بررسی رابطه بین دستیابی زیستی فلزات سنگین با ویژگی‌های فیزیکی، شیمیایی و زیستی خاک در کاربری‌های مختلف

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری آلودگی محیط زیست ، دانشکده منابع طبیعی و محیط‌زیست، دانشگاه ملایر، ملایر، ایران.

2 گروه محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه ملایر، ملایر، ایران

3 گروه محیط زیست- دانشکده منابع طبیعی- دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

4 گروه مدیریت منابع آب و خاک، موسسه علمی پژوهشی مدیریت منابع inter 3، برلین، آلمان

چکیده

ارزیابی میزان دستیابی زیستی فلزات سنگین و تعیین پارامترهای موثر در دستیابی زیستی در مدیریت و اصلاح خاک­های آلوده نقش کلیدی دارد. به نظر می­رسد درکاربری­های مختلف با توجه به ویژگی­های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی متفاوت در خاک، عوامل تاثیر گذار در میزان دستیابی زیستی فلزات سنگین در این کاربری­ها متفاوت خواهد بود. در مطالعه حاضر که به منظور بررسی رابطه بین میزان دستیابی زیستی فلزات سنگین با خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی خاک در کاربری­های کشاورزی، صنعتی و شهری انجام شده است؛ شهر اراک به عنوان منطقه مورد مطالعه انتخاب شد. تعداد 110 نمونه خاک سطحی به صورت تصادفی از این سه کاربری برداشت شد و پارامترهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی در آنها سنجش گردید. کاربری­های کشاورزی، صنعتی و شهری با استفاده از روش­های آماری از نظر خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی مقایسه شدند. بررسی ارتباط بین میزان دستیابی زیستی فلزات سنگین با این خصوصیات به کمک آزمون اسپیرمن انجام شد. بر اساس نتایج به دست آمده بین کاربری­های مختلف از نظر CEC، تنفس میکروبی، CaCO3 و ماده آلی اختلاف آماری معنی دار وجود داشت (05/0>p). همچنین بین کاربری­های مختلف از نظر میزان دستیابی زیستی کبالت، منگنز، روی، مس، نیکل و سرب و مقادیر کل مس، سرب و روی اختلاف آماری معنی­داری وجود داشت (05/0>p). در کاربری کشاورزی درصد رس، pH و EC خاک؛ برای کاربری صنعتی، EC، درصد رس، شن، سیلت، کربنات، ماده آلی، CEC و تنفس میکروبی و در کاربری شهری درصد سیلت، ماده آلی، تنفس میکروبی، کربنات، CEC و EC دارای همبستگی معنی­داری با میزان دستیابی زیستی فلزات سنگین بودند. در هر سه کاربری مورد بررسی EC با میزان دستیابی زیستی فلزات سنگین دارای همبستگی معنی­داری می­باشد و پارامتر تاثیرگذار در هر سه کاربری می­باشد. این در حالی است که در کاربری­های مختلف EC، CEC، بافت خاک، تنفس میکروبی، کربنات و ماده آلی پارامترهای موثر در دستیابی زیستی فلزات سنگین هستند و جهت اصلاح خاک­های آلوده باید مدیریت شوند. به همین منظور باتوجه به ارتباط منفی بین کربنات و همچنین pH با دستیابی زیستی فلزات سنگین می­توان استفاده از آهک و بیوچار را برای اصلاح خاک­های مورد بررسی پیشنهاد داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


Afshari, A., Khademi, H., & Ayoubi, S. (2016). The Fractionation of Some Heavy Metals in Calcareous Soils Affected by Land Uses of Central Area of Zanjan Provine (Northwest of Iran). Water and Soil30(5), 1489-1501. (inPersian).
Akpoveta, O. V., Osakwe, S. A., Okoh, B. E., & Otuya, B. O. (2010). Physicochemical characteristics and levels of some heavy metals in soils around metal scrap dumps in some parts of Delta State, Nigeria. Journal of applied sciences and environmental management14(4).
Ali, A., Guo, D., Jeyasundar, P. G. S. A., Li, Y., Xiao, R., Du, J., ... & Zhang, Z. (2019). Application of wood biochar in polluted soils stabilized the toxic metals and enhanced wheat (Triticum aestivum) growth and soil enzymatic activity. Ecotoxicology and environmental safety184, 109635.
Allison, L.E., & Moodie, C.D. (1965). Carbonat. In Methods of Soil Analysis, Part 2, Black, C.A.(ed), American Society of Agronomy:Madison ,Wisc,1379-1396.
Anderson, J. P. E. (1982). Soil Respiration. Part 2. In: Method of Soil Analysis: Chemical Analysis, (Eds.): Miller, R. H. and Keeney, D. R. Soil Science Society of America, Madison, WI. PP. 831-872.
Aprile, F., & Lorandi, R. (2012). Evaluation of cation exchange capacity (CEC) in tropical soils using four different analytical methods. Journal of Agricultural Science4(6), 278.
Behbahaninia, A., Salmasi, R. (2016). Investigation on Heavy Metals Concentrations and Determination of Their Relations with Soil Properties around Hashtrood Town, East Azerbaijan Province. Journal of Environmental Science and Technology, 18(2), 59-69. (inPersian).
Bower, C.A., Reitmeir, R.F., & Fireman, M. (1952). Exchangeable cation analysis of saline and alkali soils. Soil Science, 73, 251-261.
Cattani, I., Fragoulis, G., Boccelli, R., & Capri, E. (2006). Copper bioavailability in the rhizosphere of maize (Zea mays L.) grown in two Italian soils. Chemosphere64(11), 1972-1979.
Cui, X., Mao, P., Sun, S., Huang, R., Fan, Y., Li, Y., ... & Li, Z. (2021). Phytoremediation of cadmium contaminated soils by Amaranthus Hypochondriacus L.: The effects of soil properties highlighting cation exchange capacity. Chemosphere283, 131067.
de Santiago-Martín, A., Valverde-Asenjo, I., Quintana, J. R., Vázquez, A., Lafuente, A. L., & González-Huecas, C. (2014). Carbonate, organic and clay fractions determine metal bioavailability in periurban calcareous agricultural soils in the Mediterranean area. Geoderma221, 103-112.
Gabarrón, M., Zornoza, R., Martínez-Martínez, S., Muñoz, V. A., Faz, Á., & Acosta, J. A. (2019). Effect of land use and soil properties in the feasibility of two sequential extraction procedures for metals fractionation. Chemosphere218, 266-272.
Ghadimi, F. (2014). Assessment of heavy metals contamination in urban topsoil from Arak industrial City, Iran. Journal of Tethys2(3), 196-209.
Hartemink, A. E. (2018). World Soils Book Series. The Soils of Iran. Switzerland: Springer Nature.
Hooda, P. S. (Ed.). (2010). Trace elements in soils (Vol. 618). Chichester: Wiley.
Hosseini, M., Adhami, E., Owliaie, H R. (2018). Changes of Available Cadmium Over time and its Relationship with Soil Properties in Highly Calcareous Soils. Water and soil sciences. 22 (1),127-142. (inPersian).
Jacob, H & Clarke, G. (2002). No Title. Edited by Jacob H. Dane and G. Clarke Topp. SSSA Book Series. Madison, WI, USA: Soil Science Society of America. https://doi.org/10.2136/SSSABOOKSER5.4.
Jafarian, Z., Shabanzadeh, S., Kavian, A., & Shokri, M. (2011). Study Changes of Soil Physical and Chemical Characteristics in Three Adjacent Land Use Including Forest, Rangeland and Agricultural Land. Renewable Natural Resources Research, 2(2), 71-90. (inPersian).
Joimel, S., Cortet, J., Jolivet, C. C., Saby, N. P. A., Chenot, E. D., Branchu, P., ... & Schwartz, C. (2016). Physico-chemical characteristics of topsoil for contrasted forest, agricultural, urban and industrial land uses in France. Science of the Total Environment545, 40-47.
Kaninga, B. K., Chishala, B. H., Maseka, K. K., Sakala, G. M., Lark, M. R., Tye, A., & Watts, M. J. (2020). mine tailings in an African tropical environment—mechanisms for the bioavailability of heavy metals in soils. Environmental geochemistry and health42, 1069-1094.
Kekane, S. S., Chavan, R. P., Shinde, D. N., Patil, C. L., & Sagar, S. S. (2015). A review on physico-chemical properties of soil. International Journal of Chemical Studies3(4), 29-32.
Khaledian, Y., Brevik, E. C., Pereira, P., Cerdà, A., Fattah, M. A., & Tazikeh, H. (2017). Modeling soil cation exchange capacity in multiple countries. Catena158, 194-200.
Khaleghi, S., Safadoust, A., & Kolahchi, Z. (2019). Pollution Status of Some Heavy Metals in an Agricultural Land Along Arak-Qom Highway. Iranian Journal of Soil Research33(3), 387-400. (inPersian).
Khamisabadi, A., Parvanak, K., & Nasrabadi, M. (2019). Effect of the Use Treated Wastewater on Microbial Contamination of Soils of Urban Landscapes. Environmental Health Engineering, 7 (1), 42-52. (inPersian).
Li, F., Fan, Z., Xiao, P., Oh, K., Ma, X., & Hou, W. (2009). Contamination, chemical speciation and vertical distribution of heavy metals in soils of an old and large industrial zone in Northeast China. Environmental geology57, 1815-1823.
Li, Q., Csetenyi, L., & Gadd, G. M. (2014). Biomineralization of metal carbonates by Neurospora crassa. Environmental science & technology48(24), 14409-14416.
Lindsay, W. L., & Norvell, W. (1978). Development of a DTPA soil test for zinc, iron, manganese, and copper. Soil science society of America journal42(3), 421-428.
Liu, M., Zhu, J., Yang, X., Fu, Q., Hu, H., & Huang, Q. (2022). Biochar produced from the straw of common crops simultaneously stabilizes soil organic matter and heavy metals. Science of the Total Environment828, 154494.
Micó, C., Recatalá, L., Peris, M., & Sánchez, J. (2006). Assessing heavy metal sources in agricultural soils of an European Mediterranean area by multivariate analysis. Chemosphere65(5), 863-872.
Miranda, L. S., Ayoko, G. A., Egodawatta, P., Hu, W. P., Ghidan, O., & Goonetilleke, A. (2021). Physico-chemical properties of sediments governing the bioavailability of heavy metals in urban waterways. Science of the Total Environment763, 142984.
Mirzaei, M., Marofi, S., Solgi, E., Abbasi, M., Karimi, R., & Riyahi Bakhtyari, H. R. (2020). Ecological and health risks of soil and grape heavy metals in long-term fertilized vineyards (Chaharmahal and Bakhtiari province of Iran). Environmental Geochemistry and Health42, 27-43.
Mohammadhosseini, M., Bahmanpour, H., & Lotfi, S. (2018). Investigation and identification of types and amounts of heavy metals in soil of an industrial area. Journal of Chemical Health Risks4(4).
Morel, J. L., Chenu, C., & Lorenz, K. (2015). Ecosystem services provided by soils of urban, industrial, traffic, mining, and military areas (SUITMAs). Journal of soils and sediments15, 1659-1666.
Mozaffari, H., Moosavi, S. A. A., & Sepaskhah, A. (2020). Effect of Land Use on of Some Physical and Chemical Properties of a Calcareous Soil. Iranian Journal of Soil Research33(4), 525-540. (inPersian).
Naghibi, J., Baghernejad, M., Abtahi, A., Mousavi, A.A., & Zarei, M. (2023). Evaluation of the effect of different land uses and soil physical and chemical characteristics on the amount of Lead in Shiraz urban watershed soils using geostatistics and digital soil mapping. Watershed research. doi: 10.22092/wmrj.2023.361155.1519 (inPersian).
Nehls, T., Jozefaciuk, G., Sokołowska, Z., Hajnos, M., & Wessolek, G. (2006). Pore‐system characteristics of pavement seam materials of urban sites. Journal of plant nutrition and soil science169(1), 16-24.
Olorunfemi, I. E., Fasinmirin, J. T., & Akinola, F. F. (2018). Soil physico-chemical properties and fertility status of long-term land use and cover changes: A case study in Forest vegetative zone of Nigeria. Eurasian Journal of Soil Science7(2), 133-150.
Paustian, K., Collier, S., Baldock, J., Burgess, R., Creque, J., DeLonge, M., ... & Jahn, M. (2019). Quantifying carbon for agricultural soil management: from the current status toward a global soil information system. Carbon Management10(6), 567-587.
Peng, J., Biswas, A., Jiang, Q., Zhao, R., Hu, J., Hu, B., & Shi, Z. (2019). Estimating soil salinity from remote sensing and terrain data in southern Xinjiang Province, China. Geoderma337, 1309-1319.
Rowell, D.L. (1994). Soil science: Method and application. Longman Group, London, p 345.
Salem, M. A., Bedade, D. K., Al-Ethawi, L., & Al-Waleed, S. M. (2020). Assessment of physiochemical properties and concentration of heavy metals in agricultural soils fertilized with chemical fertilizers. Heliyon6(10).
 Salmasi, R., & Pyrowan, H. (2021). Soil Pollution to Some Heavy Metals and Their Relation with Soil Properties in Sareskand, East Azarbayjan. Journal of Environmental Science and Technology23(4), 97-106. (inPersian).
Solgi, E. (2015). Assessment of copper and zinc contamination in soils of industrial estates of Arak region (Iran). Iranian Journal of Toxicology. 9, 1277-1283.
Solgi, E., & Khodabandelo, H. (2016). Cadmium and lead disruption in soils around the hegmatan cement factory, Iran. Health Scope5(2).
Solgi, E., & Konani, R. (2016). Assessment of lead contamination in soils of urban parks of Khorramabad, Iran. Health Scope5(4).
Solgi, E., Esmaili-Sari, A., Riyahi-Bakhtiari, A., & Hadipour, M. (2012). Soil contamination of metals in the three industrial estates, Arak, Iran. Bulletin of environmental contamination and toxicology88, 634-638.
Solgi, E., Keramaty, M., & Solgi, M. (2020). Biomonitoring of airborne Cu, Pb, and Zn in an urban area employing a broad leaved and a conifer tree species. Journal of Geochemical Exploration208, 106400.
Solgi, E., Roohi, N., & Kouroshi-Gholampour, M. (2016). A comparative study of metals in roadside soils and urban parks from Hamedan metropolis, Iran. Environmental Nanotechnology, Monitoring & Management6,
Sungur, A., Soylak, M., & Ozcan. H. (2015). Investigation of Heavy Metal Mobility and Availability by the BCR Sequential Extraction Procedure: Relationship between Soil Properties and Heavy Metals Availability. Chemical Speciation & Bioavailability. 26 (4), 219–30.
Taati, A., Salehi, M. H., Mohammadi, J., & mohajer, R. (2023). Investigating the origin and potential ecological risk of heavy metals in different land-uses in West of Arak, Markazi Province. Applied Soil Research10(4), 120-135. (inPersian).
Taati, A., Salehi, M. H., Mohammadi, J., Mohajer, R., & Díez, S. (2020). Pollution assessment and spatial distribution of trace elements in soils of Arak industrial area, Iran: Implications for human health. Environmental Research187, 109577.
Tabibian, S., Bidarigh, S., & Torabian, S. Y. (2019). Investigation on the adsorption of heavy metal in lead in a plane species in traffic areas in Rasht. Human & Environment17(4), 39-46.
Taghizadeh, M., & Taghizadeh, M. (2019). Investigation of Bioaccumulation of Heavy Metals Concentration in Arak Metropolitan. Journal of Research in Environmental Health5(1), 31-42. (inPersian).
Tale, K. S., & Ingole, S. (2015). A review on role of physico-chemical properties in soil quality. Chemical Science Review and Letters4(13), 57-66.
Tang, W., Xia, Q., Shan, B., & Ng, J. C. (2018). Relationship of bioaccessibility and fractionation of cadmium in long-term spiked soils for health risk assessment based on four in vitro gastrointestinal simulation models. Science of the Total Environment631, 1582-1589.
Walkley, A., & 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 science37(1), 29-38.
Wang, X., Chen, X., Liu, S., & Ge, X. (2010). Effect of molecular weight of dissolved organic matter on toxicity and bioavailability of copper to lettuce. Journal of Environmental Sciences22(12), 1960-1965.
Xu, D. M., Fu, R. B., Wang, J. X., Shi, Y. X., & Guo, X. P. (2021). Chemical stabilization remediation for heavy metals in contaminated soils on the latest decade: Available stabilizing materials and associated evaluation methods-A critical review. Journal of Cleaner Production321, 128730.
Yan, K., Dong, Z., Wijayawardena, M. A., Liu, Y., Li, Y., & Naidu, R. (2019). The source of lead determines the relationship between soil properties and lead bioaccessibility. Environmental Pollution246, 53-59.
Yan, Z. Z., Chen, Q. L., Zhang, Y. J., He, J. Z., & Hu, H. W. (2020). Industrial development as a key factor explaining variances in soil and grass phyllosphere microbiomes in urban green spaces. Environmental Pollution261, 114201.
Zan, N. R., Datta, S. P., Rattan, R. K., Dwivedi, B. S., & Meena, M. C. (2013). Prediction of the solubility of zinc, copper, nickel, cadmium, and lead in metal-contaminated soils. Environmental monitoring and assessment185, 10015-10025.
Zhao, G., Mu, X., Wen, Z., Wang, F., & Gao, P. (2013). Soil erosion, conservation, and eco‐environment changes in the Loess Plateau of China. Land Degradation & Development24(5), 499-510.