تحلیل داده های ژئوشیمیایی و ارزیابی خطر اکولوژیکی عناصر بالقوه سمناک در رسوبات سطحی رودخانه کارون، بازه ویس تا اهواز

مقدمهرودخانه­ ها، سامانه­ های بسیار تغییر­پذیر و یکی از مهمترین اکوسیستم­ های آبی هستند که نقش مهمی در زندگی بشر و سایر موجودات زنده دارند و به سادگی تحت ­تاثیر آلودگی قرار می ­گیرند. به­ طور کلی، غلظت فلزات سنگین در رسوبات چندین برابر بدنه ­های آبی است و فلزات سنگین در طی فرایندهای طبیعی، تخریب و تجزیه نمی ­شوند. بنابراین، فلزات سنگین می­ توانند در رسوبات ذخیره شده و به مدت طولانی در آن باقی بمانند. به همین دلیل، رسوبات سطحی یکی از مخازن اصلی فلزات سنگین و سایر آلاینده­ ها محسوب می­ شوند. رودخانه کارون نیز از این آلودگی­ ها مصون نمانده است و پساب­ های بسیاری از صنایع فلزی، پتروشیمی و نفت، سلولزی و غذایی، فاضلاب­ های خانگی، بیمارستانی و کشاورزی به این محیط آبی تخلیه می­ شود. از سویی، این رودخانه تامین کننده آب برای این صنایع و منبع آب آشامیدنی برای شهرستان­ هایی مانند اهواز، خرمشهر و آبادان است. ماهی­ های این رودخانه بزرگ، یکی از منابع اصلی تغذیه مردم منطقه هستند که در نتیجه حضور آلاینده ­ها به­ خصوص عناصر بالقوه سمناک در کارون، می­ تواند باعث آلودگی رسوب، آب و مواد غذایی شوند و چرخه حیات این رودخانه بزرگ را مورد آسیب قرار دهند. با توجه به گستردگی کمی و تنوع فعالیت ­های انسانی در دشت خوزستان و ورود انواع پساب­ ها و فاضلاب­ ها به رودخانه کارون، بررسی آلودگی­ ها، آلاینده­ ها و سطوح مخاطرات ضرورتی اجتناب­ ناپذیر است. لذا، این پژوهش با هدف تعیین میزان غنی­ شدگی عناصر، تعیین خطر اکولوژیکی و مخاطره آمیز بودن آلودگی­ ها در مقایسه با استانداردهای کیفیت رسوبات در رودخانه کارون در بازه ویس تا ابتدای شهر اهواز با استفاده از داده ­های ژئوشیمیایی و تحلیل ­های آماری انجام شده است. مواد و روش ­هابه­ منظور ارزیابی آلودگی رسوبات بستر رودخانه کارون، تعداد ۲۲ نمونه با یک دستگاه شناور (قایق) از عمق صفر تا ۱۰ سانتی­ متری و بر مبنای روش­ های رایج در زمین­ شناسی رسوبی از رسوبات ریزدانه برداشت شد. سپس نمونه­ ها در آزمایشگاه آب و خاک پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، برای آزمون دانه ­بندی و تعیین غلظت عناصر فلزی سمی آماده­ سازی شدند. در نهایت، به­ منظور بررسی وضعیت آلودگی رسوبات، غلظت­ های به دست آمده با مقادیر استاندارد شاخص کیفیت رسوب (ISQGs)، سطح اثر شدید (SEL)، سطح اثرات احتمالی (PEL) و مقادیر پایه جهانی مقایسه شد. نتایج و بحثبر اساس نتایج به دست آمده از دانه بندی، رسوبات بستر رودخانه در بیشتر ایستگاه ‎ها دارای بافت دانه­ ریز و از نوع گل، ماسه گلی و گل ماسه ­ای و به طور میانگین، دارای ۰.۶۲ درصد ماده آلی هستند. نتایج سطح آلودگی نیز نشان داد که غلظت عناصر سمی آرسنیک (As)، نیکل (Ni) و کروم (Cr)، دارای مقادیری فراتر از مقادیر استاندارد ISQGs و PEL هستند. بر اساس مقایسه بین معیارهای کیفیت رسوب با استانداردها، رودخانه کارون در بازه مورد مطالعه دارای رسوباتی پاک از منظر عناصر Cd و Pb است. نتایج محاسبه عامل غنی­ شدگی نشان داد که عنصر Zn، غنی ­شدگی متوسط تا قابل توجه دارد. غنی­ شدگی Cu، Ni و Cr در محدوده آلودگی متوسط قرار داشت. شبه فلز As، در محدوده غنی­ شدگی کم تا متوسط و دو عنصر Cd و Pb، دارای غنی ­شدگی کم هستند. میانگین غنی­ شدگی عناصر به ­ترتیب Zn>Ni>Cu>Cr>As>Pb>Cd است. بر اساس طبقه­ بندی ژانگ و لیو، Cr، Ni، Zn، Cu و As، دارای منشا انسان ­زاد و Pb و Cd منشا زمین­ زاد دارند. در انتها، نتایج به دست آمده از شاخص خطر نشان داد که مقادیر شاخص خطر برای همه نمونه ­ها در محدوده خطر کم (RI<۱۵۰) قرار دارد. بررسی و تحلیل آماری بر روی نمونه ­ها نشان داد که ارتباط معنی ­دار مثبتی میانCr ، Ni، Cu و AS با رس وجود دارد. پس ذرات رس حامل اصلی عناصر Cr، Ni، Cu و As هستند. ضریب همبستگی بالا بین عناصر نشان از منبع مشترک، وابستگی متقابل و رفتار یکسان در طول حمل و نقل دارد. نتیجه گیریپژوهش حاضر منجر به شناخت کافی از وضعیت ژئوشیمیایی و هرگونه تغییر از شرایط طبیعی و آشکارسازی غنی شدگی موضعی و موضوعی سطح آلودگی­ ها برای آبزیان و بهره­ برداران به ­ویژه حوزه کشاورزی و چرخه غذایی در رودخانه کارون در بازه ویس تا شهر اهواز شده است. نتایج عامل غنی­ شدگی، آلودگی کم تا زیاد را برای عناصر انتخابی نشان دادند. مقادیر خطر بالقوه اکولوژیکی کلیه عناصر انتخابی به­ جز As در نمونه ۲۱، در محدوده خطر کم قرار دارند و AS در نمونه شماره ۲۱ ( ساحل شرقی کیان پارس) در محدوده خطر متوسط قرار دارد. مقادیر شاخص خطر برای همه نمونه ­ها در محدوده خطر کم قرار دارد. بر اساس مقایسه معیارهای کیفیت رسوب با استانداردها، رودخانه کارون دارای رسوباتی پاک از منظر عناصر Cd و Pb در بازه مورد مطالعه است. به طوری که ۱۰۰ درصد نمونه ­ها غلظتی کمتر از ISQG دارند. میانگین غلظت شبه فلز سمی As، زیر کمینه سطح آلودگی ISQG است. Cr با ۲۷ درصد و Ni با ۱۰۰ درصد، دارای غلظتی فراتر از سطح آلودگی PEL و کلیه مقادیر به دست آمده برای عناصر Cr و Ni دارای غلظتی فراتر از غلظت کمینه سطح آلودگی ISQG است. بدین ترتیب، احتمال بروز مسمومیت برای آبزیان و بهره ­برداری آب به وسیله عناصر سمی Ni و Cr وجود دارد. مقایسه غلظت عناصر با استاندارد­ها نشان داد که در ایستگاه­ های شماره هفت (زیردست پرورش ماهی شیبان)، ۲۱ (ساحل شرقی کیان پارس) و ۱۰ (فاضلاب کورش)، عناصر Cr و Ni دارای غلظتی فراتر از سطح آلودگی PEL داشته و As  بیشتر از حداقل سطح ISQG بوده است و آلوده­ ترین ایستگاه­ ها در بازه مورد مطالعه هستند. به طوری که در ایستگاه شماره هفت، حداکثر غنی­ شدگی Cr و As هم اتفاق افتاده است. تحلیل خوشه ­بندی عناصر نشان داد که مواد آلی حامل اصلی عنصر Cu و Zn و ذرات رس، حامل اصلی عناصر Ni و Cr هستند. همچنین، در مورد عناصر Cu و As نیز ذرات رس نقش اصلی را ایفا می­ کنند. اما فلز سمی Pb، هیچ­گونه رابطه معنی داری با عناصر دیگر و همچنین مواد آلی و ذرات رس نشان نداده است. در نتیجه عنصر Pb دارای منشا متفاوتی نسبت به عناصر Cu، Zn، Cr، Ni و As است. نتایج تحلیل مولفه اصلی، ضمن تایید ضریب همبستگی و تحلیل خوشه ای، در تایید عامل غنی ­شدگی نشان داد که Cu، Zn، Cr، Ni و As منشا انسان­ زاد دارند و عناصر Pb و Cd دارای منشا زمین­ زاد هستند. این مطالعه سهم مهمی در تعیین منشا، آلودگی و خطر اکولوژیکی عناصر بالقوه سمناک دارد و می ­تواند در شناخت منابع آلاینده و کنترل آلاینده ­ها کمک کند.

Keywords:

تحلیل مولفه اصلی , خوشه بندی , غنی شدگی , فلزات سمی , کیفیت رسوب