Jarosław Potarzycki*, Witold Grzebisz*, Katarzyna Apolinarska*, Arkadiusz Błochowiak**

Transkrypt

1 Roczniki AR w Poznaniu CCCX, Melior. InŜ. Środ. 20, cz.i: (1999) STAN GEOCHEMICZNY GLEB I JAKOŚĆ PSZENICY OZIMEJ UPRAWIANEJ NA TERENIE MIASTA POZNANIA Jarosław Potarzycki*, Witold Grzebisz*, Katarzyna Apolinarska*, Arkadiusz Błochowiak** * Katedra Chemii Rolnej AR im.a.cieszkowskiego w Poznaniu, ul. Wojska Polskiego 71F ** Fundacja WARTA, Poznań ul.św. Wojciech 21 ABSTRACT: It can be admitted that the arable soils within the area of Poznań are not contaminated by heavy metals with the exception of zinc, which is found in 10% of soils. The cereal cropping is permissible under the condition that all plants harvested in the area are used only as animal fodder and that they will be under permanent control in order to estabilish the content of lead and cadmium in the crops mentioned above. KEY WORDS: heavy metals, soil, winter wheat, pollution, contamination WSTĘP Gleba jest elementem biosfery, będącym ośrodkiem akumulacji licznych zanieczyszczeń. Na terenach zabudowanych, głównym czynnikiem kształtującym właściwości gleb jest działalność człowieka (CZERWIŃSKI i in. 1990, TILLER 1989). Rozwój przemysłu i motoryzacji, emisje substancji toksycznych, a szczególnie metali cięŝkich, mogą być przyczyną zachwianie określonej równowagi chemicznej istniejącej w glebie. Tereny połoŝone w pobliŝu tras komunikacyjnych naraŝone są na opadanie substancji pochodzących ze spalania materiałów pędnych (benzyna, olej), ścierania się opon i nawierzchni dróg (ALLOWAY 1980). O szkodliwości pierwiastków wprowadzonych do biosfery decyduje zarówno ich wpływ na procesy glebowe jak i przyswajalność przez rośliny. Dostępność biologiczna metali cięŝkich warunkowana jest działaniem szeregu czynników, wśród których do najwaŝniejszych naleŝą : odczyn gleby, zawartość materii organicznej i nawoŝenie ( SINGH i in.1995, KROSSHAVN i in. 1992).

2 Miasto jest miejscem produkcji szeregu dóbr, w tym równieŝ Ŝywności. Mimo, iŝ obszar na którym prowadzona jest produkcja rolnicza w mieście Poznaniu, systematycznie ulega zmniejszeniu, grunty orne stanowią tu ciągle ponad 20% ogólnej powierzchni miasta (BŁOCHOWIAK i in. 1996). Produkty roślinne mogą więc zawierać metale cięŝkie, o duŝej toksyczności dla człowieka (ELHELU i in. 1995). Celem niniejszej pracy było określanie stanu geochemicznego gruntów ornych i ocena jakości pszenicy ozimej uprawianej na terenie miasta Poznania. METODYKA BADAŃ Badania prowadzono w 1998 roku w granicach administracyjnych miasta Poznania, na obszarze obejmującym lewobrzeŝną część miasta. Szczegółowej analizie poddano 50 stanowisk, zlokalizowanych w miejscach o zróŝnicowanym natęŝeniu ruchu komunikacyjnego i stopniu uprzemysłowienia. Próbki glebowe pobrano z warstwy ornej (0-20 cm), tuŝ przed zbiorem pszenicy ozimej (roślina testowa). W kaŝdej próbce glebowej oznaczono zawartość ołowiu (Pb), kadmu (Cd), cynku (Zn), miedzi (Cu), chromu (Cr) i niklu (Ni). Ekstrakcję pierwiastków z gleby prowadzono z uŝyciem wody królewskiej. W pobranych próbkach gleby oznaczono takŝe: węgiel organiczny ( C org.) metodą Tiurina, skład mechaniczny metodą Prószyńskiego oraz odczyn w 1M KCl. W materiale roślinnym, pobranym w fazie dojrzałości pełnej, oznaczono w/w metale cięŝkie spalając próbki w temp. 450 o C, a następnie popiół podjęto kwasem azotowym. Oddzielnej analizie poddano słomę, ziarno i plewy pszenicy ozimej. Oznaczenie zawartości badanych metali w wyciągach glebowym i roślinnym wykonano, za pomocą spektrofotometru atomowego - Spectra 250. Ocenę poziomu zanieczyszczenia gleb metalami cięŝkimi przeprowadzono w oparciu o kryteria opracowane przez Instytut Uprawy, NawoŜenia i Gleboznawstwa w Puławach (KABATA- PENDIAS i in. 1993). Ocenę jakości i przydatności materiału roślinnego przeprowadzono wykorzystując istniejące normatywy (MONITOR POLSKI 1993, KABATA-PENDIAS i in. 1993). OMÓWIENIE WYNIKÓW I DYSKUSJA Badane gleby wykazały duŝe zróŝnicowanie pod względem zawartości próchnicy oraz odczynu (tab. 1). Średnia zawartość C org. wynosiła 8,9 g/kg, a udział cząstkek spławialnych (o średnicy mniejszej od 0,02 mm) kształtował się na poziomie 8 %, co oznacza, Ŝe na obszarze będącym

3 przedmiotem badań dominowały gleby lekkie. Odczyn gleby kształtował się w granicach od 3,90 do 7,55, przy czym 50% wszystkich prób stanowiły gleby o odczynie lekko kwaśnym i obojętnym. Generalnie zawartości pierwiastków śladowych w glebach gruntów ornych nie przekraczały wartości granicznych (tab. 2). Średnia zawartość ołowiu w glebach wynosiła 14 mg/kg, a większość prób (72%) mieściła się w zakresie mg/kg gleby. W około 28% badanych próbek glebowych, odnotowano koncentrację ołowiu większą od naturalnej (powyŝej 30 mgpb/kg). Cynk był metalem, którego koncentracja w największym stopniu zbliŝona była do poziomu krytycznego. Zdecydowanie jednak dominowały gleby o zawartości typowej dla gruntów ornych, a więc mieszczące się w przedziale od 20 do 30 mg Zn/kg. Jedynie w pięciu stanowiskach stwierdzono przekroczenie wartości granicznej dla gleb lekkich, wynoszącej 100 mg/kg gleby. Cynk jest mikroelementem istotnym w Ŝywieniu roślin, a poziom jego całkowitej zawartości w glebie, o odczynie w granicach obojętnego, moŝe przyjmować wartości do 200 mg/kg gl., nie stanowiąc jednocześnie zagroŝenia dla roślin (MORENO i in. 1993). Zawartości miedzi, chromu i niklu wahały się w bardzo wąskim przedziale, przyjmując wartości zbliŝone do naturalnych dla gleb uprawnych. O stanie środowiska świadczy nie tylko koncentracja metali cięŝkich w glebie, ale takŝe ich zawartość w roślinach. Z tego względu analizie poddano oddzielnie słomę, ziarno i plewy pszenicy ozimej. Pierwiastkami wykluczającymi konsumpcyjną przydatność ziarna były ołów i kadm (tab. 3 i 4). Ocena przeprowadzona wg kryterium zamieszczonego w MONITORZE POLSKIM (1993), wykazała przekroczenia normy we wszystkich badanych próbkach ziarna, a wg danych przedstawionych w opracowaniu IUNG (KABATA-PENDIAS i in. 1993) w 98% analizowanych próbek. Zawartość ołowiu w ziarnie pszenicy wahała się w przedziale od do 5,4 mg/kg s.m. (tab. 3), przy czym 52% badanych prób, mieściło się w zakresie od do 3,5 mg/kg s.m. Nieco mniejszą skalę zanieczyszczenia odnotowano dla kadmu, gdyŝ wg pierwszego kryterium (MONITOR POLSKI 1993) skaŝonych było 76% próbek, a wg drugiego (KABATA-PENDIAS 1993) przekroczenia wystąpiły w 60% stanowisk. Ze względu na zbyt wysoki poziom zawartości kadmu 3 próbki ziarna nie spełniały norm przydatności paszowej. PodwyŜszoną zawartość ołowiu i kadmu w roślinach uprawianych w pobliŝu duŝych ośrodków przemysłowych potwierdzają badania wielu autorów (BŁOCHOWIAK i in.1996, ANKE i in. 1991, GRUN i in. 1985). Koncentracja tych metali w częściach nadziemnych roślin z terenów skaŝonych, moŝe być 160 razy większa, w porównaniu z obszarami o niewielkim zagroŝeniu ekologicznym

4 (ANKE i in. 1991). W odniesieniu do pozostałych pierwiastków tylko w 2 próbach zanotowano przekroczenie normy zawartości miedzi, a koncentracja tego pierwiastka najczęściej zawierała się w zakresie od 0,8 do 5,0 mg/kg s.m. (94% badanych próbek). Przyjmuje się, Ŝe miedź stymuluje wzrost plonu ziarna do zawartości 5 mg/kg (SMILDE I HENKES 1967), co oznacza, Ŝe w większości badanych próbek ziarna zawartość tego pierwiastka wykazywała jeszcze fizjologiczny niedobór. Organy wegetatywne skaŝone były tylko przez jeden spośród badanych pierwiastków, a mianowicie przez kadm. W odniesieniu do słomy, przekroczenie normy przydatności paszowej dla tego metalu, stwierdzono w 8 stanowiskach, co stanowi 16% wszystkich badanych prób. W plewach, aŝ w 12 stanowiskach (24%) zanotowano przekroczenie zawartości wynoszącej 0,5 mg Cd/kg suchej masy. Tylko dla cynku stwierdzono dodatnią korelację między jego zawartością w ziarnie i w glebie (r = 0,32*, dla P 0,05). Jednocześnie zawartość Zn w ziarnie wykazała udowodnioną korelację z zawartością w słomie i plewach (dane dostępne u autorów). Zatem tylko w przypadku tego pierwiastka potwierdzony został związek między zawartością metalu w glebie i organach rośliny. ZaleŜność ta pośrednio wyklucza opad atmosferyczny jako źródło cynku w częściach nadziemnych zbóŝ. WNIOSKI 1. Większość gleb uprawnych występujących na terenie miasta Poznania nie wykazuje zanieczyszczenia badanymi metalami cięŝkimi. Około 10% analizowanych gleb jest zanieczyszczonych cynkiem. 2. Przydatność konsumpcyjną ziarna pszenicy ozimej wykluczała nadmierna zawartość ołowiu (100% badanych próbek) oraz kadmu (76%). 3. Kadm był jedynym pierwiastkiem ograniczającym wykorzystanie pszenicy ozimej na cele paszowe. Przydatność paszową zakwestionowano w 6% próbek ziarna, 16% słomy i 24% plew. 4. Ze względu na moŝliwość zanieczyszczenia surowców roślinnych metalami cięŝkimi, uprawa zbóŝ na glebach miasta Poznania, jest dopuszczalna pod warunkiem przeznaczenia roślin wyłącznie na paszę, po uprzedniej kontroli zawartości w nich ołowiu i kadmu.

5 LITERATURA ALLOWAY B.J. (1980): Heavy metals in soils. Holsted Press, New York ANKE M.,SCHALLER G.,DORN W., GRUN M. (1991): Die Auswirkung der Emission eine Phosphorwerkes in Saaletal auf die Zusammensetzung der Flora. 3. Mitt. Ultraspurenelemente (Fluor, Molybdan, Nickiel, Blei, Kadmium, Arsen). Mengen und Spurenelemente, Jena: BŁOCHOWIAK A., GRZEBISZ W., POTARZYCKI J. (1996): W: Środowisko miasta Poznania Urząd Miejski w Poznaniu. Wydz. Ochrony Środowiska: CZERWIŃSKI Z., PRACZ J. (1990): W: Środowisko przyrodnicze Warszawy. Gleby, Varsoviana: ELHELU M.A., CALDWELL D.T., HIRPASSA W.D. (1995): Lead in inner-city and possible contraibution to childern s blood level. Arch. Environ. Health. 50,2: GRUN M., KRONEMANN H., PODLESAK W., MACHELETT B. (1985): Blei in der Umwelt Pflanze. Mengen und Spurenelemente, Lipsk: KABATA-PENDIAS A., MOTOWICKA-TERELAK T., PIOTROWSKA M., TERELAK H., WITEK T. (1993): Ocena stopnia zanieczyszczenia gleb i roślin metalami cięŝkimi i siarką. IUNG, Puławy. KROSSHAVN M., STEINNES E., VARSKOG P. (1992): Binding of Cd, Cu, Pb and Zn in soil organic matter with different vegetational background. Watter, Air and Soil Pollution 71: MONITOR POLSKI (1993); nr 22, z dnia r. MORENO A.M., PEREZ L., GONZALES J. (1993): Soil parameters contributing to heavy metal dynamics in perimetropolitan farmland areas. Geomicrobiol. J. 11: SINGH B.R., NARWAL R.P., JENG A.S. (1995): Crop uptake and extractability of cadmium in soils naturally high in metals at different ph levels. Commum.Soil Sci. Plant Anal., 26 (13,14): SMILDE K.W., HENKENS C.H. (1967): Sensivitty to copper deficiency of different cereals and strains of cereals. Neth. J. Agricult. Sci. 4: TIILER K.G. (1989): Heavy metals and their environmental significance. Adv. in Soil Sci. Vol. 9

6 THE GEOCHEMICAL STATE OF SOLIS AND QUALITY OF CEREALS GROWN IN THE AGRICULTURAL AREA OF THE CITY POZNAŃ SUMMARY The studies were undertaken with the aim to assess the level of soil land contamination by heavy metals in the city of Poznań. Investigations comprised agricultural land situated arable the main and secondary communication routes in the town. It can be admitted that the arable soil within the area of Poznań are not contaminated by heavy metals with the exception of zinc, which is found in 10% of soils. The growing of crops is permissible under the condition that all plants harvested in the area are used only as animal fodder. Tabela 1 Table 1 Charakterystyka podstawowych właściwości chemicznych gleby (n=50) Chemical charakteristics of soils (n=50) Udział cząstek Opis statystyczny Statistical description C org. (g/kg) ph (1M KCl) The share of % spławialnych silt ił koloidalny clay 8,9 5,3 20,6 3,44 5,93 3,90 7,55 1,07 8,0 21,0 4,1 0,0 4,0 0,8 Tabela 2 Table 2 Zawartość metali cięŝkich w glebie, mg/kg (n=50) Heavy metal contents in soils, mg/kg (n=50) Opis statystyczny Pb Cd Zn Cu Cr Ni Statistical description 14,0 5,4 35,4 6,2 0,20 0,01 0,50 0,10 70,2 33,5 350,0 46,8 8,1 3,8 17,3 3,6 9,7 4,0 30,5 4,4 4,2 1,4 24,0 3,5

7 Tabela 3 Table 3 Zawartość metali cięŝkich w organach pszenicy ozimej (mg/kg s.m.), n = 50 Heavy metal contents in winter wheat (mg/kg d.m.), n=50 Opis statystyczny Pb Cd Zn Cu Cr Ni Statistical description Ziarno Grain 2,9 5,4 1,0 0,24 0,04 0,68 0,15 31,0 20,5 47,9 7,0 3,0 0,8 14,5 2,1 0,2 4,1 1,1 1,7 2,8 0,4 Słoma Straw 4,4 2,2 6,9 1,3 0,23 0,01 2,74 0,47 24,1 8,5 75,6 13,0 3,6 1,5 9,1 1,6 2,2 0,6 9,4 1,4 2,6 1,3 4,6 0,7 Plewy Husk 6,5 3,7 9,9 1,2 0,42 0,04 0,70 0,13 21,8 6,2 38,9 7,5 0,8 5,2 1,3 0,3 2,8 0,7 3,7 0,7

8 Pierwiastek Element Pb Cd Zn Cu Ni Ocena przydatności konsumpcyjnej i paszowej pszenicy ozimej, w % Estimation of usefulness consumer and fodder winter wheat, in % Ziarno 1 Grain 1 0,00 24,0 96,0 1 wg MONITOR POLSKI (1993) - Konsumpcyjne consumer 40,0 Ziarno 2 Grain 2 paszowe fodder 94,0 Słoma 2 Straw 2 84,0 2 wg KABATA PENDIAS i in. (1993) Tabela 4 Table 4 2 Plewy Husk 2 76,0