تاثير مواد مادري و تحول خاك بر مقدار و توزيع عمقي برخي فلزهاي سنگين در خاك‌هاي منطقه كبودرآهنگ، همدان

The effect of parent materials and soil evolution on the content and depth distribution of selected heavy metals in soils of Kabudarahang region, Hamedan

سابقه و هدف: غلظت و توزيع فلزهاي سنگين در خاك توسط دو عامل اصلي وراثت (ژيوژنيك) و غير وراثت (پدوژنيك يا آنتروپوپدوژنيك) كنترل مي شوند؛ به‌طوري‌كه در مراحل اوليه تشكيل خاك، وضعيت اين فلزها در خاك بيش‌تر تابع ماهيت مواد مادري است، اما با گذشت زمان، فرايندهاي پدوژنيك و انساني حاكم بر شرايط خاك نيز تاثيرگذار خواهند شد (11، 12). اين پژوهش با هدف بررسي تاثير اين عوامل بر مقدار و توزيع عمقي برخي فلزهاي سنگين در خاك‌هاي اطراف نيروگاه شهيد مفتح استان همدان صورت گرفت. مواد و روش‌ها: شش نوع ماده مادري مختلف شامل شيل، شيست، سنگ آهك، دشت آبرفتي، پادگانه آبرفتي و نهشته مخروط افكنه‌اي در منطقه مطالعاتي شناسايي و نحوه تشكيل و تحول خاك در آن ها بررسي شد. غلظت كل فلزهاي Cd، Cu، Mn، Ni، Zn، Pb و Fe در همه افق‌هاي پدوژنيك و مواد مادري تعيين و تركيب كاني هاي موجود در مواد مادري مشخص شد. يافته‌ها: توسعه و تحول خاك هاي پديده آمده بر روي تمام مواد مادري مورد مطالعه، حداكثر در حد خاك هاي جوان اينسپتي‌سول (تيپيك هاپلوزراِپتز و تيپيك كلسي زراپتز) صورت گرفته است. مهم ترين دليل اين امر، نبود رطوبت كافي براي فرايند هوازدگي و آبشويي، به‌دليل اقليم نيمه‌خشك منطقه مي باشد. با اين حال، شدت فرايندهاي خاكسازي و به‌تبع آن شدت تحول خاك، در خاك هاي آهكي بيش‌تر از ساير خاك هاست. علت اين امر، حساسيت بالاي مواد مادري آهكي به هوازدگي شيميايي است. در مقابل، مقاومت نسبي بيش‌تر شيل به هوازدگي موجب تحول كم خاك‌هاي تشكيل شده بر روي اين ماده مادري شده است. به‌طوركلي در خاك‌هاي بررسي شده، مواد مادري به‌شدت غلظت فلزهاي سنگين را كنترل مي‌كند. بيش‌ترين مقدار فلز روي، مس و نيكل در خاك‌هاي شيلي ديده شد (به‌ترتيب، 0/136، 3/31 و 7/57 ميلي‌گرم بر كيلوگرم)؛ بالاترين غلظت اين فلزها نيز در ماده مادري شيل اندازه‌گيري شد (به‌ترتيب، 1/121، 1/37 و 5/53 ميلي‌گرم بر كيلوگرم). خاك‌هاي آهكي داراي كم‌ترين مقادير كادميوم، مس، منگنز، نيكل، روي، سرب و آهن هستند؛ كم‌ترين مقدار مس، منگنز، نيكل، روي و آهن نيز در سنگ آهك اندازه گيري شد. اين در حالي است كه غلظت كادميوم در سنگ آهك نسبت به ساير مواد مادري بيش‌ترين است. با گروه بندي افق‌هاي خاكساز و مواد مادري به روش تحليل خوشه اي، بيش‌تر افق هاي C در خوشه‌هاي مربوط به افق هاي خاكساز متناظرشان قرار گرفتند؛ اين مشاهده بيانگر شباهت افق‌هاي خاكساز با افق هاي مواد مادري از نظر عناصر مورد مطالعه، و به تبع اهميت عامل وراثت در كنترل غلظت فلزهاست. با اين حال غلظت فلزها در افق-هاي خاكساز، به‌ويژه در خاكرخ‌هاي آهكي، بيش‌تر از مقدار آن ها در مواد مادريشان است؛ اين پديده ناشي از غني شدن فلزها در خاك‌هاي آهكي در طي فرايندهاي خاكسازي، به‌ويژه آبشويي كربنات‌ها، است. نتيجه‌گيري: در خاك‌هاي منطقه، غلظت فلزها (به‌جز منگنز) به‌طور عمده تحت كنترل ماده مادري بوده و سهم فرايندهاي خاكسازي در مرتبه دوم مي‌باشد.

Background and Objectives: The content and distribution of heavy metals in soil environment are mainly controlled by two broad factors, namely inheritance (geogenic) and non-inheritance (pedogenic or anthropopedogenic) factors. In the early stages of soil development, the status of heavy metals is mainly influenced by the composition of parent materials; over the course of time, however, different pedogenic and anthropogenic processes become important (11, 12). This study aimed to investigate the effect of these factors on the content and depth distribution of selected heavy metals in soils near Mofateh Martyr powerhouse in Hamedan. Materials and Methods: Six types of parent materials consisting of shale (Sh), schist (Sch), limestone (Li), alluvial plain (Qa), alluvial terraces (Qt) and fan deposits (Qf) were identified in the study area and soil genesis and evolution were studied.Total content of Cd, Cu, Mn, Ni, Zn, Pb and Fe were determined in both soil horizons and parent materials. The mineralogy of parent materials was assessed. Results: The maximum degree of soil development in all of the selected parent materials is restricted to the formation of Inceptisols (Typic Haploxerepts and Typic Calcixerepts), mainly due to the limited weathering conditions prevailing in this semiarid region; although, the rate of soil forming processes and, in turn, soil development is relatively higher in soils derived from limestone, which is more sensitive to chemical weathering. In contrast, the higher relative resistance of shale to weathering processes explains the formation of less developed soils on this parent material. In general, the concentration of most selected heavy metals is controlled by the nature of parent material in the study area. The highest amount of zinc, copper and nickel was observed in Sh soils (136.0, 31.3 and 57.7 mg/kg, respectively); accordingly, the highest concentration of these metals was also measured in the shale (121.1, 37.1 and 53.5 mg/kg, respectively). Li soils have the lowest amount of cadmium, copper, manganese, nickel, zinc, lead and iron; the lowest amount of copper, manganese, nickel, zinc and iron was also measured in limestone. However, cadmium content in limestone is highest compared to the other parent materials. By grouping soil horizons and parent materials using cluster analysis, most of the C horizons were located in clusters related to their corresponding pedogenic horizons, indicating the similarity of pedogenic horizons with parent materials and hence the importance of inheritance factor in controlling the concentration of selected metals. However, concentration of metals in soil horizons, particularly in limestone profiles, is higher than parent materials; this is due to metal enrichment in soils during pedogenic processes, especially leaching of carbonates. Conclusion: The concentration of all metals (except for Mn) is mainly controlled by parent material and pedogenic processes have minor effects in the studied soils.