پهنه بندی آلودگی فلزات سنگین خاک با استفاده از روش های کریجینگ و توابع پایه شعاعی (مطالعة موردی: شهرستان هریس)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم تحقیقات تهران

2 دانشکده فنی دانشگاه تهران

چکیده

آگاهی از توزیع مکانی غلظت فلزات سنگین جهت پایش آلودگی خاک و حفظ کیفیت محیط زیست ضروری است. این تحقیق با هدف تهیه نقشه توزیع مکانی آلودگی غلظت فلزات سنگین منگنز، مس، روی و آهن در زمین‌های کشاورزی شهرستان هریس واقع در استان آذربایجان شرقی انجام شده است. بدین منظور با استفاده از روش نمونه‌برداری سیستماتیک تصادفی 370 نمونه خاک سطحی در عمق صفر تا 30 سانتیمتری جمع‌آوری گردید و غلظت کل این فلزات، در آن‌ها اندازه‌گیری شد. به منظور مدل‌سازی تغییرات مکانی غلظت فلزات سنگین در خاک‌های منطقه، از روش‌های کریجینگ معمولی و توابع پایه شعاعی در محیط ArcGIS بهره گرفته شد. در بین مدل‌های مختلف کریجینگ معمولی و توابع پایه‌ شعاعی، پایین‌ترین مقادیر RMSE و MAE و نزدیکی بسیار زیاد آماره‌ی MBE به صفر و بالاترین ضریب همبستگی R به منزله ملاک ارزیابی بهترین روش برای مدل‌سازی الگوی توزیع و پراکنش فلزات سنگین در نظر گرفته شد. هر دو روش از دقت خوبی برخوردار بودند ولی بر اساس ملاک ارزیابی، برای فلزات منیزیم و مس، روش کریجینگ با مدل نمایی، برای فلز روی، روش کریجینگ با مدل کروی و برای فلز آهن، روش RBF  با تابع مالتی کوادریک انتخاب شد. نقشه‌ی پهنه‌بندی بعد از انتخاب مدل برتر برای هر یک از عناصر، ترسیم و با درنظر گرفتن استاندارد مؤسسه حفاظت خاک و آب ، کلاسه‌بندی شد و عناصر در چهار کلاس کمبود، کفایت، زیاد و آلودگی قرار گرفتند. تجزیه و تحلیل نقشه توزیع مکانی آلودگی فلزات سنگین مورد مطالعه نشان داد که برای عنصر منگنز بیشتر اراضی در محدوده‌ی کفایت قرار داشتند و برای عنصر مس مشخص شد که حدود 92 درصد در کلاس زیاد قرار داشته و حدود 8 درصد از محدوده‌ی مورد مطالعه دچار آلودگی بود. برای عناصر روی و آهن نه تنها آلودگی مشاهده نشد بلکه به ترتیب حدود  96 و 80 درصد دچار کمبود بود .

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Zoningthe SoilHeavy MetalsContamination using Kriging and RBF Methods Case study: Harris city

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Rahimpour 1
  • Rahim Ali Abbaspour 2
چکیده [English]

Awareness of the spatial distribution of heavy metals concentrationfor monitoring soil contaminationand maintaining the quality of the environment is essential. This research was carried out with the aim of providing the spatial distribution map of Manganese, Copper, Zinc, and Iron heavy metals contamination concentration in agricultural landsof Harris city located in the province of East Azerbaijan. To this end, 370 surface soil samples were collected at the depths of 0 to 30 cm using a randomized systematic sampling method, and the total concentration of these metals was measured in them.In order to model the spatial variations of heavy metals concentration in the soils of the region, the ordinary Kriging and Radial Basis Functions (RBF) were used in the ArcGIS environment. Among the various models of ordinary kriging and Radial Basis Functions, the lowest RMSE and MAE values and the very close proximity ofthe MBE statistic to zero, and the highest correlation coefficient (R) were considered as the criterion for the evaluation of the best method for modeling the distribution pattern and the scattering of heavy metals.Both methods had a good accuracy, but based on the evaluation criteria,the Kriging method with Exponential model was selected for Magnesium and Copper, and with spherical model for zinc, andthe RBF method with Multi-quadric function was selected for iron. The zoning map was drawn after selecting the superior model for each of the elements, and was classified by taking the standards of the Soil and Water Conservation Institute into consideration, and the elements were categorizedinto four classes ofscarce, adequacy, high, and contaminated.The analysis of the spatial distribution map of the heavy metals contamination under study showed that most of the lands were in the range of adequacy for the Manganese element; for Copper element it was found that about 92% was in the high class, and about 8% of the study area was contaminated. For the zinc and iron elements, not only no contamination was observed, but about 96% and 80% were scarce respectively. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Soil contamination
  • heavy metals
  • Kriging and RBF
  • GIS
  • Harris city