ترکیبات خاک مناطق ایران

غلظت منگنز و نيکل در خاک و گونه هاي گياهي در منطقه استقرار کارخانه ذوب آهن اصفهان

مهران هودجي (استاديار گروه خاکشناسي دانشگاه آزاد اسلامي واحد خوراسگان، اصفهان) و آزاده صدر ارحامي (عضو هيات علمي دانشگاه پيام نور پيربکران)

چکيده

آلودگي منابع آب و خاک به فلزات سنگين ناشي از فرآيندهاي توليد در کارخانجات ذوب فلز به دليل ارتباط نزديک آن با سلامت جوامع انساني از اهميت خاصي برخوردار است. در بين فلزات سنگين منگنز يکي از فراوان ترين فلزت و از عناصر ضروري براي گياهان است. نيکل نيز در طول چند دهه به عنوان عنصر سمي به حساب مي آمد ولي اخيرا به عنوان يک عنصر غذايي کم مصرف مطرح شده است. هدف از اين تحقيق تعيين غلظت منگنز و نيکل در خاک و گونه هاي گياهي در منطقه اطراف کارخانه ذوب آهن اصفهان بوده است. در اين تحقيق هفده ناحيه مجزا و پنجاه و چهار نقطه نمونه برداري تعيين گرديد. در هر نقطه از 4 لايه 5-0، 5-10، 20-10 و 40-20 سانتي متري نمونه برداري گرديد و در مجموعه تعداد 216 نمونه خاک تهيه شد. غلظت منگنز و نيکل قابل استخراج با DTPA در نمونه هاي خاک اندازه گيري شد. همچنين غلظت اين عناصر در اندام هوايي 162 نمونه از 13 نوع گونه گياهي منطقه اندازه گيري شد. نتايج نشان داد که حد اکثر غلظت منگنز و نيکل در جنوب غربي و جنوب شرقي محل استقرار کارخانه بوده است (به ترتيب 129 و 4 ميلي گرم در کيلوگرم خاک در لايه هاي 5-0 و 40-20 سانتي متري خاک). بر اساس نتايج بدست آمده غلظت منگنز و نيکل در خاک منطقه از حداکثر مجاز تعيين شده براي خاک هاي کشاورزي (به ترتيب 400 و 500 ميلي گرم در کيلوگرم) کمتر است. حداکثر غلظت منگنز در اندام هوايي مو (Vitis vinifera)، سنجد (Elaeagnus angustifolias) و برنج Oryza) sativa) به ترتيب 272/2 ، 257 و 240 ميلي گرم در کيلوگرم ماده خشک گياهي بوده است که از حداکثر غلظت طبيعي منگنز در ماده خشک گياهي (300 ميلي گرم در کيلوگرم) کمتر است. حداکثر غلظت نيکل در اندام هوايي فرفيون (Euphorbia spp) و مو (Vitis vinifera) به ترتيب 34/7 و 22/7 ميلي گرم در کيلوگرم ماده خشک گياهي بوده است که از حداکثر غلظت طبيعي نيکل در ماده خشک گياهي (50 ميلي گرم در کيلوگرم ) کمتر است .
کلمات کليدي : منگنز، نيکل، غلظت قابل استخراج با DTPA ، کارخانه ذوب آهن اصفهان

مقدمه

آلوده شدن منابع خاک به دليل ارتباط نزديک آن با تغذيه انسان و به خاطر دخالت مستقيم آن در توليد محصولات کشاورزي از نظر جنبه هاي زيست محيطي و سلامت جوامع انساني بسيار حائز اهميت است (1، 4). در خصوص آلوده شدن منابع خاک از طريق صنعت فولاد، بيشترين خطر آلودگي در محصولات کشاورزي مربوط به خروج فلزات سنگين به صورت گرد و غبار يا به همراه پساب از واحدهاي مختلف توليد و ورود اين عناصر به منابع خاک منطقه مي باشد که آلوده شدن احتمالي لايه هاي سطحي خاک و امکان جذب اين عناصر به وسيله محصولات کشاورزي را به همراه دارد (5). منابع اصلي ورود غير طبيعي فلزات سنگين به جو بيشتر شامل کارخانجات ذوب و تصفيه فلزات، کوره هاي احتراق زغال سنگ و زباله ها است که منجر به آلودگي منابع خاک در منطقه تاثيرپذير از اين کارخانجات مي گردد. ميزان فلزات سنگين خاک به دليل ورود انواع پس مانده هاي صنعتي و ضايعات کارخانجات مختلف روبه افزايش است. تجمع برخي از فلزات سنگين با توجه به CEC خاک به وسيله لوگان و چيني مورد بررسي قرار گرفته است اين بررسي ها نشان داده است که بارگيري فلزات سنگين در خاک با افزايش CEC خاک افزايش مي يابد. شکل هاي شيميايي فلزات سنگين در بخش هاي مختلف طبيعت بسيار متفاوت است ولي عموماً انواع موجود در خاک و آب باعث بروز مسموميت در موجودات زنده مي شوند. عموماً هر چه غلظت يک عنصر در خاک بيشتر شود، مقدار قابل دسترس آن عنصر براي گياه افزايش مي يابد. غلظت فلزات سنگين در خاک هاي کشاورزي توسط لوگان و ترينا، مورد بررسي قرار گرفته است. اين بررسي ها نشان داد که غلظت برخي از اين عناصر با پتانسيل ورود آنها به زنجيره غذايي همبستگي زيادي دارد. بيرو و بوردگ همچنين بينگهام و پريا، در يک تحقيق بين غلظت فلزات سنگين در خاک با غلظت اين عناصر در دانه ذرت و گندم رابطه نزديکي بدست آوردند. در اين تحقيق نمونه هاي خاک و اندام هوايي ذرت و گندم از 30 کشور مختلف جمع آوري و مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج حاصل از اين تحقيق نشان دهنده وجود ارتباط نزديک بين غلظت فلزات سنگين در خاک با غلظت اين عناصر در گياه بوده است. سيلانپا و جانسون اثر نوع گياه را بر ميزان جذب فلزات سنگين مورد تاکيد قرار داده و گزارش نموده اند که تعداد کمي از فلزات سنگين خاک به وسيله اکثر گياهان زراعي جذب مي شوند.
منگنز يکي از عناصر ضروري گياهان است. حد کفايت اين عنصر در بافت هاي گياهي 500-10 و در برگ هاي بالغ 50-10 ميلي گرم در کيلوگرم ماده خشک گياهي است. علائم مسموميت اين عنصر عموماً در خاک هايي با pH کمتر از 5/5 مشاهده مي گردد. قابليت استفاده منگنز با کاهش دماي خاک و افزايش مواد آلي خاک کم مي شود. غلظت طبيعي منگنز در گياه 100-15 ميلي گرم در کيلوگرم ماده خشک گياهي گزارش شده است. غلات، خانواده لگوم، سيب زميني و کلم از جمله گياهان حساس نسبت به مسموميت منگنز مي باشند. در طول چند دهه نيکل به عنوان عنصر سمي به حساب مي آمد. اخيراً به عنوان يک عنصر احتمالاً ضروري براي گياه مورد توجه قرار گرفته است. به هر حال غلظت هاي زياد نيکل مي تواند سمي و مشکل ساز باشد. حدود طبيعي غلظت نيکل در برگ هاي گياهان 1- 0/1 و حداکثر غلظت اين عنصر در برگ گياهان 3 ميلي گرم در کيلوگرم ماده خشک گياهي است و غلظت بيش از 50 ميلي گرم در کيلوگرم ماده خشک گياهي اين عنصر براي گياهان سمي است. تجمع نسبي نيکل بيشتر در برگ گياهان است. اين عنصر به سادگي و به سرعت از طريق ريشه گياه از خاک جذب شده و شديداً در گياه پويا است. اين عنصر ضمن جذب ريشه اي سريع از رسوبات ذرات موجود در هوا بر روي برگ ها نيز جذب مي گردد. از جمله گياهان حساس به مسموميت نيکل غلات را مي توان نام برد. جذب فلزات سنگين از اراضي آلوده به وسيله گياهان و به خصوص محصولات کشاورزي يکي از مهم ترين راه هاي ورود اين عناصر به زنجيره غذايي است. بنابراين غلظت سنگين در خاک هاي کشاورزي بايد در سطوحي نگهداري شوند که حداقل زيان را به گياهان وارد نموده و کمترين خطر مصرف را از طريق ورود به زنجيره غذايي به همراه داشته باشند.
در اين تحقيق به بررسي غلظت منگنز و نيکل در خاک و گونه هاي گياهي در منطقه تأثيرپذير از فرآيندهاي توليد کارخانه ذوب آهن اصفهان پرداخته شده است.

مواد و روش ها

اين تحقيق در منطقه اطراف کارخانه ذوب آهن اصفهان بين طول هاي جغرافيايي 14 و 51 تا 34 و 51 شرقي و عرض هاي جغرافيايي 19 و 32 تا 25 و 32 شمالي انجام شد. ارتفاع منطقه از سطح دريا در بلندترين نقطه 1692 متر و در پست ترين نقطه 1650 متر بود. براي بررسي غلظت منگنز و نيکل در اراضي کشاورزي در منطقه تاثيرپذير از فرآيندهاي توليد در کارخانه ذوب آهن اصفهان، منطقه مورد مطالعه با در نظر گرفتن موقعيت کارخانه، شيب، جهت باد غالب (جنوب غربي - شمال شرقي) انتخاب گرديد. سپس با استفاده از مطالعات خاکشناسي انجام شده در منطقه و نقشه هاي ارزيابي، طبقه بندي اراضي و رده بندي خاک که توسط موسسه تحقيقات خاک و آب استان اصفهان تهيه شده بود، 17 نوع خاک با مشخصات طبقه بندي اراضي متفاوت در منطقه شناسايي گرديد (2، 3). به اين ترتيب مرزها جدا و در داخل آنها پنجاه و چهار محل نمونه برداري از خاک و گياه تعيين گرديد. موقعيت کارخانه و محل هاي نمونه برداري در شکل (1) نشان داده شده است. در نقاط تعيين شده از لايه هاي 5-0 ، 10-5 ، 20-10 و 40-20 سانتي متري خاک نمونه برداري شد (3). همچنين از اندام هوايي (براي گياهان يک ساله ساقه و برگ و براي گياهان چند ساله و چوبي فقط برگ) 13 گونه گياهي عمده منطقه در 3 تکرار نمونه برداري و براي اندازه گيري غلظت منگنز و نيکل مورد استفاده قرار گرفت.

نمونه هاي خاک هوا خشک و به کمک چکش پلاستيکي کوبيده و از الک 2 ميلي متري عبور داده شد. خاک جمع آوري شده در زير الک براي انجام تجزيه هاي شيميايي استفاده شد. براي اندازه گيري غلظت منگنز و نيکل قابل جذب خاک از عصاره گير DTPA به همراه کلريد کلسيم و تري اتانول آمين که pH آن روي 7/3 تنظيم شده بود استفاده گرديد. براي اندازه گيري غلظت منگنز و نيکل در اندام هاي هوايي گياهان، نمونه ها در آون تهويه دار و به مدت 48 ساعت در درجه حرارت 75 درجه سانتي گراد خشک گرديد. نمونه هاي خشک شده به وسيله آسياب برقي پودر و براي عصاره گيري از روش هضم با اسيد نيتريک 4 مولار در حرارت 95 درجه سانتي گراد استفاده شد.
سپس غلظت منگنز و نيکل در عصاره هاي خاک و گياه به وسيله دستگاه اسپکتروفتومتر جذب اتمي Perkin-Elmer 3030 اندازه گيري شد. براي رسم منحني هاي هم غلظ از نرم افزار Surfer ويرايش 8 استفاده شد.

نتايج و بحث

حداقل، حداکثر و ميانگين غلظت منگنز و نيکل قابل استخراج با DTPA در لايه هاي مختلف خاک در جدول 1 و ميانگين غلظت اين عناصر در گياهان منطقه در جدول 2 ارائه شده است.

غلظت منگنز در خاک و گياه

شکل 2 غلظت منگنز قابل استخراج با DTPA را در لايه هاي 5-0، 5-10، 10-20 و 40-20 سانتي متري خاک نشان مي دهد. حداکثر غلظت منگنز قابل استخراج با DTPA در لايه هاي 5-0، 5-10، 20-10 و 40-20 سانتي متري به ترتيب 129، 105، 56/8 و 92 ميلي گرم در کيلوگرم خاک و در نقاط 6، 15، 20 و 10 نمونه برداري است.
با بررسي نتايج مربوط به پراکنش غلظت منگنز در لايه هاي مختلف خاک مشخص مي گردد که محل تجمع منگنز در اين منطقه در لايه هاي سطحي خاک و در ناحيه جنوب غربي مي باشد. غلظت منگنز قابل استخراج با DTPA به طرف لايه هاي پائين خاک کاهش يافته است که علت آن احتمالا وجود آهک فراوان (43%) و pH قليايي خاک منطقه (حدود 7/8) مي باشد. حد بالاي غلظت طبيعي منگنز در خاک هاي غير آلوده شني 500 و براي خاک هاي رسي 2000 ميلي گرم در کيلوگرم خاک گزارش شده است. ميانگين غلظت منگنز در خاک ها 545 ميلي گرم در کيلوگرم خاک است. حلاليت منگنز وابسته به pH و شرايط اکسيداسيون و احياء است. با کاهش pH خاک قابليت استفاده اين عنصر افزايش مي يابد. مقايسه غلظت منگنز در اعماق مختلف خاک منطقه با حدود طبيعي غلظت منگنز در خاک نشان مي دهد که غلظت منگنز در خاک منطقه حتي در نقاط تجمع و در لايه سطحي از حد طبيعي تعيين شده براي اين عنصر در خاک هاي کشاورزي پائين تر است.
حداکثر غلظت منگنز در گياهان مو، سنجد و برنج برابر 272/2، 257 و 240 ميلي گرم در کيلوگرم ماده خشک گياهي و به ترتيب مربوط به نقاط 22، 26 و 18 نمونه برداري است. حدود طبيعي غلظت منگنز در برگ هاي گياهان 150-15 و حداکثر غلظت منگنز در برگ گياهان 300 ميلي گرم در کيلوگرم ماده خشک گياهي است. نتايج مربوط به غلظت منگنز در اندام هوايي گياهان و مقايسه آنها با غلظت طبيعي اين عنصر در برگ گياهان نشان دهنده عدم وجود آلودگي منگنز در اندام هوايي گياهان در منطقه است.

غلظت نيکل در خاک و گياه

شکل 3 غلظت نيکل قابل استخراج با DTPA را در لايه هاي 5-0، 20-10 و 40-20 سانتي متري نشان خاک مي دهد. حداکثر غلظت نيکل قابل استخراج با DTPA در لايه هاي 0-5، 10-5، 20-10 و 40-20 سانتي متري به ترتيب 3/5، 3/7، 3/9 و 4 ميلي گرم در کيلوگرم خاک و در نقطه 20 نمونه برداري است. با بررسي نتايج مربوط به غلظت نيکل در اعماق مختلف خاک منطقه مشاهده مي گردد که محل تجمع نيکل در اين منطقه در تمامي لايه هاي خاک در ناحيه جنوبي منطقه است.
حداکثر غلظت قابل قبول نيکل در خاک هاي کوددهي نشده حدود 25 ميلي گرم در کيلوگرم خاک و حداکثر غلظت مورد قبول پيشنهادي نيکل براي خاک هاي مورد کشت برابر 100 ميلي گرم در کيلوگرم خاک گزارش شده است. مقايسه غلظت نيکل در اعماق مختلف خاک منطقه با حدود طبيعي غلظت نيکل در خاک نشان مي دهد که غلظت نيکل در خاک منطقه حتي در نقاط تجمع و در لايه سطحي از حد طبيعي تعيين شده براي اين عنصر در خاک هاي کشاورزي پائين تر است.

حداکثر غلظت نيکل در گياه فرفيون و مو برابر 34/7 ، 22/7 ميلي گرم در کيلوگرم ماده خشک گياهي و در نقاط 14 و 3 نمونه برداري بوده است. غلظت طبيعي نيکل در گياهان 1 ميلي گرم در کيلوگرم ماده خشک گياهي است و غلظت بيش از 50 ميلي گرم در کيلوگرم ماده خشک گياهي اين عنصر براي گياهان سمي است. با توجه به نتايج مربوط به غظت نيکل در اندام هوايي گياهان در منطقه مشاهده مي گردد که غلظت نيکل در گياهان منطقه از غلظت مسموم کننده اين عنصر در گياهان کمتر است.

نتيجه گيري

نتايج مربوط به غلظت منگنز و نيکل در خاک و مقايسه آنها با حدود طبيعي اين عناصر نشان دهنده عدم وجود آلودگي به منگنز و نيکل در لايه هاي مختلف خاک است. احتمالا به دليل pH قليايي خاک (7/8) و حضور آهک فراوان در خاک منطقه امکان حرکت و انتقال منگنز و نيکل به لايه هاي پايين پروفيل خاک وجود نداشته است که کاهش غلظت قابل جذب اين عناصر در لايه هاي پايين خاک مويد اين واقعيت است. با توجه به حداکثر غلظت منگنز و نيکل در گياهان منطقه و مقايسه آن با حدود طبيعي اين عناصر در گياهان به نظر مي رسد که غلظت منگنز و نيکل در اندام هوايي گياهان از حداکثر غلظت قابل قبول اين عناصر کمتر است. به دليل عدم تطابق نقاط تجمع منگنز و نيکل در گياه با نقاط تجمع آنها در خاک احتمال جذب برگي منگنز و نيکل در اين نقاط وجود دارد. با در نظر گرفتن مدت زمان استقرار کارخانه ذوب آهن در منطقه، غلظت منگنز و نيکل در منابع خاک و گياه منطقه در حال حاضر در حد طبيعي است. براي کنترل غلظت فلزات سنگين و جلوگيري از افزايش غلظت آنها در منابع خاک و گياه پيشنهاد مي گردد ضمن اندازه گيري غلظت فلزات سنگين در خاک و گياهان منطقه به طور مستمر ذرات معلق خارج شده از واحدهاي مختلف توليد در کارخانه ذوب آهن اصفهان دقيقاً اندازه گيري و از حضور فلزات سنگين در آنها تا حد امکان جلوگيري شود.

سپاسگزاري

اين طرح به سفارش و اعتبار کارخانه ذوب آهن اصفهان انجام پذيرفت که بدين وسيله از آقاي مهندس جولازاده مدير بخش تحقيق و توسعه کارخانه ذوب آهن اصفهان تشکر مي نمايم. از رياست محترم دانشگاه آزاد اسلامي واحد خوراسگان جناب آقاي دکتر فروغي و کليه همکاران در دانشگاه کمال تشکر و قدرداني را دارم.

منابع

1. باي بوردي م. 1377. فيزيک خاک. انتشارات دانشگاه تهران. 523 صفحه.
2. تومانيان ن. و ح. قيومي محمدي . 1372. مشخصات کلي از خاکهاي دهستان اوشيان (شهرستان زرين شهر). نشريه ترويجي- آموزشي مطالعات خاک ها، موسسه تحقيقات خاک و آب، بخش تحقيقات خاک و آب اصفهان. 85 صفحه.
3. حاجوي ع. و ا. صادقي . 1353. گزارش مطالعات تفصيلي خاکشناسي و طبقه بندي اراضي منطقه اوشيان استان اصفهان نشريه شماره 396 وزارت کشاورزي، موسسه خاکشناسي و حاصلخيزي خاک، 71 صفحه.
4- عباسپور م. 1377. مهندسي محيط زيست. جلد اول، انتشارات دانشگاه آزاد اسلامي ، 550 صفحه.
5. عرفان منش م. و م. افيوني . 1379. آلودگي محيط زيست: آب، خاک و هوا، انتشارات ارکان اصفهان، 318 صفحه.

ترکیبات خاک مناطق ایران

مطالب مشابه :

تاثير سبک زندگي انسان دين مدار بر سلامت روان

پروین سلیمانی هم مرد...

از مهر و بی مهری با مهری مهرنیا

گفتگو با محمد رمضانی نویسنده و مترجم

سیصد روز با یک سوال

ترکیبات خاک مناطق ایران