Jolanta Domańska*, Tadeusz Filipek* AKUMULACJA CYNKU W KUPKÓWCE POSPOLITEJ W ZALEŻNOŚCI OD RODZAJU GLEBY, ph ORAZ ZANIECZYSZCZENIA Cd LUB Pb

Transkrypt

1 Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych nr 48, 211 r. Jolanta Domańska*, Tadeusz Filipek* AKUMULACJA CYNKU W KUPKÓWCE POSPOLITEJ W ZALEŻNOŚCI OD RODZAJU GLEBY, ph ORAZ ZANIECZYSZCZENIA LUB ZINC ACCUMULATION IN COOKSFOOT IN DEPENDENCE ON KIND OF SOIL, ph, AND OR SOIL CONTAMINATION Słowa kluczowe: cynk, ołów, kadm, gleba organiczna, gleba mineralna, ph, kupkówka pospolita, pobranie, akumulacja. Key words: zinc, cadmium, lead, organic soil, mineral soil, ph, cooksfoot, uptake, accumulation. In the paper, the results of the pot experiment on accumulation of zinc in cooksfoot (Dactylis glomerata) depending on soil type, ph and or addition were presented. The study was carried out in model pots filled with mineral (Haplic podzols) or organic (Eutri- Fibric Histosol and Dystri-Fibric Histosol) soils taken from the surface soil layer. The soils differed in ph. The mineral soil has a granulometric composition of light loamy sand. The soils were amended with: mg kg -1 of or (control object), 1 mg kg -1 of, and 1 mg kg -1 of. Mineral fertilization (.1 g N kg -1,.7 g P kg g K kg -1 soil) was applied in all pots. Zinc content determination in plant samples was made using AAS technique after plant material digestion in concentrated acids: H 2 SO 4, HNO 3 and HClO 4. The content of Zn in plants was differentiated depending on experimental factors, and part of plant. The absorption of Zn by cooksfoot depended not only on its content in soil but basically on soil properties. There was stated higher absorption of Zn by plants on mineral soils, less abundant in Zn than on organic ones having up to 4 - fold higher content of this element. The acidic reaction of soils facilitated absorption of the metal. * Dr Jolanta Domańska, prof. dr hab. Tadeusz Filipek Katedra Chemii Rolnej i Środowiskowej, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie, ul. Akademicka 15, 2-95 Lublin; tel.: ; ; jolanta.domanska@up.lublin.pl; tadeusz.filipek@up.lublin.pl 67

2 Jolanta Domańska, Tadeusz Filipek 1. WPROWADZENIE Cynk jest ważnym mikroelementem, stymulującym wzrost roślin oraz składnikiem niezbędnym w żywieniu człowieka i zwierząt. Zawartość cynku w roślinie trawiastej, jaką jest kupkówka pospolita jest ważnym wskaźnikiem informującym o wartości paszowej siana. Zarówno niedobór Zn, jak i jego nadmiar w paszy, wpływają negatywnie na zdrowie zwierząt, szczególnie przeżuwaczy, które należą do najbardziej wrażliwych na ten metal. Jak podają Kabata-Pendias i Pendias [1999] niekiedy przekroczenie już 1 mg Zn kg -1 w paszy może działać na te zwierzęta szkodliwie, ze względu na różne interakcje. Cynk zalicza się do pierwiastków o dużej mobilności w glebie [Domańska 29], jednak jego przyswajalność dla roślin w największym stopniu determinują: odczyn [Gambuś 1994, Rogóż 22, Spiak 1998], a zwłaszcza stosunek Ca/Zn w roztworze glebowym [Kabata-Pendias i Pendias 1999], zawartość Zn i w glebie, stosunek /Zn [Hart i in. 22], właściwości sorpcyjne gleb, zawartość materii organicznej [Spiak, 1998] i bezpostaciowych tlenków Fe i Mn [Kabata-Pendias, Pendias 1999]. Według niektórych autorów materia organiczna wpływa na ograniczenie dostępności Zn dla roślin [Mercik i Kubik 1995, Kabata-Pendias i Pendias 1999] lub też, jak podają Korzeniowska i Stanisławska-Glubiak [24], nie wpływa na jego przyswajalność. Schemat przeprowadzonego eksperymentu wazonowego umożliwił analizę wpływu niektórych z wymienionych czynników (rodzaj gleby, zawartość materii organicznej, ph) na zawartość i pobranie cynku przez kupkówkę pospolitą w warunkach gleb niezanieczyszczonych i zanieczyszczonych solami kadmu lub ołowiu. 2. MATERIAŁ I METODY W pracy przedstawiono wyniki uzyskane w modelowym doświadczeniu wazonowym przeprowadzonym na glebach organicznych i mineralnej o zróżnicowanym ph. Materiał glebowy do eksperymentu pobrano z wierzchniej warstwy (-2 cm) następujących gleb (według systematyki FAO WRB 1998): mineralnej bielicowej wytworzonej z piasku gliniastego lekkiego należącej do typu gleb bielicowych, podtypu gleb bielicowych właściwych (Haplic Podzols); organicznej (obojętnej), należącej do działu gleb hydrogenicznych, rzędu gleb bagiennych, typu gleb torfowych i podtypu torfowisk niskich (Eutri-Fibric Histosol); organicznej (kwaśnej) należącej do działu gleb hydrogenicznych, rzędu gleb bagiennych, typu gleb torfowych i podtypu torfowisk wysokich (Dystri-Fibric Histosol). Podstawowe właściwości gleb oraz zawartość w nich metali przedstawiono w tabeli 1. 68

3 Akumulacja cynku w kupkówce pospolitej w zależności od rodzaju gleby, ph... Tabela 1. Niektóre właściwości oraz zawartość metali ciężkich w glebach użytych do badań Table 1. Selected properties and concentration of metals in soils used for the study Gleba ph KCl C org., g kg -1 Formy przyswajalne Zawartość ogółem Udział (%) frakcji o średnicy (mm) P K Mg Zn mg kg -1 1,1,1,2 <,2 Organiczna kwaśna 3, , 21,,3 nie oznaczono Organiczna obojętna 7, ,5 16,7,4 Mineralna kwaśna 4,6 13, , 5,5, Mineralna obojętna 7,2 Obojętny odczyn gleby mineralnej uzyskano poprzez dodanie węglanu wapnia, który zastosowano w dawce odpowiadającej 2, kwasowości hydrolitycznej. W próbkach gleb użytych do doświadczenia oznaczono: ph potencjometrycznie w 1 mol KCL dm -3, zawartość C organicznego metodą Tiurina. W glebie mineralnej oznaczono wartość przyswajalnego fosforu i potasu metodą Engera-Riehma, magnezu metodą Schachtschabela oraz skład granulometryczny metodą aerometryczną Casagrande a w modyfikacji Prószyńskiego, a w glebach organicznych zawartość przyswajalnego fosforu, potasu i magnezu w wyciągu.5 mol HCl dm -3. Ogólną zawartość Zn, i w glebach oznaczono po wcześniejszym trawieniu próbek glebowych w wodzie królewskiej, zachowując proporcję 1:3, według PN-ISO Stężenie metali w przesączkach glebowych oznaczono techniką płomieniową za pomoca spektrofotometru absorpcji atomowej. Doświadczenie prowadzono w czterech powtórzeniach, w wazonach zawierających 4,8 kg gleby organicznej kwaśnej, 5,5 kg gleby organicznej obojętnej oraz 6,4 kg gleby mineralnej. Rośliną testową w pierwszym roku doświadczenia był rzepak jary (Brassica napus ssp. oleifera Metzg., Sinsk), a następnie gryka (Fagopyrum esculentum Mnch), w drugim zaś kupkówka pospolita (Dactylis glomerata L.). Zieloną masę kupkówki zebrano trzykrotnie w okresie wegetacji: 17.6, 17.7 oraz Korzenie roślin pobrano po zbiorze trzeciego pokosu. W glebach organicznych i mineralnej o zróżnicowanych wartościach ph wyróżniono obiekty: obiekt kontrolny bez dodatku metali; dawka ołowiu 1 mg kg -1 suchej masy gleby; dawka kadmu 1 mg kg -1 suchej masy gleby. Nawożenie mineralne w postaci NH 4 NO 3,1 g N kg -1 gleby, CaHPO 4,7 g P kg -1 gleby, KCl,15 g K kg -1 zastosowano we wszystkich wazonach, rozkładając dawkę azotanu amonu na dwie równe części przed i po wschodach. Kadm i ołów, w postaci soli (NO 3 ) 2 oraz (NO 3 ) 2, wprowadzono jednorazowo przedsiewnie, w ilości 1 mg kg -1 i 1 mg kg -1 suchej masy gleby. W trakcie trwania doświadczenia utrzymywano wilgotność gleby mineralnej na poziomie 6% PPW oraz 8% PPW w przypadku gleb organicznych, uzupełniając wazony do stałej masy wodą destylowaną. 69

4 Jolanta Domańska, Tadeusz Filipek Po zbiorze rośliny suszono w warunkach naturalnych, następnie określono wysokość plonu części nadziemnych i korzeni. Oznaczenia zawartości cynku w próbkach roślinnych wykonano metodą ASA, za pomocą spektrofotometru Hitachi Z-82, po wcześniejszym zmineralizowaniu materiału roślinnego w stężonym H 2 SO 4 z dodatkiem H 2 O WYNIKI I DYSKUSJA Koncentracja cynku (tab. 2) w częściach nadziemnych kupkówki pospolitej mieściła się w zakresie 2 85 mg kg -1 suchej masy, a zatem w ilościach zazwyczaj występujących w roślinach trawiastych (12 72 mg Zn kg -1 ) lub zbliżonych do tego zakresu [Kabata-Pendias i Pendias 1999]. Biorąc pod uwagę średnie ilości Zn w suchej masie części nadziemnych kupkówki z obiektów niezanieczyszczonych i zanieczyszczonych lub największe zawartości Zn (w mg kg -1 ) wystąpiły w pierwszym pokosie tej trawy (59), mniejsze w pokosie drugim (35) i najmniejsze w pokosie trzecim (31). Rośliny uprawiane na glebie mineralnej wytworzonej z piasku gliniastego lekkiego, pomimo małej ogólnej zawartości cynku w tej glebie (2 mg Zn kg -1 ), zawierały zbliżone lub nawet większe jego ilości niż rośliny z gleb organicznych 2 4-krotnie zasobniejszych w ten mikroelement. Dowodzi to lepszej przyswajalności Zn przez kupkówkę z gleb mineralnych oraz najprawdopodobniej wiązania Zn przez związki organiczne występujące w większej ilości w glebach organicznych. Zmniejszenie dostępności Zn dla roślin w glebach organicznych wykazali w swo- Tabela 2. Zawartość Zn w kupkówce pospolitej, mg kg -1 Table 2. The content of Zn in cooksfoot, mg kg -1 Obiekt Części nadziemne w pokosach Gleba odczyn gleby metal I II III Mineralna Organiczna Korzenie średnio średnio średnio średnio

5 Akumulacja cynku w kupkówce pospolitej w zależności od rodzaju gleby, ph... ich badaniach również inni autorzy [Mercik i Kubik 1995, Mazur 1995]. Wyniki uzyskane w analizowanym doświadczeniu również potwierdzają szeroko rozpoznaną zależność dodatniego wpływu kwaśnego odczynu gleby na przyswajalność Zn dla roślin. Kupkówka uprawiana na glebie mineralnej kwaśnej (obiekt ) zawierała więcej Zn niż na analogicznych obiektach z glebą obojętną. Taki sam układ zależności stwierdzono również na glebach organicznych (kwaśnej i obojętnej), co jest zgodne z doniesieniem Gambusia [1994] oraz Wardy i in. [1996], że wzrost kwasowości gleby wpływa na zwiększenie przyswajalności cynku. Korzenie kupkówki zawierały więcej cynku, w niektórych obiektach nawet kilkakrotnie, niż części nadziemne. Podobną zależność stwierdza wielu autorów [Niemyska-Łukaszuk i in. 1998, Gorlach i Curyło 199]. Nagromadzanie metali w korzeniach roślin wynika z obecności bariery korzeniowej i, jak podają Kabata-Pendias i Pendias [1999], dotyczy wielu metali. Chemiczne podobieństwo między Zn i prawdopodobnie przyczynia się do toksyczności dla roślin wyższych w efekcie interakcji. Nan i in. [22] stwierdzili, że wzrastające koncentracje Zn i w glebach zwiększały ich akumulację w roślinach uprawnych (efekt synergiczny). Zastosowane w doświadczeniu metale (, ) nie wpłynęły na duże zmiany zawartości Zn w roślinach, w porównaniu z zawartością w roślinach kontrolnych. Jednak najczęściej, w obiektach z aplikacją metali, odczyn gleb wpływał dodatnio na zawartość Zn w częściach nadziemnych roślin, zaś - ujemnie. Natomiast Gorlach i Gambuś [1989] badając wpływ wzajemnego oddziaływania metali ciężkich (, Ni, i Zn) na ich absorpcję przez życicę wielokwiatową stwierdzili, że zawartość Zn pod wpływem innych metali uległa zwiększeniu, w porównaniu do obiektów z oddzielnym ich stosowaniem. Pobranie Zn przez kupkówkę, jako funkcję biomasy i zawartości pierwiastka w roślinie, przedstawiono w tabeli 3. Rośliny uprawiane na glebach mineralnych pobrały znacznie więcej cynku niż na organicznych, co wynikało głównie z ich większej biomasy. Pobranie Zn z gleby mineralnej kwaśnej było większe niż z obojętnej. W przypadku gleb organicznych, tj. wytworzonej z torfu niskiego (gleba obojętna) i wytworzonej z torfu wysokiego (gleba kwaśna), stwierdzono zależność odwrotną. Do większego pobrania cynku z gleby mineralnej kwaśnej przyczyniła się głównie większa zawartość tego pierwiastka w roślinach, zaś z gleby organicznej obojętnej - większa biomasa roślin. Gambuś [1994] stwierdził, że ze wzrostem wartości ph gleb pobieranie Zn przez koniczynę czerwoną było coraz bardziej ograniczone, co potwierdza zależność stwierdzoną na glebach mineralnych w badaniach własnych. Pikuła i Stępień [27] dużą przyswajalność Zn z gleb ch tłumaczą powstawaniem łatwo rozpuszczalnych połączeń mineralnych i organiczno-mineralnych Zn, z których ten mikroelement może być łatwo uwalniany. Na glebie mineralnej, pod wpływem zanieczyszczenia gleb solami kadmu lub ołowiu, wystąpiły znaczne różnice w ilościach cynku pobranego przez rośliny testowe na poszcze- 71

6 Jolanta Domańska, Tadeusz Filipek gólnych obiektach. Na glebie organicznej kwaśnej pobranie Zn pod wpływem zanieczyszczenia metalami zmniejszyło się, w obojętnej zaś stymulował absorpcję tego metalu. Na glebie mineralnej znacznie więcej Zn zostało zatrzymane w korzeniach roślin niż wyniesione z plonem części nadziemnych, podczas gdy na glebach organicznych zależność ta była odwrotna. Ochronny wpływ materii organicznej, korzystny w warunkach gleb zanieczyszczonych, może powodować ograniczenie dostępności mikroelementu dla roślin w glebach naturalnych. Tabela 3. Pobranie Zn przez kupkówkę pospolitą, mg wazon -1 Table 3. Uptake of Zn by cooksfoot, mg pot -1 Obiekt Części nadziemne w pokosach Gleba odczyn gleby metal I II III I-III Mineralna Organiczna Korzenie Suma średnio średnio średnio średnio WNIOSKI Większą zawartość Zn stwierdzono w kupkówce z obiektów na glebie mineralnej niż z obiektów na glebach organicznych. Rośliny uprawiane na glebach ch (zarówno mineralnej, jak i organicznej) zawierały więcej Zn niż odpowiednio na glebach mineralnej i organicznej o m odczynie. Może to wynikać z większej mobilności Zn w warunkach większego stężenia protonu. Większe ilości Zn pobrały rośliny z gleb mineralnych niż z organicznych. Największy wpływ na ilość składnika pobranego z tych gleb miała biomasa kupkówki oraz, w niektórych obiektach, również większa koncentracja składnika w roślinie, w porównaniu z koncentracją w roślinach z gleb organicznych. Kwaśny odczyn wpływał korzystnie na pobranie Zn przez rośliny, ale tylko w przypadku gleby mineralnej. 72

7 Akumulacja cynku w kupkówce pospolitej w zależności od rodzaju gleby, ph... PIŚMIENNICTWO DOMAŃSKA J. 29. Soluble forms of zinc in profiles of selected types of arable soils. Journal of Elementology 14(1): GAMBUŚ F The influence of soil reaction on nickel and zinc uptake by clover. Zesz. Prob. Post. Nauk Rol. 413: GORLACH E., CURYŁO T Reakcja runi łąkowej na wapnowanie w warunkach wieloletniego zróżnicowanego nawożenia mineralnego. Roczn. Gleb., 41, 1-2: GORLACH E., GAMBUŚ F Wpływ interakcji pomiędzy metalami ciężkimi (, Cu, Ni, i Zn) w glebie na ich pobieranie przez życicę wielokwiatową (Lolium Multiflorum). Acta Agr. et Silv. Ser. Agr. 28: HART J. J., WELCH R. M., NORVELL W. A., KOCHIAN L. V. 22. Transport interactions between cadmium and zinc in roots of bread and durum wheat seedlings. Physiol. Plant. 116: KABATA-PENDIAS A., PENDIAS H Biogeochemia pierwiastków śladowych. PWN, Warszawa. KORZENIOWSKA J., STANISŁAWSKA-GLUBIAK E. 24. Wpływ materii organicznej na dostępność cynku i pozostałych mikroelementów dla roślin pszenicy. Zesz. Prob. Post. Nauk Rol. 52: MERCIK S., KUBIK J Chelatowanie metali ciężkich przez kwasy humusowe oraz wpływ torfu na pobieranie Zn, i przez rośliny. Zesz. Prob. Post. Nauk Rol. 422: NAN Z., LI J., ZHANG J., CHENG G. 22. Cadmium and zinc interactions and their transfer in soil crop system under actual field conditions. Sci. Total Environ. 285: NIEMYSKA-ŁUKASZUK J., MIECHÓWKA A., MAZUREK R., SOŁEK-PODWIKA K Wpływ odczynu gleb na zawartość Zn,, Ni i w roślinach wybranych użytków zielonych Pogórza Wielickiego i Podhala. Zesz. Prob. Post. Nauk Rol. 456: PIKUŁA D., STĘPIEŃ W. 27. Wpływ odczynu gleby na pobranie metali ciężkich przez rośliny. Fragm. Agronom. 2(94): ROGÓŻ A. 22. Zawartość i pobranie pierwiastków śladowych przez rośliny przy zmiennym odczynie gleby. Cz. I. Zawartość i pobranie miedzi, cynku oraz manganu przez rośliny. Zesz. Prob. Post. Nauk Rol. 482: SPIAK Z Wpływ odczynu gleby na pobranie cynku przez rośliny. Zesz. Prob. Post. Nauk Rol. 456: