Właściwości chemiczne gleb z terenów miejskich na początku sezonu wegetacyjnego

Transkrypt

1 Monika Czaja 1, Anna Kołton 2, Agnieszka Baran 3 Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie Właściwości chemiczne gleb z terenów miejskich na początku sezonu wegetacyjnego Wprowadzenie Transport drogowy powoduje emisję wielu zanieczyszczeń, które w trakcie użytkowania pojazdów i dróg łatwo przedostają się do gleby, wód gruntowych oraz powietrza. Dotyczy to zarówno składników paliw (benzyna, oleje napędowe), części samochodowych (klocki hamulcowe, opony), a także środków stosowanych w celu utrzymania odpowiedniego stanu dróg (np. sól drogowa). Gleby z terenu miasta stanowią specyficzne miejsce wzrostu i rozwoju roślin. Strefy przydrożne są w wysokim stopniu zanieczyszczone związkami ołowiu, cynku, kadmu i miedzi, a także chromu i niklu. Obecność jonów metali ciężkich dotyczy w szczególności wierzchnich warstw gleby, zmniejszając się znacznie w warstwie cm [11]. Uważa się, że w wyniku zimowego zużycia soli, gleby z terenów miejskich wykazują wysokie zasolenie, które jest szkodliwe dla rozwoju roślin [2]. Specyficzne warunki miejskie, obok silnie zanieczyszczonego środowiska wiążą się także z wysoką temperaturą powietrza i gleby oraz znacznymi niedoborami wody. Powodują one wzmożone występowanie chorób roślin i większą ich podatność na ataki patogenów, a w efekcie zmniejszenie ilości drzew w obrębie miast [9]. Drzewa są natomiast niezbędnym elementem zurbanizowanej przestrzeni, oprócz dostarczania do atmosfery życiodajnego tlenu spełniają wiele funkcji ekologicznych, które są szczególnie ważne w ekosystemie miejskim. Rośliny drzewiaste oczyszczają powietrze z pyłów, chronią od silnych wiatrów, zmniejszają hałas, ochładzają powietrze, są źródłem cienia i schronienia dla małych zwierząt, a ponadto polepszają samopoczucie mieszkańców, nie tylko ze względu na walory dekoracyjne [10]. W obliczu pogarszającej się kondycji, a nawet zamierania przydrożnych drzewostanów istotne wydaje się wnikliwe badanie gleb z terenów miejskich w celu polepszenia ich stanu i warunków dla rozwoju roślin. Celem badań była analiza właściwości chemicznych gleb z terenów miejskich na początku sezonu wegetacyjnego położonych w różnej odległości względem pasa ruchu. Materiał i metody Wykonano analizę gleby pobranej z trzech miejsc zlokalizowanych przy Al. Powstania Warszawskiego, pomiędzy Rondem Grzegórzeckim a Rondem Mogilskim w Krakowie (rusunek 1). Glebę pobierano z wierzchniej warstwy (0-20 cm), wzdłuż trzech grup drzew posadzonych w szpalerach, w różnych odległościach od drogi. Próby gleby pobrano w trzech terminach (12, 16 i r.) tuż po jej rozmarznięciu. Wyznaczono 3 punkty pomiarowe (3 szpalery drzew): A. Szpaler oddalony o 20 m od krawędzi jezdni B. Szpaler oddalony o 7,5 m od krawędzi jezdni C. Szpaler oddalony o 3,5 m od krawędzi jezdni 1 M. Czaja Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie, Wydział Ogrodniczy. E: mon.czaja@gmail.com 2 A. Kołton Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie, Wydział Ogrodniczy. 3 A. Baran Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie, Wydział Ogrodniczy. 59 Logistyka 4/2013

2 Rys.1. Mapka poglądowa z zaznaczeniem punktów pomiarowych. Źródło: W każdym z punktów pomiarowych próbki gleby pobierano osobno od strony drogi i od strony trawnika/chodnika zawsze w odległości 1 m od pnia drzewa. Próbki pobierano świdrem glebowym. Próbki pierwotne z danego punktu pomiarowego (7 10 prób) zostały połączone w próbę zbiorczą. W powietrznie suchych próbkach glebowych zbiorczych oznaczono przewodność elektrolityczną właściwą (EC) przy użyciu konduktometru ELMETRON CPC-501 oraz ph w H2O metodą potencjometryczną przy użyciu ph metru ELMETRON CP-401. Oznaczono także zawartość węgla organicznego według zmodyfikowanej metody Tiurina, oraz zawartość metali ciężkich. W celu określenia całkowitej zawartości metali ciężkich, materiał glebowy roztwarzano metodą na mokro z użyciem stężonych kwasów HCl i HNO3 (suprapure, Merck), w systemie zamkniętym przy użyciu pieca mikrofalowego Multiwave 3000 firmy AntonPaar. Oznaczenia prowadzono na spektrometrze emisji atomowej z plazmą wzbudzoną indukcyjnie (ICP-OES) firmy Perkin-Elmer model Optima 7300 DV. Wszystkie analizy zostały wykonane w dwóch powtórzeniach. Wyniki poddane zostały analizie statystycznej z wykorzystaniem testu ANOVA oraz NIR Fishera przy α=0,05. Wyniki We wszystkich punktach pomiarowych od strony drogi zanotowano wysoką wartość ph gleby, wahającą się od 7,5 7,8 (rysunek 2). Dla punktów pomiarowych A i B znajdujących się kolejno 20 i 7,5 m od pasa ruchu, nie zanotowano istotnych różnic pomiędzy wartością ph od strony drogi i od strony trawnika. W przypadku punktu C natomiast, który znajdował się najbliżej pasa ruchu, zanotowano istotnie najwyższą wartość ph od strony drogi i istotnie najniższą wartość ph, to jest 7,2 od strony trawnika. Zanotowano istotnie wyższą zawartość węgla organicznego w próbach glebowych pobranych z punktów pomiarowych bardziej oddalonych od drogi (rysunek 3). Najniższą zawartość węgla organicznego wykazał punkt pomiarowy C zarówno od strony drogi jak i od strony trawnika. Jedynie w przypadku punktu B zaobserwowano różnice pomiędzy zawartością węgla organicznego w próbkach pobranych od strony drogi w porównaniu do tych pobranych od strony trawnika. Logistyka 4/

3 Rys. 2. Zmiany wartości ph oznaczone w H 2 O dla poszczególnych punktów pomiarowych od strony drogi oraz od strony trawnika/chodnika. Wartości oznaczone tymi samymi literami nie różnią się statystycznie przy α=0,05 (n=6). Rys. 3. Zmiany zawartości C-organicznego oznaczone dla poszczególnych punktów pomiarowych od strony drogi oraz od strony trawnika/chodnika. Wartości oznaczone tymi samymi literami nie różnią się statystycznie przy α=0,05 (n=6). W punktach pomiarowych A i B nie zanotowano istotnych różnic w poziomie EC gleby w miarę upływu czasu, ani ze względu na odległość od drogi (rysunek 4 i 5). Wartości te osiągały maksymalnie 250µS cm-1. Najwyższe wartości EC podłoża we wszystkich terminach zanotowano od strony ulicy w punkcie pomiarowym C, który usytuowany był najbliżej pasa ruchu, wartości te wahały się pomiędzy 488 a 620 µs cm -1, przy czym od strony trawnika były istotnie niższe i osiągały maksymalnie 156 µs cm Logistyka 4/2013

4 Rys. 4. Zmiany EC gleby oznaczone w kolejnych terminach analiz dla poszczególnych punktów pomiarowych od strony drogi oraz od strony trawnika/chodnika. Wartości oznaczone tymi samymi literami nie różnią się statystycznie w obrębie obiektu (A, B, C) przy α=0,05. Rys. 5. Zmiany EC gleby oznaczone dla poszczególnych punktów pomiarowych od strony drogi oraz od strony trawnika/chodnika. Wartości oznaczone tymi samymi literami nie różnią się statystycznie przy α=0,05 (n=6). W żadnym z analizowanych punktów pomiarowych nie zanotowano różnic w zawartości kadmu, chromu i niklu porównując próbki glebowe pobrane od strony drogi i od strony trawnika (tablica 1). Dla punktu pomiarowego C zlokalizowanego najbliżej pasa ruchu nie wykazano także różnic pomiędzy zawartością miedzi, ołowiu i cynku w próbkach glebowych pobranych od strony drogi w porównaniu do tych od strony trawnika. W przypadku punktu A wykazano wyższe zawartości miedzi, ołowiu i cynku w próbkach Logistyka 4/

5 glebowych pobranych od strony pasa ruchu niż tych pobranych od strony trawnika. Tablica 1. Zmiany zawartości metali oznaczone dla poszczególnych punktów pomiarowych od strony drogi oraz od strony trawnika/chodnika wyrażone w mg kg -1 s.m. Wartości oznaczone tymi samymi literami nie różnią się statystycznie dla danego pierwiastka przy α=0,05 (n=6). A B C od drogi od trawnika od drogi od trawnika od drogi od trawnika Cd 0,96 0,53 0,63 0,65 0,36 0,33 Cr 20,80 18,02 26,35 30,54 38,87 25,36 Cu 44,76 d 30,06 c 19,37 ab 25,35 bc 14,4 a 14,02 a Ni 18,51 12,70 15,21 16,95 26,33 15,08 Pb 67,65 d 52,87 c 29,84 b 43,7 c 17,89 a 16,5 a Zn 149,59 c 112,26 b 117,69 b 146,36 c 66,84 a 58,43 a Dyskusja i wnioski W wyniku gwałtownego w ostatnich latach wzrostu ilości pojazdów spalinowych, zanieczyszczenie środowiska staje się poważnym problemem. Transport drogowy powoduje akumulację wielu szkodliwych pierwiastków zarówno w glebach jak i organach roślin. Pogarszający się stan gleb i roślinności miejskiej stanowi realne zagrożenie dla jakości życia i zdrowia mieszkańców miast [9]. W obliczu tak szybkich zmian w środowisku konieczne jest stałe monitorowanie zanieczyszczeń i szybkie reagowanie na pogarszające się warunki bytowania organizmów. Jednym z podstawowych wskaźników oceny jakości gleby jest jej odczyn, przyjmuje się, że dla większości roślin ogrodniczych optymalna wartość ph wynosi około 6,5. Natomiast powyżej ph=7,5 hamowane jest pobieranie składników takich jak cynk, fosfor, magnez i innych, które są niezbędne dla prawidłowego rozwoju roślin. W badaniach gleby prowadzonych w centralnej Polsce wykazano, że ph gleby na głębokości 10 cm zmniejsza się wraz z odległością od drogi. Wartości powyżej 8,0 notowano w odległości 2 m od drogi dla trzech różnych punktów pomiarowych, natomiast w odległości 5 m wartości te nie przekraczały 7,0 [4]. Podobnie w badaniach prowadzonych w Belize w Ameryce Środkowej zaobserwowano, że ph w przestrzeni miejskiej przekracza wartość 7,0 w wierzchniej warstwie gleby [7]. W przeprowadzonych badaniach także notowano wysokie wartości ph gleby (powyżej 7,5 dla większości badanych przypadków). W badaniach przeprowadzonych na materiale glebowym z Opola przy drogach o podobnym natężeniu ruchu, ale różnym zużyciu soli drogowej zimą, zawartość węgla organicznego wahała się od 1,1 do 2,9% [2]. W przeprowadzonych badaniach zanotowano zbliżoną do tych wyników zawartość węgla organicznego w punkcie pomiarowym zlokalizowanym najbliżej drogi. Za jeden z głównych czynników stresowych dla roślin przyulicznych uważa się zasolenie gleby spowodowane stosowaniem soli w celu utrzymania odpowiedniej jakości nawierzchni drogowych w okresie zimowym. Ze względu na wysokie korzyści ekonomiczne użycia NaCl w aspekcie utrzymania prawidłowego stanu dróg zimą, akceptowane się niekorzystne skutki jakie wywiera on na środowisko. Drzewa rosnące w okolicy dróg są narażone na podwyższoną zawartość soli w podłożu co wpływa niekorzystnie na ich parametry wzrostu oraz walory dekoracyjne [5]. Jednym ze wskaźników zasolenia gleby jest przewodność konduktometryczna właściwa roztworu (EC). W doświadczeniu prowadzonym w Opolu wykazano wysokie EC podłoża przy drodze o wysokim zużyciu soli drogowej zimą (EC wynoszące około 640 µs cm-1), w porównaniu do dróg o niskim poziomie lub całkowitym braku zużycia soli drogowej, gdzie EC badanej gleby było niższe niż 200 µs cm-1 [2]. Także w północno-zachodnich Chinach wykazano wysokie EC gleb przydrożnych, wynoszące około 1200 µs cm-1 w porównaniu do gleb parkowych gdzie EC oscylowało w granicach 300 µs cm-1 [3]. W badaniach własnych najwyższe wartości EC gleby zanotowano w punkcie usytuowanym najbliżej drogi, od strony pasa ruchu. Zawartość metali ciężkich w żadnym z badanych punktów doświadczalnych nie przekroczyła norm ustalonych w Rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 9 września 2002 r. w sprawie 63 Logistyka 4/2013

6 standardów jakości gleby oraz standardów jakości ziemi [8]. W każdym z analizowanych terminów wartości te mieściły się w normach przyjętych dla gruntów zabudowanych i zurbanizowanych na poziomie glebowym 0-30 cm poniżej poziomu terenu. W badaniach gleby prowadzonych w Krakowie wykazano podwyższoną zawartość ołowiu i cynku przy szlakach komunikacyjnych, zawartość pozostałych metali nie przekraczała dopuszczalnych norm. Autorzy jako przyczynę zamierania zieleni miejskiej Miasta Krakowa podają nadmierne zasolenie i alkalizację gleby [1]. Autorzy prowadzący badania w nigeryjskim mieście Akure utrzymują, że zanieczyszczenie górnych warstw gleby jest silnie związane z działalnością człowieka. Jak podają autorzy głównym źródłem zanieczyszczeń gleby kadmem, niklem i ołowiem są oleje i smary samochodowe [6]. W badaniach gleby prowadzonych w St. Louis wykazano znaczne zanieczyszczenie gleby miejskiej. Zawartość metali ciężkich w glebie była wyższa w częściach miasta o wyższym natężeniu ruchu [12]. Analiza gleby miejskiej wykazała wyższe zasolenie gleby znajdującej się bliżej pasa ruchu, co mogło być spowodowane użyciem soli drogowej. Uważa się, że gleby miejskie w pasach przydrożnych wykazują nadmierne zasolenie, w przeprowadzonych badaniach nie wykazano jednak wysokiego zasolenia badanych gleb. Aby uzyskać pełniejszy obraz zmian zachodzących w glebie miejskiej i prognozować wpływ tych zmian na rośliny, należy kontynuować badania w kolejnych miesiącach roku i porównać je z kondycją rosnących w tym miejscu drzew. Streszczenie Zanieczyszczenie gleb miejskich spowodowane wysokim natężeniem ruchu drogowego jest coraz powszechniej dyskutowanym zagadnieniem. Szkody środowiskowe spowodowane przez transport stają się uciążliwym problemem uniemożliwiającym prawidłowy rozwój roślin w obszarach zurbanizowanych. Celem badań było poznanie właściwości gleb z terenów miejskich wczesną wiosną oraz porównanie ich w różnej odległości od drogi. Wykonano analizę gleby z trzech miejsc zlokalizowanych przy Al. Powstania Warszawskiego, pomiędzy Rondem Grzegórzeckim a Rondem Mogilskim w Krakowie. W badanych próbkach gleby oznaczono zawartość metali ciężkich, węgla organicznego, przewodność elektrolityczną właściwą (EC) oraz ph gleby. Słowa kluczowe: gleba z terenu miasta, metale ciężkie, EC gleby, drzewa przyuliczne. URBAN SOIL CHEMICAL PROPERTIES AT THE BEGINNING OF THE GROWING SEASON Abstract Contamination of city soils affected by high street traffic is commonly discussed issue. Environmental damages affected by transport are becoming oppressive problem, which prevents normal plant development in urban complexes. The aim of the study was observation of the city soil properties during early spring and comparing points located in different distances from the road. Soil condition were investigated in three different places localized along Powstania Warszawskiego Avenue, between Grzegórzeckie roundabout and Mogilskie roundabout in Cracow. In the analyzed samples content of metals, organic content (organic carbon), electrolytic conductance (EC) and ph of the soil were assayed. Keywords: city soil, heavy metals, soil EC, roadside trees. Literatura [1] Bach A., Pawłowska B.: Wpływ zanieczyszczenia środowiska na stan roślinności drzewiastej w Krakowie, Biblioteka cyfrowa Politechniki Krakowskiej, s Logistyka 4/

7 [2] Czerniawska-Kusza I., Kusza G., Dużyński M.: Effect of deicing salts on urban soils and health status of roadside trees in the Opole region, Environmental Toxicology 19, 2004, s [3] Li F., Kang L., Gao X., Hua W., Yang W., Hei W.: Traffic-Related Heavy Metal Accumulation in Soils and Plants in Northwest China, Soil and Sediment Contamination 16, 2007, s [4] Marosz A.: Soil ph, electrical conductivity values and roadside leaf sodium concentration at three sites in central Poland, Dendrobiology 66, 2011, s [5] Marosz A., Nowak S., Effect of salinity stress on growth and macroelements uptake of four tree species, Dendrobiology, 59, 2008, s [6] Olorundare O. F., Ipinmoroti K. O., Popoola, a. V., Ayenimo J. G.: Anthropogenic Influence on Selected Heavy Metal Contamination of Urban Soils of Akure City, Nigeria, Soil and Sediment Contamination: An International Journal, 20(5), 2011, s doi: / [7] Reeder P., Shapiro L.: Lead Contamination of Soils in Belize City, Belize, Central America, Journal of Environmental Science and Health, Part A, 38, 2003, s [8] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 września 2002r. w sprawie standardów jakości gleby oraz standardów jakości ziemi. Na podstawie art. 105 ust. 1 ustawy z dnia 27 kwietnia 2001 r. Prawo ochrony Środowiska (Dz. U. z 2001 r. Nr 62, poz. 627 i Nr 115, poz oraz z 202 r. Nr 74, poz. 676, Nr 113, poz. 984 i Nr 153, poz. 1271) [9] Sjöman H., Oprea A., Nielsen A.B.: Searching future urban trees for north-west Europe through dendroecological studies A case study of Quercus frainetto in north-east Romania, Arboricultural Journal: The International Journal of Urban Forestry, 2012, s [10] Szczepanowska H. B.: Drzewa w mieście, Hortpress, Warszawa2001. [11] Taylor P., Jaradat Q.M., Masadeh A., Zaitoun M.A., Maitah B.M., Heavy Metal Contamination of Soil, Plant and Air of Scrapyard of Discarded Vehicles at Zarqa City, Jordan, Soil and Sediment Contamination, 14, 2005, s [12] Taylor P., Kaminski M.D., Landsberger S., Heavy Metals in Urban Soils of East St. Louis, IL, Part I : Total Concentration of Heavy Metals in Soils, Journal of the Air & Waste Management Association, 50, 2011, s Logistyka 4/2013