بررسي زمين شيمي خاك‌هاي سطحي و نقش كاني‌شناسي در ميزان دسترسي زيستي فلزات سنگين در منطقه‌ي سبزوار

The investigation of surface soil geochemistry and mineralogical role in the heavy metal bioavailability of Sabzevar area

خاك­هاي سطحي پهنه­ي سبزوار از نظر خواص زمين­شيميايي به دو گروه خاك­هاي سرپانتينيتي و خاك­هاي غيرسرپانتينيتي تقسيم مي­شوند. خاك­هاي سرپانتينيتي داراي MgO، FeOt، CaO، S، Ag، Co، Cr، Cu و Ni بالاتر و SiO2، Al2O3، Na2O، K2O، Be، Li، Sc، Ti، U و V پايين­تري نسبت به انواع غيرسرپانتينيتي هستند. از سوي ديگر، خاك­هاي غيرسرپانتينيتي فراواني عناصر خاكي نادر (REE) بالاتر و الگوي نموداري REE با تفكيك آشكار عناصر خاكي نادر سبك (LREE) به سنگين (HREE) را نشان مي­دهند (ppm 3/58-89/31= ΣREE؛ 58/6-36/4= LaN/YbN) در حاليكه خاك­هاي سرپانتينيتي فراواني REE كمتر با تهي­شدگي LREE را نمايش مي­دهند (ppm 68/18-29/12= ΣREE؛ 77/0- 69/= LaN/YbN). ميزان عناصر كروم، نيكل و كبالت در تمام نمونه­هاي مورد بررسي بالاتر از استانداردهاي تعيين شده از نظر زيست محيطي هستند. آزمايش استخراج فلزات سنگين به روش DTPA نشان مي­دهد كه ميزان دسترسي زيستي اين فلزات در خاك­هاي سرپانتينيتي بالاتر از ساير نمونه­هاي ديگرست. تجزيه گياهان يونجه كشت شده در خاك­هاي مختلف نيز انباشت زيستي بالاتر نمونه­هاي خاك­هاي سرپانتينيتي را تأييد مي­كند. تمام نمونه­هاي خاكي در منطقه­ي مورد بررسي خواص فيزيكو- شيميايي (اسيديته، ميزان ماده آلي و ظرفيت تبادل كاتيوني) تقريبا مشابهي دارند و عامل اصلي مؤثر در تعيين دسترسي زيستي فلزات سنگينِ خاك، تغييرات كاني­شناسي نمونه­هاي برداشت شده است. وجود كاني­هاي مستحكم اكسيدي دربردارنده­ي فلزات سنگين در نمونه­هاي غيرسرپانتينيتي مانع خروج و موجب پايين بودن دسترسي زيستي اين عناصر در خاك­هاي غيرسرپانتينيتي شده است؛ در حاليكه كاني­هاي با شبكه­ي بازتر مثل سرپانتين و تالك در نمونه­هاي سرپانتينيتي عامل آزادسازي بيشتر و قابليت دسترسي بالاتر فلزات سنگين بود­ه­اند.

Surface soils of Sabzevar zone could be geochemically divided into two groups of serpentine (Se) and non-serpentine (Nse) soils. Serpentine soils have higher MgO, FeOt, CaO, S, Ag, Co, Cr, Cu and Ni and lower SiO2, Al2O3, Na2O, K2O, Be, Li, Sc, Ti, U and V than Nse. In other word, Nse samples have high REE content with fractionated LREE/HREE trends in REE diagrams (ΣREE= 31.89- 58.3 ppm; LaN/YbN = 4.36- 5.68); while REE content of Se soils is lower and REE trends show LREE depletion (ΣREE = 12.29- 18.68 ppm; LaN/YbN= 0.69- 0.77). All studied soil samples have higher Ni, Cr and Co concentrations than environmental standard limitations. Heavy metal extraction by DTPA method shows that Se soils have higher bioavailability relative to other soils. Heavy metal analyses of alfalfa plants cultivated in different soils approves higher bioconcentration of these metals in Se soil samples. All studied soils display similar physico- chemical properties (pH, TOC and CEC) and mineralogical differences are the main factors controlling heavy metal bioavailability of Sabzevar soils. The existence of resistant oxide minerals in NSe soils inhibits the release of heavy metals and reduce bioavailable concentration of these elements; while structurally more open minerals like serpentine and talc led to higher availability of heavy metals in Se soils.