واژه هاي كليدي : آلودگي خاک،فلزات سنگين، زمين آمار، Gisفهرست مطالبفصل اول: کلیات11-1- مقدمه11-1-1- اهداف تحقيق:21-1-2- فرضيات تحقيق:21-1-3- سؤالات تحقيق:31-2- آلودگی زیست محیط31-3- آلودگی محیط زیست شهری41-4- اهمیت خاک41-5- شیمی عمومی خاک51-6- فازهای مختلف خاک61-6-1- فاز جامد خاک61-6-2- فاز محلول خاک71-7- آلودگی خاک71-7-1- تخریب شیمیایی خاک81-7-2- طبقه بندی عناصر در خاک81-8- فلزات سنگين101-8-1- سرب111-8-2- کروم121-8-3- مس131-8-4- روی141-8-5- نیکل151-8-6- منگنز161-9- منشاء تجمعوآلودگيزيستيفلزاتسنگين171-9-1- آلودگي ناشي از منابع طبيعي171-9-2- آلودگي ناشي از منابع انسانی171-9-3- آلودگي ناشي از فعاليتهاي شهري201-9-4- آلودگي ناشي از فعاليتهاي كشاورزي211-9-5- آلودگی ناشی از دفع پسماند211-10- فاكتورهاي تأثيرپذير ناشي از آلايندگی عناصر سنگین221-10-1- شدت تاثیر پذیری فاكتورهاي زيست محيطي231-11- ارزيابي اثرات زيست محيطي فلزات سنگین بر خاک231-12- مقادير استاندارد پيشنهادی عناصر سنگین از سوي سازمانها و محققان مختلف:241-12-1- حدمجازسربباتوجهبهمرجعاستاندارد241-12-2- حدمجازکرومباتوجهبهمرجعاستاندارد241-12-3-حدمجازمسباتوجهبهمرجعاستاندارد251-12-4- حدمجازرویباتوجهبهمرجعاستاندارد251-12-5- حدمجازنيکلباتوجهبهمرجعاستاندارد251-12-6- حدمجازمنگنزباتوجهبهمرجعاستاندارد251-13- پیشینه تحقیق در ایران و جهان251-13-1- مطالعات صورت گرفته در ایران251-13-2- مطالعات صورت گرفته در جهان27فصل دوم: موادوروشها322-1- مقدمه322-2- روشگردآورياطلاعات322-3- بازديدميدانيودلايلانتخابايستگاههاينمونهبرداری322-4 منطقهموردمطالعه332-5- مدت انجام پروژه342-6- نمونه برداري352-6-1- تجهیزات نمونه برداری352-6-2 شکل قطعه نمونه372-6-3- سطح گمانه نمونه372-7- انجام عملیات نمونه برداری پروژه382-7-1 نمونه برداری به کمک استوانه پلی اتیلن392-7-2 نمونه برداری توسط دست و ابزارهایی بجز استوانه پلی اتیلن402-7-3 -آماده سازی نمونه ها برای آزمایشگاه422-8- ارزيابيخاكمنطقهموردمطالعه452-8-1- تعيينشاخصتجمعزمينيمولر(Igeo)452-8-2- فاکتور آلودگی462-8-3- شاخصجامعفاكتورآلودگی472-9- پردازشدادههاوتجزيهوتحليلآماري48فصل سوم: نتايج و بحث493-1- مقدمه:493-3- مقایسه غلظت عناصر در عمق های مختلف543-3-1- مقایسه غلظت عناصر در عمق 20-0543-3-2- مقایسه غلظت عناصر در عمق 40-20553-3-3-مقایسه غلظت عناصر در عمق 60-40553-4- مقایسه میانگین غلظت عناصر بر حسب فصول مختلف سال573-4-1- مقایسه غلظت میانگین عناصر (در فصول مختلف) در ایستگاههای مختلف اندازه گیری613-5- تجزیه و تحلیل پارامترهای مورد بررسی در نمونه خاک منطقه بر اساس ضریب همبستگی613-5-1- تفسیر ضریب همبستگی بین پارامترهای موجود در عمق 20-0613-5-2- تفسیر ضریب همبستگی بین پارامترهای موجود در عمق 40-20633-5-3- تفسیر ضریب همبستگی بین پارامترهای موجود در عمق 60-40633-6- آناليزخوشهایشاخصتشابهميانگينسالانهپارامترهايبررسيشدهنمونه خاکدرايستگاههای مطالعاتی شهر سبزوار653-6-1- تفسیر آنالیز خوشه ای ایستگاه ها در عمق 20-0653-6-2- آنالیز خوشه ای تفسیر شده ایستگاه ها در عمق40-20663-6-3- آنالیز خوشه ای تفسیر شده ایستگاه ها در عمق60-40663-6-4- آنالیز خوشه ای میانگین غلظت عناصر در ایستگاه ها در عمق20 -0683-6-5- آنالیز خوشه ای میانگین غلظت عناصر در ایستگاه ها در عمق 40-20683-6-6- آنالیز خوشه ای میانگین غلظت عناصر در ایستگاه ها در عمق 60-40693-7- توصيفسطوحخطرفلزاتسنگينبراساسفاكتورآلودگی (Cf) ودرجهآلودگی (Cd) در ایستگاه های مورد مطالعه در شهر سبزوار703-8- توصيفسطوحخطرفلزاتسنگينبراساسشاخصتجمعزمينيمولر(Igeo)703-9- توصيفسطوحخطرفلزاتسنگينبراساسشاخصجامع فاکتور آلودگی74فصل چهارم: نتيجه گیری و پیشنهادات754-1- نتیجه گیری نهایی754-2- پیشنهادات77منابع78فهرست اشکالشکل (2-1) موقعیت مکانی ایستگاه ها33شکل(2-2) وسیله نمونه برداری لوله پلی اتیلن36شکل(2-3) فرو بردن وسیله نمونه برداری پلی اتیلن در خاک36شکل(2-4) سطح مقطع گمانه نمونه برداری38(شکل2-5) محل نقاط نمونه برداری39شکل(2-6) خارج کردن نمونه‌ی بدست آمده از استوانه نمونه گیری40شکل(2-7) مغزه گلی حاصل از نمونه گیری41شکل(2-8) نمونه برداری توسط دست41شکل(2-9) توری راک-شیلد42شکل(2-10) ظروف نمونه گیری43شکل (3-1) غلظت عنصر کروم در بهار57شکل (3-2) غلظت عنصر کروم درتابستان58شکل (3-3) غلظت عنصر کروم در پاییز59شکل (3-4) غلظت عنصر کروم در زمستان60 فهرست نمودارهانمودار (3-1) مقایسه غلظت عناصر در عمق 20-0 در ایستگاههای مختلف54نمودار (3-2) مقایسه غلظت عناصر در عمق 40-20 در ایستگاههای مختلف55نمودار (3-3) مقایسه غلظت عناصر در عمق 60-40 در ایستگاههای مختلف56نمودار (3-4) آناليزخوشهايشاخصتشابهميانگينسالانهایستگاه هایبررسيشدهدرمنطقه مطالعاتی شهرستان سبزوار در عمق 20-066نمودار (3-5 ) آناليزخوشهايشاخصتشابهميانگينسالانهایستگاه هایبررسيشدهدرمنطقه مطالعاتی شهرستان سبزوار در عمق 40-2067نمودار (3-6 ) آناليزخوشهايشاخصتشابهميانگينسالانهایستگاه هایبررسيشدهدرمنطقه مطالعاتی شهرستان سبزوار در عمق 60-4067نمودار(3-7) آناليزخوشهايشاخصتشابهميانگينسالانهپارامترهايبررسيشدهنمونه خاکدرايستگاههای مطالعاتی شهر سبزوار در عمق 20-068نمودار(3-8) آناليزخوشهايشاخصتشابهميانگينسالانهپارامترهايبررسيشدهنمونه خاکدرايستگاههای مطالعاتی شهر سبزوار در عمق 40-2069نمودار(3-9) آناليزخوشهايشاخصتشابهميانگينسالانهپارامترهايبررسيشدهنمونه خاکدرايستگاههای مطالعاتی شهرستان سبزوار در عمق 60-4070 فهرست جداولجدول1-1- فلزات در محیطهای شهری و اطراف آنها (کرباسی و بیاتی، 1386)5جدول 1-2- مقداركرومدرسنگهایمختلف)گرمبرتن(Robles-camacho and Armienta , 2000))13جدول (1-3) شدت تأثيرپذيري فاكتورهاي زيست محيطی23جدول (1-4) استانداردتوصيهشدهدرهلند، Gerrard (2000) درعباسنژاد (1384))24جدول (2-1) موقعیت جغرافياييمنطقهموردمطالعه34جدول(2-2) طبقهبنديكيفيترسوباتبراساسشاخصتجمعژئوشيمياييمولر46جدول(2-3)طبقهبنديمقاديرفاكتورآلودگی (Bhuiyana et al, 2010)47جدول(2-4)مقاديراستانداردشدهشاخصجامعفاكتورآلودگی48جدول(3-1) پارامترهای آنالیز شده در عمق 20-050جدول(3-2) پارامترهای آنالیز شده در عمق 40-2051جدول(3-3) پارامترهای آنالیز شده در عمق 60-4052جدول (3-4) وضعیت ماسه، سیلت و رس در اعماق مختلف خاک53جدول(3-4) رابطه همبستگی پیرسون در عمق 20-062جدول(3-5) رابطه همبستگی پیرسون در عمق 40-2064جدول(3-6) رابطه همبستگی پیرسون در عمق 60-4064جدول(3-7) فاکتور آلودگی در ایستگاه های مورد مطالعه71جدول(3-8) شاخص تجمع زمینی مولر در ایستگاه های مورد مطالعه بر اساس حد زمینه در ایران(sayadi,m.h., 2011)71جدول(3-9) شاخص تجمع زمینی مولر در ایستگاه های مورد مطالعه بر اساس حد زمینه در شهر سبزوار(نمونه شاهد)73جدول (3-10) شاخص جامع فاکتور آلودگی برای عناصر مورد بررسی در خاک شهر سبزوار74 فصل اول: کلیات 1-1- مقدمه یکی از انواع آلودگی های محیط زیست، آلودگی خاک است. خاک به عنوان پالاینده طبیعت محسوب شده و به دلیل برخورداری از خواص فیزیکی، شیمیایی و زیستی علاوه بر اینکه تامین کننده مواد غذایی می باشد، خاصیت تصفیه کنندگی نیز دارد. در نتیجه تجمع هرگونه ماده ای که سبب کاهش قابلیت استفاده از خاک گردد، آلودگی خاک گویند. بر اثر فعالیت های مختلف انسانی مانند فعالیتهای معدنی، حمل و نقل، احتراق، مواد رنگی و... خاک دچار آلودگی می گردد.خاک یکی از منابع ارزشمند طبیعت است که 95درصد از غذای انسان را تامین می کند. برنامه ریزی برای داشتن خاکی سالم و تولید کننده لازمه بقای انسان است. ورود مواد، ارگانیسم های زیستی یا انرژی به درون خاک سبب تغییر کیفیت خاک می شود همچنین خاک را از حالت طبیعی خود خارج کرده و میزان رشد و نمو گیاهان را کاهش می دهد)آلووی،1999 .(آلودگی خاک در ایران در حد کشورهای پیشرفته نیست اما پیشرفت قابل توجه تکنولوژی و استفاده روزافزون انسان از مواد و ابزار جدید صنعتی مخصوصا در فعالیت های معدنی و غیره، باعث ایجاد عوامل بالقوه ای در راستای آلودگی خاک ایران شده است. در دهه گذشته ورود آلاینده ها از جمله فلزات سنگین که در یک مقیاس وسیع، از منابع طبیعی و انسان-ساخت وارد محیط زیست می شود به مقدار زیادی افزایش یافته است. این عناصر می توانند با تجمع زیستی مخصوصا در خاک عوارض غير قابل جبراني را ايجاد نمايد.يكي از عمده‌تر‌ين منابع توليد كننده اين عوامل سنگ‌هاي معادن و غبارهاي آتشفشاني مي‌باشند ولي در كنار اين ها انسان خود به اشكال مختلف مانند صنايع رنگرزي، آبكاري فلزات و باطري سازي در انتشار فلزات سنگين نقش دارد (زر افشان، 1371). شایان ذکر است که بررسي ميزان اين عناصر سنگین در مناطقی که انسان ها بیشتر با آن مربوط اند مانند محیط کار، محل سکونت، پارکها، زمین های کشاورزی و... از نظر مقايسه‌اي مي‌تواند باعث دریافت اطلاعات جامع تر و راه كار مناسبي در نحوه استفاده از این محیط ها و منابع موجود و بهینه کردن و ارتقاء سطح سلامتی انسان و بهبود محیط زیست پیرامون گردد.شهرستان سبزوار به علت قرار داشتن در مسیر تهران-مشهد و مسیر جاده ابریشم محلی پر تردد و نیز به لحاظ جمعیتی و گسترش شهری دارای جایگاه ویژه ای در استان خراسان رضوی و نیز از نظر پیشرفت تکنولوژی و صنعت روند رو به رشدی را دارا می باشد که این عوامل باعث گردیده این منطقه از دیدگاه زیست محیطی مخصوصا از نظر آلودگی زیستی مورد اهمیت و بررسی قرار گیرد، لذا با توجه به اهمیت موضوع، مطالعه تجمع فلزات سنگین در خاک منطقه به منظور پایش بررسی میزان آلودگی، جهت ارائه راهکارهای مختلف با هدف کاهش این آلودگی ها و احیای کارکردهای از دست رفته این منطقه ضروری به نظر می رسد. از این رو در این تحقیق سعی بر آن شد تا با بررسی میزان آلودگی فلزات سنگین در شهرستان سبزوار، راهکارهای بهینه در جهت حفاظت از آن و نحوه کنترل ورود آلاینده های مختلف، بویژه فلزات سنگین به آن ارائه گردد. 1-1-1- اهداف تحقيق: ü بررسی و تعیین میزان غلظت عناصر سنگین سرب، روی، مس، منگنز، کروم و نیکل در اعماق مختلف خاک های سطحی در فصول مختلف سالü مقايسه تجمع غلظت عناصر سنگين مورد مطالعه در ایستگاه های مختلف با استفاده از شاخص های مختلفü مقايسه ميزان غلظت عناصر سنگين مورد مطالعه در منطقه مورد مطالعه با استانداردهای جهانیü بررسی رابطه بین پارامترهای مورد مطالعه و میزان غلظت عناصر سنگینü شناخت منایع آلاینده منطقه مورد مطالعه 1-1-2- فرضيات تحقيق: ü میزان متفاوتی از غلظت عناصر سنگین در اعماق مختلف خاک های سطحی در فصول مختلف سال وجود دارد.ü شاخص های تجمع عناصر سنگين در ایستگاه های مختلف، نشان دهنده تجمع متفاوت عناصر در ایستگاه های مختلف می باشد.ü ميزان غلظت عناصر سنگين در منطقه مورد مطالعه از استانداردهای جهانی بالاتر است.ü پارامترهای مورد مطالعه بر میزان غلظت عناصر سنگین تاثیر دارند. ü ميزان عناصر سنگين نيکل، کروم، منگنز، روی، مس و سرب در منطقه مورد مطالعه چقدر مي‌باشد؟ü آيا ميزان عناصر سنگين نيکل، کروم، منگنز، روی، مس و سرب در مناطق منطقه مورد مطالعه با هم تفاوت دارد ؟ü آيا ميزان غلظت عناصر سنگين نيکل، کروم، منگنز، روی، مس و سرب در فصول مختلف با هم تفاوت دارد ؟ü آيا ميزان عناصر سنگين نيکل، کروم، منگنز، روی، مس و سرب در عمق های مختلف با هم تفاوت دارد ؟ü آيا ميزان عناصر سنگين نيکل، کروم، منگنز، روی، مس و سرب بين منطقه مورد مطالعه با منطقه بکر (حد استاندارد) تفاوت دارد ؟ü در صورت اختلاف مقدار عناصر سنگین نيکل، کروم، منگنز، روی، مس و سرب با حد استاندارد چه راهکارهای باید انجام داد تا از لحاظ زیست محیطی و سلامتی انسان به سمت حد مطلوب پیش برود ؟ 1-2- آلودگی زیست محیطآلودگی اصطلاحی است که معنای آن برای افراد گوناگون تفاوت می کند یک تعریف بخردانه می تواند این گونه بیان شود که آلودگی عبارت است از " مقدار بیش از حد مجاز چیزی در مکانی نا مناسب". این مطلب می تواند بطور کامل در بر گیرنده مواد طبیعی هم باشد.تعریف سازمان بهداشت جهانی(WHO) از آلودگی این چنین است:وجود موادی در بسترهای محیط زیست (آب، هوا، خاک) اعم از ذرات، مواد شیمیایی و بیولوژیکی به میزان شدت، حالت و مدتی که اثر نامطلوب بر سلامت انسان، حیوان و گیاه می گذارد و یا مانع استفاده بهینه از آن محیط گردد، آلودگی خوانده می شود.از منابع آلودگی می توان به فرآوری و کاربرد فلزات اشاره نمود. فلزات گروه 10-14 جدول مندلیف در مقایسه با فراوانی آنها مصرف زیادی داشته و درجه های متغیری از مسمومیت زایی دارند. این عناصر ممکن است در حین معدنکاری و دیگر عملیات فرآوری به شکل انحلال پذیر و یا غبار در اتمسفر و یا بصورت ته نشست در خاک رها شوند. مثلا هنگام استخراج روی، آلودگی بسیار مسمومیت زای کادمیوم ممکن است رخ دهد زیرا اغلب با هم یافت می شوند. 1-3- آلودگی محیط زیست شهری آلودگی محیط های شهری از اهمیت ویژه ای برخوردار است زیرا بیشتر جمعیت جهان در این محیط ها زندگی می کنند. آلودگی شهری از منابع زیادی ناشی شده و وسایل نقلیه موتوری در حال حاضر مهمترین منبع هستند. در بسیاری از مناطق شهری، شستشوی محوطه کارخانه ها منجر به آلودگی می گردند، حتی در شهرهای مدرن در بسیاری از کشورها اگرچه صنایع از مناطق شهری خارج شده اند فعالیت های صنعتی گذشته، سرزمین های آلوده ی وسیعی را باقی گذارده است. بعلاوه در بسیاری از مناطق شهری سوخت های فسیلی همچنان برای گرم کردن خانه ها استفاده می شود. آلودگی در محیط های شهری می تواند از استفاده کود در پارک ها و فضاهای سبز شهری، باغ ها، استفاده از افت کش ها، آتش سوزی باغ ها، آتش بازی ها ناشی شده که در آلودگی خاکها و اتمسفر می افزایند. یک منیع دیگر آلودگی شهری دفع پسماندها و زباله ها در باغ ها و مناطق باز و سوزاندن کنترل نشده است. بسیاری از آلاینده ها از منابع شهری حاصل شده و عناصر بسیاری نیز در خاک شهرها و مناطق اطراف آنها تجمع می یابند(جدول1-1 )(کرباسی و بیاتی، 1386). 1-4- اهمیت خاک خاک ها در تداوم حیات و در تکامل و حتی در پیدایش حیات نیز تاثیر عمده به جای گذاشته اند، و نیز فعالیت های دیگری نیز که شاید در پیدایش و تکامل حیات اهمیت شایانی داشته است، انجام داده اند که از جمله آنها می توان به نکات زیر اشاره نمود:* حفاظت ملکول های آب از تجزیه شدن توسط پرتو فرابنفش* در اختیار قرار دادن فسفات ها و یون های فلزی حدواسط* پایین نگهداشتن پتانسیل اسمزی آب*تامین قابلیت جذب نسبتا زیاد کاتیون های اصلی در نسبتی مشابه با ترکیبات گیاهان و جانوران* تامین محلول غنی در کاتیون ها