بررسی آلودگی فلزات سنگین در گیاهان اطراف کارخانه ذوب مس خاتون آباد

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                صفحه

 

فصل اول: کليات و مروری بر مطالعات پیشین.. 2

1-1- مقدمه………………………………… 2

1-2-چرخه زیست زمین شیمیایی.. 3

1-2-1- خاک.. 3

1-2-2- گیاه 5

1-3-آلودگی خاک و گیاه…………… 5

1-4-فلزات سنگین…………………….. 6

1-4-1- کروم. 7

1-4-2- مولیبدن. 7

1-4-3- منگنز. 8

1-4-4- آهن.. 9

1-4-5- کبالت.. 11

1-4-6- آرسنیک.. 12

1-4-7- مس… 13

1-4-8- روی.. 14

1-4-9- کادمیم. 15

1-4-10- سرب.. 16

1-4-11- جیوه 17

عنوان                                                                                                                صفحه

1-4-12- آنتیموان. 18

1-5-استخراج گزینشی………………. 19

1-6-تاريخچه و خلاصه مطالعات انجام شده در رابطه با موضوع پايان نامه………. 19

فصل دوم: زمین شناسی و موقعیت و شرایط آب و هوایی منطقه مورد مطالعه. 23

2-1- مقدمه………………………………… 23

2-2- موقعیت جغرافیایی منطقه خاتون­آباد. 24

2-3- شرایط آب و هوایی منطقه خاتون­آباد. 25

2-4- پوشش گیاهی منطقه……….. 26

2-5- زمین شناسی منطقه…………. 27

2-6- زمین­ریخت­شناسی منطقه خاتون­آباد. 29

2-7- کارخانه ذوب مس خاتون آباد. 30

فصل سوم: مواد و روش­ها 33

3-1- مقدمه……………………………… 33

3-2- نمونه برداری از محیط خاک و گیاه 34

3-2-1- نمونه برداری از محیط خاک.. 34

3-2-2- نمونه برداری از محیط گیاه 35

3-3- آماده سازی نمونه­های خاک و گیاه 38

3-3-1- آماده سازی نمونه­های خاک.. 38

3-3-2- آماده سازی نمونه­های گیاه 39

3-4- اطلاعات گیاه شناختی درمنه. 41

3-5- اطلاعات گیاه شناختی اسفند. 43

3-6- استخراج گزینشی نمونه­های خاک.. 44

3-7- پارامترهای فیزیکوشیمیایی خاک.. 47

عنوان                                                                                                                صفحه

3-7-1- pH.. 47

3-7-2- هدایت الکتریکی (EC) 49

3-7-3- ماده آلی.. 49

3-7-4- کربنات کلسیم. 51

3-7-5- بافت خاک.. 52

3-7-6- ظرفیت تبادل کاتیونی(CEC) 54

فصل چهارم: زمین شیمی خاک.. 58

4-1- مقدمه………………………………… 58

4-2- پارامترهای فیزیکی وشیمیایی خاک.. 59

4-3- نتایج حاصل از تجزیه نمونه­های خاک.. 62

4-4- مقایسه غلظت فلزات سنگین در نمونه­های خاک محدوده خاتون آباد با معادن دیگر ایران…………………………………………….. 64

4-5- ضریب غنی شدگی(Enrichment Factor) 67

4-6- فاکتور آلودگی(CF) و شاخص بار آلودگی((Pollution Load Index(PLI)) 70

4-7- شاخص اصلاح شده درجه آلودگی(Modified degree of Contamination) 73

4-8- شاخص خطر بالقوه بوم شناختی(RI) 76

4-9- شاخص زمین انباشت(Igeo) 78

4-10- همبستگی عناصر در محیط خاک.. 81

4-11- تحلیل خوشه­ای.. 83

4-12- تهیه و بررسی نقشه­های هم غلظت.. 85

4-13- گونه پذیری عناصر در نمونه­های خاک.. 89

4-13-1- کبالت.. 89

4-13-2- کروم. 90

4-13-3- آهن.. 91

عنوان                                                                                                                صفحه

4-13-4- نیکل. 92

4-13-5- مس… 93

4-13-6- مولیبدن. 94

4-13-7- سرب.. 95

4-13-8- روی.. 96

4-13-9- ضریب تحرک(Mobility Factor) 98

4-13-10- درجات ارزیابی خطر((Risk Assessment Code. 100

فصل پنجم: زمین شیمی گیاهان منطقه. 104

5-1- مقدمه………………………………… 104

5-2- نتایج حاصل از تجزیه نمونه­های گیاه 105

5-3- مقایسه میانگین غلظت عناصر در ریشه و برگ گیاه درمنه محدوده خاتون­آباد با   دیگر گونه­های گیاهی مناطق دیگر ایران و جهان   107

5-4- شاخص­های رایج در ارزیابی آلودگی گیاهان منطقه مورد مطالعه. 113

5-4-1- ضریب انتقال(Translocation Factor, TF) 113

5-4-2- شاخص زیست انباشت(Bioaccumulation Coefficient) 114

5-5- تعیین ارتباط بین عناصر در محیط گیاه 115

5-5-1- همبستگی عناصر در نمونه­های گیاه 115

5-5-2- ضریب همبستگی عناصر در نمونه­های گیاه درمنه و خاک.. 118

5-5-3- تحلیل مولفه­های اصلی(PCA) 120

5-6- تهیه و بررسی نقشه­های هم غلظت.. 122

فصل ششم: نتیجه گیری و پیشنهادات.. 128

6-1- نتیجه گیری………………………. 128

6-2- پیشنهادات………………………. 133

عنوان                                                                                                                صفحه

منابع. 134

منابع فارسی……………………………….. 134

منابع انگلیسی…………………………… 137

 

چکیده و صفحه عنوان به انگلیسی

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست جداول

عنوان                                                                                                                صفحه

جدول 3–1- رده بندی گیاه درمنه…………………………………………………….. 42

جدول4–1- خلاصه آماری پارامترهای فیزیکی و شیمیایی نمونه های خاک منطقه       خاتون­آباد………………………………………………………………………………59

جدول4–‏2- رده بندی pH خاک(Brady and Weil., 1999)…………………………… 59

جدول4–‏3- مقایسه پارامترهای فیزیکی و شیمیایی نمونه­های خاک منطقه خاتون آباد          با مناطق دیگر     62

جدول4–‏4- خلاصه آماری غلظت عناصر در نمونه­های خاک(mg/kg)…………………… 63

جدول4–‏5- غلظت فلزات سنگین در نمونه­های خاک محدوده کارخانه ذوب مس           خاتون آباد در مقایسه با معادن دیگر ایران (mg/kg)……………………………………………………………. 65

جدول4–‏6- رده بندی خاک بر اساس ضریب غنی شدگی                           (Chabukdhara et al., 2012)   68

جدول4–‏7- شاخص بار آلودگی در ایستگاه­های مختلف محدوده خاتون آباد…………….. 72

جدول4–‏8- رده بندی درجه اصلاح شده آلودگی(Abrahim, 2005)……………………. 74

جدول4–‏9- درجه اصلاح شده آلودگی ایستگاه­های مختلف محدوده خاتون آباد…………. 75

جدول4–‏10- درجات خطر بالقوه بوم شناختی(Zheng et al.,2010)……………………. 77

جدول4–11- راهنمای استفاده از شاخص زمین انباشت بر اساس طبقه بندی مولر     (Muller, 1969) 80

جدول4–‏12- ضریب همبستگی بین فلزات سنگین در نمونه­های خاک منطقه                مورد مطالعه 82

جدول4–13- درصد عناصر استخراج شده در مراحل مختلف به روش BCR                  اصلاح شده   98

جدول4–14- درصد ضریب تحرک عناصر در خاک محدوده خاتون آباد……………….. 100

عنوان                                                                                                                صفحه

جدول4–15- کدهای ارزیابی خطر عناصر سمناک در محیط­های خاک و رسوب           (Qian et al., 2013)   101

جدول4–16- درجه ارزیابی خطر نمونه­های خاک محدوده خاتون آباد…………………. 102

جدول 5–1- آمار توصیفی غلظت عناصر در برگ درمنه(ppb)………………………………………… 105

جدول 5–2- آمار توصیفی غلظت عناصر در ریشه درمنه………………………………. 106

جدول 5–3- غلظت فلزات سنگین در نمونه­های برگ گیاه درمنه محدوده خاتون-               آباد در مقایسه با سایر گونه­های گیاهی مناطق دیگر(mg/kg)……………………………………………. 109

جدول 5–‏4- غلظت فلزات سنگین در نمونه­های برگ گیاه درمنه محدوده خاتون-                 آباد در مقایسه با سایر گونه­های گیاهی مناطق دیگر(mg/kg)………………………………………. 110

جدول 5–‏5- غلظت فلزات سنگین در نمونه­های ریشه گیاه درمنه محدوده خاتون-             آباد در مقایسه با سایر گونه­های گیاهی مناطق دیگر(mg/kg)……………………………………………. 111

جدول 5–‏6- غلظت فلزات سنگین در نمونه­های ریشه گیاه درمنه محدوده خاتون-                آباد در مقایسه با سایر گونه­های گیاهی مناطق دیگر(mg/kg)……………………………………………. 112

جدول 5–7- آزمون نرمال بودن دادهها در نمونه­های برگ گیاه درمنه…………………. 116

جدول 5–8- ضریب همبستگی بین عناصر در نمونه­های گیاه درمنه…………………… 117

جدول 5–9- ضریب همبستگی عناصر در نمونه­های گیاه درمنه و خاک……………….. 119

جدول 5–10- نتایج تحلیل مولفه­های اصلی نمونه­های گیاه درمنه…………………….. 121

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست اشکال

 

                عنوان                                                                                                                   صفحه

شکل2–1- موقعیت جغرافیایی خاتون­آباد………………………………………………. 24

شکل2–2- گلباد ترسیم شده با استفاده از آمار ایستگاه هواشناسی منطقه(میرحسینی،    1386، به نقل از راست منش، 1388)…………………………………………………………………….. 26

شکل 2-3- نقشه زمین شناسی 1:100000 منطقه………………………………………………………………..28

شکل 2-4- کارخانه ذوب مس خاتون­آباد………………………………………………………………………………..31

               شکل3–1- موقعیت نقاط نمونه برداری از خاک محدوده خاتون آباد………………………………..……. 35

               شکل3‏–2- نمونه برداری خاک از عمق 20-0 سانتی متری………………………………. 35

               شکل3–‏3- نمونه برداری از گیاهان(درمنه و اسفند) محدوده خاتون آباد………………….. 36

               شکل3–4- شناسایی نمونه­های گیاهی با استفاده از تخته پرس…………………………… 37

               شکل3–‏5- موقعیت نقاط نمونه برداری از گیاه درمنه و اسفند(نمونه شماره 1و2 از                 گیاه اسفند و سایر نمونه­ها از گیاه درمنه گرفته شده­اند)……………………………………………………. 37

               شکل3–‏6- خشک کردن نمونه­های خاک در دمای اتاق………………………………….. 38

               شکل3‏–7- الک کردن نمونه­های خاک…………………………………………………… 38

               شکل3‏–8- بسته بندی نمونه­های خاک………………………………………………….. 39

               شکل3–9- شستن نمونه­های گیاهی…………………………………………………….. 40

               شکل3–‏10- خشک کردن نمونه¬های گیاه در دمای اتاق………………………………… 40

               شکل3–‏11- پودر کردن و بسته بندی نمونه­های گیاهی………………………………….. 40

               شکل3–‏12- گونه Artemisia sieberi (درمنه دشتی)……………………………………. 41

               شکل3–13- مراحل استخراج گزینشی نمونه­های خاک…………………………………… 47

               شکل3–14- اندازه گیری pH خاک……………………………………………………… 48

               شکل3‏–15- اندازه گیری هدایت الکتریکی………………………………………………. 49

               شکل3–16- اندازه گیری هدایت الکتریکی………………………………………………. 50

               شکل3–17- اندازه گیری کربنات کلسیم خاک…………………………………………… 51

عنوان                                                                                                                صفحه

               شکل3–18- ته نشست ذرات خاک بر اساس اندازه(Whiting et al., 2002)………………. 53

               شکل3–19- مراحل آماده سازی محلول آمونیوم استات و سدیم استات برای اندازه گیری ……………………….………………………………….CEC56

               شکل3–20- مراحل اندازه گیری ظرفیت تبادل کاتیونی………………………………….. 56

              شکل 4‏–1- بافت غالب نمونه­های خاک منطقه خاتون آباد……………………………………………………… 61

              شکل 4–2- ضریب غنی شدگی نمونه­های خاک محدوده کارخانه ذوب مس خاتون-                  آباد     69

                شکل 4–‏3- شدت الودگی در نمونه­های خاک محدوده کارخانه ذوب مس خاتون-                      آباد  71

                شکل 4‏–4- شاخص بار آلودگی در ایستگاه­های مختلف محدوده خاتون آباد……………… 73

               شکل 4–‏5- درجه اصلاح شده آلودگی ایستگاه­های مختلف محدوده خاتون آباد…………… 76

               شکل 4–‏6- شاخص خطر بالقوه بوم شناختی فلزات سنگین در نمونه­های خاک             محدوده خاتون­آباد………………………………………………………………………………………………78

                 شکل 4–‏7- شاخص زمین انباشت در نمونه­های خاک محدوده کارخانه ذوب مس                  خاتون­آباد ………………………………………………………………………………………………………80

                  شکل 4‏–8- نمودار تجزیه خوش­های عناصر در نمونه­های خاک محدوده                                              خاتون آباد  84

                  شکل 4–‏9- نقشه هم غلظت مس در خاک محدوده کارخانه ذوب مس خاتون آباد………. 85

                  شکل 4–‏10- نقشه هم غلظت آرسنیک در خاک محدوده کارخانه ذوب مس                               خاتون آباد 86

                  شکل 4–‏11- نقشه هم غلظت روی در خاک محدوده کارخانه ذوب مس خاتون آباد……… 86

                  شکل 4–‏12- نقشه هم غلظت سرب در خاک محدوده کارخانه ذوب مس خاتون آباد……. 87

                  شکل 4–‏13- نقشه هم غلظت کروم در خاک محدوده کارخانه ذوب مس خاتون آباد…….. 87

                  شکل 4–‏14- نقشه هم غلظت آلومینیم در خاک محدوده کارخانه ذوب مس                           خاتون آباد     88

                  شکل 4–‏15- نقشه هم غلظت منگنز در خاک محدوده کارخانه ذوب مس خاتون آباد……. 88

                  شکل 4–‏16- درصد کبالت استخراج شده در مراحل مختلف به روش BCR اصلاح-                   شده 90

                  شکل 4–‏17- درصد کروم استخراج شده در مراحل مختلف به روش BCR اصلاح-               شده       91

عنوان                                                                                                                صفحه

                  شکل 4‏–18- درصد آهن استخراج شده در مراحل مختلف به روش BCR اصلاح-                                شده 92

                  شکل 4–‏19- درصد نیکل استخراج شده در مراحل مختلف به روش BCR اصلاح-                                شده           93

                  شکل 4–‏20- درصد مس استخراج شده در مراحل مختلف به روش BCR اصلاح-                      شده            94

                  شکل 4–‏21- درصد مولیبدن استخراج شده در مراحل مختلف به روش BCR اصلاح-                     شده       95

                  شکل 4–22- درصد سرب استخراج شده در مراحل مختلف به روش BCR اصلاح-               شده…………………………………………………………………………………………………………………. 96

                   شکل 4–‏23- درصد روی استخراج شده در مراحل مختلف به روش BCR اصلاح-                          شده      97

                   شکل 4–‏24- درصد عناصر استخراج شده در مراحل مختلف به روش BCR اصلاح-                              شده           97

                   شکل 4–‏25- نمودار ستونی درصد ضریب تحرک عناصر……………………………… 100

                   شکل 4–26- نمودار ستونی درجه ارزیابی خطر محدوده خاتون آباد…………………… 101

                  شکل5–‏1- ضریب انتقال در نمونه­های گیاه محدوده خاتون آباد……………………………………… 114

                   شکل5–‏2- میانگین ضریب زیست انباشت در نمونه­های گیاه درمنه…………………… 115

                   شکل5–‏3- نقشه هم غلظت سرب در برگ درمنه محدوده خاتون آباد…………………. 122

                   شکل5–4- نقشه هم غلظت مس در برگ درمنه محدوده خاتون آباد………………….. 123

                   شکل5–‏5- نقشه هم غلظت روی در برگ درمنه محدوده خاتون آباد………………….. 123

                  شکل5–‏6- نقشه هم غلظت آرسنیک در برگ درمنه محدوده خاتون آباد………………. 124

                  شکل5–‏7- نقشه هم غلظت نیکل در برگ درمنه محدوده خاتون آباد………………….. 124

                  شکل5–8- نقشه هم غلظت آلومینیم در برگ درمنه محدوده خاتون آباد………………. 125

                  شکل5–‏9- نقشه هم غلظت منگنز در برگ درمنه محدوده خاتون آباد…………………. 125

                  شکل5–10- نقشه هم غلظت کبالت در برگ درمنه محدوده خاتون آباد……………….. 126