Assessment of Heavy Metal Pollution of the Soils in the Southwest of Aksaray City

Year 2023, Volume: 4 Issue: 2, 219 - 231, 31.12.2023

Murat Kalkan , Mustafa Haydar Terzi

https://doi.org/10.53501/rteufemud.1360204

Cited By: 2

Abstract

This study was aimed to establish the levels of geochemically heavy metal contents in soils situated in the vicinity of settlements, university, industries, and agricultural activities alongside the Aksaray-Adana E-90 highway, and to determine the extent of heavy metal pollution by comparing it with national and international standards. In this study, the soil samples were collected from fifteen locations. The concentrations of arsenic (As), cadmium (Cd), cobalt (Co), copper (Cu), nickel (Ni), and lead (Pb) in the samples were measured using an Inductively Coupled Plasma–Mass Spectrometer (ICP-MS). The analytical results showed varying concentrations of As, Cd, Co, Cu, Ni, and Pb, ranged from 2 to 212,8 mg/kg, 0,1 to 0,4 mg/kg, 1,4 to 19,1 mg/kg, 5,1 to 39,6 mg/kg, 12,4 to 110,7 mg/kg and 7,6 to 53,2 mg/kg, respectively. The concentrations of As, Ni, and Pb in some of the soil samples in the study area exceeded the limit values in the soils recommended by Austria, Belgium, Netherlands, Switzerland, Türkiye and the World Health Organization. Similarly, some of the soil samples exhibited enrichment of As, Cd, Co, Cu, Ni, and Pb based on the geological average values including those of the upper continental crust, world soil, and shale. Moreover, the calculations of the geo-accumulation index (Igeo) revealed that the existence of soil pollution with As, Cd, Ni, and Pb in the soils within the study area. It was also established that Co and Cu did not show significant pollution based on the Igeo calculations, although these showed an increasing trend in certain areas.

Keywords

Heavy Metal, Aksaray, Geo-accumulation Index, Geochemistry, Soil Pollution

Aksaray İlinin Güneybatısındaki Toprakların Ağır Metal Kirliliğinin Değerlendirilmesi

Abstract

Bu çalışma da Aksaray-Adana E-90 karayolunun çevresinde yerleşim yerleri, eğitim (üniversite), sanayi ve tarımsal faaliyetlerin sürdürüldüğü bölgede yer alan toprakların jeokimyasal olarak ağır metal içeriklerinin belirlenmesi ve ulusal-uluslararası belirlenmiş standartlarla karşılaştırılarak ağır metal kirliliğinin boyutlarının araştırılması amaçlanmıştır. Bu kapsamda 15 adet toprak örneği alınmış, bu örneklerin arsenik (As), kadmiyum (Cd), kobalt (Co), bakır (Cu), nikel (Ni) ve kurşun (Pb) içerikleri indüktif olarak eşleştirilmiş plazma-kütle spektrometresi (ICP-MS) cihazı kullanılarak belirlenmiştir. Elde edilen analiz sonuçlarına göre As içerikleri 2 ile 212,8 mg/kg, Cd içerikleri 0,1 ile 0,4 mg/kg, Co içerikleri 1,4 ile 19,1 mg/kg, Cu içerikleri 5,1 ile 39,6 mg/kg, Ni içerikleri 12,4 ile 110,7 mg/kg ve Pb içerikleri 7,6 ile 53,2 mg/kg arasında bulunmuştur. Analiz sonuçları çalışma alanındaki bazı toprak örneklerinin Avusturya, Belçika, Hollanda, İsviçre, Türkiye ve Dünya Sağlık Örgütüne ait toprakta belirlenen sınır değerlere göre As, Ni ve Pb açısından, üst kıtasal kabuk, dünya toprak ve şeyl gibi jeolojik ortalama değerlere göre ise As, Cd, Co, Cu, Ni ve Pb açısından zenginleştiğini göstermiştir. Bu karşılaştırmaların yanında jeo-birikim indeksi (Igeo) hesaplamalarına göre ise çalışma alanındaki topraklarda As, Cd, Ni ve Pb kirliliği olduğu belirlenmiştir. Igeo hesaplamalarında Co ve Cu açısından ise belirli alanlarda artış eğilimi olmasına rağmen önemli bir derecede kirlenme gözlenmemiştir.

Keywords

Ağır Metal, Aksaray, Jeo-birikim İndeksi, Jeokimya, Toprak Kirliliği

Thanks

Bu çalışma Aksaray Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi tarafından desteklenmiştir (Proje Numarası: 2023-016).

References

• Abacı Bayar, A.A., Yılmaz, K. (2020). Adıyaman, Kahramanmaraş ve Hatay sulak alanı topraklarında bazı ağır metal kirliliğinin değerlendirilmesi. Black Sea Journal of Agriculture, 3(2), 128-134.
• Adiloğlu, S. (2013). Tekirdağ İlinde Otoban Kenarlarında Bulunan Tarım Arazilerinde Bazı Ağır Metallerin Kirliliğinin Araştırılması. Doktora Tezi. Namık Kemal Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye.
• Adiloğlu, S., Sağlam, M. (2015). Karayolu kenarlarındaki tarım arazilerindeki topraklarda ekstrakte edilebilir Kobalt (Co) içerikleri. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 15(3), 24-29. https://doi.org/10.5578/fmbd.9981
• Adimalla, N., Qian, H., Wang, H. (2019). Assessment of heavy metal (HM) contamination in agricultural soil lands in northern Telangana, India: An approach of spatial distribution and multivariate statistical analysis. Environmental Monitoring and Assessment, 191, 246. https://doi.org/10.1007/s10661-019-7408-1
• Aghlidi, S.P., Cheraghi, M., Lorestani, B., Sobhanardakani, S., Merrikhpour, H. (2020). Analysis, spatial distribution and ecological risk assessment of arsenic and some heavy metals of agricultural soils, case study: South of Iran. Journal of Environmental Health Science and Engineering. 18, 665-676. https://doi.org/10.1007/s40201-020-00492-x
• Ahiler Kalkınma Ajansı (AHİKA), (2019). Aksaray tarıma dayalı ihtisas organize sanayi bölgesi fizibilite raporu. Aksaray Ticaret ve Sanayi Odası, Türkiye, 189s.
• Akyıldız, M., Karataş, B. (2018). Adana şehir merkezindeki topraklarda ağır metal kirliliğinin araştırılması. Çukurova Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 33(2), 199-214. https://doi.org/10.21605/cukurovaummfd.509559.
• Amlinger, F., Pollak, M., Favoino, E. (2004). Heavy metals and organic compounds from wastes used as organic fertilizers. Final report ENV, A, 2,/ETU/2001/0024 (prepared for European Commission Director General Environment; ECDGE), 229p.
• Arıcı, Ö.K. (2019). Eğribayat-Tatlıcak (Konya) Çevresindeki Toprak ve Bitkilerin Jeokimyasal Özellikleri ve Ağır Metal Kirliliği. Yüksek Lisans Tezi. Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye.
• Atilla, E., Haldenbilen, S., Koralay, T. (2017). Denizli ilinde tarım arazilerinde ulaşım kaynaklı kirlenme. TMMOB İnşaat Mühendisleri Odası 12. Ulaştırma Kongresi, Adana, Türkiye.
• Baran, H.A., Kiral, N.G. (2021). Assessment of heavy metal pollution of urban soils of batman by multiple pollution ındices. International Journal of Environmental Analytical Chemistry, 1-18. https://doi.org/10.1080/03067319.2021.1899166
• Bilge, U., Çimrin, K.M. (2013). Viranşehir-Kızıltepe karayolu kenarındaki topraklarda motorlu taşıtlardan kaynaklanan ağır metal kirliliği. Tarım Bilimleri Dergisi, 19, 323-329. https://doi.org/10.1501/Tarimbil_0000001257
• Bodur, B., Kılıç, M.D., Yayla, M., Mercan, S. (2023). İstanbul’daki otoyol kenarı toprak örneklerinin ağır metal konsantrasyonlarının ve jeo-birikim indeksinin değerlendirmesi. Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Dergisi, 11(1), 1-13. https://doi.org/10.33409/tbbbd.1273865
• Chiroma, T.M., Ebewele, R.O., Hymore, F.K. (2014). Comparative assessment of heavy metal levels in soil, vegetables and urban grey waste water used for ırrigation in Yola and Kano. International Refereed Journal of Engineering and Science, 3(2), 1-9.
• Çağlarırmak, N., Hepçimen, A. Z. (2010). Ağır metal toprak kirliliğinin gıda zinciri ve insan sağlığına etkisi. Akademik Gıda, 8(2), 31-35.
• Dartan, G., Toröz, İ. (2013). Güney Marmara bölgesinde tarım topraklarında ağır metal kirliliğinin araştırılması. Marmara Fen Bilimleri Dergisi, 25(1), 24-40.
• Demirela, G., Yılmazer, E., Kavurmacı, M.M. (2020). Aksaray üniversitesi kampüs alanının hidrojeokimyasal, jeoteknik ve toprak jeokimyası karakteristikleri, Aksaray. Aksaray University Journal of Science and Engineering, 4 (1), 90-112. https://doi.org/10.29002/asujse.712844
• Doğan-Külahcı, G.D. (2016). Chronological, Magmatological and Geochemical Study of Post-Collisional Basaltic Volcanism in Central Anatolia and Its Spatio-Temporal Evolution. Ph.D. Thesis, Université Blaise Pascal-Clermont-Ferrand II, France.
• Durdu, B. (2018). Tarıma Açık Alanlarda Toprak Kirliliğinin Belirlenmesi. Yüksek Lisans Tezi. Aksaray Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Aksaray, Türkiye.
• Gall, H., Kürkçüoğlu, B., Cipar, J., Crispin, K., Furman, T. (2022). Recycling and recharge at Hasandağ stratovolcano, central Anatolia: Insights from plagioclase textures and zoning patterns. Contributions to Mineralogy and Petrology, 177(8), 84. https://doi.org/10.1007/s00410-022-01949-y
• Göncüoğlu, M.C., Toprak, V., Kuşçu İ., Erler, A., Olgun, E. (1991). Orta Anadolu masifinin batı bölümünün jeolojisi, Bölüm 1, Güney Kesim TPAO Rapor No: 2909, Türkiye.
• Göncüoğlu, M.C., Erler, A., Toprak, V., Yalınız, M.K., Olgun, E., Rojay, B. (1992). Orta Anadolu masifinin batı bölümünün jeolojisi, Bölüm 2, Orta Kesim TPAO Rapor No: 3155, Türkiye.
• Güçtekin, A., Köprübaşı, N. (2009). Geochemical characteristics of mafic and intermediate volcanic rocks from the Hasandağ and Erciyes volcanoes (Central Anatolia, Turkey). Turkish Journal of Earth Sciences, 18(1), 1-27. https://doi.org/10.3906/yer-0806-2
• Haktanır, K., Arcak, S. (1998). Çevre kirliliği. Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Toprak Bölümü, Ankara Üniversitesi Yayın No: 1503, Ders Kitabı: 457, Ankara, Türkiye.
• Hu, K.L., Zhang, F.R., Li, H., Huang, F., Li, B.G. (2006). Spatial patterns of soil heavy metals in urban-rural transition zone of Beijing. Pedosphere, 16 (6): 690-698. https://doi.org/10.1016/S1002-0160(06)60104-5
• Kara, E.E., Kara, E. (2018). Toprakta ağır metal kirliliğinin insan sağlığına etkileri ve çözüm önerileri. Türk Bilimsel Derlemeler Dergisi, 11(1), 56-62.
• Kavurmacı, M.M., Sarı, M., İnce, G. (2008). Aksaray Üniversitesi kampüs alanının jeoteknik değerlendirilmesi, Aksaray Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Aksaray, Türkiye.
• Kavurmacı, M.M., Tekocak Yardımlı, B.B. (2020). Aksaray bölgesi yeraltı suyu kalitesinin konumsal dağılımının interpolasyon teknikleri kullanılarak belirlenmesi. DSİ Teknik Bülteni, 135, 1-17.
• Kırat, G., Savcı, S. (2023). Ulutaş köyü (Erzurum) bölgesindeki topraklarda ağır metal kirliliğinin araştırılması. Türk Tarım ve Doğa Bilimleri Dergisi, 10(2), 223-233. https://doi.org/10.30910/turkjans.1139651.
• Koljonen, T. (ed.), (1992). Geochemical Atlas of Finland, Part 2: Till. Geological Survey of Finland, Espoo, Finland, 218 p.
• Mirsal, I.A. (2008). Soil pollution origin, monitoring and remediation. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, Second edition. https://doi.org/10.1007/978-3-540-70777-6
• Moore, F., Sheykhi, V., Salari, M., Bagheri, A. (2016). Soil quality assessment using GIS-based chemometric approach and pollution indices: Nakhlak mining district, Central Iran. Environmental monitoring and assessment, 188, 1-16. https://doi.org/10.1007/s10661-016-5152-3.
• Muller, G. (1969). Index of geoaccumulation in sediments of the Rhine River. Geojournal, 2, 108-118.
• Özbolat, G., Tuli, A. (2016). Ağır metal toksisitesinin insan sağlığına etkileri. Arşiv Kaynak Tarama Dergisi, 25(4), 502-521. https://doi.org/10.17827/aktd.253562
• Özkan, A. (2017). Antakya-Cilvegözü karayolu etrafındaki tarım arazilerinde ve bitkilerdeki ağır metal kirliliği. Çukurova Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 32(3), 9-18. https://doi.org/10.21605/cukurovaummfd.357176
• Özkul, C. (2008). İzmit (Kocaeli) civarında endüstrileşmenin toprak ağır metal derişimine etkisi. Uygulamalı Yerbilimleri Dergisi, 7(2), 1-9.
• Özkul, C., Acar, R.U., Köprübaşi, N., Er, A. E., Kızılkaya, H.İ., Metin, M., Şenel, M.N. (2018). Altıntaş (Kütahya-Türkiye) ovası tarım topraklarında ağır metal kirliliğinin araştırılması, öncel çalışma. Journal of Applied Earthsciences, 17(1), 13-26. https://doi.org/10.30706/uybd.426408
• Palas, S. (2020). Aliağa Körfezi geç kuvaterner-güncel yüzey sedimanlarında ağır metal birikiminin incelenmesi. MTA Doğal Kaynaklar ve Ekonomi Bülteni, 29: 29-48.
• Reid, M.R., Schleiffarth, W.K., Cosca, M.A., Delph, J.R., Blichert-Toft, J., Cooper, K.M. (2017). Shallow melting of MORB-like mantle under hot continental lithosphere, central Anatolia. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 18, 5, 1866–1888. https://doi.org/10.1002/2016GC006772
• Reimann, C., De Caritat, P. (1998). Chemical elements in the environment: Factsheets for the geochemist and environmental scientist. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1st edition. https://doi.org/10.1007/978-3-642-72016-1
• Rostaminya, M., Jamzadeh, S., Mehrab, N., Mousavi, S. R., Valizadeh-Kakhki, F., Chabok, A. (2023). Assessment of heavy metal accumulation using soil pollution ındices in an ındustrial town, landfill, and wastewater treatment plant of Ilam city, Iran. Eurasian Soil Science, 1-13. https://doi.org/10.1134/S106422932360029X.
• Sarıyıldız, T., Savacı, G. (2023). Belediye katı atık döküm sahası çevresi orman topraklarında ağır metal konsantrasyonlarının değerlendirilmesi. Ulusal Çevre Bilimleri Araştırma Dergisi, 6(1), 32-45.
• Seven, T., Can B., Darende, B. N., Ocak, S. (2018). Hava ve toprakta ağır metal kirliliği. Ulusal Çevre Bilimleri Araştırma Dergisi, 1(2), 91-103.
• Sungur, A., Vural, A., Gundogdu, A., Soylak, M. (2020). Effect of antimonite mineralization area on heavy metal contents and geochemical fractions of agricultural soils in Gümüşhane Province, Turkey. Catena, 184, 104255. https://doi.org/10.1016/j.catena.2019.104255.
• T.C. Resmi Gazete, (2010). Evsel ve kentsel arıtma çamurlarının toprakta kullanılmasına dair yönetmelik. Tarih: 03.08.2010, No: 27661.
• TS ISO 14869-1, (2004). Toprak kalitesi - toplam element muhtevasının tayini için çözme - Bölüm 1 - Hidroflorik ve Perklorik Asitlerle Çözme. 8s.
• Türkmenler, H. (2022). Adıyaman ili topraklarında ağır metal kirliliğinin araştırılması. Adıyaman Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 9(18), 562-570. https://doi.org/10.54365/adyumbd.1135617.
• Usta, O. (2008). Aksaray’da doğal karbondioksit (CO2) üretimi. Su-Enerji-Sağlık Sempozyumu, Bildiri Özleri, 20-23 Ekim 2008, Aksaray, Türkiye.
• Vural, A. (2014). Toprak ve akasya ağacı sürgünlerindeki iz/ağır metal dağılımı, Gümüşhane-Türkiye. Maden Tetkik ve Arama Dergisi. 148, 85-106.
• Vural, A., Çiçek, B. (2020). Cevherleşme sahasında gelişmiş topraklardaki ağır metal kirliliği. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 8(2), 1533-1547. https://doi.org/10.29130/dubited.643775.
• Vural, A., Erdoğan, M. (2014). Eski Gümüşhane Kırkpavli alterasyon sahasında toprak jeokimyası çalışması. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 4(1), 1-15.
• Wedepohl, K.H. (1995). The composition of the continental crust. Geochimica et Cosmochimica Acta, 59, 7, 1217-1232. https://doi.org/10.1016/0016-7037(95)00038-2
• Yan, X., Gao, D., Zhang, F., Zeng, C., Xiang, W., Zhang, M. (2013). Relationships between heavy metal concentrations in roadside topsoil and distance to road edge based on field observations in the qinghai-tibet plateau, China. International Journal of Environmental Research and Public Health, 10, 762-775. https://doi.org/10.3390/ijerph10030762
• Yerli, C., Çakmakci, T., Şahin, Ü., Tüfenkçi, Ş. (2020). Ağır metallerin toprak, bitki, su ve insan sağlığına etkileri. Türk Doğa ve Fen Dergisi, 9 (Özel Sayı), 103-114. https://doi.org/10.46810/tdfd.718449
• Yıldız, N. (2001). Toprak kirletici bazı ağır metallerin (Zn, Cu, Cd, Cr, Pb, Co ve Ni) belirlenmesinde kullanılan yöntemler. Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 32(2), 207-213.
• Yılmazer, E., Terzi, M.H. (2023). Geochemical investigation of soil quality in terms of toxic elements using an AHP-Based index. Environmental Geochemistry and Health. https://doi.org/10.1007/s10653-023-01720-7
• URL-1, (2023). https://aksaray.ktb.gov.tr/TR-63622/cografya.html, 13 Eylül 2023.
• URL-2, (2023). https://mgm.gov.tr/veridegerlendirme/il-ve-ilceler-istatistik.aspx?k=undefined&m=AKSARAY, 13 Eylül 2023.
• URL-3, (2023). https://www.kgm.gov.tr/Sayfalar/KGM/SiteTr/Istatistikler/TrafikveUlasim.aspx, 13 Eylül 2023.
• URL-4, (2023). https://www.tuik.gov.tr/, 13 Eylül 2023.
• URL-5, (2023). http://www.aksaray.edu.tr/sayilarla/default.aspx, 3 Eylül 2023.
• URL-6, (2023). https://aksaray.bel.tr/HaberDetay.aspx?icerikId=3328&YENI-SANAYI-SITESI-NDE-CARKLAR-DONMEYE-BASLADI, 13 Eylül 2023.
• URL-7, (2023). https://www.aksarayosb.org.tr/osb-parsel-durumu#, 13 Eylül 2023.
• URL-8, (2023). http://yerbilimleri.mta.gov.tr/anasayfa.aspx, 13 Eylül 2023.