از آن جایی که فلزات سنگین به طور طبیعی تا اندازه ای در خاک وجود دارند، تجمع تدریجی آن ها به دلیل فعالیت های انسانی و شناسایی و تخصیص منابع تولیدکننده این عناصر امری چالش برانگیز جهت جلوگیری از آلودگی های محیطی می باشد. بنابراین پژوهش حاضر با هدف تعین غلظت و تهیه الگوی پراکنش مکانی عناصر سنگین نیکل، کروم، کادمیوم، سرب، روی و مس در محدوده مجتمع صنعتی اسفراین با استفاده از روش های تلفیقی تجزیه و تحلیل چندمتغیره (آزمون همبستگی، تحلیل مولفه اصلی و آنالیز خوشه ای) و ژئواستاتیستیک با کاربرد نرم افزار arcgis10.2 انجام گرفت. بدین منظور 124 نمونه خاک، کشاورزی (52 نمونه) و غیرکشاورزی (72 نمونه) در دو عمق (20-0 و 40-20 سانتی متر) و 28 نمونه گیاه غالب منطقه (خارشتر) به روش نمونه برداری سیستماتیک تصادفی با شبکه های منظم 5/1 × 5/1 و در نزدیک صنعت 1×1 کیلومتر، در منطقه ای با وسعت تقریبی 120 کیلومترمربع انجام گرفت. پس از آماده سازی نمونه ها به روش هضم اسیدی (b, usepa3050) غلظت فلزات سنگین با استفاده از طیف جذب اتمی شعله (faas) مدل shimadzu aa-670 اندازه گیری شد. نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل آماری نشان داد که بیش ترین میانگین غلظت در نمونه های خاک و گیاه به ترتیب مربوط به عناصر روی > نیکل > سرب > مس > کروم > کادمیوم می باشد، همچنین میانگین غلظت برای عناصر روی، مس و کادمیوم بالاتر و عناصر نیکل، کروم و سرب پائین تر از غلظت زمینه و طبیعی آن ها بوده است. نتایج حاصل از آزمون های همبستگی پیرسون، pca و ca در تأیید یکدیگر بوده و نشان داد که غلظت عناصر مس، سرب و روی علاوه بر منشأ ژئوژنیک به طور همزمان توسط فعالیت های انسانی نیز کنترل می شود، در حالی که عامل موثر بر غلظت عناصر نیکل، کروم و کادمیوم اساساً فاکتورهای طبیعی می باشد. کاربرد دو شاخص ارزیابی ریسک (single factor index و nemero synthesis index) جهت بررسی میزان آلودگی خاک در محدوده مجتمع صنعتی اسفراین به فلزات سنگین نشان داد که تنها برای دو عنصر مس و روی بیش ترین درصد از مقادیر داده ها در طبقه آلودگی کم (کلاس 3) و برای دیگر عناصر در منطقه احتیاط قرار می گیرد. در نهایت با استفاده از روش کریجینگ بیزین تجربی (ebk) در نرم افزار arcgis نقشه های توزیع مکانی غلظت عناصر سنگین تهیه شد، با تجزیه و تحلیل نقشه های پراکنش عناصر سنگین روند افزایش غلظت از قسمت مرکزی مجتمع صنعتی اسفراین به اطراف در جهت وزرش باد غالب (شمال-غربی-جنوب شرقی) برای سه عنصر روی، مس و سرب مشاهده شد، بنابراین می توان نتیجه گرفت که انتشار ذرات ناشی از دودکش های مجتمع صنعتی به همراه تأثیر مضاعف وزش باد غالب تنها بر افزایش میزان غلظت این سه عنصر تأثیرگذار بوده است. در پایان تعیین غلظت عناصر سنگین در خروجی دودکش های این مجتمع صنعتی و همین طور اندازه گیری میزان آلاینده ها در هوای منطقه به عنوان گامی مهم در پژوهش های آتی پیشنهاد می گردد.