– بررسي توزيع مکاني و زماني آلودگي نيترات در آبهاي زيرزميني در منطقه
– مقايسه مقادير نيترات در آبهاي زيرزميني منطقه با استانداردهاي جهاني
به طور کلي نتايج حاصل از اين تحقيق در مسائل مديريتي و برنامه‌ريزي, توصيه‌هاي بهداشتي و زيست محيطي، استفاده از آبهاي زيرزميني براي مصارف کشاورزي, صنعتي, انساني و دامي و مديريت منابع آب شهري و روستايي بسيار مفيد بوده است.
1-2 نيتروژن (ازت)
نيتروژن يکي از عناصري است که در طبيعت و در سطح گسترده پراکنده بوده و بعد از پوسته زمين و سنگ‌ها, اتمسفر بزرگترين مخزن آن به شمار مي‌رود. منبع اصلي نيتروژني که بوسيله گياهان استفاده مي‌شود گاز نيتروژن است که 87 درصد هوا را تشکيل مي‌دهد. در خاک نيتروژن عنصري پويا است که بين هواي خاک و موجودات زنده در گردش مي‌باشد (ملکوتي, 1373)
نيتروژن موجود در اتمسفر در اثر تثبيت بيولوژيکي بوسيله جلبک‌هاي سبز- آبي و ميکروارگانيسم‌هاي همزيست و غيرهمزيست به خاک افزوده شده و به عنوان مهمترين تأمين کننده طبيعي نيتروژن خاک به حساب آورده شده است. از ديگر منابع نيتروژن، تجزيه مواد آلي و بقاياي حاصل از پوشش گياهي13 و کودهاي آلي بوده است. همچنين مقداري نيتروژن معدني موجود در محيط به وسيله بارندگي به خاک اضافه شده است که مقدار آن بستگي به مقدار بارندگي و نيز آلودگي هواي منطقه به گازهاي نيتروژن‌دار دارد. ولي در کل، اين مقدار نسبت به نيتروژن اضافه شده به خاک در اثر تجزيه موادآلي حاصل از پوشش‌هاي گياهي، زياد نيست.
افزوده شدن نيتروژن به خاک در اثر تخليه فاضلاب‌هاي شهري و صنعتي در چاه‌هاي جذبي و استفاده بي‌رويه از کودهاي شيميايي براي کشاورزي از مهمترين عوامل تأثيرگذار بر آلودگي نيتراتي بوده که متأسفانه در چند دهه اخير بدون توجه به اثرات آنها بر خصوصيات خاک‌ها، محصولات کشاورزي و بويژه آلودگي محيط زيست مصرف کودهاي نيتروژن‌دار به طرز چشمگيري افزايش يافته است. ورود مقدار زياد نيترات به خاک, به طور مستقيم و يا تبديل از ساير منابع در نتيجه فرآيندهاي نيترات سازي, باعث بروز مشکلات زيست محيطي مي‌گردد. نيترات مانند کلوييدهاي14 خاک داراي بار منفي بوده و به راحتي بوسيله آب باران يا آبياري به آبهاي سطحي و زيرزميني انتقال مي‌يابد. همچنين راهيابي ترکيبات نيتروژن همراه فسفات‌ها به درياچه‌ها و درياها باعث غني شدن آب آنها و در نتيجه رشد بي رويه گياهان آبزي شده و به مرور زمان باعث کمبود اکسيژن محلول در آب شده و مرگ موجودات آبزي را به همراه دارد.
آبهاي زيرزميني از ذخاير مهم آب در طبيعت هستند که از طريق حفر چاه‌هاي عميق و نيمه عميق, چشمه‌ها و قنوات مورد بهره برداري قرار گرفتهاند. حدوداً 97 درصد از کل آبهاي شيرين15 کره زمين به صورت آبهاي زيرزميني, ذخيره شده و فقط 3 درصد آن را آبهاي سطحي16 تشکيل دادهاند (ناصري, 1387). منابع آب زيرزميني اغلب داراي کيفيت خوب و تقريباً ثابت و بهره برداري از آنها آسان است و از پيشامدهاي طبيعي و اقليمي مانند سيل و خشکسالي, تأثيرپذيري کمتري دارند. بنابراين بهره برداري از آنها در مقايسه با ساير منابع داراي برتري بوده است. در حال حاضر در جهان حدود 60 درصد آب آشاميدني, 15 درصد مصارف خانگي و20 درصد آب آبياري از منابع آب زيرزميني تأمين شده است. در ايران حدود 75 درصد آب شهري و بيش از 50 درصد آب کشاورزي از اين منابع زيرزميني بدست آمده است. در 20 سال اخير حجم آب بهره‌برداري شده از اين منابع به سه برابر افزايش يافته است (شمسايي, 1377). آبهاي زيرزميني در مناطق خشک مانند ايران سهم بسيار زيادي در تأمين آب آشاميدني و کشاورزي دارند و استان اصفهان نيز در منطقه خشک و نيمه خشک قرار داشته و از اين قاعده مستثني نبوده و به علت خشکسالي در چند سال اخير, استفاده از آبهاي زيرزميني براي کشاورزي و تأمين آب شرب شهرها و روستاهاي استان, اهميت بسيار زيادي يافته است.
بيشترين خطري که آينده بهره برداري از منابع آبهاي زيرزميني را تهديد مي‌کند، آلودگي اين منابع توسط مواد زيان آوري است که انسان به طور عمد و يا غير عمد, در نتيجه سهل انگاري و ناآگاهي وارد محيط‌هاي طبيعي ساخته است. يکي از مهمترين عوامل آلوده کننده اين آبها, نيترات ناشي از فعاليت‌هاي کشاورزي بوده است. آلودگي آبهاي زيرزميني از طريق اضافه شدن نيترات از منابع مختلف و آبشويي17 از خاک ايجاد مي‌شود و در حال حاضر از مباحث مهم زيست محيطي بوده است. به دليل خطرهاي زيادي که مصرف آبهاي زيرزميني آلوده براي گياه, انسان و دام به همراه دارد, شناسايي منابع آبهاي آلوده و عوامل آلودگي آنها ضروري است. غلظت بالاي نيترات در خاک و آب آبياري باعث تجمع نيترات در گياه مي‌شود که مي‌تواند براي انسان و دام مصرف کننده, خطرناک باشد. ورود نيترات زياد به بدن انسان و دام باعث اختلال در انتقال اکسيژن بوسيله خون (بيماري متا‌هموگلوبينميا) و سرطان‌هاي دستگاه گوارش شده است. همچنين استفاده از آبهاي آلوده به نيترات در صنعت باعث وارد آمدن صدمات زيادي به وسايل و دستگاه‌هاي صنعتي شده است (لطيف, 1381).
نيتروژن عنصري مهم و حياتي براي گياهان به شمار مي‌رود که عرضه آن به وسيله انسان قابل تنظيم است. نيتروژن عمدتاً به صورت نيترات () و در شرايط احيايي مقداري نيز به شکل آمونيوم () جذب گياه مي‌گردد. نيترات ورودي به درون گياه با مصرف انرژي حاصل از فتوسنتز و با دخالت آنزيم‌هاي احياء کننده به نيتروژن آمونياکي تبديل مي‌گردد. نيتروژن آمونياکي با کربن ترکيب و اسيد گلوتاميک را مي‌سازد. اين اسيد نيز به نوبه خود به بيش از 100 نوع اسيد آمينه تبديل مي‌گردد. اسيدهاي آمينه مختلف از طريق زنجيره پپتيدي با يکديگر پيوند حاصل کرده و پروتيين‌هايي که در سلول‌هاي گياهي به وجود مي‌آيند اکثراً جزء ساختمان آن نبوده بلکه به عنوان آنزيم‌ها در امر سوخت و ساز گياه دخالت مي‌نمايند.
پروتئين‌ها اسيدهاي آمينه اسيد گلوتاميک کربن پايه‌اي + آمونياک
نيتروژن علاوه بر شرکت در ساختمان پروتئين‌ها قسمتي از کلروفيل را نيز تشکيل مي‌دهد. لذا کمبود نيتروژن سبب زرد شدن برگ‌هاي پير و در نهايت توقف رشد گياه مي‌گردد. از سوي ديگر، پيامد مصرف زياد نيتروژن، رويش بيش از حد گياه و به رنگ سبز تيره در آمدن برگ‌ها است. ممکن است زيادي نيتروژن خاک در صورتي که مقدار ساير عناصر غذايي کم باشد دوره رشد گياه را طولاني‌تر کرده و رسيدن محصولات را به تأخير اندازد. عرضه نيتروژن با مصرف کربوهيدرات‌ها رابطه معکوس دارد. هنگامي که نيتروژن به مقدار کافي در دسترس گياه نباشد, انباشتگي کربوهيدرات‌ها در سلول‌هاي رويشي سبب افزايش ضخامت آنها مي‌گردد. چنانچه نيتروژن اضافي به گياه رسيده و شرايط رشد نيز مناسب باشد کربوهيدرات‌ها صرف ساختن پروتئين شده و به همين خاطر آب بيشتر جذب پروتوپلاسم گياه گشته و در نتيجه گياه ترد و شکننده مي‌شود. مقدار نيتروژن در اندام‌هاي گياهي بعد از آب, اکسيژن و هيدروژن حداکثر بوده و همچنين نخستين عنصر غذايي است که کمبود آن در خاکهاي مناطق خشک ونيمه خشک مطرح مي‌شود, در اين مناطق مقدار مواد آلي خاک عمده‌ترين منبع ذخيره نيتروژن محسوب مي‌شود به دلايلي از جمله، بارندگي اندک، نبود تناوب زراعي مناسب، دماي زياد, رطوبت نسبي پايين، پوشش گياهي ناچيز و ميانگين مصرف کم کودهاي حيواني و کود سبز اندک است (ملکوتي, 1373).
1-3 عوامل مؤثر در مقدار نيتروژن خاک
در شرايط طبيعي نيتروژن خاک در سطح ثابتي به تعادل مي‌رسد. بزرگي اين سطح بستگي به عواملي چون آب و هوا، نوع پوشش گياهي, نوع کاربري اراضي, خواص فيزيکي خاک و فعاليت موجودات ذره‌بيني گياهي و حيواني دارد (سالارديني, 1374)
يني در طول سالهاي 1928 تا 1940 تحقيقاتي در زمينه روابط بين مقدار نيتروژن خاک و عوامل تشکيل دهنده خاک يعني آب و هوا، پوشش گياهي، پستي و بلندي اراضي، جنس سنگ مادر و زمان انجام داده است. بر اساس اطلاعات بدست آمده، اهميت عوامل تشکيل دهنده خاک در تعيين مقدار نيتروژن خاکهاي متوسط کشاورزي و جنگلي مطابق رابطه زير است:
زمان سنگ مادر = پستي و بلندي پوشش گياهي اقليم
1-3-1 اقليم
اقليم يکي از مهمترين عوامل تعيين کننده وجود گونه‌هاي خاص گياهي بوده و مقدار ماده گياهي توليد شده و شدت فعاليت‌هاي ميکروبي در خاک به آن وابسته است و در نتيجه عامل مؤثري در تجمع نيتروژن در خاک مي‌باشد.
پراکندگي نيتروژن در پروفيل خاک نيز تابع نوع خاک مي‌باشد. اگرچه در تمام خاک‌ها مقدار نيتروژن در لايه سطحي بيشتر از اعماق است ولي تغييرات نيتروژن در عمق، از خاکي به خاک ديگر متناوب مي‌باشد.
تأثير رطوبت در تجمع نيتروژن در خاک بيشتر بواسطه تأثيري است که اين عامل بر روي رشد گياه و توليد بيشتر مواد خام گياهي دارد که مي‌تواند در ساخت هوموس خاک مؤثر باشد.
مطالعات کلاسيک يني18 در مورد تجمع نيتروژن و رابطه آن با اقليم بسيار جالب توجه است و نشان مي‌دهد که درصد نيتروژن خاک تابعي از درجه حرارت است. به عقيده يني اثر درجه حرارت بيشتر از جهت تأثير اين عامل در فعاليت موجودات ذره بيني خاک بوده است. زيرا در بيشتر مناطق رشد و نمو گياهان و چمن‌ها و همچنين تجمع موادآلي تفاوت چنداني نداشتند.
1-3-2 پوشش گياهي
تأثير نوع پوشش گياهي در مقدار نيتروژن خاک بيشتر از مقدار مواد گياهي است. زيرا عامل دوم خود تابع عوامل ديگر از جمله رطوبت و درجه حرارت مي‌باشد.
خاکهايي که تحت پوشش گياهان با ريشه فراوان هستند معمولاً داراي مقدار بيشتري مواد آلي و نيتروژن مي‌باشند. چون پوشش گياهي تابعي از شرايط اقليمي است لذا تأثير اين عوامل را در تجمع نيتروژن خاک نمي‌توان دقيقاً روشن کرد (سالارديني, 1374)
1-3-3 پستي و بلندي
پستي و بلندي خاک در مقدار نيتروژن خاک از آن جهت مؤثر است که اين عامل مي‌تواند در اقليم منطقه‌اي، جريان آب سطحي، تبخير و تعرق19 گياه مؤثر باشد. شدت شيب، طول و جهت شيب و ترکيب آن در شدت اين تأثير دخالت دارند.
1-3-4 خواص فيزيکي و شيميايي خاک
در شرايط آب و هوايي مساوي، با پوشش گياهي و پستي و بلندي ثابت، مقدار نيتروژن در خاک تابع بافت خاک است. مقدار ازت موجود در خاکهاي رسي بيش از خاکهاي لومي و در خاکهاي لومي نيز بيشتر از خاکهاي شني مي‌باشد. علت اين امر مربوط به قدرت نگهداري بيشتر نيتروژن معدني به وسيله رس‌ها است. مواد آلي خاک نيز به نوبه خود با ذرات رس توليد کمپلکس‌هاي آلي معدني مي‌کنند که در مقابل اکسيداسيون به وسيله موجودات ذره بيني مقاومت زيادي دارند (ملکوتي, 1373)
جنس کاني‌هاي رسي نيز در مقدار نيتروژن خاک مؤثر است. خاکهايي که داراي رس گروه مونت موريلونيت20 هستند مي‌توانند نيتروژن معدني خاک را به صورت تبادلي و يا تثبيت شده نگه‌دارند و در نتيجه به آساني به مصرف موجودات ذره بيني خاک نمي‌رسد.
1-3-5 فعاليت موجودات ذره بيني
همانند ساير عوامل، اثر موجودات ذره بيني خاک نيز مستقل نمي‌باشد. واکنش خاک، نوع و تراکم پوشش گياهي، رطوبت، حرارت، بافت و نفوذ پذيري خاک در تعيين نوع، مقدار و پراکندگي اين موجودات اثر دارند. از اين رو نمي‌توان اثرات اين عامل را جدا از عوامل ديگر به دقت مورد مطالعه قرار داد.
1-4 شکل‌هاي نيتروژن در خاک
نيتروژن در خاک به سه صورت عنصري، معدني و آلي وجود دارد. نيتروژن عنصري به صورت گاز و جزء ترکيبات هوا در خاک وجود دارد و با نفوذ آب به خاک اين عنصر در رطوبت خاک حل مي‌شود. در خاک خشک نيتروژن عنصري مي‌تواند به سطح ذرات خاک متصل شود. نيتروژن عنصري اصولاً از نظر حاصلخيزي اهميت زيادي ندارد زيرا اولاً نمي‌تواند مورد استفاده مستقيم گياهان قرار گيرد و ثانياً هميشه به مقدار زياد، در دسترس موجودات ذره بيني تثبيت کننده نيتروژن مي‌باشد (سالارديني,
