بررسی تاثیر کاربری‌های کشاورزی بر آلودگی آب‌های سطحی
جواد رمضانی، شهرزاد دانش‌فر
استادیار گروه شیلات، دانشکده محیط زیست
دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی منابع طبیعی- ارزیابی و آمایش سرزمین
jramezani@gmail.com
shahrzaddaneshfar@yahoo.com
چکیده
یکی از مهمترین اکوسیستم‌های پویا رودخانه‌ها هستند و آگاهی از روند تغییرات و پیش‌بینی کیفیت آینده آن، امکان پیش‌بینی مشکلات احتمالی آینده و برنامه‌ریزی برای آنها را فراهم می‌سازد. از سویی از آن جا که در شرایط کنونی جهان که دستیابی به آب آشامیدنی سالم و با‌کیفیت اهمیتی تعیین کننده و استراتژیک یافته است لذا ضروری است که تاثیر کاربری اراضی با رویکرد میزان اثر بر کیفیت تاثیر بر آب‌های سطحی مورد بررسی قرار گیرد. تغییر کاربری اراضی در تغییرات کیفیت آب سطحی از جمله چالش‌های مهم در مبحث تامین آب برای مصارف مختلف است و این مقاله با هدف بررسی اثر تغییر کاربری‌ها بر کیفیت آب‌های سطحی انجام گرفته است.
کلمات کلیدی : آب‌های سطحی، کاربری اراضی،
مقدمه
آب با‌ارزش ترین و مهمترین ماده مورد نیاز بشر است و در مصارف آشامیدنی، بهداشتی، کشاورزی و صنعتی کاربرد و اهمیت آن نمایان می‌گردد. رشد روز‌افزون جمعیت، ارتقای سطح زندگی، توسعه شهرنشینی، صنایع و کشاورزی از عواملی هستند که افزایش مصرف آب و تولید فاضلاب در اجتماعات را باعث شده و موجب آلودگی محیط زیست می‌شوند (پری زنگنه و همکاران، 1382).
از مهمترین منابع تأمین آب شیرین مصرفی در بخش‌های صنعت، کشاورزی، مصارف شهری و آشامیدنی رودخانه‌ها می‌باشند. لذا شناسایی و بررسی اجزای مختلف آن نقش مهمی در چرخه‌های زیستی اکوسیستم و پالایش آلاینده‌های آن دارند (محمودی و عبدلی،1394)
رودخانه‌ها همواره یکی از منابع عمده آب مصرفی بشر و دیگر جانداران می باشند، اما سهم اندکی از مجموع آب روی کره زمین را به خود اختصاص می‌دهند. آب‌های جاری بوم‌سازگان های بسیار پویا، حاصلخیز و از نظر زیست شناسی و شیلاتی دارای اهمیت هستند، اما انسان ها علی‌رغم استفاده‌های گوناگون از آب رودخانه‌ها به علت توسعه جوامع بشری و گسترش صنایع همواره از منابع مهم آلودگی و تخریب رودخانه می‌باشند (Rosenberg and Resh, 1988).
این آب‌ها از دیر باز به طور جدی از سوی جوامع بشری و مراکز صنعتی مورد تهدید بوده اند که نتیجه آن فاضلابی است که از صنایع تولیدی و غیر‌تولیدی ایجاد شده و باعث به مخاطره افتادن شرایط اکولوژیک زیستگاه‌های آب و زیان در این اکوسیستم‌ها می‌شود ( اسماعیلی‌ساری و همکاران، 1390).
به این منظور بررسی کیفیت آب یک رودخانه می تواند اولین و یا شاید مهمترین گام در اعمال یک مدیریت صحیح کیفی به منظور رفع مشکل آلودگی آن باشد، چرا که دیدگاه فرد را نسبت به روند و چگونگی تغییرات آلودگی در هر زمان و مکان و شرایط خاص روشن می‌نماید (عباسپور، 1377 ).
یکی از مواد دیگری که می‌توانند موجب آلودگی منابع آب‌های سطحی شوند سموم آفت‌کش می‌باشند. از زمان تمدن‌های اولیه که بشر کشاورزی را شروع کرده روش‌های مختلف را برای حفظ منافع خویش از عوامل مزاحم به کار برده است.
با توجه به کاربری‌های کشاورزی در اطراف آب ها و ورود پساب ناشی از آن وضعیت آب‌ها از حالت طبیعی تغییر کرده است.
بیان مسئله
کاربری اراضی در مفهوم کلی آن به نوع استفاده از زمین در وضعیت موجود گفته می‌شود که در بر‌گیرنده تمامی کاربری در بخش‌های مختلف کشاورزی، منابع‌طبیعی و صنعت می شود. به عبارت دیگر شامل تمام فعالیت‌های موجود در منطقه یا ناحیه مانند یک حوزه آبخیز در روی زمین مانند تخصیص اراضی به فعالیت‌های زراعی (دیم و آبی)، مناطق مسکونی، جنگل، مرتع، معدن، تاسیسات صنعتی و همانند آن است (احمدی، 1374).
نیاز روز‌افزون جامعه به غذا و رشد بی‌رویه جمعیت و کاهش منابع‌غذایی، یکی از مهمترین مسائلی است که موجب تولید و بهره‌گیری انواع مختلفی از سموم آفت‌کش در کشاورزی شده است. فعالیت‌های کشاورزی باعث ورود حداقل 76 درصد آفت‌کش، به آب‌های سطحی و 46 درصد آفت‌کش، به آب‌های زیر زمینی می‌شود .(dehghanian, 1390)
نقش منابع نقطه‌ای آلودگی آفت‌کش ها در آب‌های سطحی از آب‌های زیرزمینی مهم‌تر است. طبق مطالعاتی که در مناطق مختلف از جمله آلمان، بلژیک انجام گرفته مشخص شده که 20 تا 80 درصد آلودگی آب‌های سطحی به آفت‌کش ها مربوط به مناطق نقطه‌ای است. فلزات سنگین که از طریق آفت‌کش ها به آب‌های سطحی وارد می‌شوند با گذشت زمان به رسوبات کف رودخانه ملحق می‌شوند. و ماندگاری تقریبا زیادی دارند.
توسعه اراضی کشاورزی و مصرف زیاد کودهای شیمیایی برای افزایش تولید محصول و رشد شهرنشینی از مهمترین مشکلات آلودگی آب‌های سطحی در جهان به شمار می‌رود (Zhang,2011).
از آن جا که نوع استفاده از زمین (کاربری اراضی) می‌تواند به دو صورت مثبت و منفی بر کیفیت آب تاثیر گذار باشد، از این رو ضرورت دارد به مشخص‌کردن میزان تاثیر و سهم مشارکت هر یک از انواع مختلف کاربری اراضی، به ویژه در مناطقی که آب برای مصارف شرب و خانگی از منابع آب سطحی تامین می‌شود (سلاجقه، 1389).
محدودیت منابع آب و عدم تناسب مکانی و زمانی آن موجب ایجاد چالش‌هایی در ایران، همانند کل جهان شده است. به طوری که در آغاز قرن 21 تعداد 26 کشور جهان از کمبود منابع آب رنج می‌برده اند. این کمبود در سال 2050 حدود یک سوم از مردم دنیا را تهدید خواهد کرد (نادری و همکاران، 1382).
این مطالعه به منظور بررسی تاثیر کاربری کشاورزی بر آب‌های سطحی صورت گرفته است. با توجه به توسعه روز‌افزون کشاورزی و استفاده از سموم در این کاربری، تاثیرات این فعالیت در محیط اطراف آن مشهود است. در این مطالعه تاثیرات این کاربری در مناطق مختلف بررسی می‌شود و انتظار می‌رود اکوسیستم از حالت طبیعی خارج شود.
روش کار
روش پژوهش، با توجه به ماهیت نظری آن، توصیفی- تحلیلی و از طریق جمع‌آوری اطلاعات موجود و مرور منابع کتابخانه‌‌‌ای و اسنادی مرتبط با ادبیات تحقیق می‌باشد.
مبانی نظری
صباحی و همکاران در سال 1389 تاثیرات فعالیت‌های کشاورزی را بر روی رودخانه سیکان مورد بررسی قرار دادند. رودخانه سیکان یکی از شاخه‌های انتهائی رودخانه سیمره می‌باشد و از دامنه های شرقی کبیر کوه (نگین زاگرس) سرچشمه گرفته و در استان ایلام قرار دارد. کبیر کوه در زاگرس مرکزی، مهمترین رشته‌کوه استان ایلام محسوب می‌شود و به خاطر بارندگی نسبتا زیاد (متوسط 460 میلی متر در سال ) یکی از مهمترین کانون‌های آبریز استان می‌باشد و رودخانه‌های متعدد از جمله رودخانه سیکان از این رشته‌کوه سرچشمه می‌گیرد. رودخانه سیکان یکی از منابع اصلی تامین‌کننده آب شرب روستاهای واقع در مسیر این رودخانه است. این رودخانه به منظور خصوصیات کیفی آب که احتمال می‌رفت در اثر ورود زه‌آب کشاورزی تغییر کنند، در چهار فصل سال مورد اندازه‌گیری قرار گرفت. که با توجه به مصرف سالیانه 1343 تن انواع کودهای شیمیایی در این زمین‌ها، انتظار می‌رود زه‌آب حاصل از زمین‌های کشاورزی که به رودخانه سیکان می‌ریزد، کیفیت آب رودخانه را تحت تاثیر قرار دهد.
خراسانی و همکاران تاثیر کاربری اراضی را بر روی رودخانه کرخه در دو دوره زمانی 1367و 1381 در پنج زیر حوضه، با استفاده از سنجنده‌های TM و ETM ماهواره لندست مورد ارزیابی قرار دادند. سپس تغییرات کیفیت آب رودخانه را در دوره 14 ساله مورد مطالعه قرار دادند. رودخانه کرخه در غرب کشور و در مناطق میانی و جنوب‌غربی رشته‌کوه‌های زاگرس قرار دارد. میانگین بارندگی در حوزه کرخه از حدود 150 میلی‌متر در سال در مناطق جنوبی تا فراتر از 1000 میلی‌متر در سال در ارتفاعات شمالی و مناطق شرقی کرخه علیا تغییر می‌نماید و رژیم بارش آن اغلب مدیترانه ای است. نتایج نشان داد که تغییرات کاربری اراضی در حوزه آبخیز کرخه به سمت کاهش اراضی مرتعی، جنگلی، باغها و اراضی زراعی و افزایش اراضی بایر، پیش‌رفته است. بررسی کیفیت آب رودخانه کرخه، کاهش شدید کیفیت آب را، به صورت افزایش در مشخصه‌های Ec,TDS,SAR و آنیون‌ها و کاتیون‌ها در دوره مطالعاتی را نشان می‌دهد. بنابراین نتایج به دست‌آمده حاکی از کاهش کیفیت آب رودخانه کرخه در نتیجه تغییرات کاربری اراضی است. همچنین بررسی آمار موجود در منطقه، نشان از وقوع خشکسالی در سال آبی 77-79 داشت، که این واقعه نیز می‌تواند با کاهش دبی آب رودخانه باعث تشدید کیفیت کاهش آب شده باشد
نوحه گر و شیرگاهی، در سال 1389 تغییر کاربری اراضی و تاثیر آن بر آب‌های سطحی را در حوضه کهورستان مورد بررسی قرار دادند. آبخیز کهورستان در استان هرمزگان و در 75 کیلومتری شهر بندرعباس، واقع شده است. بارش متوسط منطقه مورد مطالعه با توجه به آمار 27 ساله (89-62) ایستگاه کهورستان که ایستگاه باران‌سنجی در داخل ایستگاه می‌باشد 5/157 میلی‌متر در سال برآورد شده است. در این تحقیق ابتدا تغییر سطح کاربری‌های موجود در حوضه در سه زمان مختلف بررسی شد، سپس تغییرات کیفیت آب رودخانه در زمان‌های مورد نظر مورد مطالعه قرار گرفت که نتایج نشان داد تغییرات کاربری سبب کاهش کیفیت آب رودخانه در این حوضه شده است.
سلگی و همکاران، در سال 1395 در حوضه آبخیز زاینده رود تاثیر کاربری اراضی در تغییرات کیفیت آب‌های سطحی را بررسی کردند. رودخانه زاینده‌رود به طول حدود 350 کیلومتر در امتداد تقریبی غرب به شرق در جریان است و از کوه‌های زاگرس در غرب استان اصفهان سرچشمه گرفته است و در تالاب گاوخونی در شرق استان به پایان می‌رسد. براساس نقشه کاربری اراضی تولید شده در سال 1394، 21 درصد از کل مساحت حوضه آبخیز زاینده‌رود به اراضی کشاورزی اختصاص دارد که مصرف کودهای شیمیایی و آفت‌کش ها در این مناطق سبب افزایش آلودگی‌های غیر نقطه‌ای در منطقه می‌شود. تغییر سطح کاربری‌های موجود در حوضه در دوره زمانی 1376 و 1394 با استفاده از سنجنده‌های ETM و TM ماهواره لندست بررسی شد. سپس تغییرات کیفیت آب رودخانه در دوره‌ای هیجده ساله مطالعه گردید. نتایج نشان داد افزایش فسفات، نیترات، EC، BOD، COD و TDS در آب رودخانه در طول دوره مطالعه، سبب کاهش شدید کیفیت شده است.
نتایج
با ورود زه‌آب کشاورزی، غلظت آمونیاک به شدت افزایش یافت که این افزایش در بهار و تابستان (55/0-53/0) به طور معنی‌داری بالاتر از پاییز و زمستان (26/0-19/0) بود که طبق استانداردهای جهانی، حد مجاز آمونیاک آب برای مصارف انسانی 3/0 است لذا رودخانه در بهار و تابستان از نظر آمونیاک آلوده به نظر می‌رسد. نتایج نشان می‌دهد که نیترات آب هم به شدت تحت تاثیر ورود زه‌آب کشاورزی قرار گرفت . دامنه تغییرات نیترات آب در فصول مختلف سال بین 7/3 تا 3/7 بود. حد مجاز WHO برای آب مورد استفاده انسان 10 میلی‌گرم بر لیتر می‌باشد لذا اگر چه نیترات به عنوان یک مشکل برای مصارف خانگی آب محسوب نمی‌شود اما نیترات برای سایر مصارف به خاطر اثر نیتریفیکاسیون به عنوان یک مشکل خواهد بود. سطح فسفات هم بین 007/0 تا 032/0 متغییر بود و کم‌ترین مقدار آن در زمستان گزارش شد. سایر محققین گزارش داده اند که مشکلات وابسته به نیتریفیکاسیون در مناطق معتدله در سیستم‌های آبی در غلظت فسفر کل بیشتر از 035/0 میلی گرم بر لیتر شروع به افزایش می‌کند. که این عدد برای مناطق گرمسیری بین 34/0 تا 7/0 میلی گرم فسفر بر لیتر می‌باشد. میزان سولفات آب هم تحت تاثیر ورود زه‌آب کشاورزی به میزان 4 تا 7 برابر افزایش داشته است. و بیشترین مقدار سولفات در ماههای تابستان و پاییز گزارش شده است لذا آب در ماههای تابستان و سولفات آلوده به نظر می‌رسد. اکسیژن محلول آب رودخانه هم از حد بحرانی بالاتر رفته است. با این وجود اختلافاتی بین فصول مشاهده می‌شود که در زمستان بیشترین حد را دارا‌ست.
طبق نتایج به دست آمدهاز آزمونt-student،تغییرات کاربری رخ داده در دوره مورد مطالعه، به احتمال 95 درصد معنی‌دار است. نتایج تغییر کیفیت آب رودخانه کرخه در 7 ایستگاه مورد مطالعه حاکی از کاهش کیفیت آب در دوره مورد مطالعه 14 ساله است و کیفیت نامناسب آب در ایستگاه‌های حمیدیه و هویزه آشکار است.
نتایج حاصل آزمون رگرسیون در نرم افزارSPSS که به منظور تعیین رابطه بین تغییرات کاربری با تغییرات پارامترهای کیفی آب مورد استفاده قرار گرفت نشان داد که تغییرات کاربری اراضی با پارامترهای کیفی آب رابطه خطی دارند. به طوری کهEC متغییر بوده در این مدلTDS و CI ثابت می مانند. همچنین نتایج حاصل از آزمون پیرسون نشان داد که میزان پارامترTDS با کاربری اراضی بایر همبستگی مثبت داشت.
4. نتایج نشان دهنده افزایش میزان نیترات و فسفات در طول دوره زمانی مورد بررسی است. که افزایش فسفات در دوره زمانی سال 1394، ECبسیار بیشتر بوده است. و pH نیز در تمام ایستگاه‌ها در طی هجده سال به صورت صعودی بوده، نتایج تغییر کیفیت آب رودخانه زاینده‌رود در محل هفت ایستگاه مورد مطالعه، حاکی از کاهش کیفیت آب در دوره مورد مطالعه هجده ساله است و کیفیت نامناسب آب در ایستگاه‌های پایین‌دست آشکار است.
بحث
1. نتایج نشان می‌دهد که یکی از دلایل غلظت بالاتر آمونیاک در فصل بهار و تابستان ناشی از ورود بیشتر عنصر غذایی به واحد حجم آب رودخانه بوده است. یکسان بودن غلظت آمونیاک بین فصول بهار و تابستان، علی‌رغم بالاتر بودن میزان این عنصر در تابستان را می‌توان به افزایش نیتریفیکاسیون در فصل تابستان به علت افزایش دما روی آنزیم نیترات ردکتاز و یا مصرف بالاتر آن توسط گیاهان نسبت داد. میزان بالاتر ورود فسفر به واحد حجم رودخانه تنها عامل غلظت بالاتر فسفر آب در سه فصل بهار، تابستان و پاییز نبود چرا که به عنوان مثال اگر چه این مقدار در دو فصل بهار و زمستان تقریبا یکسان است ولی غلظت فسفر آب رودخانه در این دو فصل کاملا متفاوت است. دلیل این ناهمخوانی بین ورود فاضلاب و غلظت فسفر را این چنین می‌توان بیان کرد که در بعضی فصول مثل زمستان به علت دمای پایین‌تر، غلظت بالاتر اکسیژن و pH پایین‌تر آب، مقدار فسفر بیشتری نسبت به فصول دیگر توسط یون‌های آهن، آلومینیوم و کلسیم رسوب می کند. شرایط هوازی زمستان مناسب آزادسازی فسفر نیست. لذا رسوب بالای فسفر در غلظت بالای اکسیژن انجام می‌شود. هم چنین با کاهش pH در فصل زمستان، رسوب فسفر افزایش می‌یابد.غلظت بالاتر اکسیژن در زمستان نسبت به سه فصل دیگر را نیز می‌توان به ورود کمتر مواد آلی و درجه حرارت پایین‌تر آب در این فصل و وجود مقدار کمتر فسفر نسبت داد.
بررسی تاثیر این تغییرات بر کیفیت رودخانه کرخه در شاخه‌های مختلف، گواه کاهش نسبی کیفیت آب رودخانه طی زمان بوده است. این موضوع را می‌توان به افزایش اراضی شهری در اکثر زیر حوضه‌ها و افزایش اراضی زراعی و باغها در دو زیر حوضه کشکان و کرخه جنوبی نسبت داد.
مقایسه فراوانی پارامترهای کیفی در مقاطع زمانی مختلف نشان داد که میزان EC با گذشت زمان از سال 61 تا 87 رو به افزایش بوده و روند صعودی داشته است. همچنین در مورد میزان پارامتر TDS نیز با گذشت زمان از سال 61 تا 87 رو به افزایش بوده و روند صعودی داشته است. و با توجه به آمار موجود در منطقه در سال آبی 83-79 خشکسالی رخ داده است که باعث کاهش دبی آب رودخانه شده است که این واقعه می تواند بر تشدید کاهش کیفیت آب رودخانه تاثیر گذار باشد. بنابراین می‌توان نتیجه گیری کرد که خشکسالی رخ داده در سالهای 83-79 نیز می‌تواند در کنار تغییرات کاربری اراضی منطقه بر کاهش آب تاثیر گذار بوده باشد.
افزایش فسفات در سال 1394 در ایستگاه‌ها بسیار مشهود بوده که با توجه به افزایش بیشتر فسفات در دو ایستگاه مورکان و پل وحید نسبت به سایر ایستگاه‌ها، و از آنجایی که ایستگاه مورکان در منطقه‌ای واقع شده است که میزان فعالیت‌های کشاورزی در آن بالاست، می توان به افزایش زمین‌های کشاورزی و مصرف بیشتر آفت‌کش ها و کودهای شیمیایی در حوضه آبخیز زاینده رود نسبت داد. افزایش ECو pH در پی دوره مطالعاتی به دلیل افزایش مواد مغذی، حمل رواناب سطحی و ته‌نشین شدن مواد در پایین دست است. در ایستگاه پایین (ایستگاه ورزنه)، نیز به دلیل پایین دست بودن ایستگاه و سرازیر شدن فاضلاب‌ها و زهکش‌های کشاورزی به این منطقه BOD افزایش داشته است.
مراجع
احمدی، رشید، “نقش کاربری اراضی در ایجاد و تشدید حرکات توده ای جنگلی واز“، پایان نامه کارشناسی ارشد دانشکده علوم انسانی دانشگاه تربیت مدرس، صفحه 124، 1374.
پری زنگنه، عبدالحسین، عابدینی، یوسفعلی، قدیمی، یوسف، “عوامل طبیعی موثر در کاهش آلودگی و افزایش خود پالایی آب ابهررود در استان زنجان“، مجموعه مقالات ششمین همایش کشوری بهداشت محیط.، مازندران، دانشکده علوم پزشکی و بهداشت، 1382.
سلاجقه، علی، رضوی زاده، سمانه، خراسانی، نعمت الله، حمیدی فر، مینا، سلاجقه، سوسن، “تغییرات کاربری اراضی و آثار آن بر کیفیت آب رودخانه (مطالعه موردی: حوزه آبخیز کرخه“، محیط شناسی، سال سی و هفتم، شماره 58، صفحه 81-86، 1390.
سلگی، عیسی، میرزایی، مژگان، سلمان ماهینی، عبدالرسول، “بررسی ارتباط بین پارامترهای کیفی آب و تغییرات کاربری اراضی (حوضه آبخیز زاینده‌رود)“، مدیریت آب و آبیاری، دوره 6، شماره 2، صفحه های 191-175، پاییز و زمستان 1395.
شهسواری پور، ناهید، اسماعیلی ساری، عباس، “بررسی آلودگی میکروبی رودخانه هراز و تعیین کاربری‌های مجاز آب رودخانه با توجه به استانداردهای جهان“، دوره 13، شماره 4 (مسلسل 51)، از صفحه 81 تا صفحه 94، زمستان 1390.
صباحی، حسین، فیضی، محمد، ویسی، هادی، سادات اسیلان، کمال، “بررسی تاثیر فعالیت‌های کشاورزی بر کیفیت آب رودخانه سیکان“، علوم محیطی، سال هفتم، شماره چهارم، تابستان 1389.
عباسپور، م، “هندسی محیط زیست“، انتشارات دانشگاه آزاد اسلامی، صفحه 530، 1377.
محمودی، مینا، عبدلی، اصغر، “ساختار جمعیت موجودات ماکروبنتوزهای رودخانه شهرستانک“، دومین همایش یافته های نوین در محیط زیست و اکوسیستم کشاورزی، 1394.
نادری، شیرین، شریعت، محمود، ندافی، کاظم، واعظی، فروغ، “بررسی ارتباط بین میزان شاخص‌های بیولوژیک و پارامترهای کیفی آب در سیستم توزیع آب آشامیدنی مناطق روستایی استان قزوین“، مجموعه مقالات ششمین همایش کشوری بهداشت محیط، مازندران، دانشکده علوم پزشکی و بهداشت، 1382.
نوحه گر، احمد، شیرگاهی، فرشته، “تغییر کاربری اراضی و تاثیر آن بر کیفیت آب‌های سطحی (مطالعه موردی: حوضه‌ی کهورستان)“، پژوهش‌های دانش زمین، سال اول، شماره 4، صفحات 83-92، زمستان 1389.
. Dehghanian, K, “The Parametrs of evaluating surface water quality and pure method”, The third national congress of civil engineering, 1390, Tabriz, Pages 1-3. [In Persian]
Rosenber, D. M, Resh, V. H.(Eds), “Freshwater Biomonitoring and Benthic Macroinvertebrates Chapman and Hall”, London, 1993
Zhang, X, Zhang, M, “Modeling effectiveness of agricultural BMPs to reduce sendiment load and organophosphate pestticides in surtace runoff”, Journa of science of the Total Environment, 409 (10), 2011.