اثر سیلاب بر آلودگی خاک‌های کشاورزی با فلزات سنگین، همراه مثال موردی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسنده

عضو هیئت علمی مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی آذربایجان شرقی

چکیده

رخداد سیلاب شدید در سال 1384، باعث شد که دشت رسوبی واقع در استان آذربایجان شرقی برای مدت یک ماه زیر آب  برود. هدف این مطالعه ارزیابی اثر سیلاب روی میزان آلودگی خاک ها در این منطقه می باشد. برای این منظور  20 نمونه خاک بلافاصله پس از وقوع سیل  از قسمت های سطحی (30-0) همراه با  4 نمونه از عمق 60-30 سانتی متری خاک گرفته شد. در آزمایشگاه ویژگی های فیزیکی-شیمیایی اساسی خاک و غلظت فلزات سنگین کادمیوم، نیکل، سرب، مس و روی نمونه های خاک اندازه گیری شد. یافته ها نشان دادند غلظت فلزات در تمام نمونه ها پایین تر از حد مجاز برای کاربرد در کشاورزی  بوده است. در مجموع می توان گفت  سیلاب در زمین های کشاورزی پاک اثر منفی روی ویژگی های اساسی خاک (درصد مواد آلی، واکنش خاک و میزان نیتروژن) ندارد و باعث آلودگی شدید خاک نمی گردد.

کلیدواژه‌ها


 

 

 

 

 

فصلنامه انسان و محیط زیست، شماره 25، تابستان 92

 

اثر سیلاب بر آلودگی خاک­های کشاورزی با فلزات سنگین، همراه مثال موردی

 

رامین سلماسی[1]

raminsalmasi@yahoo.com

 

 

چکیده

رخداد سیلاب شدید در سال 1384، باعث شد که دشت رسوبی واقع در استان آذربایجان شرقی برای مدت یک ماه زیر آب  برود. هدف این مطالعه ارزیابی اثر سیلاب روی میزان آلودگی خاک ها در این منطقه می باشد. برای این منظور  20 نمونه خاک بلافاصله پس از وقوع سیل  از قسمت های سطحی (30-0) همراه با  4 نمونه از عمق 60-30 سانتی متری خاک گرفته شد. در آزمایشگاه ویژگی های فیزیکی-شیمیایی اساسی خاک و غلظت فلزات سنگین کادمیوم، نیکل، سرب، مس و روی نمونه های خاک اندازه گیری شد. یافته ها نشان دادند غلظت فلزات در تمام نمونه ها پایین تر از حد مجاز برای کاربرد در کشاورزی  بوده است. در مجموع می توان گفت  سیلاب در زمین های کشاورزی پاک اثر منفی روی ویژگی های اساسی خاک (درصد مواد آلی، واکنش خاک و میزان نیتروژن) ندارد و باعث آلودگی شدید خاک نمی گردد.

 

کلمات کلیدی: فرسایش، دشت رسوبی، آلاینده ها، ویژگی های خاک.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

مقدمه

 

       خاک­های رسوبی که بر روی دشت های رسوبی قرار گرفته اند سرشار از مواد آلی هستند و اغلب برای کشاورزی کاربرد دارند. با این وجود مقادیر فزاینده میزان و شدت بارندگی به دلیل تغییر آب و هوای جهانی، باعث می شود احتمال رخداد سیلاب بر روی این زمین­ها  بالا باشد (1). سیلاب ها می توانند آثار مکانیکی مستقیمی داشته باشند مانند وارد آوردن خسارت به ساختمان های انتقال و رسوب، همچنین می تواننـد بر ویژگی های خاک اثرگذار باشند که به این ترتیب موجب بروز مشکلاتی برای کشاورزی و سلامت انسان می شوند (2): با جداسازی خاکدانه ها از همدیگر باعث تخریب ساختمان خاک می گردند (3) در نتیجه آب اضافی با ورود به داخل خاک و اشغال فضاهای خالی جای اکسیژن را می گیرد و بدین وسیله تهویه خاک را کاهش می دهد. پیامد آن تجزیه ناقص مواد آلی و تولید گازهای گوناگون مانند گازهای گلخانه ای، افت پتانسیل  اکسایش-کاهش و افزایش اسیدیته خاک ها می باشد که به رشد گیاه لطمه می زند. جنبه محیط زیستی دیگر وابسته به سیلاب، آلودگی زمین های زیر سیل قرار گرفته با مواد شیمیایی می باشد (4).

آلاینده های شیمیایی مهم آب و همچنین رسوبات، فلزات سنگین شامل روی، سرب و کادمیوم و نیز ترکیبات آلی چندگانه مانند آفت کش ها و هیدروکربن های حلقوی چند زنجیره ای ناشی از فرآیندهای صنعتی و کشاورزی  در حوزه آبخیز هستند(5). سیلاب رودخانه بر غلظت فلزات سنگین در خاک دشت های رسوبی به چند طریق اثرگذار است. فرسایش و رسوب مواد خاکی و جذب فلزات بر روی این مواد، منجر به افزایش غلظت کل و فراهمی فلزات سنگین می گردند. زمانی که سیلاب های شدید رخ می دهد، نشت مواد شیمیایی از مناطق شهری، تاسیسات صنعتی یا انبارهای ذخیره این مواد، به موضوع شدت می بخشد (6). بررسی انجام گرفته بعد از سیلاب رودخانه Meuse در کشور هلند نشان داد که رسوبات سیلابی به وسیله فلزات سنگین آلــودگی شدیدی یافتــه انــد (7). گزارش های دیگری که در کشورهای هلند و بلژیک بعد از رخداد سیلاب رودخانه در سال های 1980 و 1984 منتشر گردید نشان داد در سطح خاک دشت های رسوبی انباشتگی بالایی از فلزات سنگین وجود دارد (8).

در مورد اثر سیلاب بر روی غلظت فلزات سنگین در خاک های کشور، داده های کافی در دسترس نیست. نوشتار حاضر به این منظور تهیه شده است تا اثرهای سیلاب روی سطح آلودگی به فلزات سنگین را در خاک های کشاورزی پایین دست ایستگاه شبستر واقع در بخش های غربی استان آذربایجان شرقی بلافاصله بعد از رخداد سیل ارزیابی نماید.

روش بررسی

       منطقه مورد مطالعه به وسعت حدود 100 هکتار در استان آذربایجان شرقی در شمال دریاچه ارومیه در شیب جنوبی میشوداغ در محدوده ‘18 و˚ 45 تا’ 33 و˚ 45 طول شرقی و’ 15 و˚ 38 تا’ 24 و˚ 38 عرض شمالی واقع شده است (شکل 1). ارتفاع  متوسط عرصه 1700 متر با میانگین بارش 22 ساله منطقه در حدود 3/363 میلی متر و متوسط دمای سالانه 65/10 درجه سانتی­گراد می باشد. بیش از 95%  اراضی دارای بافت سبک  (Sandy loam) و 75-35% سنگریزه در سطح­لارض و تحت­الارض و جزو خاک های انتی سول می باشد (9).

سیل در فصل رشد زمانی که دمای هوا بالا بود رخ داد بنابراین موجب شد که به بسیاری از گیاهان آسیب وارد شود و برخی از بین بروند. بلافاصله بعد از وقوع سیل، 20 نمونه خاک (از هر 5 هکتار یک نمونه) از قسمت هــای سطحی از عمق 30-0 سانتی متر گرفته شدند. علاوه بر آن، 4 نمونه نیز از عمق 60-30 سانتی متری خاک گرفته شد. نمونه ها بعد از هوا خشک شدن و از غربال گذراندن به آزمایشگاه منتقل شدند. در آزمایشگاه برروی نمونه های خاک بافت به روش هیدرومتر، اسیدیته  درگل اشباع با دستگاه pHمتر، مواد آلی به روش وایکلی بلک و ازت کل با دستگاه کجلدال اندازه گیری شد. میزان کل فلزات کادمیوم، سرب، نیکل، مس و روی نمونه­های خاک بعد از هضم این نمونه ها در اسید نیتریک  چهار نرمال، با دستگاه جذب اتمی مدل پرکین المر اندازه گیری شد  (10و 11) .

 

 

 

 

شکل1 - موقعیت منطقه مورد مطالعه در استان آذربایجان شرقی

 


 

 

یافته ها                

 

       در جدول 1 ویژگی­های اساسی فیزیکی و شیمیایی همراه غلظت فلزات سنگین کادمیوم، سرب، نیکل، مس و روی  نمونه­های خاک ارایه شده است. مطابق این جدول، میزان نیتروژن و مواد آلی خاک ها پایین می باشد و درصد ذرات بیش از دو صدم میلی متر آن ها بالااست و متوسط اسیدیته آن ها 9/6 است.

 

 

جدول 1- داده­های آماری ویژگی­های اساسی خاک

                    ویژگی­های آماری

ویژگی­های خاک

متوسط

انحراف استاندارد

کمینه

بیشینه

ضریب تغییرات

 (درصد)

درصد ذرات کمتر از 02/0 میلی­متر

40

16

13

71

39

درصد ذرات کمتر از 002/0 میلی­متر

11

7

4

33

59

اسیدیته

2/6

9/0

6/4

4/7

14

درصد مواد آلی خاک

49/2

09/5

91/0

36/27

134

درصد ازت

19/0

16/0

07/0

01/1

79

غلظت روی (میلی گرم بر کیلوگرم)

63/10

23/3

95/6

3/18

29

غلظت کادمیوم (میلی گرم بر کیلوگرم)

03/0

01/0

02/0

06/0

36

غلظت مس (میلی گرم بر کیلوگرم)

48/2

12/5

17/1

81/21

108

غلظت نیکل (میلی گرم بر کیلوگرم)

60/4

10/1

83/1

92/5

25

غلظت سرب (میلی گرم بر کیلوگرم)

65/10

21/3

69/0

03/3

31

 


بحث و نتیجه گیری

 

       ویژگی های فیزیکی و شیمیایی نمونه های خاک این پژوهش بطورمعمول در خاک های رسوبی دیده می شود (12).   اسیدیته به نسبت پایین خاک ها در رابطه با پتانسیل آلودگی مناسب است چون باعث کاهش زیست فراهمی فلزات سنگین در خاک بویژه در شرایط کاهشی (احیاء) می گردد که پیامد آن انتقال کمتر این عناصر به گیاهان می باشد. بطور مشابه، وجود مقادیر بالای ذرات ریز نمونه های خاک، جذب آلاینده ها را بالا می برد و از زیست فراهمی و جابجایی آن ها توسط آب و حرکت به ژرفای خاک می کاهد (13). میزان ازت و کربن عمق 60-30 سانتی متری خاک کم­تر از عمق 30-0 سانتی متـری به دست آمد. روندی مشابه (کاهش میزان ازت در عمق 60-30 سانتی متری خاک نسبت به عمق 30-0 سانتی متر) به وسیله Eulenstein و همکاران (3) برای خاک های سیلابی روخانه Odra مشاهده شد. همین پژوهشگران کاهش میزان ازت را در نمونه های مزارع سیلابی در مقایسه با مزارع غیر آن مشاهده کردند. علت این است که در شرایط غرقابی توام با هوای گرم تابستان و وجود منبع کربن رستنی های سطح زمین، فرایند نیترات زدایی افزایش می یابد.

       غلظت فلزات سنگین اندازه گیری شده در نمونه های سطحی خاک کمتر از مقادیر استاندارد این فلزات به دست آمد (14).  این یافته ها با نتایج به دست آمده از پژوهش   Vacha  و همکاران (15) مطابقت دارد که مقادیر پایین فلزات سنگین را در خاک های کشاورزی بعد از وقوع سیل مشاهده کردند. مشابه آن،  Eulenstein  و همکاران (3) غلظت فلزات سنگین را در رسوبات مناطق کشــاورزی سیــل زده حــوزه  Odra  پایین تر از مقادیر قانونی در کشور آلمان به دست آوردند و مشاهده نمودند که اثر منفی برای تولید محصولات کشاورزی ندارند. نتایج پژوهش Zak و همکاران (16) بر روی حوزه ای در جمهوری چک، نشان داد موقعی که سیل نزدیک منابع فلزی مانند تاسیسات ذوب و فرآوری سنگ معدن قرار گرفته باشد   خطر آلودگی با فلزات بالا خواهد بود.

      در مجموع می توان گفت رخداد سیل در مناطق غرب استان آذربایجان شرقی منجر شـــد که سطــح وسیعی از زمین های کشاورزی این مناطق زیر آب برود. سیلاب باعث تغییرات اساسی در ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاک نگردید که منجر به آسیب هایی برای انسان یا زیست بوم گردد. غلظت فلزات در لایه های سطحی  خاک پایین به دست آمد و این غلظت ها، کم تر از دامنه مجاز برای زمین های کشاورزی بود.  یافته های پژوهش حاضر و مطابقت آن با سایر پژوهش ها گویای این واقعیت است که وقوع سیلاب در زمین های کشاورزی پاک که پیشینه فعالیت صنعتی یا آلودگی خاصی نداشته اند باعث  تحرک زیاد آلاینده ها نمی شود، ویژگی های خاک را به هم نمی زند و تولیدهای کشاورزی در این مناطق را با تنگنا روبرو نمی کند. این وضعیت در مناطق آلوده که دست خوش سیل قرار می گیرند، می تواند به گونه­ای دیگر باشد.   

منابع

  1. Marchi, L., Borga, M., Preciso, E., & Gaume, E. (2010). Characterisation of selected extreme flash floods in Europe and implications for flood risk management. Journal of Hydrology, 394, 118–133.   
  2. 2-Weber, J., Drozd, J., & Licznar, M. (1998). Characteristic of soils subjected to flood in July 1997 at the region of Lubsza    community—situation after 5 months. International Agrophysics, 12, 249-257.
  3. Eulenstein, F., Műller, L., & Helming, K. (1998). Odra 1997 flood effects on soil properties of cultivated areas in Germany. International Agrophysics, 12, 241–247. 
  4. Sun, L., Chen, S., Chao, L., & Sun, T. (2007). Effects of flooding on changes in Eh, pH and speciation of      contaminated soils. Bull Environ Toxicol, 79, 514–518.
  5. Ploco, S. S. (1995). Using modular planning and modular modeling towards sound water quality management of the river Meuse. Eur. Water Poll. Con. 5: 41- 50.
  6. Leenars, h., Schouten C.J., Rang, M. C., (1988). Variability of the metal content of flood deposits.  Environ. Geo. Wat. Sci., 11:95-108.
  7. Pinary, G., (1999). Control of C, N, P distribution in soils of riparian forests. Landscape ecology, 6, 121-132.
  8. Veerkamp, W., (1994). Human exposure to soil pollutants, Shell International Petroleum Maatschappij, The Hague: Shell.         
  9. مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی استان اذربایجان شرقی، (1382). گزارش ایستگاه تحقیقاتی تسوج.
  10. Klute, A., Nielson, D.R., and Jackson R.D. (1965). Methods of soil analysis, Part 2. 2ed, Agronomy Monog. 9, SA, Madison, WI.
  1. Page, A.L., Miller, R. H., Keeny, D.R. Baker, D.E., and Roads J.D. (1965). Methods of soil analysis, Part 1. 2ed, Agronomy Monog. 9, ASA, Madison, WI.
  1. Terelak, H., Stuczynski, T., Motowicka-Terelak, T., Maliszewska-Kordybach B., Pietruch Cz. (2008). Monitoring of the chemical properties of arable soils in Poland in years 2005–2007. Biblioteka Monitoringu Srodowiska, Warszawa, pp. 135.
  2. Canadian Council of Ministers of the Environment. (1991). Interim Canadian Environmental Quality Criteria for Contaminated Sites. Kabata-Pendias, A. (2011). Trace elements in soils and plants. Boca Raton: CRC Press.                                                    
  3. Vácha, R., Polaček, O., & Horváthová, V. (2003). State of contamination of agricultural soils after floods in    August 2002.  Plant, Soil and Environment, 449(7), 307–313.
  4. Žak, K., Rohovec, J., & Navratil, T. (2009). Fluxes of heavy metals from highly polluted watershed during flood events: a case study of the Litavka river, Czech Republic. Water, Air, and Soil Pollution, 203, 343–358

 

 



1- عضو هیئت علمی مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی آذربایجان شرقی

  1. Marchi, L., Borga, M., Preciso, E., & Gaume, E. (2010). Characterisation of selected extreme flash floods in Europe and implications for flood risk management. Journal of Hydrology, 394, 118–133.   
  2. 2-Weber, J., Drozd, J., & Licznar, M. (1998). Characteristic of soils subjected to flood in July 1997 at the region of Lubsza    community—situation after 5 months. International Agrophysics, 12, 249-257.
  3. Eulenstein, F., Műller, L., & Helming, K. (1998). Odra 1997 flood effects on soil properties of cultivated areas in Germany. International Agrophysics, 12, 241–247. 
  4. Sun, L., Chen, S., Chao, L., & Sun, T. (2007). Effects of flooding on changes in Eh, pH and speciation of      contaminated soils. Bull Environ Toxicol, 79, 514–518.
  5. Ploco, S. S. (1995). Using modular planning and modular modeling towards sound water quality management of the river Meuse. Eur. Water Poll. Con. 5: 41- 50.
  6. Leenars, h., Schouten C.J., Rang, M. C., (1988). Variability of the metal content of flood deposits.  Environ. Geo. Wat. Sci., 11:95-108.
  7. Pinary, G., (1999). Control of C, N, P distribution in soils of riparian forests. Landscape ecology, 6, 121-132.
  8. Veerkamp, W., (1994). Human exposure to soil pollutants, Shell International Petroleum Maatschappij, The Hague: Shell.         
  9. مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی استان اذربایجان شرقی، (1382). گزارش ایستگاه تحقیقاتی تسوج.
  10. Klute, A., Nielson, D.R., and Jackson R.D. (1965). Methods of soil analysis, Part 2. 2ed, Agronomy Monog. 9, SA, Madison, WI.
  1. Page, A.L., Miller, R. H., Keeny, D.R. Baker, D.E., and Roads J.D. (1965). Methods of soil analysis, Part 1. 2ed, Agronomy Monog. 9, ASA, Madison, WI.
  1. Terelak, H., Stuczynski, T., Motowicka-Terelak, T., Maliszewska-Kordybach B., Pietruch Cz. (2008). Monitoring of the chemical properties of arable soils in Poland in years 2005–2007. Biblioteka Monitoringu Srodowiska, Warszawa, pp. 135.
  2. Canadian Council of Ministers of the Environment. (1991). Interim Canadian Environmental Quality Criteria for Contaminated Sites. Kabata-Pendias, A. (2011). Trace elements in soils and plants. Boca Raton: CRC Press.                                                    
  3. Vácha, R., Polaček, O., & Horváthová, V. (2003). State of contamination of agricultural soils after floods in    August 2002.  Plant, Soil and Environment, 449(7), 307–313.
  4. Žak, K., Rohovec, J., & Navratil, T. (2009). Fluxes of heavy metals from highly polluted watershed during flood events: a case study of the Litavka river, Czech Republic. Water, Air, and Soil Pollution, 203, 343–358