گونه سازی، زیست دسترس پذیری و ارزیابی ریسک سلامتی عنصر سرب در خاک‌های متأثر از فعالیت معدنکاری: مطالعه موردی معدن سرب و روی ایرانکوه (جنوب غرب اصفهان)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه آبشناسی و زمین شناسی زیست محیطی، دانشکده علوم زمین، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

چکیده

هدف از انجام این پژوهش، بررسی گونه‌سازی، زیست‌دسترس‌پذیری، و خطر سلامتی عنصر سرب در خاک‎های اطراف معدن ایرانکوه می‌باشد. به این منظور، پس از برداشت 20 نمونه خاک از پیرامون معدن پارامترهای فیزیکوشیمیایی خاک اندازه‌گیری شد. غلظت کل و زیست-دسترس‌پذیر عنصر سرب به ترتیب با استفاده از روش هضم کل و روش‎ آزمایشگاهی برون‌تنی (in vitro) مورد ارزیابی قرار گرفت. گونه-سازی عنصر سرب در نمونه‌های خاک انتخابی با استفاده از روش استخراج ترتیبی بررسی شد. مقدار pH ، ماده آلی، کربنات و ظرفیت تبادل کاتیونی نمونه‌های خاک مورد مطالعه به ترتیب بین بین 7/6 تا 2/8 ، 2/0 تا 8/4 درصد، 6 تا 5/48 درصد و 18 تا 2/11 میلی‌اکی‌والان بر 100 گرم متغیر است. غلظت کل عنصر سرب بین mg/kg 4/18 و mg/kg 2869 (میانگین mg/kg 4/273) تغییر می‌کند. سرب عمدتاً با فاز اکسیدی همراه است که بیانگر منشاء انسانزاد این عنصر و تحرک بالقوه آن است. بر اساس نتایج حاصل از آزمایش in vitro زیست‌دسترس‌پذیری عنصر سرب بسیار متغیر است (بین 2/0 تا 4/45 درصد غلظت کل)، که به‌دلیل تفاوت در ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی خاک و منبع عنصر سرب می‌باشد. مقدار ضریب خطر (HQ) برای مسیرهای بلع، تماس پوستی و استنشاق، برای کودکان بیش‌تر از بزرگسالان، و برای مسیر بلع نسبت به مسیرهای دیگر بیشتر است. نتایج حاصل از ارزیابی خطر سرطان‌زایی (CR) نشان‌دهنده عدم وجود خطر سرطان‌زایی برای مسیرهای تماس پوستی و استنشاق می‌باشد، اما محاسبه خطر سرطان‌زایی برای مسیر بلع با استفاده از داده‌های زیست‌دسترس‌پذیر و کل نشانگر احتمال بروز سرطان برای ساکنین مجاور محدوده معدن می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


Ahirvar, Bh.P., Das, P., Srivastava, V., Kumar, M., 2023. Perspectives of heavy metal pollution indices for soil, sediment, and water pollution evaluation: An insight. Total Environment Research Themes 6, 100039. https://doi.org/10.1016/j.totert.2023.100039.
Billmann, M., Hulot, C., Pauget, B., Badreddine, R., Papin, A., Pelfrêne, A., 2023. Oral bioaccessibility of PTEs in soils: A review of data, influencing factors and application in human health risk assessment. Science of The Total Environment 896, 165263. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.165263.
Bosso, S.T., Enzweiler, J., 2008. Bioaccessible lead in soils, slag, and mine wastes from an abandoned mining district in Brazil. Environmental Geochemistry and Health 30(3), 219–229. https://doi.org/10.1007/s10653-007-9110-4.
Bonberg, N., Pesch, B., Ulrich, N., Moebus, S., Eisele, L., Marr, A., Arendt, M., Jöckel, K.-H., Brüning, T., Weiss, T., 2017. The distribution of blood concentrations of lead (Pb), cadmium (Cd), chromium (Cr) and manganese (Mn) in residents of the German Ruhr area and its potential association with occupational exposure in metal industry and/or other risk factors. International Journal of Hygiene and Environmental Health 220(6), 998–1005. https://doi.org/10.1016/j.ijheh.2017.05.009.
Broadway, A., Cave, M.R., Wragg, J., Fordyce, F.M., Bewley, R.J.F., Graham, M.C., Ngwenya, B.T., Farmer, J.G., 2010. Determination of the bioaccessibility of chromium in Glasgow soil and the implications for human health risk assessment. Science of The Total Environment 409 (2), 267-277. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2010.09.007.
Chaithanya, M.S., Das, Bh., Vidya, R., 2023. Distribution, chemical speciation and human health risk assessment of Metals in soil particle size fractions from an industrial area. Journal of Hazardous Materials Advances 9, 100237. https://doi.org/10.1016/j.hazadv.2023.100237.
Demetriades, A., Li, X., Ramsey, M. H., Thornton, I., 2010. Chemical speciation and bioaccessibility of lead in surface soil and house dust, Lavrion urban area, Attiki, Hellas. Environmental Geochemistry and Health 32(6), 529–552. https://doi.org/10.1007/s10653-010-9315-9
Du, P., Xue, N., Liu, L., Li, F., 2008. Distribution of Cd, Pb, Zn and Cu and their chemical speciations in soils from a peri-smelter area in northeast China. Environmental Geology 55(1), 205–213. https://doi.org/10.1007/s00254-007-0976-3
Ferreira-Baptista, L., Miguel, E.D., 2005. Geochemistry and risk assessment of street dust in Luanda, Angola: a tropical urban environment. Atmospheric Environment 39 (25), 4501–4512. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2005.03.026.
Forghani, G, Mokhtari, A.R., Kazemi, Gh., Davoodi Fard, M., 2015. Total  concentration,  speciation  and  mobility  of  potentially  toxic elements  in  soils  around  a  mining  area  in  central  Iran. Chem. Erde, 323–334. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S000928191500029X.
Håkanson, L., 1980. An ecological risk index for aquatic pollution control. A sedimentological approach. Water Research 14, 995-1001. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/0043135480901438.
Han, Q., Wang, M., Cao, J., Gui, C., Liu, Y., He, X., He, Y., Liu, Y., 2020. Health risk assessment and bioaccessibilities of heavy metals for children in soil and dust from urban parks and schools of Jiaozuo, China. Ecotoxicology and Environmental Safety 191, 110157. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2019.110157.
Haque, E., Thorne, P.S., Nghiem, A.A., Yip, C.S., Bostick, B.C., 2021. Lead (Pb) concentrations and speciation in residential soils from an urban community impacted by multiple legacy sources. Journal of Hazardous Materials 416, 1125886. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.125886.
IARC, 2006. Monographs Lead and lead compounds International Agency for Research on Cancer. Press release 87, World Health Organization. Available at: file:///C:/Users/Mohammad%20Hossien/Desktop/TR42-1%20(1).pdf  (accessed February 21, 2022).
Integrated Risk Information System (IRIS), 2020. Environmental protection agency, advanced research. U.S. https://cfpub.epa.gov/ncea/ iris/search/index.cfm?keyword.
Kabata-Pendias, A., 2011. Trace elements in soils and plants, 4th ed. Taylor & Francis Group, Boca Raton London New York, P. 548
Karimpour, M.H., Malekzadeh Shafaroudi, A., Alaminia, Z., Esmaeili Sevieri, A., Stern, Ch.R., 2019. New hypothesis on time and thermal gradient of subducted slab with emphasis on dolomitic and shale host rocks in formation of Pb-Zn deposits of Irankuh-Ahangaran belt. Journal of Economic Geology 10(2), 677-706. https://econg.um.ac.ir/article_33591.html?lang=en.
Li, Y., Demisie, W., Zhang, Mk., 2015. Digestion Tests to Measure Heavy Metal Bioavailability in Soils. In: Lichtfouse, E., Schwarzbauer, J., Robert, D., (Eds.), CO2 Sequestration, Biofuels and Depollution. Environmental Chemistry for a Sustainable World, vol 5. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-319-11906-9_7.
Li, Z., Feng, X., Li, G., Bi, X., Sun, G., Zhu, J., Qin, H., Wang, J., 2011. Mercury and other metal and metalloid soil contamination near a Pb/Zn smelter in east Hunan province, China. Applied Geochemistry 26(2), 160–166. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2010.11.014.
Liu, B., Ai, S., Zhang, W., Huang, D., Zhang, Y., 2017. Assessment of the bioavailability, bioaccessibility and transfer of heavy metals in the soil-grain-human systems near a mining and smelting area in NW China. Science of the Total Environment 609, 822–829. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.07.215.
Metson, A. J., 1957. Methods of chemical analysis for soil survey samples. Soil Science 83(3), P. 245.
Oomen, A.G, Rompelberg, C.J.M., Bruil, M.A., Dobbe, C.J.G., Pereboom, D., Sips, A., 2003. Development of an in vitro digestion model for estimating the bioaccessibility of soil contaminants. Archives of Environmental Contamination and Toxicology 44(3), 281–287. https://www2.bgs.ac.uk/barge/docs/Oomen_et_al_2003.pdf
Štupar, J., Dolinšek, F., Eržen, I., 2007. Hair-Pb longitudinal profiles and blood-Pb in the population of young Slovenian males. Ecotoxicology and Environmental Safety 68(1), 134–143. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2006.03.010.
Sundaray, S.K., Nayak, B.B., Lin, S., Bhatta, D., 2011. Geochemical speciation and risk assessment of heavy metals in the river estuarine sediments—A case study: Mahanadi basin, India. Journal of Hazardous Materials 186, 1837–1846. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2010.12.081.
Tessier, A., Campbell, P.G. C., Bisson, M., 1979. Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals. Analytical Chemistry 51(7), 844–851. https://doi.org/10.1021/ac50043a017.
USEPA, 1986. Cation Exchange Capacity, Method 9080. EPA, Washington, D.C. https://www.epa.gov/sites/default/files/2015-12/documents/9080.pdf
USEPA, 1989. Risk assessment guidance for superfund volume I human health evaluation manual (Part A). Office of Emergency and Remedial Response. U.S, Environmental Protection Agency Washington, 20450. EPA/540/1-89/002. https://www.epa.gov/sites/default/files/2015-09/documents/rags_a.pdf.
USEPA, 1998. Test methods for evaluating solid waste, Method 9045D. EPA, Washington, D.C. https://www.epa.gov/sites/default/files/2015-12/documents/9045d.pdf.
USEPA, 2017. In vitro bioaccessibility assay for lead in soil, Method 1340, EPA, Washington, D.C. https://www.epa.gov/hw-sw846/sw-846-test-method-1340-vitro-bioaccessibility-assay-lead-soil.
Wang, L., Liu, R., Liu, J., Qi, Y., Zeng, W., Cui, B., 2023. A novel regional-scale human health risk assessment model for soil heavy metal(loid) pollution based on empirical Bayesian kriging. Ecotoxicology and Environmental Safety 258, 114953. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2023.114953.
Yang, Z.P., Lu, W.Z., Long, Y.Q., Bao, X.H., Yang, Q.C., 2011. Assessment of heavy metals contamination in urban topsoil from Changchun City, China. Journal of Geochemical Exploration 108, 27-38. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S037567421000138X.