چکیده

در این پژوهش با استفاده از روشهای کریجینگ معمولی، وزندهی معکوس فاصله و توابع پایه شعاعی، تغییرات مکانی آلودگی سرب در خاک سطحی استان گلستان ارزیابی شد. به این منظور، ۲۱۶ نمونه خاک سطحی از استان گلستان جمعآوری شد و غلظت سرب در نمونهها تعیین گردید. ارزیابی متقابل و آمارههای MAE، MBE و RMSE به منظور صحتسنجی مدلها استفاده شد. نتایج نشان داد روش توابع پایه شعاعی(مدل چند ربعی)، دارای بهترین کارایی برای تخمین آلودگی سرب در این منطقه است. در نهایت نقشه پهنهبندی آلودگی سرب، با استفاده از روش توابع پایه شعاعی(مدل چند ربعی) تهیه گردید.

کلمات کلیدی: درونیابی مکانی، کریجینگ معمولی، آلودگی خاک، سرب، استان گلستان

.۱ مقدمه

دادههای مکانی پیوسته نقش مهمی در مدیریت و علوم محیطزیست ایفا میکنند. به هر حال چنین دادههایی معمولاً به راحتی در دسترس نیست و اغلب جمعآوری آنها نیز سخت و پرهزینه است. علاوه بر این دادههای محیطی جمعآوری شده از مطالعات میدانی اغلب به صورت نقطهای هستند. بنابراین به منظور تولید دادههای مکانی پیوسته، نیاز است تا مقدار یک ویژگی در نقاط نمونهبرداری نشده برآورد شود. در چنین مواردی، روشهای درونیابی مکانی، ابزاری برای برآورد مقادیر متغیرهای محیطزیستی در مناطق نمونهبرداری نشده با استفاده از دادههای نقاط نمونهبرداری شده میباشند. عوامل زیادی کارایی روشهای درونیابی مکانی را تحت تاثیر قرار میدهند؛ از مهمترین این عوامل میتوان به تراکم نمونهبرداری، توزیع مکانی نمونهها، خوشهبندی نمونهها، نوع سطح، تغییرپذیری دادهها، نرمال بودن دادهها، کیفیت دادههای جنبی و توان تفکیکپذیری نقشه اشاره نمود. اگر چه عوامل زیادی بر کارایی روش ها اثرگذار میباشند، اما هنوز اجماعی قطعی درباره چگونگی تاثیر این عوامل بر کارایی روشهای درونیابی وجود ندارد.[۹] به طور کلی، روشهای درونیابی متعددی شامل روشهای قطعی، زمینآماری و روشهای مبتنی بر یادگیری ماشین در مطالعات علوم محیطزیست کاربرد دارد. این روشها خصوصاً کریجینگ معمولی به عنوان ابزاری قدرتمند اطلاعات مربوط به توزیع مکانی آلایندهها را فراهم کرده و تغییرپذیری متغیرها را در مقیاس منطقهای نشان میدهد. در سالهای

۱

اخیر از چنین روشهای درونیابی خصوصاً کریجینگ معمولی برای برآورد قابلیت هدایت هیدرولیکی در خاک، آب، شوری و کاهش متغیرهای مشاهدهشده استفاده شده است.[۸] اکثر روش های درونیابی مطالعات مربوط به پلاتهای آزمایشگاهی استفادهشده و به ندرت مطالعات وابسته به مقیاسهای بزرگ گزارش شده است. به هر حال برای پیشبینی روند مکانی آلایندهها، رسیدن به نتایج توزیع مکانی مناسب به وسیله فقط یک روش سنتی از درونیابی آن هم به وسیله دادههای جدا از هم مشکل است که در بررسیهای اخیر روش های گوناگون درونیابی برای سنجش توزیع مکانی فلزات سنگین خاک استفاده میشود.[۶] محدودیتهای زیادی در روش ارزیابی کلاسیک وجود دارد و این روشها ممکن است منجر به خطا یا عدم قطعیت در ارزیابی آلودگی شوند. معمولاً نیاز است تا فرضهای استقلال مشاهدات از یکدیگر، نرمال بودن مشاهدات، نمونهبرداری کافی و تکرار نمونهها در مورد روش آماری کلاسیک وجود داشته باشد؛ اما درطالعاتم آلودگی خاک، غلظت فلزات سنگین در خاک معمولاً

دارای توزیع چوله هستند و دارای خودهمبستگی مکانی میباشند.[۷] با توجه به هزینه نمونهبرداری خاک و آنالیز آن، نمونه-برداری متراکم و با تکرار معمولاً امکانپذیر نیست. مطالعات متعددی درباره کارایی روش های درونیابی مکانی ذکرشده در بالا وجود دارد، اما نتایج به خوبی واضح و مشخص نیست.[۱۱] برخی از آنها بیان داشتند که روش کریجینگ بهتر از روش وزندهی معکوس فاصله عمل میکند[۱۲]، درحالیکه برخی دیگر نشان دادند که کریجینگ بهتر از سایر روشها نیست.[۵] در این تحقیق کارایی برخی روشهای زمینآماری برای درونیابی آلودگی سرب مورد بررسی قرار میگیرد تا بر اساس آن، پهنه
بندی این عنصر در خاکسطحی استان گلستان صورت گیرد.

.۲ مواد و روشها

۱٫۲ منطقه مورد مطالعه استان گلستان با مساحتی بالغ بر ۲۰۳۸۷ کیلومترمربع در جنوب شرقی دریای خزر واقعشده و در حدود ۱/۳ درصد از

مساحت کل کشور را شامل میشود (شکل.(۱ این استان بین ۳۶ درجه و ۲۵ دقیقه تا ۳۸ درجه و ۸ دقیقه عرض شمالی و ۵۳ درجه و۵۰ دقیقه تا ۵۶ درجه و ۱۸ دقیقه طول شرقی واقع شده است. میانگین بارندگی سالانه استان ۴۵۰ میلیمتر است که این میزان در نواحی شمالی آن، به کمتر از ۲۰۰ میلیمتر هم میرسد. میانگین تبخیر سالانه در نواحی جنوبی و ارتفاعات ۸۰۰ میلی-متر و در نواحی شمالی تا ۲۰۰۰ میلیمتر نیز میرسد.[۴] استان گلستان از نظر تقسیمبندی ایالات زمینساختی، در پهنه زونهای گرگان- رشت، البرز- آذربایجان و کپهداغ قرار دارد. بیشترین پهنه زون گرگان- رشت را جلگه گرگان پوشانیده است. در قسمت شرق، این زونها با زونهای بینالود و هزار مسجد کپهداغ هممرز است که مرز آن با کپه داغ، پوشیده از بادرفتهای ضخیمی از جنس لس میباشد. وجود انواع نهشتهها به خصوص سنگهای رسوبی از دوره زمینشناسی پرکامبرین تا دوره کنونی این منطقه را از نظر ویژگیهای زمینشناسی در ردیف مناطق استثنایی قرار داده است. قدیمیترین سنگهای استان شیستهای گرگان است. از سازندهای دوران اول زمینشناسی میتوان سازند لالون، سلطان میدان، پادها، خوشییلاق، مبارک، قزل قلعه، درود، رونه و نسن را نام برد. از سازندهای دوران دوم هم میتوان از سازند الیکا، شمشک، لار و تیزکوه نام برد. همچنین از سازندهای دوران سوم میتوان به سازند پسته لیق، چهل کمان، خانگیران و به طبقات قرمز و رسوبات کواترنری در زون کپه داغ اشاره کرد.[۱]

۲

شکل-۱ موقعیت نقاط نمونهبرداری خاک در سطح استان گلستان

.۲٫۲ نمونهبرداری و آنالیز آزمایشگاهی جهت نمونهبرداری از سطح استان، ابتدا محدوده مورد مطالعه به شبکههای منظم مربع شکل با ابعاد ۲/۵ کیلومتر وجمعاً