بررسی تغییرات زمانی آلودگی فسفر در طول رودخانه سیاهرود استان گیلان

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 علوم خاک، دانشگاه گیلان

2 گروه علوم خاک، دانشگاه تهران

3 گروه علوم خاک، دانشگاه گیلان

4 گروه مهندسی آب، دانشگاه گیلان

چکیده

سابقه و هدف: فسفر یکی از عناصر ضروری برای رشد گیاهان و همچنین فسفر یکی از منابع آلودگی آب‌ها است که به دلیل مصرف بی‌رویه کودهای شیمیایی و ورود فاضلاب‌های شهری و صنعتی به منابع آب ایجاد می‌شود. فسفر دارای تغییرات زمانی و مکانی بالایی است که ناشی از عواملی مانند شدت بارندگی، کاربری اراضی، شیب منطقه و فرسایش خاک می‌باشد. هدف از انجام این مطالعه بررسی تغییرات زمانی آلودگی فسفر در طول رودخانه سیاهرود واقع در استان گیلان بود.
موادوروش‌ها: این پژوهش در رودخانه سیاهرود رشت که حوضه آن دارای کاربری‌های جنگل (نواحی جوکلبندان و سراوان)، کشاورزی (ناحیه سنگر)، صنعتی (نواحی سراوان و دانشگاه)و شهری (نواحی گیل و گلسار) است، انجام شد. نمونه‌برداری طی یک دوره ده ماهه از نقاط مختلف با کاربری‌های متفاوت در طول رودخانه انجام شد. مقادیر فسفر کل، محلول و چسبیده به ذرات در نمونه‌های آب، مقدار مواد جامد کل، محلول و معلق اندازه‌گیری شد. اندازه‌گیری فسفر کل با روش هضم با پرسولفات پتاسیم انجام شد. مقدار نیتروژن نیز در چهار ماه آذر، دی، بهمن و اسفند با استفاده از روش کجلدال اندازه‌گیری شده است.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که میزان آلودگی فسفر این رودخانه در محدوده کاربری شهری (منطقه گلسار 261/0 میلی گرم در لیتر) و صنعتی بیش‌تر از سایرکاربری‌ها می‌باشد. در فصل زمستان عمده فسفر محلول خروجی از کاربری کشاورزی بوده است و در تابستان از کاربری شهری بیشترین مقدار خروجی فسفر محلول می‌باشد. بالاترین مقدار آلودگی فسفر (296/0 میلی‌گرم در لیتر) در منطقه گلسار مشاهده شده است. علت زیاد بودن میزان فسفر کل در نقطه‌ جوکلبندان (188/0 میلی‌گرم در لیتر) را می‌توان به تخریب جنگل‌های موجود و شیب بالای این منطقه نسبت داد. بخش عمده ذرات جامد خارج شده از حوضه نیز به شکل معلق بوده است (میانگین سالانه 503 میلی‌گرم در لیتر). نتایج نشان داد که میانگین زمانی غلظت اشکال مختلف فسفر شامل فسفر کل، فسفر محلول و فسفر چسبیده به ذرات در مکان‌های مختلف دارای اختلاف معنی‌داری است و در بخش انتهایی رودخانه بیش‌ترین است. میانگین کل (زمانی-مکانی) غلظت فسفر محلول و فسفر چسبیده به ذرات در رودخانه مورد مطالعه اختلاف معنی‌داری نداشتند. نتایج حاکی از وجود یک رابطه نمایی (54/0R2=) بین غلظت فسفر محلول و مواد جامد محلول بود. همچنین مشاهده شد که خروجی فسفر نیز تابعی از زمان است و با تغییرات ماهانه میزان و شکل خروجی فسفر به شدت تغییر می‌کند.
نتیجه‌گیری: به طور کلی میزان آلودگی فسفر از ابتدا تا انتهای رودخانه روند افزایش داشت و آلودگی فسفر دارای تغییرات زمانی بالایی بود. بالابودن میزان فسفر از حدمجاز در مناطق کشاورزی مانند سنگر عمدتا در فصل بارندگی و ناشی از فرسایش خاک تشخیص داده شد، در حالی‌که زیادی فسفر در مناطق شهری را می‌توان به دلیل ورود فاضلاب‌های شهری و صنعتی به داخل رودخانه دانست. بنابراین با ممانعت از فرسایش خاک در اراضی کشاورزی و جلوگیری از تخلیه فاضلاب‌های شهری و صنعتی به داخل رودخانه به مقدار زیادی از آلودگی فسفر جلوگیری خواهد شد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Study of Temporal Variations of Phosphorus Pollution along Siahroud River in Guilan Province

نویسندگان [English]

  • Vahid Latifi 1
  • Eisa Ebrahimi 3
  • Ali Mousavi 4

1 Soil Science Dep., University of Guilan

3 Soil Sci. Dep., University of Guilan

4 Water Engineering Department, University of Guilan

چکیده [English]

Background and Objectives: Phosphorus (P) is one of the essential elements for plant growth, which is considered as one of the potential sources of water pollution due to its excessive use as chemical fertilizers, and also due to discharge of municipal and industrial wastewater into water resources. P has high spatial and temporal variations because of the affecting factors, including rainfall intensity, land use, slope, and soil erosion. The aim of this study was to investigate the temporal variations of phosphorus pollution at various regions along Siahroud river, located in Guilan province.
Materials and Methods: The study has been conducted in Siahroud watershed of Rasht with different land uses including forest (Jokolbandan and Saravan regions) as well as agricultural (Jokolbandan region), industrial (Saravan and University regions), and urban area (Gil and Golsar regions). Water samples were collected from the various regions of the river with different land uses during ten months. The contents of total, dissolved and suspended solids, along with total, soluble and particulate P were measured in water samples. Total P was measured by potassium persulfate digestion method. Nitrogen content was also determined according to Kjeldahl method in the samples taken on December, January, February and March.
Results:Results showed higher level of P pollution in the urban (Golsar with the value of 0.261 mg.L-1) and industrial regions compared to other regions of the river. In the winter, most of soluble P discharge was observed from the agricultural areas, while it revealed higher discharges from the urban areas in the summer. The maximum P pollution (0.296 mg.L-1) was related to the Golsar region. In addition, the high rate of total P in Jokolbandan (0.188 mg.L-1) can be due to the destruction of forest and the slope steepness of this region. Most of the solid particles discharged from the watershed were also in the form of suspended solids (annual average, 503 mg.L-1). The results of the mean comparison showed that there was a significant difference in the spatial variations of the concentration of various forms of P including total, soluble and particulate P, and the highest amount of P was observed at the end of the river. Furthermore, the results showed that there was no significant difference between soluble and particulate P in the study area, while a power relationship was observed between soluble P and soluble solids (R2=0.541). Results demonstrated that the output of P in various forms is a function of time.
Conclusion: In general, the rate of P pollution was increased from the upstream to the downstream and showed high temporal variations. While soil erosion was recognized as the reason for high levels of P pollution in agriculture regions such as Sangar in rainy season, the discharge of municipal and industrial wastewater into the river was the reason for P pollution in the urban areas. Therefore, control of soil erosion in agricultural lands and prevention of wastewater discharge of municipal and industrial into the river could reduce effectively P pollution.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Gravelius coefficient
  • Soil erosion
  • Particulate phosphorus
  • Soluble phosphorus
  • Soluble solids
 1.Afshariazad, M.R., and Pourkey, H. 2010. Estimation of erosion and sediment using
geomorphologic qualitative methods and E.P.M and its comparison with sediment yield
statistics in Siahroud basin of Guilan. Geography Quarterly, 4: 13. 60-78. (In Persian)
2.Alexander, R.B., Smith, R.A., Schwarz, G.E., Boyer, W., Nolan, J.V., and Brakebill, J.W.
2008. Differences in phosphorus and nitrogen delivery to the Gulf of Mexico from the
Mississippi River Basin. Environ. Sci. Technol. 42: 822-830.
3.Arias, M.J., Carballal, S., Garcia-Rio, L., Mejuto, J., and Nunez, A. 2005. Retention of
phosphorus by iron and aluminum-oxides-coated quartz particles. Adv. Coll. Interface Sci.
295: 65-70.
4.Asadi, H. 2016. Estimation of sediment, organic carbon and phosphorous loads from Pasikhan
River into Anzali Wetland, Iran. J. Environ. Prot. 6: 1. 129-133.
5.Carbonaro, R.F. 2007. Effect of urban runoff on seasonal and spatial trends in the water
quality of the Saw Mill River. Project No. 2006NY83B, Report submitted to the New York
State Water Resources Institute, May 2, 2017, 13p.
6.Correll, D.L. 1998. The role of phosphorus in the eutrophication of receiving waters:
A Review. J. Environ. Qual. 27: 261-266.
7.Daly, K., Jeffrey, D., and Tunney, H. 2001. The effect of soil type on phosphorus sorption
capacity and desorption dynamics in Irish grassland soils. Soil Use Manage. 17: 12-20.
8.Diamond, J., and Sills, P. 2001. Soil water regimes. Final Project Report. Teagasc, Johnstown
Castle, Wexford, Ireland, 33p.
9.Foy, R.H., and Withers, P.J.A. 1998. The contribution of agricultural phosphorus to
eutrophication. In: Proceedings of the fertilizer Society, Vol. 365. Greenhill House, Thorpe
Wood, Peterborough, UK.
10.Haygarth, P.M., and Jarvis, S.C. 1999. Transfer of phosphorus from agricultural soils.
Adv. Agron. 66: 195-249.
11.Ide, J.I., Haga, H., Chiwa, M., and Otsuki, K. 2008. Effects of antecedent rain history on
particulate phosphorus loss from a small forested watershed of Japanese cypress
(Chamaecyparisobtusa). J. Hydrol. 352: 322-335.
12.Keup, L.E. 1968. Phosphorus in flowing waters. J. Water Res. 2: 373-86.
13.Klein, G., and Perera, P. 2002. Eutrophication and Health. Environment Quality and Natural
Resources European Commission. L-2985, Luxembourg, 32p.
14.Kronvang, B., Laubel, A., and Grant, R. 1997. Suspended sediment and particulate
phosphorus transport and delivery pathways in an Arable catchment, Gelbek stream,
Denmark. J. Hydrol. Process. 11: 627-642.
15.Lory, J.A. 1995. Agriculture phosphorus and water quality. Department of Agronomy and
Commercial Agriculture Program. Published by MU Extension, University of Missouri
Columbia, 4 p. https://extension2.missouri.edu/g9181, last acquired on March 4, 2018.
16.Neal, C., Jarvie, H.P., Williams, R.J., Neal, M., Wickham, H., and Hill, L. 2002.
Phosphorus–calcium carbonates saturation relationships in a lowland chalk river impacted by
sewage inputs and phosphorus remediation: an assessment of phosphorus self-cleansing
mechanisms in natural waters. Sci. Total Environ. 282: 295-310.
17.Neguyen, L., and Sukias, J. 2002. Phosphorus fractions and retention in drainage dish
sediments receiving surface runoff and subsurface drainage from agricultural catchments in
the North Island, New Zealand. Agric. Ecosyst. Environ. 92: 49-69.
18.Reddy, K.R., Kadlec, R.H., Flaig, E., and Gale, P.M. 1999. Phosphorus retention in streams
and wetlands: a review. Crit. Rev. Environ. Sci. Technol. 29: 83-146.
19.Sharpley, A.N., Daniel, T.T., and Sims, J. 2003. Agricultural Phosphorus and
Eutrophication. 2th ed. United States Department of Agriculture, ARS–149.
20.Sheklabadi, M., Mahmoudzadeh, H., Mahboubi, A.A., Gharabaghi, B., and Ahrens, B. 2014.
Land use effects on phosphorus sequestration in soil aggregates in western Iran. Environ.
Monit. Assess. 186: 6493-6503.
21.Smith, C.M., Wilcock, R.J., Vant, W.N., Smith, D.G., and Cooper, A.B. 1993. Towards
sustainable agriculter: Freshwater quality in New Zealand and the influence of agriculture.
MAF Policy Technical Paper 93/10. New Zealand, Wellington, 208p.
22.Standard Analytical Procedures for Water Analysis. 1999. Government of India and
Government of the Netherlands. Technical Assistance Hydrology Project. 80p.
23.Steegen, A., Govers, G., Takken, I., Nachtergaele, J., Poesen, J., and Merckx, R. 2001.
Factors controlling sediment and phosphorus export from two Belgian agricultural
catchments. J. Environ. Qual. 30: 1249-1258.
24.Stutter, M.I., Charles, A.Sh., Timothy, S.G., Martin, S.A.B., Liz, D., Roland, B., Regina,
L.M., Alan, E.R., Leo, M.C., and Philip, MH. 2015. Land use and soil factors affecting
accumulation of phosphorus species in temperate soils. Geoderma. 257: 29-39.
25.Tarolli, P., and Sofia, G. 2016. Human topographic signatures and derived geomorphic
processes across landscapes. Geomorphology. 255: 140-161.
26.US. Environmental Protection Agency. 1973. Methods for Identifying and Evaluating the
Nature and Extent of Nonpoint Sources of Pollutant, EPA. 430/9-73/014, U. S. EPA,
Washington, D.C.
27.Water and Watershed Research Jahad Company. 1999. Comprehensive flood control
in Guilan province, soil science. Land evaluation and classification. Technical and
Development Deputy of Guilan Provincial Office. (In Persian)
28.Winter, J.G., and Duthie, H.C. 2000. Export coefficient modeling to assess phosphorus
loading in urban watersheds. J. Am. Water Resour. Assoc. 36: 1053-1061.
29.Withers, P.J.A., and Jarvie, H.P. 2008. Delivery and cycling of phosphorus in rivers: A
review. Sci. Total Environ. 400: 379-395.
30.Wood, C.W., Mullins, G.L., and Hajek, B.F. 2005. Phosphorus in Agriculture. Soil Quality
Institute Technical Pamphlet, Bull. No. 2. 5p.
31.Xiaowen, D. 2010. The Simulation Research on Agriculture Non-Point Source Pollution in
Yongdin River in Hebei Province. Procedia Environ. Sci. 2: 1770-1774.
32.Yang, Y.G., He, Z.L., Lin, Y., and Stoffella, P.J. 2010. Phosphorus availability in sediments
from a tidal river receiving runoff water from agricultural fields. Agric. Water Manage.
97: 1722-1730.
33.Zhang, F., He, X., Gao, X., Zhang, C., and Keli, T. 2005. Effects of erosion patterns on
nutrient loss following deforestation on the Loess Plateau of China. Agric. Ecosyst. Environ.
108: 85-97.