Distribution of Nickel in Some Surface Soils of Qom Province using Kriging Method

Document Type : Research Article

Authors

• Zahra MovahediRada ¹
• Somayeh Sadr ²

¹ Teaching Assistant, Faculty of Agriculture, Payam-Nour University of Kerman, Kerman, Iran

² Assistant Professor, Faculty of Agriculture, Payam-Nour University of Kerman, Kerman, Iran

10.22067/geoeh.2021.70105.1051

Abstract

Heavy metals are known to be the most dangerous environmental pollutants because they do not decomposed by physical processes and therefore remain for a long time and will be effective in biochemical cycles and ultimately in the human food chain, disrupting biological reactions and damaging organs. Therefore, in order to control the quality of the environment, it is important to study the heavy elements in the soil. So far, many researchs have been done to identify contaminated areas and implement sustainable land use policies regarding the risk of contamination. In this study, the spatial distribution of nickel in surface soils (0-10 cm) in parts of Qom province with urban-industrial, agricultural and uncultivated land uses with an area of 883 km² was investigated. Geostatistical tools (ordinary kriging) were used. Sampling was performed at 209 points on a grid with distances of about 1.5 × 1.5 km in agricultural and urban land uses and about 2×2 km in uncultivated lands. The concentration of total nickel and absorbable soil was measured by atomic absorption spectrometer. Statistical and geostatistical measures were performed by SPSS, Variowin and WINGSLIB software and contamination map was drawn with Surfer16 software. The results indicated that the concentration of nickel in various forms in the region does not show toxicity. But there were significant differences in land uses. Existing industries, parent materials, and nickel-rich basic and ultra-basic rocks, the use of phosphate fertilizers and sewage sludge may have increased nickel, and the direction of westerly winds has led to the transfer of nickel in the region.
 

Graphical Abstract

Keywords

• Spatial Variability
• Variogram
• Qom
• Heavy Metals

20.1001.1.23221682.1401.11.1.5.7

---

References

استواری، یاسر؛ بیگی هرچگانی، حبیب‌الله؛ داودیان، علیرضا؛ 1394. ارزیابی شاخص کیفیت آب زیرزمینی (GWQI) و پردازش زمین‌آماری آن در آبخوان دشت لردگان. فصلنامه علوم و تکنولوژی محیط‌زیست. شماره 17(2)، 45-61. http://dx.doi.org/10.22034/JEST.2017.11271     

آتش پز، بهناز؛ رضاپور، سالار؛ 1398. ارزیابی شاخص‌های ریسک اکولوژیکی عناصر روی، مس، کادمیوم، سرب و نیکل در اراضی تحت آبیاری با فاضلاب تصفیه شده، علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی. علوم آب‌وخاک. شماره 23(2)، 239-250.   ‎ http://dx.doi.org/10.29252/jstnar.23.2.239

برزین، منصور؛ خیرآبادی، حسین؛ افیونی، مجید؛ 1394. بررسی آلودگی برخی فلزات سنگین خاک‌های سطحی استان همدان با استفاده از شاخص‌های آلودگی و علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، علوم آب‌وخاک، شماره2، 69- 80  https://www.sid.ir/fa/journal/ViewPaper.aspx?ID=250112  

تیمورزاده، صفیه؛ میرزایی محمدآبادی، روح‌الله؛ محمدی، محسن؛ 1398. کاربرد کریجینگ بیزین تجربی در پهنه‌بندی آلودگی خاک به فلزات سنگین (مطالعه موردی: شهرستان اسفراین). علوم و تکنولوژی محیط‌زیست، شماره 21(7)، 89-105. https://www.sid.ir/fA/Journal/ViewPaper.aspx?id=532853 

حلیمی، منصور؛ تخت اردشیر، اشرف؛ رستمی، شاه بختی؛ 1392. ارزیابی و دقت سنجی روش‌های درون‌یابی مکانی در برآورد نیازهای گرمایشی و سرمایشی ایران. پژوهش‌های اقلیم‌شناسی. شماره 13 و 14، 73-84. https://clima.irimo.ir/article_14150.html

خداکرمی، لقمان؛ سفیانیان، علیرضا؛ محمدی توفی، الهه؛ میرغفاری، نوراله؛ 1393. بررسی غلظت عناصر سنگین مس، روی و آرسنیک خاک با استفاده از RS و GIS (مطالعه موردی: حوزه آبخیز کبودرآهنگ، رزن و خونجین- تلخاب در استان همدان). سنجش‌ازدور و GIS در منابع طبیعی. شماره 5(3)، 45-55.        https://www.sid.ir/fa/journal/ViewPaper.aspx?ID=243809

رحمانیان، محمد؛ 1399. تأثیر گردوغبار کارخانه سیمان یاسوج بر ویژگی‌های شیمیایی خاک‌های همجوار. تحقیقات آب‌وخاک ایران. شماره 51(3). 595-602. https://dx.doi.org/10.22059/ijswr.2019.285921.668272   

رحمانیان، محمد؛  صفری، یاسر؛ 1399. پهنه‌بندی آلودگی کادمیوم و نیکل در خاک‌های اطراف کارخانه سیمان یاسوج، محیط‌زیست و مهندسی آب. دوره 6 (4). 321-330. 10.22034/JEWE.2020.232526.1365

ززولی، محمد علی ؛ یزدانی، جمشید؛ بلارک، داود؛ ابراهیمی، معصومه؛ مهدوی، یوسف؛ 1391. بررسی میزان جذب رنگ اسید بلو113 توسط گیاه کانولا از محیط آبی. مجله دانشگاه علوم پزشکی مازندران. ۱۳۹۱; ۲۲ (۲) :۷۸-۷۱.   http://jmums.mazums.ac.ir/article-1-2066-fa.html

سازمان حفاظت محیط­زیست، معاونت محیط‌زیست انسانی، دفتر آب‌وخاک. استانداردهای کیفیت منابع خاک و راهنماهای آن.

شهبازی، علی؛ سفیانیان، علیرضا؛ افراز، روح‌الله؛ خداکرمی، لقمان؛ 1390. بررسی توزیع مکانی فلزات سنگین کادمیوم، مس و سرب در خاک و تعیین منشأ این فلزات (مطالعه موردی: شهرستان نهاوند). سنجش‌ازدور و GIS در منابع طبیعی. شماره 2(2). 97-102.              https://www.sid.ir/fa/Journal/ViewPaper.aspx?ID=146823

صدر، سمیه؛ افیونی، مجید؛ 1396. بررسی توزیع وانادیوم در اراضی با کاربری‌های کشاورزی و صنعتی در استان اصفهان. محیط‌شناسی. شماره 43(2). 207-218.

 https://www.sid.ir/fa/Journal/ViewPaper.aspx?ID=476863

صدر، سمیه؛ موحدی‌راد، زهرا؛ 1399. بررسی الگوی مکانی غلظت سلنیوم کل در خاک سطحی بخش‌هایی از ایران مرکزی (مطالعه موردی: استان اصفهان). علوم محیطی. شماره 18(3). 106-121.  10.29252/ENVS.18.3.106

صدر، سمیه؛ موحدی‌راد، زهرا؛ 1400. بررسی تغییرات مکانی غلظت آلاینده‌های سرب و کادمیم در خاک سطحی بخش‌هایی از ایران مرکزی (مطالعه موردی: دشت قم). جغرافیا و مخاطرات محیطی. شماره 10(2)،   10.22067/GEOEH.2021.68492.1015

عبداللهی، سمانه؛ دلاور، محمد امیر؛ شکاری، پرویز؛ 1391. پهنه‌بندی توزیع مکانی سرب، روی و کادمیم و ارزیابی آلودگی خاک‌های منطقه انگوران، استان زنجان. آب‌وخاک. شماره 26(6)، 1410-1420. 10.22067/JSW.V0I0.19254

فروغی فر، حامد؛ جعفرزاده، علی‌اصغر؛ ترابی گلسفیدی، حسین؛ علی­اصغرزاد، ناصر؛ 1390. تأثیر واحدهای لندفرم بر توزیع فراوانی و تغییرات مکانی ویژگی‌های بیولوژیکی خاک در دشت تبریز. دانش آب و خاک. شماره 21(3)، 1-21. https://water-soil.tabrizu.ac.ir/article_1121.html

محمدی، جهانگرد؛ 1385. پدومتری (آمار مکانی). جلددوم. انتشارات پلک.

محمدی، صدیقه؛ 1397. تحلیل توزیع مکانی فلزات سنگین مس، روی و آرسنیک در خاک اطراف کارخانه ذوب مس خاتون آباد شهر بابک. تحقیقات کاربردی خاک. جلد 6، شماره 6(4)، 84-96.

 https://www.sid.ir/fa/Journal/ViewPaper.aspx?id=466801

مدنی، حسن؛ 1374. مبانی زمین آمار. دانشگاه صنعتی امیرکبیر، واحد تفرش.

میرزایی، روح‌اله؛ اسماعیلی ساری، عباس؛ قربانی، هادی؛ حافظی مقدس، ناصر؛ همامی، محمودرضا؛ رضایی، حمیدرضا؛ 1392. پیش بینی توزیع مکانی کادمیوم، آرسنیک، کروم و مس در خاک سطحی استان گلستان، پژوهش‌های محیط‌زیست. شماره 7(4). 37-44. 20.1001.1.20089597.1392.4.7.5.7

یوسفی فرد، مریم؛ آدمن، ولی؛ ایوبی، شمس‌الله؛ 1398. آلودگی عناصر سنگین در خاک‌های توسعه یافته روی سنگ‌های آذرین و رسوبی شمال غرب آذربایجان غربی. نشریه مدیریت خاک و تولید پایدار. شماره 7(4)، 37-44. 10.22069/EJSMS.2019.14706.1807

 

Ajoyi A, Kamson F., 1983. Determination of lead in roadside in Logos city by atomic absorption spectrophotometry. Environment International 9: 397-400 . 10.1016/0160-4120(83)90132-0

Alexander E., 2004. Serpentine soil redness, differences among peridotite and serpentinite materials, Klamath Mountains, California. International Geology Review, 46: 754-764. 10.2747/0020-6814.46.8.754

Alibakhshi M, Khoshgoftarmanesh A., 2015. Effects of nickel nutrition in the mineral form and complexed with histidine in the nitrogen metabolism of onion bulb. Plant growth regulation 75: 733-740. 10.1007/s10725-014-9975-z

Alloway BJ., 2012. Heavy Metals in Soils: Trace Metals and Metalloids in Soils and their bioavailability, 614pp.  10.1007/978-94-007-447-7

Alloway BJ., 2008. Micronutrients and crop production, an introduction. Micronutrient deficiencies in global crop production. Springer.  10.1007/978-1-4020-6860-7_1

Amini M, Afyuni M, Khademi H, Abbaspour KC, Schulin R., 2005. Mapping risk of cadmium and lead contamination to human health in soils of Central Iran. Science of Total Environment 347: 64-77. 10.1016/j.scitotenv.2004.12.015

Barker, A.V., Pilbeam, D.J., 2015. Handbook of Plant Nutrition (2nd ed.). CRC Press. https://doi.org/10.1201/b18458

Bhunia GS, Shit PK, Chattopadhyay R., 2018. Assessment of spatial variability of soil properties using geostatistical approach of lateritic soil (West Bengal, India). Annals of Agrarian Science 16: 436-443. 10.1016/j.aasci.2018.06.003

Brown PH, Welch RM, Cary EE., 1987. Nickel, A micronutrient essential for higher plants. Plant physiology 85: 801-803. 10.1104/pp.85.3.801

Caillaud J, Proust D, Philippe S, Fontaine C, Fialin M., 2009. Trace metals distribution from a serpentinite weathering at the scales of the weathering profile and its related weathering microsystems and clay minerals. Geoderma 149: 199-208. 10.1016/j.geoderma.2008.11.031

Cao S, Lu A, Wang J, Huo L., 2017. Modeling and mapping of cadmium in soils based on qualitative and quantitative auxiliary variables in a cadmium contaminated area. Science of the Total Environment 580: 430-439. 10.1016/j.scitotenv.2016.10.088

Cempel M, Nikel G., 2006. Nickel: A Review of Its Sources and Environmental Toxicology. Polish Journal of Environmental Studies 15(3): 375-382. http://www.pjoes.com/Nickel-A-Review-of-Its-Sources-and-Environmental-Toxicology,87881,0,2.html

D'Amico M, Julitta F, Previtali F, Cantelli D., 2008. Podzolization over ophiolitic materials in the western Alps (Natural Park of Mont Avic, Aosta Valley, Italy). Geoderma 146: 129-137. 10.1016/j.geoderma.2008.05.025

Goovaerts P., 2000. Geostatistical approaches for incorporating elevation into the spatial interpolation of rainfall. Journal of hydrology 228: 113-129. 10.1016/S00221694(00)00144-X

Hoodaji M. Jalalian A., 2004. Distribution of nickel, manganese and cadmium in soil and agricultural products in the area of Mobarakeh Steel Complex, Agricultural Science and Technology and Natural Resources, 8(3). 20.1001.1.22518517.1383.8.3.5.5

Islam S, Ahmed K, Al-Mamun H., 2015. Distribution of trace elements in different soils and risk assessment: a case study for the urbanized area in Bangladesh. Journal of geochemical exploration 158: 212-222. 10.1016/j.gexplo.2015.07.017

Kabata-Pendias A, Pendias H., 2001. Trace elements in soils and plants, Boca Raton, FL, USA, CRC Press. https://doi.org/10.1201/b10158

Karimi nezhad MT, Tabatabaii SM, Gholami A., 2015. Geochemical assessment of steel smelter-impacted urban soils, Ahvaz, Iran. Journal of Geochemical Exploration 152:91-109. 10.1016/j.gexplo.2015.02.005

Kasassi A, Rakimbei P, Karagiannidis A, Zabaniotou A, Tsiouvaras K, Nastis A, Tzafeiropoulou K., 2008. Soil contamination by heavy metals: Measurements from a closed unlined landfill. Bioresource Technology 99: 8578-8584. 10.1016/j.biortech.2008.04.010

Lambert R, Grant C, Sauvé S. 2007. Cadmium and zinc in soil solution extracts following the application of phosphate fertilizers. Science of the total environment 378: 293-305. 10.1016/j.scitotenv.2007.02.008

Lindsay WL, Norvell WA., 1978. Development of a DTPA soil test for zinc, iron, manganese, and copper. Soil science society of America journal 42: 421-428. 10.2136/ sssaj1978.03615995004200030009x

Liu X, Wu J, Xu J., 2006. Characterizing the risk assessment of heavy metals and sampling uncertainty analysis in paddy field by geostatistics and GIS. Environmental pollution 141: 257-264. 10.1016/j.envpol.2005.08.048

MacDonald DD, Ingersoll CG, Berger T., 2000. Development and evaluation of consensus-based sediment quality guidelines for freshwater ecosystems. Archives of Environmental Contamination and Toxicology 39(1): 20-31. 10.1007/s002440010075

Moukana JA, Koike K., 2008. Geostatistical model for correlating declining groundwater levels with changes in land cover detected from analyses of satellite images. Computers Geosciences 34: 1527-1540. 10.1016/j.cageo.2007.11.005

Muñoz-Nájera MA, Tapia-Silva FO, Barrera-Escorcia G, Ramírez-Romero P., 2020. Statistical and geostatistical spatial and temporal variability of physico-chemical parameters, nutrients, and contaminants in the Tenango Dam, Puebla, Mexico. Journal of Geochemical Exploration, 209, 106435. 10.1016/j.gexplo.2019.106435

Pais I, Jones Jr JB., 1997. The handbook of trace elements, CRC Press.

Salvador-Blanes S, Cornu S, Bourennane H, King D. 2006. Controls of the spatial variability of Cr concentration in topsoils of a central French landscape. Geoderma 132: 143-157. 10.1016/j.geoderma.2005.05.003

Sari GL, Trihadiningruma Y, Sucib FC, Hadiningb AF., 2018. Identification of Total Petroleum Hydrocarbon and Heavy Metals Levels in Crude Oil Contaminated Soil at Wonocolo Public Mining. Environment Asia 11: 109-117. 10.14456/ea.2018.26

Ugolini F, Tognetti R, Raschi A, Bacci L., 2013. Quercus ilex L. as bioaccumulator for heavy metals in urban areas: effectiveness of leaf washing with distilled water and considerations on the trees distance from traffic. Urban forestry urban greening 12: 576-584. 10.1016/j.ufug.2013.05.007

Wu H, Yang F, Li H, Li Q, Zhang F, Ba Y, Cui L, Sun L, Lv T, Wang N., 2020. Heavy metal pollution and health risk assessment of agricultural soil near a smelter in an industrial city in China. International journal of environmental health research 30: 174-186. 10.1080/09603123.2019.1584666

Zhen J, Pei T, Xie S., 2019. Kriging methods with auxiliary nighttime lights data to detect potentially toxic metals concentrations in soil. Science of The Total Environment 659: 363-371. 10.1016/j.scitotenv.2018.12.330