7931زمستان ، 4، شماره 6جلد ی خاک اربردتحقیقات ک

44

کارخانه اطرافخاک سنگین مس، روي و آرسنیک در فلزات تحلیل توزیع مکانی

شهر بابک آباد خاتونذوب مس

*1صدیقه محمدي

(83/84/7936 تاریخ پذیرش: 93/84/7935تاریخ دریافت: )

چکیده

و شهر بابک استان کرمان آباد خاتونوجود آمده از فعالیت کارخانه ذوب مس محیطي بهمسائل و مشکالت زیستبا توجه به

، این تحقیق با هدف تعیین نحوه توزیع و الگوی مکاني پراکنش عناصر سنگین مس، روی منطقه اثرات سوء آن روی خاک

متر 7888بندی منظم )با ابعاد صورت شبکهری از خاک بهبرداو آرسنیک در خاک محدوده این کارخانه انجام شد. نمونه

که طوریانجام شد. به ICPمتری( و آنالیزهای آزمایشگاهي با استفاده از دستگاه سانتيصفر تا پنج از عمق ) متر( 7888در

ل توزیع مکاني تحلیگرم بر کیلوگرم بود. میلي 79/48و 86/19، 79/197میانگین غلظت مس، روی و آرسنیک در منطقه

انجام شد. نتایج نشان داد که GISو GS+ افزارو در محیط نرم های زمین آماری های مورد بررسي با استفاده روشآالینده

،ترتیب برای عناصر مس، روی و آرسنیکبه 33/8و 49/8، 33/8به میزان ،(C0C/C+بودن نسبت )با توجه به باال

ترتیب به تأثیرشعاع ،همبستگي مکاني قوی در همه عناصر مورد بررسي با مدل واریوگرام کروی وجود دارد. در این رابطه

در مورد عنصر آرسنیک تأثیرمتر )باال بودن میزان شعاع 9948 ،78498، 9448برای عناصر سنگین مس، روی و آرسنیک

نقشه توزیع مکاني باشد.مي 41/8و 55/4، 34/8ترتیب مقدار آستانه نیز بهباشد( و ت باالی آن در خاک ميبه علت سیالیّ

.بوداین عناصر نیز حاکي از عدم آلودگي خاک اطراف کارخانه به عنصر روی و آلودگي شدید آن به عناصر مس و آرسنیک

باشد.ها در جهت جنوب غربي کارخانه ميکه گستردگي مکاني آنطوریبه

واریوگرام کروی تأثیر،شعاع ،سیستم اطالعات جغرافیایيزمین آمار، کلیدي: هايواژه

تحقیقاتبابک. شهر آبادخاتون مس ذوب کارخانه اطراف خاک در آرسنیک و روی مس، سنگین فلزات مکاني توزیع . تحلیل7931ص. محمدی

.36-44ص: ، 4شماره 6کاربردی خاک. جلد

)مکاتبه و فناوری پیشرفته، کرمان. ایران گروه اکولوژی، پژوهشگاه علوم و تکنولوژی پیشرفته و علوم محیطي، دانشگاه تحصیالت تکمیلي صنعتياستادیار، -7

کننده(

mmohamadisedigeh@gmail.co: پست الکترونیک*

...بررسي آلودگي خاک به عناصر سنگین مس، روی و آرسنیک در

45

مقدمه

معدني، انتقال کانسنگ، ذوب و تغلیظ، اکتشاف

های شده در فعالیتها و پساب تولیدباطلهدورریزی

کاری را به یکي از منابع مهم آلودگي معدني، معدن

,.Chen et alفلزی در محیط زیست تبدیل کرده است )

2007 ،Moor et al., 2015 .)های طبیعي غیر از روشبه

ورود فلزات سنگین به خاک، منبع عمده آالینده خاک

استخراج و ذوب فلزات، های معدني شامل فعالیت

و رسوبات اتمسفری های صنعتي، کشاورزی،فعالیت

,Nikifornova & Smirnova)باشند ضایعات تولیدی مي

. فلزات سنگین و عناصر کمیاب از جمله (1975

که در صورت تجمع در خاک و جذب بودههایي آالینده

هائي توسط گیاه به زنجیره غذائي وارد شده و مسمومیت

عنوانخاک به کنند.، حیوان و انسان ایجاد ميگیاه را در

محیط زیست در به رهاشده سنگین فلزات نهایي نشست

به خاک با را پیوندهایي فلزات این و شده گرفته نظر

هاآن سازیپاک و جداکردن که آورندمي وجود

Duzgoren)نماید مي تحمیل را بسیار زیادی هایهزینه

et al., 2006, Hakanson, 1980 .)به خاک آلودگي

عصر محیطيزیست هاینگراني از یکي سنگین فلزات

,.Zhao et al., 2014, Solgi et alرود )مي شماربه حاضر

فلزات سنگین دارای قابلیت تجمع زیستي و (.2012

عنوان خطر به که بودهمقاوم به تخریب بیوشیمیایي

& Weiباشند )ميجدی برای سالمتي انسان مطرح

Yang, 2010.) هایدودکش از که متراکمي دود

مانند حاوی عناصری شود،مي منتشر ذوب کارخانجات

سایر گوگرد و و آرسنیک کادمیوم، روی، سرب، مس،

مانند به عواملي بسته هوا از ذرات این که بوده عناصر

از پس هادودکش ارتفاع و توپوگرافي باد، جریان الگوی

نمایند. بنابراینمي خاک رسوب سطح در مسافتي طي

آب و خاک منابع آلودگي در مهمي سهم تأسیسات این

Amini et al., 2011) باشندمي و اکوسیستم دارا

Erfanmanesh & Afyuni, 2000, .)

جرمشوند که دارای سنگین به عناصری اطالق مي فلزات

گرم بر پنجتر از ، دانسیته بیشچهارتر از بیش ویژه

53/988تا 54/69اتمي جرممتر مکعب و سانتي

(. در این راستا، Nyarko et al., 2008باشند )مي

که در گروه پنجم بودهفلزی آرسنیک یک عنصر شبه

قرار 3/14و جرم اتمي 99جدول تناوبي با عدد اتمي

ي از لحاظ فراواني رتبه بیستم را در عنصر سمّ ایندارد.

& Tamakiوسته زمین دارد )بین عناصر پ

Frankenberger, 1992المللي تحقیق روی (. آژانس بین

، آرسنیک 9و آژانس حمایت از محیط زیست 7سرطان

زای انساني معرفي عنوان یک عامل سرطانبهمعدني را

تواند های زیستي مياند. این عنصر در واکنشکرده

دهنده نقش بسیار مخرب جایگزین فسفر شود که نشان

های متابولیکي و فعالیت DNAاین عنصر در تقسیم

های آلوده و وسیله آببهها از طریق آبشویي است. خاک

تواند به کاری مينهای صنعتي و معدچنین فعالیتهم

,World Health Organizationآرسنیک آلوده شود )

ضعف عمومي در عضالت، آرسنوکوزیس، کاهش (.2003

اشتها، تهوع، التهاب غشاهای مخاطي چشم، بیني و

چنین ضایعات پوستي، مشکالت باروری، حنجره و هم

های قلبي از عوارض اختالالت رواني و عصبي و بیماری

,.Rosado et al., 2007, Babai et al) ستآرسنیک ا

ترین عضو مورد هدف آرسنیک است. . مغز مهم(2007

شده یید أتسرطان پوست نیز در مواجهه با آرسنیک

جرم، سهعنصر روی با عدد اتمي (.Smith, 2009است )

متر مکعب گرم بر سانتي 1/74و دانستیه 4/65اتمي

گرم بسیار کم در خاک میلي 18طور طبیعي به میزان به

پوسته زمین وجود دارد، اما آلودگي روی عمدتاَ از طریق

های صنعتي از قبیل فعالیت ویژهبههای انساني فعالیت

.Ling Shi et alدهد )های صنعتي رخ ميمعادن و زباله

افزایش روی در خاک باعث قطع شدن .(2013

شده که نتیجه آن زیخاک ریزموجوداتهای فعالیت

شود. عدم تجزیه مواد آلي به مواد معدني در خاک مي

و 5/69اتمي جرم، 93عنصر مس، دارای عدد اتمي

باشد. تنفس متر مکعب ميگرم بر سانتي 36/4دانستیه

هوای آلوده به مس باعث ایجاد مشکالت ریوی و ابتال به

مجاز در انسان از حدّ شود. باال بودن این عنصرآسم مي

پارکینسون و های عصبي از جمله آلزایمرباعث بیماری

Butterfield & Boyd Kimball, 2004; Poonشود )مي

et al., 2004.) وجود مس به مقدار باال باعث ایجاد

ها، خوني، تغییرات در استخوانهایي از قبیل کمبیماری

افزایش کلسترول، سبز شدن رنگ موها در بدن و نیز

,Farias et al., 2003شود )به مرگ مي گاهي منجر

1- International Agency Research of Cancer

2- Environmental Protection Agency

7931زمستان ، 4، شماره 6جلد ی خاک اربردتحقیقات ک

46

Mukherjee et al., 2006 مس و روی دو ماده اصلي .)

ي و ثبت سمّکه توسط کمیته مواد بودهخطرناک

,ATSDR) اندشمرده شده (ATSDR7) هابیماری

(. اگرچه این دو عنصر از عناصر کمیاب و ضروری 2011

غلظت باالی مس و ا امّ ،برای گیاهان و انسان هستند

روی برای اکوسیستم و نیز سالمتي انسان بسیار

,.Michaud et al., 2008, Wu et al)خطرناک است

مداوم در معرض سطوح باالیي از . قرار گرفتن (2011

مجاز باعث ایجاد مشکالتي از مس و روی بیش از حدّ

معده و قبیل آنمي، تخریب پانکراس، کبد، کلیه و التهاب

.(ATSDR, 2004, 2005شود روده مي

سهم قابل توجهى از ذخایر شناخته شده استان کرمان

معادن فلزى و غیرفلزى را به خود اختصاص داده است

(Tahmuresi et al. 2010). آباد خاتونکارخانه ذوب مس

در شهرستان شهر بابک این 98/7/7914که در تاریخ

محیطي متعددی را های زیستيچالشاستان افتتاح شد،

مرگ .(Keshavarzi et al, 2015)در پي داشته است

(، Mozaffari et al., 2009میر احشام و گوسفندان ) و

مختلف تنفسي، کلیوی و پوستي در های ایجاد بیماری

و تهدید (Sakhaee et al., 2009مردم منطقه )

,Einollahi & Pakzad, 2012) سازگان منطقهبوم

Keshavarzi et al., 2015) های مهم گزارش چالشاز

. آلودگي محیط زیست باشدشده برای این کارخانه مي

دسترس ها و قابلدلیل پایداری آن، بهبا فلزات سنگین

بودن آن برای موجودات زنده بسیار خطرناک هستند

(Takace et al., 2009). برای حفظ محیط زیست و

سالمتي اجزای زنده آن )گیاه، دام و انسان(، داشتن

درکي کامل از ماهیت و میزان آلودگي فلزهای سنگین

رفیعي و همکاران .(Feiz et al., 2009بسیار مهم است )

(Rafiei et al., 2010 به ارزیابي آلودگي و تهیه نقشه )

توزیع مکاني سرب، روی، مس، کادمیوم، آرسنیک و

های سطحي معدن آهنگران در غرب آنتیموان در خاک

ایران واقع در شهرستان مالیر پرداختند. نتایج تحقیق

ویژه ایشان حاکي از غلظت باالی این عناصر در خاک به

ص آلودگي باالی در مورد میزان عنصر سرب و شاخ

Helmhertباشد. هلمرت و همکاران )ها در منطقه ميآن

et al., 2012ای های رودخانه( به بررسي اثر رژیم جریان

1 - Agency for Toxic Substances and Disease Registry

بر توزیع مکاني سه عنصر آرسنیک، مس و روی در

های بستر رودخانه فصلي و نیز خاک سطحي خاک

های ذوب در حوزه آبخیز محدوده معدني کارخانه

در مادرید اسپانیا پرداختند. نتایج Guadalixکوچک

ایشان حاکي از باال بودن غلظت این سه عنصر در خاک

بستر رودخانه نسبت به خاک سطحي محدوده بود.

& Mohammadi, 2013 طباطبائي و محمدی )

Tabatabaei) های محیطي فعالیتزیستبه بررسي اثرات

صورت برداشت سنگ تراورتن در ناحیه به معدني عمدتاً

ترین مهم میمه )واقع در شمال غرب اصفهان( پرداختند.

انداز منطقه، آلودگي این اثرات شامل: تخریب چشم

باشد. تولید گرد و غبار مي و های سطحي و زیرزمینيآب

( به Ling Shi et al., 2013لینگ شي و همکاران )

وی در خاک و گندم بررسي آلودگي آرسنیک، مس و ر

کشاورزی محدوده معدن ذغال سنگ در منطقه

Huaibei ها برای سالمتي انسان و ارزیابي خطرات آن

پرداختند. نتایج تحقیقات ایشان حاکي از باال بودن

ژاو و .بوددار غلظت این سه عنصر در خاک معني

( به بررسي و ارزیابي توزیع Zhao et al., 2015همکاران )

آلودگي به فلزات سنگین سرب، مس، روی و مکاني

های زراعي در استان نانکسون در کادمیم در خاک

جنوب شرقي چین پرداختند. نتایج تحقیقات ایشان

ت از کودها، مدّکه استفاده طوالني بود حاکي از آن

های صنعتي در منطقه، منابع اصلي ها و فعالیتکشآفت

,.Gheshlaghi et al. قشالقي و همکاران )بودندآلودگي

های اطراف کوره ( در بررسي آلودگي فلزی خاک2012

نمونه خاک اطراف 94ذوب روی زنجان با بررسي تعداد

های اطراف کوره به این نتیجه دست یافتند که خاک

تر فلزات آلودگي شدید تا خیلي کوره نسبت به بیش

خدا کرمي و همکاران دهند. شدید نشان مي

(Khodakarami et al., 2014 به بررسي غلظت عناصر )

و GISازسنگین مس، روی و آرسنیک خاک با استفاده

RS ای کشاورزی در حوزه ناشي از آلودگي غیر نقطه

آبخیز کبودرآهنگ، رزن و خونجین در استان همدان

پرداختند. نتایج تحقیقات ایشان نشان داد که

دهای رویه کوناشي از مصرف بي های کشاورزیفعالیت

شیمیایي، باعث افزایش غلظت این عناصر در خاک شده

( به بررسي Moor et al., 2015ر و همکاران )واست. م

غلظت عناصر کمیاب در خاک و گیاهان اطراف معدن

...بررسي آلودگي خاک به عناصر سنگین مس، روی و آرسنیک در

41

مس میدوک در استان کرمان پرداختند. نتایج تحقیقات

، سرب، نقرهایشان باال بودن عناصر مس، آرسنیک، روی

کاری قدیمي م را در خاک منطقه معدنکادمیم و سلنی

عوامل تأثیرکه ناشي از دادالطله و چاه مسي نشان

گیر در کاوی و نیز وجود سد رسوبزاد معدنانسان

محیطي و های زیستبا توجه به نگرانيباشد. منطقه مي

چنین سالمت انسان در ارتباط با فلزات سنگین، هم

، سازگانبومنقش اساسي خاک و کیفیت آن در سالمت

عنوان شاخصي مهم در بهآگاهي از غلظت این عناصر

های منتج شده از این فلزات بیني خطرات و بیماریپیش

رسد نظر ميبهو تعیین استانداردهای کیفیت ضروری

(Ravankhah et al., 2016). نخستین گام در راستای

گیری از گسترش مشکل، آگاهي یز پیشاندیشي و نچاره

از میزان و چگونگي پراکنش آلودگي شامل شناخت

که در طراحي بودهت گسترش آلودگي ها و شدّکانون

ای نقش اساسي دارد. بدیهي است های منطقهریزیبرنامه

پراکنش آلودگي در خاک حالتي کامالً پیوسته داشته که

.(Hendricks et al., 1997و تغییرات آن تدریجي است )

بنابراین استفاده از روشي که بتواند ماهیت پیوسته

تغییرات عوامل آالینده را در خاک نشان دهد، قادر به

تری از گسترش و شدت آلودگي ارائه تصویر واقعي

جا کهاز آن(. Abdollahi et al., 2012خواهد بود )

، خاکمتفاوت در های با شدت آلودگي شناسایي پهنه

کارهای تواند در بحث آمایش سرزمین، ارائه راهمي

لذا با توجه احیای مناطق آلوده کارساز باشد. و مدیریتي

وجود آمده از محیطي بهبه مسائل و مشکالت زیست

آباد و اثرات ساله کارخانه ذوب مس خاتون 71فعالیت

سوء این کارخانه بر خاک منطقه، بررسي نحوه توزیع و

مکاني پراکنش عناصر و فلزات سنگین مس، روی الگوی

و آرسنیک در خاک محدوده این کارخانه از اهمیت

کاوی و ذوب . چرا که معدنبرخوردار است سزایيبه

کانسنگ، منابع اصلي آلودگي روی، مس و آرسنیک در

روند.محیط زیست به شمار مي

هامواد و روش

آباد در استان کارخانه ذوب مس خاتون منطقه: موقعیت

کیلومتر 988کرمان )شهرستان شهر بابک( واقع شده و

91(. بر اساس آمار 7با مرکز استان فاصله دارد )شکل

های ساله ایستگاه سینوپتیک شهر بابک طي سال

درجه 7/75، میانگین دمای ساالنه 7939-7966

ر است. متمیلي 768سلسیوس و میانگین بارش ساالنه

9، زریکو رژیم رطوبتي آن 7رژیم حرارتي خاک، ترمیک

.باشدمي

روش تحقیق

برداری از خاک سطحي انجام این تحقیق، نمونه برای

، Moor et al. 2015)متری سانتيصفر تا پنج عمق

Keshavarzi et al., 2015 ،Damanghir et al., 2015 )

7888 در متر 7888بندی منظم )با ابعاد صورت شبکهبه

هکتار از محدوده کوره 9688نقطه در سطح 99متر( از

انجام شد. 7934( در بهار 7آباد )شکل ذوب مس خاتون

برداری با پس از تعیین موقعیت دقیق محل نمونه

وسیله بیلچه بهها ، تمام نمونهGPSاستفاده از دستگاه

اتیلني منتقل شدند. های پليفوالدی برداشت و به کیسه

شده پس از انتقال به آزمایشگاه در های برداشتونهنم

دوآون خشک و از الک در درجه سانتیگراد 785دمای

عبور داده شد. (Carter, 1993متری )میلي

ها به روش ها، انحالل آنسازی اولیه نمونهپس از آماده

آنالیز چهار اسیدی صورت گرفته و سپس غلظت عناصر

در Varianمدل ICP-OES-735توسط دستگاه

گیری و میزان غلظت عناصر سنگینآزمایشگاه اندازه

ها تعیین در نمونه ( Zn ,Cu،As)مس، روی و آرسنیک

شد. پس از انجام عملیات آزمایشگاهي و تجزیه

های خاک از نظر میزان غلظت فلزات سنگین، نمونه

GS+ها با استفاده از نرم افزار آنالیز زمین آماری داده

تعیین پارامترهای واریوگرام و ،انجام شد. در این راستا

بندی مکاني غلظت فلزات سپس تهیه نقشه پهنه

سنگین، به کمک تکنیک ژئواستاتیستیک با روش

قابلیت و آماریزمین روش کریجینگ انجام شد. این

هایداده تحلیل و بندیپهنه باالیي در پذیریاعتماد

از .(Hassanipak, 1998) داردمکاني وابستگي دارای

بوده ترین مفاهیم زمین آمار مهم از نیم تغییرنما طرفي

از hزوج نمونه که به فاصله افقي n(h)با فرض تعداد که

اند، به شرح زیر محاسبه شد:دیگر واقعیک

(7)

2

12

1)( xzhxz

hnh

n

i

1- Thermic

2- Xeric

7931زمستان ، 4، شماره 6جلد ی خاک اربردتحقیقات ک

44

برداري و کارخانه ذوب مس خاتون آباد در محدوده مطالعاتیموقعیت نقاط نمونه -1شکل

Figure 1. The position of sampling sites and Khatoon Abad copper smelter in the study area

کار رفته به هب هایتعداد جفت نمونه n(h) ،در این رابطه

متغیر مشاهده h ،Z(x) یک فاصله مشخص مانند یازا

مقدار متغیر در نقطه به x،Z(x+h) شده در نقطه

قرار دارد. x از نقطه h است که به فاصله (x+h) مختصات

آماری از تکنیک اعتبارسنجي ارزیابي مدل زمین برای

که بودهاستفاده شد. این تکنیک بر این اساس 7حذفي

طور موقت حذف شده و ای بههر بار یک نقطه مشاهده

. شودميبرای آن از روی نقاط مجاور، مقداری برآورد

سپس مقدار حذف شده به جای خود برگردانده شده و

صورت مجزا این برآورد صورت برای بقیه نقاط شبکه به

که در پایان یک جدول با دو ستون که طوریگیرد. بهمي

مقادیر واقعي و برآورد شده است، حاصل دهنده نشان

توان در نهایت با د. با داشتن این دو مقدار ميشومي

توجه به مقادیر مشاهده شده و برآورد شده، مقدار

1- Cross Validation

2- Mean Bias Error

3- Mean Absolute Error

( را محاسبه MAE) 9( و دقتMBE) 9انحراف یا خطا

کرد.

(9)

n

i iixZxZ

nMAE

1)()(*

1

(9) ))()(*(

1

1 i

n

i ixZxZ

nMBE

(xi)*Z برآورد شده متغیر مورد نظرمقدار ،Z(xi) مقدار

میانگین MAE، هاتعداد داده n، گیری شده متغیراندازه

باشد. مي میانگین خطای انحراف MBEو )دقت( مطلق خطا

تر باشد نشان هرچه مقدار این دو پارامتر به صفر نزدیک

دهنده باال بودن دقت مدل است. (Kelly, 1951بندی )در نهایت با استفاده از روش طبقه

، به کمک سیستم اطالعات جغرافیایي 7مطابق جدول

بندی خطر نقشه پهنه ArcGIS 10افزاری در محیط نرم

صر سمي مس، روی و آرسنیک تهیه شد.میزان عنا

...بررسي آلودگي خاک به عناصر سنگین مس، روی و آرسنیک در

43

سنگین از نظر شدت آلودگی فلزاتبندي میزان طبقه -1جدول Table 1. The classification of the severity of heavy metal contamination

Kelly Indices (Element)

(mg kg-1) (Very dangerous) (Very contaminated) (Contaminated) (Slightly contaminated) (Uncontaminated)

>2500 500-2500 200-500 100-200 0-100 (Cu) >10000 10000-2000 500-2000 250-500 0-250 (Zn) >500 100-500 50-100 30-50 0-30 (As)

نتایج و بحث

های فلزات نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل آماری داده

ارائه 9های خاک مورد مطالعه در جدول سنگین نمونه

شده است. طبق این نتایج دامنه تغییرات متغیرهای

چنین روی و ارسنیک زیاد است. هم مورد بررسي مس،

ها از جمله واریانس و های دوری از مرکز دادهشاخص

باشد.سه متغیر باال مي ضریب تغییرات در هر

هاي خاک )میلی گرم بر کیلوگرم( مورد مطالعهنمونه فلزات سنگین خالصه نتایج آنالیز آماري -2جدول

Table 2. Summarizes in results of statistical analyzes of heavy metals in the soil samples (mg kg-1)

(Element) (Mean) (Standard deviation) (Range) (Minimum) (Maximum)

(mg kg-1) (Cu) 731.13 723.86 3188 130 3318

(Zn) 72.06 70.92 300 3 303

(As) 40.13 37.07 151.6 7.2 158.8

های آماری عناصر سنگین مس، روی، نتایج بررسي

داد که دامنه تغییرات این عناصر به آرسنیک نشان

کیلوگرم برگرم میلي 6/757 و 988، 9744ترتیب

سنگین مورد فلزباشد. این تغییرات وسیع سه مي

های دوری از مرکز با زیاد بودن شاخصم أتومطالعه

ها از جمله واریانس و ضریب تغییرات، حاکي از داده

گیری از قابلیت زمین آمار در تجزیه و ضرورت بهره

نتایج حاصل از آنالیز های مکاني است.تحلیل داده

ارائه شده است. طبق این 9واریوگرافي در جدول

، بهترین مدل واریوگرام برازش داده شده به هر هایافته

، روی و آرسنیک، از نوع سه متغیر مورد بررسي مس

سه مدل نیم و ضریب تبیین هربوده مدل کروی

است. 1/8تغییرنما باالی

مورد بررسی فلزات سنگینمشخصات واریوگرامی هر یک از -3جدول Table 3. Specifications of variogram model for investigated heavy metals

Element Model C0 (Nugget) C0+C (Sill) A0 Effective Range C/C0+C R2 RSS

(Cu) (spherical) 0.001 0.94 2480 2480 0.99 0.72 0.27

(Zn) (spherical) 0.77 4.55 10830 10830 0.83 0.78 1.2

(As) (spherical) 0.001 0.87 2380 2380 0.99 0.74 0.21

آماری، های زمینطبق نتایج حاصل از بررسي

ترین مدل واریوگرام برازش شده به ساختار مناسب

فضایي عناصر سنگین مورد مطالعه از نوع واریوگرام مدل

موسوی های تحقیقات باشد. این نتیجه با یافتهکروی مي

( در خصوص فلز Mosavi et al., 2011)و همکاران

ها در همه . یافتهسویي داشتسنگین آرسنیک هم

دلیل باال بهسنگین مورد بررسي نشان داد که عناصر

( و نزدیک بودن مقادیر این C/C0+Cبودن نسبت )

از یک سو و داشتن ضریب تبیین یکنسبت به عدد

باالی مدل از سوی دیگر، همبستگي مکاني قوی برای

همه عناصر وجود دارد. الزم به ذکر است که نسبت

C/C0+C دهنده استحکام ساختار فضایي متغیرها نشان

تأثیرآماری حاکي از شعاع مي باشد. نتایج آنالیز زمین

ترتیب برای عناصر متر به 9948و 78498، 9448

باشد. سنگین مورد مطالعه مس، روی و آرسنیک مي

برایرعایت این فواصل برای عناصر مورد مطالعه

ن عناصر از گیری ایبرداری خاک در خصوص اندازهنمونه

های آتي این کارشناسان اجرایي از افق سوی محققان و

7931زمستان ، 4، شماره 6جلد ی خاک اربردتحقیقات ک

38

تأثیرآید. بدیهي است که دامنه شمار ميتحقیق به

چنین تر دارد. همبزرگتر داللت بر ساختار مکاني گسترده

ترتیب برای عناصر مس، روی، بهمقدار آستانه نیز

نتایج حاصل باشد.متر مي 41/8و 55/4، 34/8آرسنیک

ز ارزیابي مدل کریجینگ با تکنیک اعتبارسنجي حذفي ا

برای هر سه پارامتر مورد بررسي مس، روی و آرسنیک

ارائه شده است. 4در جدول

آماري کریجینگنتایج ارزیابی روش زمین -4جدول

Table 4. Results of cross validation analysis for Kriging method

Validation Criteria (Element)

MAE (mg kg-1) MBE (mg kg-1) R2

188.47 -24.01 0.81 Cu 31.11 -15.4565 0.67 Zn

9.83 -0.11 0.79 As

عناصر های توزیع مکانينتایج حاصل از تهیه نقشه

و نقشه توزیع خطای 4تا 9های سنگین در شکل

ارائه شده 1تا 5های تخمین این پارامترها در شکل

. است

سنگین با استفاده از فلزاتدر نهایت نقشه خطر آلودگي

تهیه شد ArcGIS 10افزاریدر محیط نرم Kellyروش

ارائه شده است. 78تا 4های که در شکل

تهیه نقشه توزیع مکاني مس نشان های حاصل از یافته

داد که مرکز آلودگي در محدوده خود کارخانه متمرکز

های مختلف شده است و با فاصله از کارخانه در جهت

صورت متفاوت کاهش جغرافیایي شدت آلودگي به

تر در به این صورت که گسترش آلودگي بیش .یابدمي

علت کهجهت جنوب غرب کارخانه امتداد پیدا کرده

علت جهت باد غالب جنوبي و گسترش در این جهت به

باشد. الزم به ذکر است که در این نقشه جنوب غربي مي

14/8تا 1/8بندی معادل ترین خطای پهنهبیش

ترین که به جنوبي بودهگرم در هر کیلوگرم خاک میلي

بندی شده اختصاص دارد. طبق نقشه بخش نقشه پهنه

، کل7در جدول Kellyروش بندی آلودگي به طبقه

مطالعه دارای میزان مس باال و آلوده محدوده مورد

بخش اعظم محدوده ،در این راستا .شودمحسوب مي

مورد مطالعه از نظر آلودگي به مس در محدوده بسیار

آلوده و سطح کوچکي در اطراف خود کارخانه از نظر

شدت آلودگي در محدوده خیلي خطرناک قرار گرفته

های مکاني آلوده به فلز پهنه وجود. با توجه به است

های گونه استفاده از سنگین مس در اطراف کارخانه،

( Rheum persicumدوست از جمله ریواس )گیاهي مس

کاهو وحشي های گیاهي بومي مرتعي از قبیلو گونه

(Lactuca serriola( و درمنه دشتي )Artemisia

sieberi) وجود ،در منطقه ها نهعلت وجود این گوبه

ها در مناطق اطراف و نیز های طبیعي خالص آنرویشگاه

& Einollahi Peerاز خاک )آنها قدرت جذب باالی مس

Pakzad, 2012)ایجاد ، پیشنهاد مي شود. در این رابطه

های گیاهي پیرامون کارخانه گونهسبز از انواع کمربند

های تحقیقاتي آتي های کاربردی و افقتواند از جنبهمي

کاهش با هدفهای اجرایي پژوهش حاضر برای دستگاه

های گیاهي گونهچنین انتخاب همآلودگي باشد.

تر فلزات سنگین )از از فاکتور انتقال بیش برخوردار

اولویت هستند، در پیکره زیرزمیني به پیکره هوایي(

(Rahimi & Charkhabi, 2014).

بندی آلودگي نشان داد که نتایج حاصل از نقشه طبقه

سطح محدودی از مناطق غلظت باالی فلز آرسنیک در

و گسترش مکاني مناطق آلوده به بودهاطراف کارخانه

این عنصر در جهت جنوب غربي کارخانه امتداد دارد.

های افتهی این جهت، جهت باد غالب در منطقه است.

( نیز به وابستگي Shi et al., 2007شي و همکاران )

غلظت فلز سنگین آرسنیک با عوامل انساني در کشور

خواني چین اشاره دارد که با نتایج تحقیق حاضر هم

هایي از مناطق جز بخشدارد. شایان ذکر است که به

نظر عنصر سنگین آرسنیک شمالي )که فاقد بحران از

هستند(، بخش اعظم منطقه مطالعاتي از نظر شدت

دارد.آرسنیک در دسته اندکي آلوده قرار آلودگي به

...بررسي آلودگي خاک به عناصر سنگین مس، روی و آرسنیک در

37

مسنقشه توزیع مکانی پارامتر -2شکل

Figure 2. Spatial distribution map of copper

روينقشه توزیع مکانی پارامتر -3شکل

Figure 3. Spatial distribution map of zinc

نقشه توزیع مکانی پارامتر آرسنیک -4شکل Figure 4. Spatial distribution map of arsenic

یابی مسنقشه توزیع خطاي درون -5شکل

Figure 5. Error distribution map of copper

رويیابی نقشه توزیع خطاي درون -6شکل

Figure 6. Error distribution map of zinc

آرسنیکیابی نقشه توزیع خطاي درون -7شکل

Figure 7. Error distribution map of arsenic

7931زمستان ، 4، شماره 6جلد ی خاک اربردتحقیقات ک

39

خطر آلودگی به مسنقشه توزیع مکانی -8شکل

Figure 8. The spatial distribution map of the risk of

copper contamination

نقشه توزیع مکانی خطر آلودگی به روي -9شکل

Figure 9. The spatial distribution map of the risk

of zinc contamination

آرسنیکنقشه توزیع مکانی خطر آلودگی به -11شکل

Figure 10. The spatial distribution map of the risk of arsenic contamination

دلیل مجاورت این دو محدوده با محدوده آلوده به

روی )مناطق مرکزی منطقه مورد مطالعه(، خطر پیش

ها وجود مناطق آلوده به عنصر سنگین آرسنیک در آن

دارد. استفاده از راهکارهای شیمیایي از جمله استفاده از

ذرات رس در محدوده مناطق بسیار آلوده از جمله

های راهکارهای پیشنهادی تحقیق حاضر به دستگاه

...بررسي آلودگي خاک به عناصر سنگین مس، روی و آرسنیک در

39

شود. با کاهش معضل آرسنیک محسوب مي برایاجرایي

محل بر مبنای کاهش فراهمي و تثبیت شیمیایي در

پذیری آالینده با افزایش جذب آالینده در محل حرکت

استوار است که ماده آالینده به تیمار مورد استفاده از

های رسي چسبیده و با آن پیوند برقرار جمله خاکدانه

پذیری آن کند و به این طریق فراهمي و حرکتمي

(. از سوی Bagherifam et al., 2014یابد )کاهش مي

دیگر به دلیل اهمیت بسیار باالی پوشش گیاهي

های مرتعي موجود در منطقه از جمله کاهو وحشي گونه

بخاطر ضریب انتقال باالی آرسنیک از خاک به گیاه

(Lee et al., 2011پیشنهاد مي ،) شود با مدیریت صحیح

های گیاهي بومي در مراتع از در راستای حفظ گونه

،حداقل از رویه از چرای دائم و بيطریق جلوگیری

تداخل هسته آلوده در محدوده مجاور یعني محدوده

. رسنیک جلوگیری شودآاندکي آلوده و غیر آلوده به

بندی روی نیز حاکي از عدم وجود های نقشه پهنهبررسي

و فقط محدوده بسیار بودهآلودگي روی در خاک منطقه

ندکي آلوده قرار کوچکي در اطراف کارخانه در طبقه ا

که جهت گسترش دهد ها نشان ميگرفته است. بررسي

ن روی نیز در جهت جنوب غرب مکاني عنصر سنگی

است.

کلینتیجه گیري

حاکي از عدم عناصر مورد مطالعهنقشه توزیع مکاني

آلودگي خاک اطراف کارخانه به عنصر روی و آلودگي

که طوریبه .شدید آن به عناصر مس و آرسنیک بود

ها در جهت جنوب غربي کارخانه گستردگي مکاني آن

که هم راستا با جهت باد غالب منطقه مي باشد. بوده

قرار گرفتن بخش اعظم منطقه مطالعاتي در باالتر از حد

استاندارد مجاز مس و آرسنیک باعث ایجاد مسائل و

خطر افتادن سالمتي محیطي و بهمشکالت زیست

عمومي ساکنان این منطقه شده است.

سپاسگزاري

از حمایت مالي دانشگاه تحصیالت تکمیلي بدینوسیله

در انجام طرح صنعتي و فناوری پیشرفته کرمان

تقدیر و تشکر 9717/1پژوهشي به شماره قرارداد

.شودمي

References Abdollahi S., Delavar M.A. and Shekari P. 2013. Spatial distribution mapping of Pb, Zn and Cd and

soil pollution assessment in Anguran area of Zanjan province. Journal of Water and Soil, 26 (6):

1410-1420. (In Persian)

Amini F.L., Mirghaffari N. and Eshghi Malayeri B. 2011. Nickel concentration in soil and some

natural plant species around Ahangaran lead and Zinc mine in Hamedan. Journal of Environmental

Science and Technology, 13 (1): 11-20. (In Persian)

ATSDR. 2004. Toxicological Profile for Copper. US Department of Health and Human Services.

Federal register Press. Atlanta, Georgia, 314 p.

ATSDR. 2005. Toxicological Profile for Zinc. US Department of Health and Human Services.

Federal register Press. Atlanta, Georgia, 352 p.

ATSDR. 2011. Priority List of Hazardous Substances. US Department of Health and Human Services.

Federal register Press. Atlanta, Georgia, 220 p.

Babai Y., Alavi Moghaddam M., Qasemzadeh F. and Arbabzvar M.H. 2008. Arsenic contamination of

groundwater in the Kashmar Koohsorkh. Journal of Environmental Science and Technology, 10(3):

29-36. (In Persian)

Bagherifam S., Lagzian A., Fotovat A. and Khorasani R. 2014. Immobile making of a calcareous soil

by modified Zeolite with Fe, Al and Mn. Journal of Environmental Science and Technology, 16

(2): 39-54. (In Persian)

Butterfield D.A. and Boyd-Kimball D. 2004. Amyloid β-peptide (1-42) contributes to the oxidative

stress and neurodegeneration found in Alzheimer disease brain. Brain Pathology, 14(4): 426-432.

Carter M. R. 1993. Soil Sampling and Methods of Analysis. Lewis Press. Boca Raton, Florida, 823p.

Chen S., Zhou Q.X., Sun L.N., Sun T.H. and Chao L. 2007. Speciation of Cadmium and Lead in soils

as affected by metal loading quantity and aging time. Environmental Contamination and

Toxicology, 79(2): 184-187.

7931زمستان ، 4، شماره 6جلد ی خاک اربردتحقیقات ک

34

Damangir A.A., Baghvand A., Monavari S.M. and Moattar F. 2015. Metal pollution assessment in

soil samples of mining area, Shahr-E-Babak, Iran. International Journal of Advanced Biological

and Biomedical Research, 3(1): 24-34.

Duzgoren A.N.S., Wong A., Aydin Z., Song M. and Li X.D. 2006. Heavy metal contamination and

distribution in the urban environment of Guangzhou, SE China. Environmental Geochemistry and

Health, 28(2): 375-391.

Einollahi Peer F. and Pakzad S. 2012. Survey of Cu concentration in some grassland plants (Lactuca

serriola, Artemisia sieberi and Astragalus bisulcatus) around the Khatoon Abad melting Copper

mine in Shahr Babak. Journal of Human and Environment, 10 (21): 55-63. (In Persian)

Erfan manesh M. and Afyuni M. 2000. Environmental Pollution (Water, Soil, Air), Arkan Press,

Tehran, 330 p.

Farias S.S., Casa V.A., Vázquez C., Ferpozzi L., Pucci G.N. and Cohen I.M. 2003. Natural

contamination with arsenic and other trace elements in ground waters of Argentine Pampean Plain.

Science of the Total Environment, 309 (1): 99-187.

Faiz F., Tufail M., Tayyeb Javed M., Chaudhry M.M. and Siddique N. 2009. Road dust pollution of

Cd, Cu, Ni, Pb and Zn along Islamabad Expressway. Pakistan Microchemical Journal, 92 (2): 186-192.

Gheshlaghi A., Ghayuraneh M. and Sayareh A.R. 2012. Metal contamination in soils range from the

melting zinc. Proceedings of 6th Conference and Exhibition on Environmental Engineering,

Tehran, Iran.

Hakanson L. 1980. Ecological risk index for aquatic pollution control, a sedimentological approach.

Water Research, 14(1): 975-1001.

Hasani pak A.A. 1998. Geostatistics. Academic Press, Tehran, pp. 314.

Helmhart M., O’Day P.A., Garcia-Guinea J., Serrano S. and Garrido F. 2012. Arsenic, Copper, and

Zinc leaching through preferential flow in mining-impacted soils. Soil Chemistry, 76 (2): 449-462.

Hendricks Franssen H.J.W.M., Van Eijnsbergen A.C., and Stien A. 1997. Use of spatial prediction

techniques and fuzzy classification for mapping soil pollutants. Geoderma, 77: 243-262.

Kelly W.P. 1951. Alkali Soils-Their Formation, Properties and Reclamation. (3rd Ed.), Reinhold

Press. New York, 92 p.

Keshavarzi B., Moore F. and Ahsani Estahbanati N. 2015. Soil trace elements contamination in the

vicinity of Khatoon Abad copper smelter, Kerman Province, Iran. Toxicology and Environmental

Health Sciences, 7(3):194-204.

Khodakarami L., Soffianian A.R., Mohamadi Towfigh E. and Mirghafari N.A. 2014. Study of heavy

metals concentration Copper, Zinc and Arsenic soil using RS and GIS techniques (Case study:

Kaboudarahang, Razan and Khonjin- Talkhab catchment in Hamedan province). RS and GIS for

Natural Resources Journal, 5 (3): 45-55. (In Persian)

Lee S.H., Kim E.Y., Park H.J., Yun J. and Kim G. 2011. In situ stabilization of arsenic and metal

contaminated agricultural soil using Industrial by-products. Geoderma, 161: 1-7.

Ling Shi G., Qing Lou L., Zhang Sh., Wei Xia X. and Sheng Cai Q. 2013. Arsenic, copper, and zinc

contamination in soil and wheat during coal mining, with assessment of health risks for the

inhabitants of Huaibei, China. Environmental Science and Pollution Research, 20(12): 8435-8445.

Michaud AM., Chappellaz C. and Hinsinger P. 2008. Copper phyto toxicity affects root elongation

and iron nutrition in durum wheat (Triticum turgidum L.). Plant and Soil, 310: 151-165.

Moor F., Dehghani S. and Keshavarzi B. 2015. Trace element concentration in soils and plants in the

vicinity of Miduk copper mine. Journal of Economic Geology, 6(2): 305-314. (In Persian)

Mosavi E., Safyanian A.R., Mirghafari N. and Khodakarami L. 2011. Investigation of spatial

distribution of heavy metals in surface soil of Hamadan province. Iranian Journal of Soil Research,

25 (4): 323- 336. (In Persian)

Mozaffari A.A., Derakhshanfar A. and Salar Amoli J. 2009. Industrial copper intoxication of Iranian

fat- tailed sheep in Kerman province, Iran. Turkish Journal of Veterinary and Animal Sciences,

33(2): 113-119.

Mukherjee A., Sengupta M.K., Hossain M.A., Ahamed S., Das B. and Nayak B. 2006. Arsenic

contamination in groundwater: a global perspective with emphasis on the Asian scenario. Journal

of Health, Population and Nutrition, 24(2): 142-63.

...بررسي آلودگي خاک به عناصر سنگین مس، روی و آرسنیک در

35

Nyarko B., Dampare S., Serfor-Armah Y., Osae S., Adotey D. and Adomako D. 2008. Biomonitoring

in the forest zone of Ghana: the primary results obtained using neutron activation analysis and

lichens. International Journal of Environmental Pollution, 32(4): 467-476.

Nikiforova, E.M. and Smirnova, R.S., 1975. Metal technophility and lead technogenic anomalies. In

Proceedings of the International Conference Heavy Metals in the Environment, Toronto, C94-96. Poon H.F., Calabrese V., Scapagnini G. and Butterfield D.A. 2004. Free radicals and brain aging.

Clinics in Geriatric Medicine, 20: 329-359.

Rafiei B., Khodaei A.S., Khodabakhsh S., Hashemi M. and Bakhtiari Nejad M. 2010. Contamination

assessment of Lead, Zinc, Copper, Cadmium, Arsenic and Antimony in Ahangaran mine soils,

Malayer, west of Iran. Soil and Sediment Contamination, 19: 573-586.

Rahimi G. and Charkhabi A. 2014. Assessment of some heavy metals in paddy soils and their

accumulation in the organs of rice in the Lenjan area of Isfahan province. Water and Soil Science,

24 (2): 107-120. (In Persian)

Ravankhah N., Mirzaei R. and Masoum S. 2016. Human health risk assessment of heavy metals in

surface soil. Journal of Mazandaran University Medicinal Science, 26(136): 109-120. (In Persian)

Rosado J.L., Ronquillo D., Kordas K., Rojas O., Alatorre J. and Lopez P. 2007. Arsenic exposure and

cognitive performance in Mexican schoolchildren. Environmental Health Perspectives, 115(9):

1371.

Sakhaee E. A., Behzadi M.J. and Shahrad E. 2012. Subclinical copper poisoning in asymptomatic

people in residential area near copper smelting complex. Asian Pacific Journal of Tropical

Disease, 2 (6): 475-477.

Shi J., Wang H., Xu J., Wu J., Liu X., Zhu H. and Yu C. 2007. Spatial distribution of heavy metals in

soils: a case study of Changxing, China. Environmental Geology, 52(1): 1-10.

Smith A.H. and Steinmaus C.M. 2009. Health effects of Arsenic and Chromium in drinking water:

recent human findings. Annual Review of Public Health, 30: 107-22.

Solgi E, Esmaili-Sari A, Riyahi-Bakhtiari A and Hadipour M. 2012. Soil contamination of metals in

the three industrial estates, Arak, Iran. Environmental Contamination and Toxicology, 88(4): 634-

638.

Tabatabaei J. and Mohammadi F. 2013. Environmental effects of mining industries in Meymeh region

North West of Isfahan. APCBEE Procedia, 5: 388-393.

Tahmuresi M., Sarafi A., Hosseini S.M., Mansouri A. and Mirzayi M. 2010. Evaluation of Bentonite

samples in Kerman province. Iranian Journal of Chemistry & Chemical Engineering, 2 (29); 91-

98.

Takac P., Szabová T., Kozáková Ľ. and Benková M. 2009. Heavy metals and their bioavailability

from soils in the long-term polluted Central Spiš region of SR. Plant, Soil and Environment, 55(4):

167-172.

Tamaki S. and Frankenberger W.T. 1992. Environmental Biochemistry of Arsenic. Reviews of

Environmental Contamination and Toxicology, 124: 79-110.

Wei B. and Yang L. 2010. A review of heavy metal contaminations in urban soils, urban road dusts

and agricultural soils from China . Microchemical Journal, 94(2): 99-107.

World Health Organization (WHO). 2003. Arsenic in drinking water. Chemical Fact Sheets, part,8-12.

Wu F., Liu Y.L., Xia Y., Shen Z.G. and Chen Y.H. 2011. Copper contamination of soils and

vegetables in the vicinity of Jiuhuashan copper mine, China. Environmental Earth Sciences, 64:

761-769.

Zhao K., Fu W., Ye Z., and Zhang C. 2015. Contamination and spatial variation of heavy metals in

the soil-rice system in Nanxun County, Southeastern China. International Journal of

Environmental Research and Public Health, 12(2): 1577-1594.

Zhao Q., Wang Y., Cao Y., Chen A., Ren M. and Ge Y. 2014. Potential health risks of heavy metals

in cultivated topsoil and grain, including correlations with human primary liver, lung and gastric

cancer, in Anhui province, eastern China. Science of the Total Environment, 10: 470-471.

7931زمستان ، 4، شماره 6جلد ی خاک اربردتحقیقات ک

36

Spatial Distribution Analysis of Copper, Zinc and Arsenic Heavy Metals

in the Soil of Surrounding Areas of Khatoon-abad Copper Smelter

Industry

Sedigheh Mohamadi1*

(Received: November 2016 Accepted: October 2017)

Abstract

According to harmful environmental effects of Khatoon-abad copper smelter industry activities on

soil quality; this research was conducted to determine the spatial distribution pattern of Zn, Cu and

as heavy metals of soil in the surrounding areas of this industry company. Soil sampling was

designed in a systematic network plan from 0-5 cm horizon, and laboratory analysis was carried out

by ICP. Mean of Zn, Cu and as metals concentrations was obtained 731.13, 72.06, and 40.13 (mg

kg-1), respectively. Statistical and geostatistical analysis was conducted by Gs+ and GIS softwares.

The results showed that there exist strong spatial correlations with spherical variography model for

all of heavy metals due to high amount of (C/C0+C) ratio that equal 0.99, 0.83, and 0.99,

respectively for Cu, Zn, and As heavy metals. Regarding to mobility of studied heavy metals in

soil, the effective ranges equal to 2480, 2380 and 1083 (meter) and the Sill content equal 0.94, 4.55

and 0.87 (%) were obtained for Cu, Zn, and As respectively. Furthermore, the zonation map of

contaminants illustrated that the amount of Zn pollution problem is not remarkable and there is a

sever contamination of Cu and as with the spatial extending direction of the southwest of Khatoon-

abad industry.

Keywords: Effective range, Geographic Information System, Geostatistics, Spherical variogram.

Mohamadi S. 2019. Spatial distribution analysis of copper, zinc and arsenic heavy metals in the soil of surrounding areas

of Khatoon-abad copper smelter industry. Applied Soil Research, 6(4): 84-96.

1- Department of Ecology, Institute of Science and High Technology and Environmental Sciences, Graduate University of Advanced Technology,Kerman, Iran * Corresponding Author Email: mohamadisedigeh@gmail.com