ارزیابی خطر آلودگی فلزات سنگین در رسوبات سطحی رودخانه‌های غرب و جنوب غرب دریاچه ارومیه

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا زمین‌شناسی زیست‌محیطی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

2 دانشیار گروه زمین‌شناسی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

3 دانشیار پژوهشکده علوم‌زمین، سازمان زمین‌شناسی و اکتشافات معدنی کشور، ایران

4 دانشیار گروه علوم و خاک، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

چکیده

در این پژوهش به­منظور بررسی آلودگی رسوبات سطحی رودخانه­های غرب و جنوب غرب دریاچه ارومیه، 20 نمونه سطحی از عمق صفر تا 10سانتی­متری رسوبات برداشته شد. پس از عبور نمونه­ها از الک 2 میلی­متری، مقدار کل فلزات سنگین به دست آمد. سپس شاخص زمین­انباشت (Igeo)، شاخص غنی­شدگی (EF) و شاخص آلودگی (PI) فلزات محاسبه شدند. بر اساس نتایج حاصل، شاخص زمین­انباشت نیکل، کبالت، کروم، آرسنیک و کادمیوم در همه رسوبات در محدوده ریسک خیلی­زیاد (2 1) یا زیاد (2 ) قرار می­گیرند. ضریب غنی­شدگی نیکل در رسوبات باراندوزچای و گدارچای در محدوده آلودگی فوق­العاده زیاد (40<EF) و در رودخانه­های شهرچای، مهابادچای، نازلو چای و سیمینه­رود در بازه آلودگی خیلی­زیاد است. ضریب غنی­شدگی ارسنیک در تمام رسوبات، آلودگی خیلی­زیاد (40> EF >20) را نشان می­دهد. شاخص غنی­شدگی در مورد کادمیوم، مس، کبالت و کروم تقریبا در تمام رودخانه­ها گواه آلودگی زیاد و در مورد روی مبین آلودگی متوسط تا زیاد است. آرسنیک بیشترین میانگین شاخص آلودگی را رسوبات نازلوچای نشان می­دهد. ماتریس همبستگی آماری، بیشترین میزان همبستگی را بین کبالت و کروم با نیکل نشان می­دهد که دلیل آن، منشا زمین­زاد مشترک آن­ها و همبستگی معنادار نیکل با ماسه مبین منشا طبیعی این عنصر در نظر گرفته می­شود. همبستگی روی با ماده آلی و رس معنی­دار و احتمالا به دلیل جذب روی توسط رس و ماده آلی است. بین آرسنیک با کادمیوم معنا­داری رابطه وجود دارد. آنالیز مولفه­های اصلی حاکی از وجود 4 منشا برای فلزات سنگین مورد مطالعه است که 4 مولفه اول با مقادیر ویژه بالاتر از 1، بیش از 85 درصد از واریانس داده­ها را تعیین می­کنند. در مولفه اول فلزات نیکل و کروم به­همراه ماسه دارای بیشترین وزن هستند. روی، مس و pH در مولفه دوم قرار می­گیرند، کادمیوم و ارسنیک در مولفه سوم و ماده آلی و سرب در مولفه چهارم دارای بیشترین وزن هستند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Assessment risk of heavy metal contamination in the surface sediments of Urmia Lake’s west and southwest rivers

نویسندگان [English]

  • M. Dehghani 1
  • H. Pirkharrati 2
  • R. Lak 3
  • F. Asadzadeh 4
1 Ph. D. student, of in environmental geology, Urmia University, Urmia, Iran
2 Assoc. Prof., Dept., of Geology, Urmia University, Urmia, Iran
3 Assoc. Prof., of Earth Sciences Research Institute, Organization of Geology and Mineral Exploration, Iran
4 Assoc. Prof., Dept., of Soil Science, Urmia University, Urmia, Iran
چکیده [English]

In this study, in order to investigate the contamination of surface sediments in west and southwest rivers of Lake Urmia, 20 surface samples were taken from a depth of 0-10 cm. After passing the samples through a 2 mm sieve, the total amount of heavy metals was obtained by ICP-OES. Then the geo-accumulation index (Igeo), enrichment index (EF) and pollution index (PI) of metals was calculated. Based on the results, geo-accumulation indices of nickel, cobalt, chromium, arsenic and cadmium in all sediments are in the risk range of extremely high (1< <2) or high ( >2). Nickel enrichment coefficient in Barandozchai and Gadarchai sediments is extremely high (EF>40) and in Shahrchai, Mahabadchai, Nazluchai and Simineh rivers in very high pollution range (20<EF<40). Arsenic enrichment coefficient in all sediments shows very high pollution. The enrichment index for cadmium, copper, cobalt and chromium indicates high pollution in almost all rivers and it is moderate to high for zinc. Arsenic shows the highest average for contamination index in Nazluchai deposits. Statistical correlation matrix shows the highest correlation between cobalt and chromium with nickel because of their common geogenic origin and the significant correlation between nickel and sand indicates the natural origin of the element. The correlation between zinc and organic matter and clay is significant and probably due to zinc uptake by clay and organic matter. There is a significant relationship between arsenic and cadmium. Principal component analysis indicates 4 sources for the studied heavy metals, the first 4 components with specific values ​​higher than 1, determine more than 85% of data variance. In the first component, nickel and chromium along with sand have the highest weight. Zinc and copper are in second component along with pH, ​​cadmium and arsenic in third component and organic matter and lead in fourth component have the highest weight.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sediments
  • River
  • Pollution indices
  • Heavy metals

مراجع

باقری، ح.، شارمد، ت.، خیرآبادی، و.، درویس بسطامی، ک.، باقری، ز (1390) سنجش و ارزیابی آلودگی فلزات سنگین در رسوبات رودخانه گرگان­رود، نشریه اقیانوس­شناسی، سال دوم، شماره 5، ص 39-35.
بهادر، م و مرادی، ع (1396) آلودگی فلزات سنگین (Ni، Zn و Pb) در رسوبات سطحی مصب رودخانه شور، شرق بندرعباس، فصلنامه اکوبیولوژی تالاب- دانشگاه آزاد اسلامی واحد اهواز، سال نهم، شماره 31، ص 56-47.
درویشی­خاتونی، ج.، محمدی، ع (1390) گزارش لیمنولوژی و پالئولیمنولوژی دریاچه ارومیه فاز III: پالئوکلیماتوولژی، پالئواکولوژی و پالئوژئوگرافی، سازمان زمین­شناسی کشور، 120 ص.
درویشی­خاتونی، ج.، نریمی­سا، س.، محمدی، ع.، صالحی پومیلانی، ع (1390) سهم زیست­محیطی دریاچه ارومیه از آب رودخانه­ها و تامین آب مورد نیاز جهت حفظ سطح تراز بهینه، با بررسی اثرات طرح­های توسعه بر روی دریاچه ارومیه، چهاردهمین همایش انجمن زمین­شناسی ایران و بیست و هشتمین گردهمایی علوم زمین، ارومیه.
رضایی، ر.، حصاری، ب (1395) مکان­یابی اولیه باغات مستعد تولید سیب ارگانیک در شهرستان ارومیه با استفاده از سامانه اطلاعات جغرافیایی، نشریه دانش کشاورزی و تولید پایدار، جلد 26، شماره 2، ص 168-153.
شهرکی، م.، محمودی­قرایی، م.ح.، موسوی­حرمی، ر.، احمدی، ع (1394) ژئوشیمی رسوب­های رودخانه سرباز در جنوب خاور ایران به منظور تعیین منشا رسوب­ها و تاثیر آن بر آلودگی­های زیست­محیطی، نشریه علوم زمین، سال 25، شماره 97، ص 237 تا 250.
عابدینی، ع.، مرادی، ش.، علیزاده، ا (1391) فاکتورهای کنترل کننده توزیع عناصر اصلی، فرعی، جزئی و نادر خاکی در نهشته لاتریتی داش­آغ، شرق بوکان، استان آذربایجان غربی، شمال غرب ایران، نشریه یافته­های نوین زمین­شناسی کاربردی، دوره 6، شماره 12، ص 59-38.
علی­محمدی، ر.، قدیمی، ف (1400) پیش­بینی عیار طلا در معدن زرشوران تکاب با استفاده از روش­های رگرسیون خطی و غیرخطی، نشریه یافته­های نوین زمین­شناسی کاربردی، دوره 15، شماره 29، ص 1 تا 14.
لاهیجانی، ا.، رستگاری مهر، م.، شاکری، ع.، یگانه­فر، م (1399) مطالعه فلزات سنگین در رسوبات بستر رودخانه و سد مهاباد و ارزیابی خطر مصرف ماهی­های خوراکی منطقه، مجله سلامت و محیط­زیست، دوره 13، شماره 1، ص 49 تا 64.
موسوی­حرمی، ر (1393) رسوب­شناسی، انتشارات آستان قدس رضوی، 476 ص.
موسوی، س. پ.، مختاری، م. ا.، خسروی، س.، حسین­زاده، ر (1395) بررسی آلودگی زیست­محیطی رسوبات آبراهه­ای به عناصر سنگین در منطقه زرشوران- آغدره (شمال تکاب)، نشریه علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، سال 22، شماره 2، ص 127-141.
Abbaszadeh, M., Mahdavi, R. and Rezai, M (2019) Assessment of sedimentation process in flood water spreading system using IRS (P5) and supervised classification algorithms (case study: Dahandar plain, Minab city, south of Iran). Remote Sensing Applications: Society and Environment, 16, 100269 p.
Ali, H., Khan, E. and Ilahi, I (2019) Environmental chemistry and ecotoxicology of hazardous heavy metals: environmental persistence, toxicity, and bioaccumulation. Journal of chemistry, murch, 5: 2019.
Armitage, P. D., Bowes, M. J., Vincent, H. M (2007) Long-term changes in macroinvertebrate communities of a heavy metal polluted stream: the River Nent (Cumbria, UK) after 28 years. River Res. Appl, 23: 997–1015.
Avramidis, P., Nikolaou, K. and Bekiari, V (2015) Total organic carbon and total nitrogen in sediments and soils: a comparison of the wet oxidation–titration method with the combustion-infrared method. Agriculture and Agricultural Science Procedia, 4(1): 425-430.
Bhattacharya, A., Routh, J., Jacks, G (2006) Environmental Assessment of Abandoned Mine Tailings in Adak, Västerbotten District (Northern Sweden). Applied Geochemistry, 21: 1760–1780.
Chen, H. Y., Teng, Y. G., Li, J., Wu, J., Wang, J. S (2016) Source apportionment of trace metals in river sediments: a comparison of three methods. Environ. Pollut, 211: 28–37.
Chen, L., Zhou, S., Shi, Y., Wang, C., Li, B., Li, Y., Wu, S (2018) Heavy metals in food crops, soil, and water in the Lihe River watershed of the Lake Tai region and their potential health risks when ingested. Sci. Total Environ, 615: 141–149.
Chen, M., Li, F., Tao, M., Hu, L., Shi, Y. and Liu, Y (2019 b) Distribution and ecological risks of heavy metals in river sediments and overlying water in typical mining areas of China. Marine pollution bulletin, 146: 893-899.
Chen, R., Chen, H., Song, L., Yao, Z., Meng, F. and Teng, Y (2019a) Characterization and source apportionment of heavy metals in the sediments of Lake Tai (China) and its surrounding soils. Science of The Total Environment, 694, 133819 p.
Cheng, H., Li, M., Zhao, C., Li, K., Peng, M., Qin, A., Cheng, X (2014) Overview of tracemetals in the urban soil of 31metropolises in China. J. Geochem. Explor, 139: 31–52.
Cheng, J. L., Shi, Z., Zhu, Y. W (2007) Assessment and Mapping of Environmental Quality in Agricultural Soils of Zhejiang Province, China. Journal of Environmental Sciences, 19: 50–54.
Eby, G. N (2016) Principles of Environmental Geochemistry (pp. 514). Waveland Press.
El Gaidoumi, A., Tanji, K., Chaouni Benabdallah, A., Taleb, A. and Kherbeche, A (2019) Characterization and Quantification of Heavy Metals in Oued Sebou Sediments. The Scientific World Journal, jun, 26: 2019.
Gee, G. W. & J. W. Bauder (1986) Particle size analysis. In: Klute A. (ed.). Methods of Soil Analysis. Part 1. Physical and mineralogical properties. American Society of Agronomy and Soil Science Society of America. Madison. Wisconsin. USA, 383-411.
Gonçalves, R. A., Oliveira, D. F., Ferreira, P. H. G., Rezende, C. E., Almeida, P., de Lacerda, L. D., Godoy, J. M (2018) Decadal and spatial variation of Hg concentrations in sediments of a multi-stressor impacted estuary. Mar. Pollut. Bull, 135: 1158–1163.
Guan, J., Wang, J., Pan, H., Yang, C., Qu, J., Lu, N. and Yuan, X (2018) Heavy metals in Yinma River sediment in a major Phaeozems zone, Northeast China: Distribution, chemical fraction, contamination assessment and source apportionment. Scientific reports, 8(1): 1-11.
Islam, M. S., Ahmed, M. K., Raknuzzaman, M., Habibullah-Al-Mamun, M. and Islam, M. K (2015) Heavy metal pollution in surface water and sediment: a preliminary assessment of an urban river in a developing country. Ecological indicators, 48: 282-291.
Islam, M. S., Han, S., Masunaga, S (2014) Assessment of trace metal contamination in water and sediment of some rivers in Bangladesh. J. Water Environ. Technol, 12: 109–121.
Jadoon, S., Muhammad, S., Hilal, Z., Ali, M., Khan, S., Khattak, N. U (2020) Spatial distribution of potentially toxic elements in urban soils of abbottabad city, (N Pakistan): Evaluation for potential risk. Microchem. J. 104489.
Kelderman, P., Osman, A. A (2007) Effect of redox potential on heavy metal binding forms in polluted canal sediments in Delft (The Netherlands). Water Res, 41: 4251–4261.
Kettler, T. A., Doran, J. W. and Gilbert, T. L (2001) Simplified method for soil particle-size determination to accompany soil-quality analyses. Soil Science Society of America Journal, 65(3): 849-852.
Khadse, G. K., Patni, P. M., Kelkar, P. S., Devotta, S (2008) Qualitative evaluation of Kanhan river and its tributaries flowing over central Indian plateau. Environ. Monit. Assess, 147: 83–92.
Meknes, S. C., Abrid, D. A., Hmaidi, El., Abdallaoui, A. and Essahlaoui, A (2014) Study of trace metals in surface sediments of the dam reservoir, The International Journal of Engineering and Science, 3 (1): 23–32.
Mohammadi, A., Hajizadeh, Y., Taghipour, H., Mosleh Arani, A., Mokhtari, M and Fallahzadeh, H (2018) Assessment of metals in agricultural soil of surrounding areas of Urmia Lake, northwest Iran: A preliminary ecological risk assessment and source identification, Human and Ecological Risk Assessment: an International journal, 24(8): 2070-2087.
Muhammad, S., Ullah, R., Jadoon, I. A (2019) Heavy metals contamination in soil and food and their evaluation for risk assessment in the Zhob and Loralai valleys, Baluchistan province, Pakistan. Microchem, 149: 103971.
Pandey, J. and Singh, R (2017) Heavy metals in sediments of Ganga River: up-and downstream urban influences. Applied Water Science, 7(4): 1669-1678.
Rajeshkumar, S., Liu, Y., Zhang, X., Ravikumar, B., Bai, G., Li, X (2018) Studies on seasonal pollution of heavy metals in water, sediment, fish and oyster from the Meiliang Bay of Lake Tai in China. Chemosphere, 191: 626–638.
Rudnick, R. L., Gao, S., Holland, H. D. and Turekian, K. K (2003) Composition of the continental crust. The crust, 3: 1-64.
Saiful Islama, M, Kawser Ahmedc, M, Raknuzzamanb, M, Habibullah -Al- Mamunb, M, Kamrul Islam, M (2015) Heavy metal pollution in surface water and sediment: A preliminary assessment of an urban river in a developing country, Ecological Indicators, 48: 282–291.
Siegle, F. R (2002) Environmental Geochemistry of Potentially Toxic Metals. Springel- Verlag Berlin Heidelberg, 226 p.
Sin, S. N., Chua, H., Lo, W., Ng, L. M (2001) Assessment of heavy metal cations in sediments of Shing Mun River, Hong Kong. Environ. Int, 26: 297–301.
Singh, K. P., Mohan, D., Singh, V. K. and Malik, A (2005) “Studies on distribution and fractionation of heavy metals in Gomti river sediments—a tributary of the Ganges, India,” Journal of Hydrology, 312 (1-4): 14–27.
Srebotnjak, T., Carr, G., de Sherbinin, A., Rickwood, C (2012) A global water quality index and hot-deck imputation of missing data. Ecol. Indic, 17: 108–119.
Su, S., Xiao, R., Mi, X., Xu, X., Zhang, Z., Wu, J (2013) Spatial determinants of hazardous chemicals in surface water of Qiantang River, China. Ecol. Indic, 24: 375–381.
Venugopal, T., Giridharan, L., Jayaprakash, M., Velmurugan, P. M (2009) A comprehensive geochemical evaluation of the water quality of River Adyar, India. Bull. Environ. Contam. Toxicol, 82: 211–217.
Vongdala, N., Tran, H. D., Xuan, T. D., Teschke, R., Khanh, T. D (2019) Heavy metal accumulation in water, soil, and plants of municipal solid waste landfill in Vientiane, Laos. Int. J. Environ. Res. Public Health, 16 (1): 22.
Wei, J., Duan, M., Li, Y., Nwankwegu, A. S., Ji, Y. and Zhang, J (2019) Concentration and pollution assessment of heavy metals within surface sediments of the Raohe Basin, China. Scientific Reports, 9(1): 1-7.
Xue, K., Yuan, M. M., Shi, Z. J., Qin, Y., Deng, Y., Cheng, L., Wu, L., He, Z., Van Nostrand, J. D., Bracho, R. and Natali, S (2016) Tundra soil carbon is vulnerable to rapid microbial decomposition under climate warming. Nature Climate Change, 6(6): 595.
Yalcin, M. G., Battaloglu, R., and Ilhan, S (2007) Heavy metal sources in Sultan Marsh and its neighborhood, Kayseri, Turkey. Environmental geology, 2: 399-415.
Yang, L., Wang, L., Wang, Y (2015) Geochemical speciation and pollution assessment of heavy metals in surface sediments from Nans Lake, China. Environmental Monitoring & Assessment, 5 (10): 187–261.
Yuan, G. L., Liu, C., Chen, L., Yang, Z (2011) Inputting history of heavy metals into the inland lake recorded in sediment profiles: Poyang Lake in China. J. Hazard Mater, 185: 336–345.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 10 خرداد 1400
  • تاریخ بازنگری: 21 شهریور 1400
  • تاریخ پذیرش: 16 آبان 1400

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار