1-3-آلودگی محیط زیستشهری………………………………….. 4
1-4- اهمیت خاک…………………………………… 4
1-5- شیمی عمومی خاک…………………………………… 5
1-6- فازهای مختلف خاک…………………………………… 6
1-6-1- فاز جامد خاک…………………………………… 6
1-6-2- فاز محلول خاک…………………………………… 7
1-7- آلودگی خاک…………………………………… 7
1-7-1- تخریب شیمیایی خاک…………………………………… 8
1-7-2- طبقه بندی عناصر در خاک…………………………………… 8
1-8- فلزات سنگین………………………………….. 10
1-8-1- سرب…………………………………… 11
1-8-2- کروم…………………………………. 12
1-8-3- مس……………………………………. 13
1-8-4- روی………………………………….. 14
1-8-5- نیکل………………………………….. 15
1-8-6- منگنز…………………………………. 16
1-9- منشاء تجمع و آلودگی زیستی فلزات سنگین……………………….17
1-9-1- آلودگی ناشی از منابع طبیعی………………………………….. 17
1-9-2- آلودگی ناشی از منابع انسانی………………………………….. 17
1-9-3- آلودگی ناشی از فعالیتهای شهری………………………………….. 20
1-9-4- آلودگی ناشی از فعالیتهای كشاورزی………………………………….. 21
1-9-5- آلودگی ناشی از دفع پسماند…………………………………. 21
1-10- فاكتورهای تأثیرپذیر ناشی از آلایندگی عناصر سنگین…………………….. 22
1-10-1-شدتتاثیرپذیریفاكتورهایزیستمحیطی……………………………… 23
1-11-ارزیابیاثراتزیستمحیطیفلزاتسنگینبرخاک………………………. 23
1-12- مقادیر استاندارد پیشنهادی عناصر سنگین از سوی سازمانها و محققان مختلف…..24
1-12-1- حد مجاز سرب با توجه به مرجع استاندارد…………………………………. 24
1-12-2- حد مجاز کروم با توجه به مرجع استاندارد…………………………………. 24
1-12-3- حد مجاز مس با توجه به مرجع استاندارد…………………………………. 25
1-12-4- حد مجاز روی با توجه به مرجع استاندارد…………………………………. 25
1-12-5- حد مجاز نیکل با توجه به مرجع استاندارد…………………………………. 25
1-12-6- حد مجاز منگنز با توجه به مرجع استاندارد…………………………………. 25
1-13- پیشینه تحقیق در ایران و جهان………………………………….. 25
1-13-1- مطالعات صورت گرفته در ایران………………………………….. 25
1-13-2- مطالعات صورت گرفته در جهان………………………………….. 27
فصل دوم: مواد و روش ها………………………………… 32
2-1- مقدمه…………………………………. 32
2-2- روش گردآوری اطلاعات…………………………………… 32
2-3- بازدید میدانی و دلایل انتخاب ایستگاه های نمونه برداری………………… 32
2-4 منطقه مورد مطالعه…………………………………. 33
2-5- مدت انجام پروژه………………………………… 34
2-6-نمونهبرداری………………………………….. 35
2-6-1- تجهیزات نمونه برداری………………………………….. 35
2-6-2شکلقطعهنمونه…………………………………. 37
2-6-3- سطح گمانه نمونه…………………………………. 37
2-7-انجامعملیاتنمونهبرداریپروژه………………………………… 38
2-7-1 نمونه برداری بهکمک استوانه پلی اتیلن……………………… 39
2-7-2 نمونه برداری توسط دست و ابزارهایی بجز استوانه پلی اتیلن…….40
2-7-3 -آماده سازی نمونه ها برای آزمایشگاه………………………………… 42
2-8- ارزیابی خاك منطقه مورد مطالعه…………………………………. 45
2-8-1- تعیین شاخص تجمع زمینی مولر(Igeo) ……………………………45
2-8-2- فاکتور آلودگی………………………………….. 46
2-8-3- شاخص جامع فاكتور آلودگی………………………………….. 47

2-9- پردازش داده ها و تجزیه و تحلیل آماری…………………………….. 48
فصل سوم: نتایج و بحث…………………………………… 49
3-1- مقدمه………………………………… 49
3-3- مقایسه غلظت عناصر در عمق های مختلف……………………………….. 54
3-3-1- مقایسه غلظت عناصر در عمق 20-0…………………………………. 54
3-3-2- مقایسه غلظت عناصر در عمق 40-20…………………………………. 55
3-3-3-مقایسه غلظت عناصر در عمق 60-40…………………………………. 55
3-4- مقایسه میانگین غلظت عناصر بر حسب فصول مختلف سال………………. 57
3-4-1- مقایسه غلظت میانگین عناصر (در فصول مختلف) در ایستگاههای مختلف اندازه گیری…………61
3-5- تجزیه و تحلیل پارامترهای مورد بررسی در نمونه خاک منطقه بر اساس ضریب همبستگی……….61
3-5-1- تفسیر ضریب همبستگی بین پارامترهای موجود در عمق 20-0…………………..61
3-5-2- تفسیر ضریب همبستگی بین پارامترهای موجود در عمق 40-20………………… 63
3-5-3- تفسیر ضریب همبستگی بین پارامترهای موجود در عمق 60-40………………….63
3-6- آنالیز خوشه ای شاخص تشابه میانگین سالانه پارامترهای بررسی شده نمونه خاک در ایستگاه های مطالعاتی شهر سبزوار……..65
3-6-1- تفسیر آنالیز خوشهای ایستگاه ها در عمق 20-0…………………65
3-6-2- آنالیز خوشهای تفسیر شده ایستگاه ها در عمق40-20………….66
3-6-3- آنالیز خوشهای تفسیر شده ایستگاه ها در عمق60-40……………66
3-6-4- آنالیز خوشهای میانگین غلظت عناصر در ایستگاه ها در عمق20 -0…………68
3-6-5- آنالیز خوشهای میانگین غلظت عناصر در ایستگاه ها در عمق 40-20……….68
3-6-6- آنالیز خوشهای میانگین غلظت عناصر در ایستگاه ها در عمق 60-40……………69
3-7- توصیف سطوح خطر فلزات سنگین بر اساس فاكتورآلودگی (Cf) و درجه آلودگی (Cd) در ایستگاه های مورد مطالعه در شهر سبزوار……………………..70
3-8- توصیف سطوح خطر فلزات سنگین بر اساس شاخص تجمع زمینی مولر(Igeo)…………..70
3-9- توصیف سطوح خطر فلزات سنگین بر اساس شاخص جامع فاکتور آلودگی……………..74
فصل چهارم: نتیجه گیری و پیشنهادات…………………………………… 75
4-1- نتیجه گیری نهایی………………………………….. 75
4-2- پیشنهادات…………………………………… 77
منابع………………………………….. 78
چکیده:
امروزه یکی از مسائل حائز اهمیت در جوامع شهری و صنعتی آلودگی خاک می باشد. خاک یکی از منابع مهم و ارزشمند طبیعت است. از میان مهمترین آلاینده های خاک میتوان به فلزات سنگین که به واسطه طبیعت غیر قابل تجزیه، سمیت زیاد، اثرات تجمعی در خاکدارند،اشارهکرد. این تحقیق با هدف بررسی میزان غلظت فلزات سنگین در خاکهای سطحی شهر سبزوار در عمق ها و فصول مختلف با استفاده از تکنیک های سیستم اطلاعات جغرافیایی و زمین آمار انجام گرفت. نمونه ها از سه عمق مختلف خاک (20-0 ، 40-20 ، 60-40 سانتی متری( و در چهار فصل بهار، تابستان، پاییز و زمستان 1391 جمع آوری و غلظت نیکل، کروم، منگنز، روی، مس و سرب و نیزخصوصیات خاکشاملpH،مادهآلیوبافتآنهااندازهگیریشد. نتایج تحقیق نشان داد که میانگین غلظت عناصر سرب، مس، کروم، روی، نیکل و منگنز با افزایش عمق بیشتر می شود بطوریکه عنصر کروم بیشترین افزایش غلظت را با عمق دارا می باشد. میانگین غلظت عناصر کروم (56/176) >سرب(87/109) > منگنز (36/96) > نیکل(79/77) >روی(40/36) > مس(17/29) بود. عناصر سنگین سرب، نیکل، کروم، سرب، منگنز در فصلهای پاییز بیشترین میانگین غلظت را نسبت به دیگر فصول دارا بودند.( پاییز> زمستان> بهار>تابستان).
نتایج آزمون همبستگی نشان داد که بین منگنز(717/0) و نیکل، منگنز وسرب(571/0)، روی و نیکل (573/0) همبستگی قوی در سطح اطمینان 99 درصد وجود دارد. نتایج حاصل از آنالیز خوشه ای نشان داد که در عمق( 40-20 سانتی متری ) ایستگاه های شهربازی و بعثت در یک گروه با بیشترین همبستگی قرار دارند. کمترین همبستگی برای ایستگاه شماره توحید شهر است. بر اساس فاكتورآلودگی همانطور که مشاهده می گردد در اغلب ایستگاه ها درجه آلودگی بیشتر از یک و کمتر از دو می باشد که در مقیاس جدول درجه آلودگی در گروه متوسط قرار می گیرد اما با توجه به شاخص تجمعی مولر غلظت سرب در ایستگاه های مورد نظر در بازه منطقه آلودگی زیاد با درجه آلودگی چهار قرار می گیرند.
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 فعالیتهای 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، ارگانیسمهای 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 ازموادوابزارجدیدصنعتی مخصوصا در فعالیتهایمعدنی وغیره، باعث ایجاد عوامل بالقوهای 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 میتوانند با تجمع زیستی مخصوصا در خاک عوارض غیر قابل جبرانی را ایجاد نماید.
یكی از عمده تر ین منابع تولید كننده این عوامل سنگ های معادن و غبارهای آتشفشانی می باشند ولی در كنار اینها انسان خود به اشكال مختلف مانند صنایع رنگرزی، آبكاری فلزاتوباطری سازی در انتشار فلزات سنگین نقش دارد(زرافشان،1371). شایان ذکر است که بررسی میزان این عناصر سنگین در مناطقی که انسانها بیشتر با آن مربوط اند مانند محیط کار،محل سکونت، پارکها، زمین های کشاورزیو… از نظر مقایسه ای می تواند باعث دریافت اطلاعات جامع تر و راه كار مناسبی 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 ویژهای 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 تحقیق
– بررسی وتعیین میزان غلظت عناصرسنگین سرب، روی، مس، منگنز، کروم و نیکل در اعماق مختلف خاکهای سطحی درفصول مختلف سال
– مقایسه تجمعغلظت عناصرسنگین مورد مطالعه در ایستگاههای مختلف با استفاده از شاخص های مختلف
– مقایسه میزان غلظتعناصرسنگین مورد مطالعه در منطقه مورد مطالعه با استانداردهای جهانی
– بررسی رابطه بین پارامترهای مورد مطالعه و میزان غلظت عناصر سنگین
– شناخت منایع آلاینده منطقه مورد مطالعه
2-1-1- فرضیات تحقیق
– میزان متفاوتی ازغلظت عناصرسنگین در اعماق مختلف خاکهای سطحی در فصول مختلف سال وجود دارد.
– شاخص های تجمععناصرسنگین در ایستگاههای مختلف، نشان دهنده تجمع متفاوت عناصر در ایستگاه های مختلف می باشد.
– میزان غلظتعناصرسنگین در منطقه مورد مطالعه از استانداردهای جهانی بالاتر است.
– پارامترهای مورد مطالعه بر میزان غلظت عناصر سنگین تاثیر دارند.
3-1-1- سوالات تحقیق
– میزان عناصر سنگین نیکل ،کروم،منگنز،روی،مسو سرب در منطقه مورد مطالعه چقدر می باشد؟
– آیا میزان عناصر سنگین نیکل ، کروم، منگنز، روی، مسو سرب در مناطق منطقه مورد مطالعه با هم تفاوت دارد؟