كاربرد كريجينگ بيزين تجربي در پهنه‌بندي آلودگي خاك به فلزات سنگين (مطالعه موردي: شهرستان اسفراين)

Application of Empirical Bayesian Kriging to Map Soil Contamination by Heavy Metals (Case study: Esfarayen city)

زمينه و هدف: روش‌هاي كريجينگ به‌ويژه كريجينگ معمولي در بين روش‌هاي درون‌يابي به دليل ايجاد خطاي كم‌تر و توليد حداقل واريانس ممكن، محبوبيت بيش‌تري نسبت به ساير روش‌ها دارند؛ با اين‌ وجود، پيچيدگي‌هاي مختلف موجود در اين روش، استفاده از آن را محدود مي‌كند؛ از اين رو كريجينگ بيزين تجربي براي غلبه بر مشكلات كريجينگ معمولي معرفي شده است. روش بررسي: در اين پژوهش، كارايي كريجينگ معمولي و بيزين تجربي براي تعيين الگوي مكاني عناصر نيكل، مس و روي در خاك سطحي اطراف مجتمع صنعتي اسفراين بررسي شده است. بدين منظور 35 نمونه خاك سطحي (cm 0-20) در منطقه‌اي به وسعت تقريبي 87 كيلومترمربع برداشت شد و غلظت فلزات در نمونه­ ها با استفاده از دستگاه جذب اتمي شعله تعيين گرديد. دو روش كريجينگ معمولي و بيزين تجربي براي درون­يابي استفاده شد و ارزيابي متقابل به همراه آماره­هاي ارزيابيRMSE ، NSE و PBIASبراي سنجش صحت­ و مقايسه كارايي دو روش استفاده شد. يافته ها: نتايج حاصل از توصيف آماري نشان داد كه ميانگين غلظت عناصر نيكل، روي و مس در منطقه به ترتيب 23/61، 58/47 و 12/51 ميلي‌گرم بر كيلوگرم بوده و در مقايسه با غلظت زمينه طبيعي، ميانگين غلظت دو عنصر روي و مس بيش‌تر و در مورد عنصر نيكل اين مقدار كم‌تر از غلظت طبيعي آن‌ها مي‌باشد. بحث و نتيجه­ گيري: در روش كريجينگ معمولي مدل‌هاي نمايي (مس و روي) و كروي (نيكل) بهترين مدل‌هايي بودند كه به داده ­ها برازش داده شدند. نتايج ارزيابي متقابل نشان داد كه روش كريجينگ بيزين تجربي نسبت به كريجينگ معمولي داراي كارايي بيش‌تري در برآورد غلظت عناصر مورد­مطالعه بوده است اگرچه اين تفاوت بسيار زياد نبود. ا

Background and purpose: Kriging methods especially ordinary kriging are more popular than other interpolation methods because of less uncertainty and the least possible variance. However, various complications in the procedure of this method limit its uses. Therefore, empirical Bayesian kriging has been introduced to overcome the problems of ordinary kriging. Materials and methods: In this study, the efficiency of ordinary kriging and empirical Bayesian kriging was investigated to determine the spatial pattern of concentrations of Ni, Cu and Zn in the soils surrounding the Esfarayen industrial complex. For this purpose, 35 surface soil samples (0-20 cm) were collected in area of nearly 87 Km2 and the metal concentrations were determined in the soil samples using a Flame Atomic Absorption Spectrophotometer (FAAS). The ordinary and empirical Bayesian kriging were utilized for interpolating and cross validation including RMSE, NSE and PBIAS were used to assess and compare the efficiency of two methods. Results: The results showed the mean concentration of Ni, Zn and Cu were 23.61, 58.47 and 12.51 mg/kg respectively. Based on the results the mean concentration of Zn and Cu were more than background concentrations of the metals, whereas Ni concentration was less than background concentration. Discussion and conclusion: The experimental vario-gram of Cu, Zn and Ni concentrations were bestfitted by exponential, exponential and spherical models respectively. The results of cross validation indicated that the empirical Bayesian kriging was more accurate than ordinary kriging to estimate the elements concentration, though this difference was not considerable.