تاثیر استفاده گسترده از کودهای شیمیایی بر روی کیفیت منابع آب زیرزمینی

دسته آب شناسی
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری بیست و چهارمین گردهمایی علوم زمین
نویسنده نصرت آقازاده
تاريخ برگزاری ۱۴ اسفند ۱۳۸۴

چکیده

 

اگرچه استفاده از کودهاى شیمیایى باعث افزایش تولید محصولات کشاورزى میشود ولى استفاده گسترده از این کودها در زمینهاى زراعى میتواند یک منبع غیر نقطه اى آلوده کننده آبهاى زیرزمینى باشد. در این مطالعه پتانسیل آلودگى آب زیرزمینى آبخوان دشت ارومیه بوسیله کودهاى شیمیایى مورد ارزیابى قرار گرفت. که براى این منظور ابتدا کلیه اطلاعات و داده هاى مورد نیاز جمع آورى و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.بر اساس نتایج حاصله مناطق حساس به آلودگى به سه بخش مجزا A,B,C به ترتیب پتانسیل  آلودگى تقسیم گردید. بررسى کیفى منابع آب زیرزمینى نشان داد که غلظت یونهاى شاخص آلودگى آب از طریق کودهاى شیمیایى(NO۳,PO۴,SO۴,K) خیلى زیاد ازحد استاندارد نبوده و فقط در مناطق محدود غلظت این یونها(NO۳,SO۴) بیشتر از حد مجاز است. با توجه به نتایج حاصله بایستى در استفاده از کودهاى شیمیایى از لحاظ میزان وزمان مصرف مدیریت مناسب صورت گیرد وسیستم مونیتورینگ کمى و کیفى منابع آب زیرزمینى براى ارزیابى دقیق کامل گردد.

 

 

Effect of intensive fertilizer use on groundwater quality

N. Aghazadeh

Geology Department of Orumieh Islamic <?xml:namespace prefix = st۱ ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />Azad۱:PlaceName> University۱:PlaceType>۱:place>

 

Abstract

Although fertilizer make a great contribution to an increase in crop yields, increased applications of chemical fertilizers in irrigated lands are likely to create nonpoint contamination sources of chemical fertilizer species. This study was conducted to investigate the contamination of groundwater system in the Ourmieh plain aquifer by chemical fertilizers. For this purpose first all data and information is collected and analyses. The study area divided in to three zone(A,B,C) risk of groundwater pollution by nitrate and sulfate from applied fertilizer. Our study indicates the major ion concentration index contamination of groundwater (NO۳,PO۴,SO۴,K) is not greater than their permissible limits in drinking water, but concentration of N۰۳, SO۴ in the some area is greater than their permissible in drinking water. Best management practices should be employed to control the amount and time of use fertilizers. Finally, there is a strong need to complete a groundwater quality and quantity monitoring system in the study area. 

 

 

مقدمه

 

اگرچه استفاده از کودهای شیمیایی و حیوانی برای افزایش تولید محصولات کشاورزی لازم است ولی یکی از عوامل مهم آلودگی غیر نقطه ای(Nonpoint Source) آب زیرزمینی ( بخصوص آبهای زیرزمینی کم عمق )میتواند استفاده گسترده از کودهای شیمیایی بخصوص کودهای ازته باشد(Townsend et al,2000). بررسی ها نشان میدهد که استفاده از کودهای شیمیایی بخصوص کودهای نیتروژن دار در دو دهه اخیر رشد چشمگیری داشته و به همین علت پتانسیل آلودگی آبهای زیرزمینی افزایش یافته است.شکل (1) روند رو به رشد استفاده از کودهای نیتروژن دار در کشورهای توسعه یافته و در حال توسعه را نشان میدهد(Nishio,2004).

 از کودهای شیمیایی مورد استفاده در کشاورزی بطور عمده میتوان به کودهای نیتروژن دار یا ازته(N)، فسفر(P)، پتاسیم(K) و سولفور(S)اشاره کرد که غلظت بالای یونهای  NO3,PO4,SO4,K  از حد مجاز باعث آلودگی آبهای زیرزمینی به خصوص کم عمق میگرد(Bohlke,2002). از کودهای شیمیایی فوق الذکر کودهای ازته به علت عدم جذب مناسب توسط گیاه و خاک و شسته شدن سریع این کودها توسط آب بیشترین آلودگی آبهای زیرزمینی را سبب میشود(Thorburn et al,2003). البته لازم به ذکر است ممکن آلودگی ناشی از تاثیر سموم دفع آفات نباتی مورد استفاده در کشاورزی نیز باشد ولی تاثیر این عامل بیشتر در آبهای سطحی قابل رویت است((Shamrukh et al,2001.

از آنجایی که منطقه ارومیه بخصوص دشت ارومیه یکی از مهمترین دشتهای حاصل خیز کشور محسوب میشود و به علت تنوع محصولات زراعی و باغی، استفاده از کودهای شیمیایی جهت افزایش تولید در چند سال اخیر روند رو به رشدی داشته لذا اقدام به مطالعه تاثیرات استفاده از کودهای شیمیایی بر روی منابع آب زیرزمینی آبخوان دشت ارومیه گردید.

دشت ارومیه با وسعت 1000کیلومترمربع وبا متوسط ارتفاع 1300متر در شمال غربی ایران و بین طولهای شرقی´18،º45تا´57،º44وعرضهای شمالی ´50،º37 تا´22،º37 واقع شده است(لازم به ذکر است منطقه کشاورزی کهریز با وسعت 80 کیلومتر مربع نیز مورد بررسی قرار گرفته است چون آمار کشاورزی شهرستان. مربوط به هر دو دشت میباشد) (شکل2). این منطقه با متوسط بارندگی 300 میلیمتر در سال دارای اقلیم سرد وخشک بوده که متوسط تبخیر سالیانه در آن 1420 میلی متر میباشد (معاونت مطالعات،1382). منابع آب سطحی دشت ارومیه را چهار رودخانه نازلو چای،شهر چای،روضه چای وباراندوز چای با مجموع تخلیه متوسط سالیانه معادل 830 میلیون متر مکعب(درسال82) تشکیل میدهد که این رودخانه ها از مناطق مجاور دشت و کشور ترکیه سرچشمه میگیرند.

 

بحث و بررسی

 

در این مطالعه به منظور بررسی تاثیر استفاده از کودهای شیمیایی بر روی کیفیت آبهای زیرزمینی منطقه، اقدام به جمع آوری آمار و اطلاعات مورد نیاز گردید که بر این اساس ابتدا ویژگیهای هیدروژئولوژیکی آبخوان مورد بررسی قرار گرفت. سپس آمار مربوط به سطح زیر کشت اراضی، ترکیب کشت محصولات، سطح کل باغات منطقه، تولیدات باغی و میزان کود شیمیایی مصرفی به تفکیک نوع کود مصرفی از جهاد کشاورزی شهرستان گرفته شد(جدول1). در نهایت به منظور بررسی تغییرات احتمالی کیفی منابع آب زیرزمینی، مناطق حساس با توجه به میزان کود مصرفی ،عمق آب زیرزمینی و ویژگیهای هیدروژئولوژیکی مشخص گردید.

 

1- ویژگیهای هیدروژئولوژیکی

 

دشت ارومیه دارای دو سفره آزاد و تحت فشار میباشد که بیشترین وسعت دشت را سفره آزاد با وسعت 764 کیلومترمربع تشکیل میدهد که در مجموع 18745 حلقه چاه عمیق ونیمه عمیق،15دهنه چشمه و26 رشته قنات منابع آب زیرزمینی دشت را تخلیه میکنند که در مجموع تخلیه آبهای زیرزمینی دشت بطور متوسط 585 میلیون مترمکعب در سال(سال 82) برآورد شده است(معاونت مطالعات،1382). آبخوان این دشت از رسوبات شنی،ماسه ای،ماسه رسی وترکیبی از آنهاست که ضخامت آن در مناطق مختلف دشت متغیر بوده وبطور متوسط در حدود 80 متر میباشد. ضرایب هیدرودینامیکی آبخوانها به شرح زیر میباشد:

m2/d4180-62 T=(سفره تحت فشار)     m2/d7750-169T=(سفره آزاد)      % 6 S=

میان دشت کهریز دارای سفره آزاد بوده که در مجموع 174 حلقه چاه عمیق و نیمه عمیق در آن حفر شده و سایر منابع آب آن شامل 11 دهنه چشمه و 17 رشته قنات میباشد که در مجموع تخلیه سالیانه آبهای زیرزمینی  این میان دشت بطور متوسط 48 میلیون مترمکعب در سال(سال 1382) بر آورد شده است. بررسیها نشان میدهد که بطور کلی جهت جریان آب زیرزمینی از سمت غرب به شرق میباشد(شکل3). عمق آب زیرزمینی بین 52-2متر متغیر بوده بطوریکه کمترین مقدار عمق(2متر)در نواحی خروجی دشت ودر اطراف ساحل دریاچه ارومیه واقع شده است.

 

 

2-   فعالیتهای کشاورزی منطقه

 

بر اساس آمار موجود سطح زیر کشت اراضی این شهرستان 8/133 هزار هکتار میباشد که از این مساحت 44215 هکتار آن آبی بوده و ترکیب کشت محصولات  یونجه، گندم، نخود، دانه های روغنی و چغندرقند میباشد. سطح کل باغات شهرستان برابر 8/37 هزار هکتار بوده که سیب و انگور از مهمترین تولیدات باغی این شهرستان محسوب میشود بطوریکه معرف کشاورزی این شهرستان در سطح کشور است. علاوه بر این محصولات ، از محصولات باغی این شهرستان میتوان به میوه های هسته دار ، گردو و بادام اشاره کرد(واحد زراعت و باغبانی جهادکشاورزی،1384).

میزان کل کودهای مصرفی شهرستان ارومیه برای محصولات زراعی و باغی در سال 1384 در جدول (1) آورده شده است. بررسی روند استفاده از کودهای شیمیایی در منطقه نشان میدهد که تقریبا در عرض چند سال اخیر میزان مصرف کودها دو برابر شده است. زمان مصرف کودهای شیمیایی برای محصولات زراعی در زمان کشت بهاره و پائیزه بوده که کشت بهاره از اوایل فروردین شروع تا اواخر اردیبهشت ادامه می یابد و کشت پائیزه از اوایل مهر شروع و تا اواخر آبان ماه ادامه می یابد.

 

 

3- ارزیابی پتانسیل آلودگی آب زیرزمینی منطقه

 

به منظور بررسی احتمال آلودگی آب زیرزمینی و ارزیابی مناطق حساس به آلودگی ابتدا ویژگیهای هیدروژئولوژیکی آبخوان  از قبیل میزان هدایت هیدرولیکی،عمق آب زیرزمینی،ضخامت زون اشباع و جنس رسوبات تشکیل دهنده سفره مورد ارزیابی قرار گرفت. سپس با توجه به ویژگیهای هیدروژئولوژیکی آبخوان، سطح زیرکشت بر حسب نوع محصول، میزان و نوع کود مصرفی و اندیکس نیتراته محاسبه شده اقدام به زون بندی منطقه گردید. که بر این اساس کل منطقه به سه زون A,B,C تقسیم گردید(شکل4) که احتمال آلودگی در زون  Aبیشتر، در زون B متوسط و در زون C کم میباشد.

برای ارزیابی مناطق حساس به آلودگی نیترات سه پارامتر 1- میانگین کود مصرفی در طول رشد محصول 2- میانگین نیتروژن جذب شده توسط گیاه و خاک 3- میانگین نیتروژن جذب نشده توسط گیاه و خاک تعیین گردید سپس با توجه به میزان کود مصرفی توصیه شده برای محصولات مختلف توسط مرکز تحقیقات اندیکس نیتراته برای کودهای نیتروژن دار محاسبه گردید که این اندیکس  برابر با کل نیتروژن بار گذاری شده به کل مساحت منطقه میباشد(Eliasson,2001).

بررسی هیدروژئوشیمیایی منابع آب زیرزمینی نشان میدهد که غلظت یونهای شاخص آلودگی آب از طریق مصرف کودهای شیمیایی (NO3,PO4,SO4,K) خیلی زیاد از حد استاندارد نبوده و فقط در مناطق محدود غلظت انها(SO4,NO3) بیشتر از حد مجاز است(جدول 2). در کل غلظت یونهای (K,PO4) در هیج جا از حد مجاز بیشتر نیست. البته لازم به ذکر است با توجه به اینکه سیستم مونیتورینگ سازمان آب منطقه ای کامل نبوده و نمونه آبهای برداشت شده توسط این سازمان فقط برای آنیونها و کاتیونهای اصلی موجود در آب آنالیز میشود و نیز سیستم مونیتورینگ شرکت آب و فاضلاب به محدوده شهری و به مناطقی که در آن چاههایی برای  تامین آب شرب حفر گردیده محدود میشود زیاد نمی توان به این داده ها اکتفا کرد. لذا بایستی نمونه برداری از مناطق مختلف در زمانهای متفاوت صورت گیرد تا ارزیابی درستی از آلودگی آبهای زیرزمینی منطقه شود. 

ضمنا بررسی ترکیب شیمیایی آبهای زیرزمینی این منطقه جهت استفاده برای شرب و کشاورزی نشان میدهد که این آبها از نظر کیفی به منظور شرب و استفاده در کشاورزی  مناسب میباشند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

نتیجه گیری

 

- بررسی روند استفاده از کودهای شیمیایی در فعالیتهای کشاورزی صورت گرفته در منطقه نشان میدهد که این استفاده در چند سال اخیر رشد چشمگیری داشته که این امر احتمال آلودگی آبهای زیرزمینی را افزایش داده است.

- ارزیابی احتمال آلودگی آب زیرزمینی منطقه و تعیین مناطق حساس به آلودگی منجر به تقسیم بندی منطقه مورد مطالعه به سه ناحیه مجزا گردید که هر ناحیه دارای ویژگیهای خاص خود از لحاظ هیدروژئولوژیکی،فعالیتهای کشاورزی و پتانسیل آلودگی آبها بوسیله کود های شیمیایی مصرفی در کشاورزی میباشد.

- بررسی هیدروژئوشیمیایی منابع آب زیرزمینی منطقه مورد مطالعه نشان میدهد که غلظت یونهای شاخص آلودگی آبهای زیرزمینی از طریق کودهای شیمیایی مصرفی در کشاورزی خیلی زیاد از حد استاندارد نبوده و فقط در مناطق محدود غلظت این یونها بیشتر از حد مجاز میباشد.

- بررسی سیستم مونیتورینگ کیفی منابع آب زیرزمینی که توسط شرکت آب منطقه ای و آب و فاضلاب صورت میگیرد نشان میدهد که این سیستم از لحاظ کمی و کیفی کامل نبوده لذا برای ارزیابی دقیق آلودگی بایستی نمونه برداری از نقاط مختلف و در سری زمانهای متفاوت صورت گیرد.

- به منظور کاهش  احتمال آلودگی آّبهای زیرزمینی منطقه بوسیله کودهای شیمیایی ،بایستی میزان کودهای مصرفی بخصوص کودهای نیتراته کنترل گردد و در صورت امکان از کودهای جایگزین با اثرات کم استفاده شود و نیز کودها در زمانهای مناسب رشد گیاه مصرف شود تا از شسته شدن آنها جلوگیری گردد.  

تشکر و قدردانی

از مدیریت محترم مطالعات پایه منابع  آب سازمان آب منطقه ای استان آذربایجان غربی ، مدیریت تصفیه خانه شرکت آب و فاضلاب ارومیه ومدیریت اداره جهاد کشاورزی شهرستان به خاطر در اختیار گذاشتن اطلاعات لازم سپاسگزاری می شود.

 

منابع

اداره جهاد کشاورزی شهرستان ارومیه .  واحد زراعت و باغبانی .  آمار و اطلاعات  مربوط به سال 1384.

سازمان آب منطقه ای استان آذربایجان غربی.معاونت مطالعات پایه منابع آب.1382.گزارش شبکه پیزومتری  دشت ارومیه.

 

 

 

 

Bohlke ,J .K.,2002.Groundwater recharge and agricultural contamination.                                     Hydrogeology Journal(2002) 10:153-179.                 

Eliasson,A.,2001.Groundwater Impact Assessment and Protection-  Predictive                               Simulations for Decision Aid. Licentiate thesis TRITA- AMI LIC2066.Division of     Land        and Water Resources, Department  of Civil and Environmental Engineering ,       Royal         Institute of  Technology, Stockholm.    

Nishio,M.,2004.Effect of intensive fertilizer use on groundwater quality. Institute of                      Agricultural and Forest Engineering University of Tsukuba  Japa.  Tennodal 1-1-                   1, Tsukuba 305-8572.                      

SEPA, 1999. Enviromental  quality criteria-groundwater. Swedish Environmental                         Protection Agency .  Report 4915.     

Shamrukh,M.,MYavuzCorapcioglu,andbFayekA.A.Hassona,2001,Modeling                           the Effect of chemical Fertilizers on Groundwater Quality in the Nile Valley Aquifer, Egypt, Ground water, Vol. 39. No.1. 59-67 pp.

Thorburn,  P.J, J. S. Biggs, K. L. Weier and B. A. Keating. 2003. Nitrate in                                       groundwater of intensive agricultural areas in coastal Northeastern Australia, Agriculture Ecosystems and Environment Journal, 49-58-pp.

Townsend, M.A.and D.P.Young, 2000. Factors Affecting Nitrite Concentrations in Ground water in Stafford Country Kansas, kansas Geological Survey.

 

کلید واژه ها: سایر موارد