آلودگی هیدروکربنهای نفتی خاک می تواند باعث ایجاد خطرات اکولوژیکی، به ویژه از طریق نشت به مخازن آب شده و اثرات مخربی برمنابع طبیعی و سلامت محیط داشته باشد. بنابراین، تشخیص تغییرپذیری مکانی کل هیدروکربن های نفتی و زیست پالایی آن ها در این خاک ها بسیار حیاتی است. این مطالعه در سه بخش انجام شد. بخش اول شامل بررسی تغییر پذیری هیدروکربن های نفتی و ارتباط آن با پذیرفتاری مغناطیسی و برخی ویژگی های شیمیایی خاک بود. بدین منظور صد نمونه خاک آلوده نفتی که درجات مختلف آلودگی را نشان می دادند از عمق 0 تا 10 سانتی متری از خاک های اطراف تالاب شادگان در استان خوزستان در جنوب ایران برداشت شد. نتایج نشان داد هیدروکربن های نفتی کل از 2/1 تا 1/18 (وزنی / وزنی)، با تغییر lf از 08/14 تا 93/713 × 10-8 m3 kg-1 متغیر بود. بیشترین تنوع (ضریب تغییرات= 12%/107) برای lf به دست آمد که نشان دهنده اثرات قابل توجه معدنی شدن ترکیبات نفتی بر ترکیبات آهندار است. همبستگی مثبت بالایی بین میزان هیدروکربن های کل نفتی (TPH)، lf و اشکال مختلف آهن (Fed:آهن استخراج شده توسط CBD، FeO آهن استخراج شده توسط اگزالات، و Fet آهن کل) شناسایی شد. نتایج کانی شناسی با استفاده از XRD پودری و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، تشکیل کانی های فری مغناطیسی (مگنتیت، مگهمیت) را در طی تجزیه زیستی هیدروکربن های نفتی تایید کرد. تجزیه و تحلیل رگرسیون چندگانه گام به گام نشان داد که lf و Fed سهم بزرگی داشتند و توانستند حدود 74 درصد از تنوع TPH را در سایت های مورد مطالعه توضیح دهند. در بخش دوم این مطالعه نمونه های خاک برای پیش بینی TPH با استفاده از طیف سنجی بازتابی در دامنه Vis-NIR در آزمایشگاه طیف سنجی و پس از اعمال انواع پیش پردازشها، به کمک مدل رگرسیون حداقل مربعات جزئی (PLSR) و همچنین دو مدل یادگیری ماشین شامل جنگل تصادفی (RF) و ماشین بردار پشتیبان (SVM) آنالیز شدند. نتایج نشان داد که مقادیر بازتاب در 1725 نانومتر و 2311 نانومتر، به ترتیب، به عنوان اثرات انگشت ترکیبات نفتی در خاک نشان گذاری شدند. در بین روش های پیش پردازش، روش تصحیح پایه بالاترین عملکرد را نسبت به سایر روش ها نشان داد. با توجه به معیارهای مدل ارزیابی در مجموعه داده اعتبارسنجی، کارایی سه مدل انتخاب شده به ترتیب رگرسیون SVM > RF > PLS تشخیص داده شد. مدل SVM بهترین عملکرد را در مجموعه داده های اعتبارسنجی با 85/0 R2 =، ریشه میانگین مربع خطا (59/1=RMSE) و نسبت پیش بینی به انحراف (RPD=6/2 ) نشان داد. در بخش سوم این مطالعه روند تجزیه TPHو تغییرات پذیرفتاری مغناطیسی و کانی های آهن در خاک آلوده نفتی در سه بافت مختلف رسی، لومی شنی و شنی لومی مورد بررسی قرار گرفت. در این مطالعه از تجزیه ی بیولوژیکی به وسیله باکتریهای سودوموناس و مارینوباکتر برای از بین بردن آلاینده های هیدروکربنی در خاک های آلوده ی مصنوعی استفاده شد. میزان تجزیه کل نفت در خاک رسی 93/36 درصد، خاک لومی 03/47 درصد و در خاک شنی 79/62 درصد به دست آمد؛ در بررسی اثرات بافت خاک نیز بیشترین میزان تجزیه در بافت شنی اتفاق افتاد که دارای منافذ ریز کم تر است و نفت به راحتی در دسترس باکتری ها جهت تجزیه قرار می گیرد. در بافت رسی و سیلتی چون باکتری ها امکان استقرار دارند و به مواد غذایی بیشتری دسترسی دارند از کربن موجود در نفت به عنوان منبع انرژی استفاده نموده و باعث کاهش اشکال آهن غیرمغناطیس خاک و سپس کانی سازی مگنتیت و مگهمیت شدند. نتایج این بخش از مطالعه تایید کرد در حضور تغذیه مصنوعی باکتری های مزبور در بازه زمانی شش ماهه بخش قابل توجهی از ترکیبات نفتی قابل تجزیه است، که این مطالعه می تواند مبنای استفاده از این باکتری ها در زیست پالائی خاک های آلوده نفتی در مناطق نفت خیز و اطراف پالایشگاهها قرار گیرد. همچنین جمع بندی سایر بخشهای این تحقیق کارائی بالای تکنیک های پذیرفتاری مغناطیسی و طیفسنجی نزدیک را در رصد کردن میزان ترکیبات نفتی در خاک های آلوده مورد استفاده نشان داد.
کلمات کلیدی: طیفسنجی خاک، هیدروکربن های نفتی، تجربه بیولوژیکی، پذیرفتاری مغناطیسی، استان خوزستان