سودمند در راستاي درك الگوي توزيع مكاني آلاينده‌ها و اثرات آنها بر تنزل كيفيت خاك مي‌باشد.

Background and Objectives: Considering progressive growth of industry and technology, the accumulation of environmental contaminants, especially heavy metals (HMs) in the soil is of increasing concern worldwide about the probable soil pollution risks. The perception of pollutants spatial distribution pattern and recognition of factors which control this pattern and identification of probable sources of pollution, are the most important purposes in the environmental pollution studies. The present study was conducted to achieve to useful information to distinguish the role of natural sources from the human ones, using modeling the spatial variability pattern of heavy metals pollution load index in the Zanjan Zinc Industrial Town area. Materials and Methods: In the present study, 85 topsoil samples (0-20 cm) were collected using a regular grid sampling pattern. The total (Nitric-acid extractable) contents of Zn, Pb, Cd, Ni and Cu were measured for each soil sample using atomic absorption spectroscopy. By assessing the soil pollution risk with selected HMs, contamination factor was calculated. Accordingly, sampling locations were classified into the different soil contamination classes. In order to simultaneous assessment of the status of overall soil pollution by the pollutant elements, pollution load index (PLI) of studied heavy metals was calculated. Afterwards, PLI was considered as an environmental variable which its values at un-sampled locations were interpolated using ordinary kriging method. Results: Comparing the measured HMs contents with their maximum permissible limits in the soil showed that the studied soils are polluted with Zn, Pb and Cd, but non-polluted with Ni and Cu. The total concentration of Zn, Pb and Cd in the soil showed a great degree of variability, indicated by large coefficients of variation (CV) from 140.5% of Cd to 185.6% of Pb. These elevated CVs may indicate that these elements’ distribution in the studied area is influenced by an anthropogenic source. In contrast, the relatively low calculated CVs for Ni (78.1%) and Cu (80.3%) may imply that natural sources are responsible for these elements’ distribution in the studied soils. Classification of observations according to the contamination factor of studied heavy metals showed that most of sampling points occurred in the very high contamination class regarding Zn and Pb (65.9% and 68.2%, respectively) and in the medium contamination class regarding Cd, Cu and Ni (57.7, 51.8 and 68.2%, respectively). Mapping the spatial variability of heavy metals pollution load index showed that areas with highest pollution contents occurred in the contiguity of Zinc Town. Conclusion: Totally, industrial activities related to Zn production caused to simultaneous entrance of several heavy metals to the adjacent soils and lead to degradation of the lands in studied area. Considering the low efficiency of single-element maps for HMs to reflect the overall soil quality in relation to environmental contaminants, modeling of the spatial variability of PLI may provide the good perception of the contaminantsʹ spatial distribution and their effects on soil quality.