پهنه بندي آلودگي فلزات سنگين خاك با استفاده از روش هاي كريجينگ و توابع پايه شعاعي (مطالعه موردي: شهرستان هريس)

Mapping concentrations of heavy metals in soils using Kriging and RBF Case study: Harris Township

آگاهي از توزيع مكاني غلظت فلزات سنگين جهت پايش آلودگي خاك و حفظ كيفيت محيط زيست ضروري است. اين تحقيق با هدف تهيه نقشه توزيع مكاني آلودگي غلظت فلزات سنگين منگنز، مس، روي و آهن در زمين هاي كشاورزي شهرستان هريس واقع در استان آذربايجان شرقي انجام شده است. بدين منظور با استفاده از روش نمونه برداري سيستماتيك تصادفي 370 نمونه خاك سطحي در عمق صفر تا 30 سانتيمتري جمع آوري گرديد و غلظت كل اين فلزات، در آنها اندازه گيري شد. به منظور مدلسازي تغييرات مكاني غلظت فلزات سنگين در خاك هاي منطقه، از روش هاي كريجينگ معمولي و توابع پايه شعاعي در محيط ArcGIS بهره گرفته شد. در بين مدل هاي مختلف كريجينگ معمولي و توابع پايه شعاعي، پايين ترين مقادير RMSE و MAE و نزديكي بسيار زياد آماره ي MBE به صفر و بالاترين ضريب همبستگي R به منزله ملاك ارزيابي بهترين روش براي مدلسازي الگوي توزيع و پراكنش فلزات سنگين در نظر گرفته شد. هر دو روش از دقت خوبي برخوردار بودند ولي بر اساس ملاك ارزيابي، براي فلزات منيزيم و مس، روش كريجينگ با مدل نمايي، براي فلز روي، روش كريجينگ با مدل كروي و براي فلز آهن، روش RBF با تابع مالتي كوادريك انتخاب شد. نقشه ي پهنه بندي بعد از انتخاب مدل برتر براي هر يك از عناصر، ترسيم و با درنظر گرفتن استاندارد موسسه حفاظت خاك و آب ، كلاسه بندي شد و عناصر در چهار كلاس كمبود، كفايت، زياد و آلودگي قرار گرفتند. تجزيه و تحليل نقشه توزيع مكاني آلودگي فلزات سنگين مورد مطالعه نشان داد كه براي عنصر منگنز بيشتر اراضي در محدوده ي كفايت قرار داشتند و براي عنصر مس مشخص شد كه حدود 92 درصد در كلاس زياد قرار داشته و حدود 8 درصد از محدوده ي مورد مطالعه دچار آلودگي بود. براي عناصر روي و آهن نه تنها آلودگي مشاهده نشد بلكه به ترتيب حدود 96 و 80 درصد دچار كمبود بود .

Being informed of spatial distribution of heavy metals concentrations in soil for environmental pollution monitoring and maintaining the quality of the environment is necessary. This study aimed to map the spatial distribution of heavy metal contamination concentration of Manganese, Copper, Zinc and Iron in Harris agricultural soils located in the province of East Azerbaijan done. For this purpose, using systematic random sampling of 370 surface soil samples were collected at a depth of zero to 30 cm, and the concentrations of all these metals were measured. In order to modeling the spatial variation of heavy metal concentrations in the soil, the ordinary kriging and radial basis functions were applied in ArcGIS. Among the various models of ordinary kriging and radial basis functions, the lowest RMSE and MAE values and very close to zero MBE and the highest correlation coefficient R as a criterion for evaluating the best way to model the spatial distribution of heavy metals were considered. Both methods have accuracy, but based on proper the evaluation criteria for metals, Magnesium and Copper, kriging method with exponential model, for Zinc, kriging method with spherical model and for iron, RBF method with Multi-quadric function was chosen. The map after choosing the best model for each of the elements, drawing and taking into account the standard of the Institute of Soil and Water Conservation, re-classifying the elements in four classes deficiency, sufficiency, and infection. Analysis of the spatial distribution maps of heavy metal contamination showed that most of the land was sufficient range for Magnesium; for Copper was found that about 92 percent had a high class and about 8 percent of the study area was contaminated; contamination for zinc and iron wasn’t found and respectively, about 96 and 80 percent were deficient.