مطالعه آلودگی فلزات سنگین و ترکیبات نفتی در زمین‌های کشاورزی جنوب شهر تهران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه آلودگی های محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

2 گروه فناوری های محیط زیست، پژوهشکده علوم محیطی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

3 گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه هرمزگان، هرمزگان، ایران

چکیده

سابقه و هدف: به ­دلیل توسعه و رشد جمعیت انسان، نیاز انسان به منابع ضروری افزایش یافته است.  فعالیت‌های مربوط به صنایع و همچنین فعالیت‌های کشاورزی به­ طور گسترده‌ای زمین‌های کشاورزی را آلوده کرده است. ترکیبات نفتی و فلزات سنگین هر دو از آلاینده‌های رایج موجود در خاک‌هایی هستند که با فاضلاب تصفیه نشده آبیاری شده‌اند و سلامت محیط زیست را با خطر مواجه می‌کنند. آلودگی خاک زمین‌های کشاورزی می‌تواند سبب کاهش امکان زراعت، و در نهایت کاهش تولید غذا برای انسان شود. زمین‌های کشاورزی در جنوب شهر تهران تقریبا به مدت 30 سال است که به وسیله فاضلاب تصفیه نشده برای تولید سبزیجات، غلات و حبوبات آبیاری می‌شوند.
مواد و روش‌ها: در این مطالعه غلظت فلزات سنگین و ترکیبات نفتی در 83 نقطه نمونه ­برداری در دو عمق (صفر تا 30 سانتی‌متری و 30 تا 60 سانتی‌متری) اندازه گیری شد. منطقه مورد مطالعه به دو ناحیه، ناحیه شماره 1 و ناحیه شماره 2، تقسیم شد که 44 نقطه نمونه­ برداری در ناحیه شماره 2 و 39 نقطه نمونه ­برداری در ناحیه شماره یک قرار گرفت. هیدروکربن‌های نفتی و فلزات سنگین (آرسنیک، کادمیم، کبالت، کروم، مس، نیکل، سرب، وانادیم و روی) در لایه سطحی و عمقی اندازه­ گیری شدند. ترکیبات نفتی با روش استاندارد MOOPAM و فلزات سنگین نیز به روش ICP-AES مورد آنالیز قرار گرفتند. برای تهیه نقشه‌های پراکنش آلاینده‌ها از نرم افزار ArcGIS و برای آزمون‌های آماری از نرم افزار R استفاده شد.
نتایج و بحث: نتایج نشان داد که خاک زمین­ های کشاورزی در منطقه به شدت آلوده شده به ­طوری­که غلظت کروم، سرب، کبالت و نیکل در خاک از میزان استاندارد تعیین شده تجاوز کرده است. محدوده تغییرات فلزات سنگین از 22/0 میلی‌گرم بر کیلوگرم برای کادمیم و 620 میلی‌گرم بر کیلوگرم برای سرب متغیر بود. غلظت ترکیبات نفتی در زمین‌های آبیاری شده با فاضلاب خام، در سطح و عمق، بیشتر از غلظت آن در زمین‌های آبیاری شده با آب چاه بود. غلظت قابل توجهی از فلزات آرسنیک، کروم، مس، سرب و روی در زمین‌های آبیاری شده با آب چاه مشاهده شد. غلظت کروم و سرب به ترتیب تقریبا 89 برابر و 8 برابر بیشتر از حد استاندارد تعیین شده برای زمین‌های کشاورزی ایران بود. نقشه‌های پراکندگی ترکیبات نفتی نشان داد که قسمت جنوبی منطقه به شدت آلودگی بیشتری دارد. همچنین نقشه‌های پراکندگی فلزات سنگین مشخص کرد که کل منطقه آلودگی زیادی دارد. داده‌های مربوط به مواد آلی خاک نیز نشان دهنده غلظت بالاتر مواد آلی در سطح خاک، در مقایسه با لایه عمقی، است.
نتیجه‌گیری: در کل غلظت ترکیبات نفتی و فلزات سنگین نشان داد که قسمت‌های جنوبی منطقه مورد مطالعه بیشتر تحت تاثیر آبیاری با فاضلاب تصفیه نشده، کودهای شیمیایی مورد استفاده در کشاورزی و آبیاری با آب چاه بوده است. این مطالعه نشان داد که منابع مختلف انسانی، به­ خصوص آبیاری با فاضلاب تصفیه نشده و به­ کار­گیری کودهای شیمیایی، سبب آلودگی در زمین‌های کشاورزی منطقه شده است. بنابراین به ­کار­گیری برنامه مدیریتی صحیح برای کنترل و کاهش این آلاینده‌های خطرناک در زمین‌های کشاورزی ضروری است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Investigation of heavy metals and petroleum hydrocarbons pollution source in agricultural lands in the south of Tehran

نویسندگان [English]

  • Maliheh Jamali 1
  • Javad Bayat 2
  • Seyed Mohammad Reza Talakesh 3
  • Seyed Hossein Hashemi 2
1 Department of Environmental Pollutants, Faculty of Natural Resources, Islamic Azad University, Tehran, Iran
2 Department of Environmental Technologies, Environmental Sciences Research Institute, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
3 Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Hormozgan, Hormozgan, Iran
چکیده [English]

Introduction: As a result of human development and population growth, there is a corresponding need for essential resources for humans. Industrial and agricultural activities have greatly polluted most agricultural lands. Petroleum compounds and heavy metals, both are common pollutants of soils that have been irrigated by untreated wastewater, which pose a potential threat to the environment. Soil pollution of the agricultural lands will lead to a decline in cultivation and finally decrease food production. Agricultural lands in the southern part of Tehran are being irrigated with untreated wastewater for more than 30 years to produce a variety of vegetables, legumes, and cereals.
Material and methods: In this study, the concentration of heavy metals and petroleum compounds were determined in 83 sampling points at two depths (0 to 30 and 30 to 60 cm). The study area was divided into two separate zones, in which 44 points were located in zone 2 and 39 points were located in zone 1. Petroleum hydrocarbons and heavy metals, As, Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, V, and Zn, were measured at the top and subsoil by MOOPAM and ICP-AES methods, respectively. ArcGIS and R software were applied to create distribution maps of the pollutants and some statistical analyses.
Results and discussion: The results showed that the soil of agricultural land in the area is highly polluted, as the concentration of Cr, Pb, Co, and Ni has exceeded the standard level e.g. 0.22 mg/kg for Cd and 620 mg/kg for Pb. The concentration of petroleum compounds in wastewater irrigated lands in both top and subsoil was higher than that of groundwater irrigated lands. High levels of As, Cr, Cu, Pb, and Zn were observed in groundwater irrigated lands compared with wastewater irrigated lands. Cr and Pb were almost 89 and 8 times higher than the standard limit of agricultural lands in Iran, respectively. The spatial distribution map of petroleum compounds showed that only the southeast of the area falls into the heavily contaminated class. The distribution map of heavy metals also revealed that most parts of the studied area fall into the heavily contaminated class. Soil organic matter has more concentration in the topsoil.
Conclusion: Overall, the south of the studied area has been more affected by wastewater irrigation, agrochemicals and groundwater pollution in terms of heavy metals and petroleum compounds. Our study revealed various anthropogenic pollution sources, which are mostly from wastewater irrigation and the application of agrochemicals. Therefore, a management plan should be applied to the agricultural lands of this region to control and reduce the level of contamination.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Agricultural lands
  • Pollution
  • Heavy metals
  • Petroleum hydrocarbons
  • Wastewater irrigation

مراجع

Anonymous, 2008. Investigation of Petroleum Hydrocarbons and Heavy Metals Accumulation in Agricultural Soil and Crops in south of Tehran city. Final Report, Alzahra University, Tehran, Iran.
Bayat, J., Hashemi, S.H., Khoshbakht, K., Deihimfard, R., Shahbazi, A. and Momeni-Vesalian, R., 2015. Monitoring of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons on Agricultural Lands Surrounding Tehran Oil Refinery. Environmental Monitoring and Assessment. 187, 1-15.
Bayat, J., Hashemi, S.H., Khoshbakht, K. and Deihimfard, R., 2016. Fingerprinting Aliphatic Hydrocarbon Pollutants Over Agricultural Lands Surrounding Tehran Oil Refinery. Environmental Monitoring and Assessment. 188, 600-612.
Bigdeli, M. and Seilsepour, M., 2008. Investigation Of Metals Accumulation in Some Vegetables Irrigated with Wastewater in Shahre Rey-Iran and Toxicological Implications. American-Eurasian Journal of Agriculture and Environvironmental Sciences. 4, 86-92.
Chandra, S., Sharma, R. and Singh, K., 2013. Application of Bioremediation Technology in the Environment Contaminated with Petroleum Hydrocarbon. Ann Microbiol. 63, 417–431.
Chen, Y., Wang C. and Wang, Z., 2005. Residues and Source Identification of Persistent Organic Pollutants in Farmland Soils Irrigated by Effluents from Biological Treatment Plants. Environment International. 31, 778 –783.
Gonul, L.T. and Kucuksezgin, F., 2012. Aliphatic and Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in the Surface Sediments from the Eastern Aegean: Assessment and Source Recognition of Petroleum Hydrocarbons. Environmental Science and Pollution Research. 19, 31-41.
Hani, A., Pazira, E., Manshouri, M., Babaie Kafaky M. and Ghahroudi Tali, M., 2010. Spatial Distribution and Mapping of Risk Elements Pollution in Agricultural Soils of Southern Tehran, Iran. Plant Soil Environ. 56, 288–296.
Hao, R., Hong-Fu, W., Yan-Tun, S., Hong, J. and Shao-Lin P., 2007. Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Agricultural Soils of the Southern Subtropics, China. Pedosphere. 17, 673-680.
Huang, S.S., Liao, Q.L., Hua, M., Wu, X.M., Bi, K.S., Yan, C.Y., Chen, B. and Zhang, X.Y., 2007. Survey of Heavy Metal Pollution and Assessment of Agricultural Soil in Yangzhong District, Jiangsu Province, China. Chemosphere. 67, 2148-2155.
Hung, C.C., Gong, G.C., Ko, F.C., Lee, H.J., Chen, H.Y., Wu, J.M., Hsu, M.L., Peng, S.C., Nan, F.H. and Santschi, P.H., 2011. Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Surface Sediments of the East China Sea and Their Relationship with Carbonaceous Materials. Mar Pollut Bull. 63, 5-12.
Jusufi, K., Stafilov, T., Vasjari, M., Korça, B., Halili, J. and Berisha, A., 2016. Determination of Heavy Metals by Icp-Aes in the Agricultural Soils Surrounding Kosovo’s Power Plants. Fresenius Environmental Bulletin. 25, 1312-1320.
Klemt, W.H., Kay, M.L., Wiklund, J.A., Wolfe, B.B. and Hall, R.I., 2020. Assessment of Vanadium and Nickel Enrichment in Lower Athabasca River Floodplain Lake Sediment within the Athabasca Oil Sands Region (Canada). Environmental Pollution. 265, 114-920.
Ma, L., Chu, S., Cheng, H., Wang, X., Liu, X. and Xu, X., 2005. Polycyclic Aromatic Hydrocarbons Contamination in Subsoil from Outskirts of Beijing, People's Republic of China.  Geoderma. 129, 200-210.
Magi, E., Bianco, R., Ianni, C. and Di Carro, M., 2002. Distribution of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in the Sediments of the Adriatic Sea. Environmental Pollution. 119, 91-98.
MOOPAM, 1999. Manual of Oceanographic Observation and Pollution Analysis. Regional organization for the protection of marine environment (ROPME, Kuwait). 220P.
Nekoeinia, M., Mohajer, R., Salehi, M.H. and Moradlou, O., 2016. Multivariate Statistical Approach to Identify Metal Contamination Sources in Agricultural Soils Around Pb–Zn Mining Area, Isfahan Province, Iran. Environmental Earth Sciences. 75, 100-112.
Parizanganeh, A., Hajisoltani, P. and Zamani, A., 2010. Assessment of Heavy Metal Pollution in Surficial Soils Surrounding Zinc Industrial Complex in Zanjan-Iran. Procedia Environmental Sciences. 2, 162–166.
Qiao, M., Chunxia, W., Shengbiao, H., Donghong, W. and Zijian, W., 2006. Composition, Sources, and Potential Toxicological Significance of Pahs in the Surface Sediments of the Meiliang Bay, Taihu Lake, China. Environment International. 32, 28-38.
R Development Core Team, 2014. R: A Language and Environment for Statistical Computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria.
Ravankhah, N., Mirzaei, R. and Masoum, S., 2018. Assessment of Accumulation and Human Health Risk of Trace Elements in the Vicinity of Industrial Estates, Central Iran. Arch Hyg Sci. 7, 118-125.
Ryan, J., Estefan, G. and Rashid, A., 2007. Soil and Plant Analysis Laboratory Manual. ICARDA.
Tao, S., Cui, Y.H., Xu, F.L., Li, B.G., Cao, J. and Liu, W.X., 2004. Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (Pahs) in Agricultural Soil and Vegetables from Tianjin. Science of The Total Environment. 320, 11-24.
Telysheva, G., Jashina, L., Lebedeva, G., Dizhbite, T., Solodovnik, V., Mutere, O., Grigiškis, S., Baškys, E. and Aikaite, J., 2011. Use of Plants to Remediate Soil Polluted with Oil. 8th International Scientific and Practical Conference on Environment, Technology and Resources, 20 – 22 June, Rezekne, Latvia.
Tóth, G., Hermann, T., Da Silva, M.R. and Montanarella, L., 2016. Heavy Metals in Agricultural Soils of the European Union with Implications for Food Safety. Environment International. 88, 299-309.
Wong, S.C., Li, X.D., Zhang, G., Qi, S.H. and Min, Y.S., 2002. Heavy Metals in Agricultural Soils of the Pearl River Delta, South China. Environmental Pollution. 119, 33-44.
Wu, J., Long, J., Liu, L., Li, J., Liao, H., Zhang, M., Zhao, C. and Wu, Q., 2018. Risk Assessment and Source Identification of Toxic Metals in the Agricultural Soil around a Pb/Zn Mining and Smelting Area in Southwest China. International Journal of Environmental Researches. 15, 18-38.
Yan, J., Lei, W., Peter, P.F. and Hongtao, Y., 2004. Photomutagenicity of 16 Polycyclic Aromatic Hydrocarbons from the US EPA Priority Pollutant List.  Mutation Research/Genetic Toxicology and Environmental Mutagenesis. 557, 99-108.
Zhang, J., Dai, J., Du, X., Li, F., Wang, W. and Wang, R., 2012. Distribution and Sources of Petroleum-Hydrocarbon in Soil Profiles of the Hunpu Wastewater-Irrigated Area, China's northeast. Geoderma. 173, 215-223.
Zhang, S., Yao, H., Lu, Y., Yu, X., Wang, J., Sun, S. and Zhang, D., 2017. Uptake and Translocation of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (Pahs) and Heavy Metals by Maize from Soil Irrigated with Wastewater. Scientific Report. 7, 120-132.
فصلنامه علوم محیطی
دوره 20، شماره 3
1401
صفحه 251-264

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار