Słupskie Prace Biologiczne

Transkrypt

1 Słupskie Prace Biologiczne Nr 13 ss ISSN Przyjęto: Instytut Biologii i Ochrony Środowiska Akademii Pomorskiej w Słupsku Zaakceptowano: AKUMULACJA CYNKU, MIEDZI, MANGANU I GLINU W WYBRANYCH ROŚLINACH LECZNICZYCH ACCUMULATION OF ZINC, COPPER, MANGANESE AND ALUMINIUM IN SELECTED MEDICINAL PLANTS Agnieszka Parzych Katarzyna Kanclerska Akademia Pomorska w Słupsku Instytut Biologii i Ochrony Środowiska Zakład Chemii Środowiskowej ul. Arciszewskiego 22b, Słupsk parzycha1@op.pl ABSTRACT The studies were carried out in September 2012 in the Landscape Park Słupia Valley. Soil samples from rhizosphere and samples of shoots (leaves and stems) and roots of Urtica dioica, Taraxacum officinale and Plantago lanceolata taken from 15 sites located in the park were subjected to chemical analysis. The content of zinc, copper, manganese and aluminium in soil and medicinal plants were differentiated. The largest concentration of Zn and Cu was found in the soil samples from roadsides. The studied medicinal plants were characterized by specific species in relation to accumulation of Zn, Cu, Mn and Al. The largest amounts of metals were accumulated by shoots and roots of P. lanceolata. The relationship between the content of metals in the medicinal plants changed in the following relations: Al > Mn > Zn > Cu in shoots and roots of U. dioica, shoots and roots of P. lanceolata and T. officinale and Al > Zn > Mn > Cu in shoots of T. officinale and the roots of P. lanceolata. Based on the enrichment factor (EF) it was concluded of the tested species the mostly accumulated of Zn and Cu, and Al in the lowest. Furthermore, it was found that the mobility of studied metals in tissues of plants changed in the order: Zn > Cu > Mn > Al (U. dioica) and Zn > Mn > Cu > Al (T. officinale and P. lanceolata). Soils and medicinal plants from the landscape park Słupia Valley permissible content of Zn, Cu, Mn and Al contained in most of samples, showing increased content of Zn and Cu in a few sites located on the roadsides. 131

2 Słowa kluczowe: Urtica dioica, Taraxacum officinale, Plantago lanceolata, gleba, współczynnik wzbogacenia, Park Krajobrazowy Dolina Słupi Key words: Urtica dioica, Taraxacum officinale, Plantago lanceolata, soil, enrichment factor, Słupia Valley Landscape Park WPROWADZENIE Zanieczyszczenia powietrza, wód i gleby stanowią główne przyczyny nadmiaru metali w środowisku (Trojanowski i in. 2005, Dąbkowska-Naskręt i Różański 2009). Jako naturalne składniki ekosystemów metale w niewielkich ilościach potrzebne są do prawidłowego funkcjonowania roślin, ale ich nadmierna koncentracja w środowisku jest szkodliwa. Przy zbyt wysokim stężeniu zaburzają funkcjonowanie ekosystemów. Wiele metali podlega bioakumulacji w tkankach roślinnych i zwierzęcych, wskutek czego zagrożenie ich zatruciem wzrasta w ogniwach łańcucha troficznego (Keane i in. 2001, Järup 2003, Gruca-Królikowska i Wacławek 2006, Gworek 2006, Malzahn 2009). Badania ekotoksykologiczne wskazują, że rośliny selektywnie pobierają pierwiastki z otaczającego środowiska. Składniki te wykorzystywane są do budowy tkanek oraz biorą udział w wielu przemianach metabolicznych. W świecie roślinnym istnieje wyraźna tendencja do pobierania i akumulowania określonych pierwiastków zarówno w pędach nadziemnych, jak i podziemnych (Parzych i in. 2012, Parzych i Sobisz 2012, Parzych 2014). Ilość pobieranych składników jest zmienna w sezonie wegetacyjnym i zależy od zapotrzebowania fizjologicznego danego gatunku, jak również może być wynikiem zanieczyszczenia środowiska (Łaszewska i in. 2007, Kowol i in. 2007a, b, Korzeniowska i Panek 2012). Zawartość metali w pędach i korzeniach jest uzależniona od biodostępności metali w glebie, okresu wegetacji oraz części morfologicznej (Malawska i Wilkomirski 2001, Królak 2001, 2003, Rosselli i in. 2006, Jonczak 2013). Skutkami szkodliwego oddziaływania metali na rośliny są zaburzenia wzrostu, nieprawidłowości w rozwoju systemu korzeniowego, plamy chlorotyczne lub nekrotyczne, zasychanie brzegów liści lub obniżenie plonów. Podwyższona zawartość pierwiastków metalicznych w roślinach, zwłaszcza leczniczych, może skutkować zaburzeniami zdrowia ludzi stosujących zioła w fitoterapii (Järup 2003). Dlatego zawartość metali ciężkich oraz glinu w roślinach leczniczych wymaga ciągłej kontroli, zwłaszcza na terenach uznawanych za potencjalnie bezpieczne. Celem pracy było: (1) porównanie właściwości akumulacyjnych Zn, Cu, Mn i Al w pędach i korzeniach Urtica dioica L., Taraxacum officinale F.H. Wigg. i Plantago lanceolata L. oraz (2) ocena zanieczyszczenia Parku Krajobrazowego Dolina Słupi badanymi metalami. MATERIAŁY I TEREN BADAŃ Badania prowadzono w obrębie Parku Krajobrazowego Dolina Słupi, który zajmuje obszar środkowego biegu rzeki Słupi i jej zlewni (Florek i Florek 2001). Na terenie parku występuje bardzo duża różnorodność gatunkowa roślin, ze znacznym 132

3 udziałem gatunków wskaźnikowych. Do analiz chemicznych pobrano próbki: gleby z ryzosfery (0-15 cm), a także pędów (liście i łodygi) oraz korzeni Urtica dioica L., Taraxacum officinale F.H. Wigg. i Plantago lanceolata L. z 15 stanowisk zlokalizowanych na terenie parku, głównie z obrzeży lasu i z przydroży. Były to gleby piaszczyste, głównie bielicowe. Przy wyborze stanowisk kierowano się ich reprezentatywnością w celu pełnej charakterystyki badanego obszaru. W próbkach glebowych oznaczono kwasowość czynną (ph w H 2O), kwasowość wymienną (1 M dm -3 roztwór KCl) metodą potencjometryczną (CPI 551 Elmetron) oraz materię organiczną metodą strat prażenia w piecu muflowym w temp. 550 o C. Próbki roślinne oczyszczano z mineralnych części gleby, płukano w wodzie destylowanej, oddzielano liście i łodygi od korzeni, suszono do stałej masy w temperaturze 65 o C, a następnie homogenizowano w młynku (IKA 11). Zarówno próbki roślinne (0,5 g), jak i glebowe (1,0 g) mineralizowano na mokro w systemie zamkniętym w mieszaninie 65% HNO3 (cz.d.a) i 30% H2O2 (cz.d.a) w stosunku objętościowym 1 : 1. Po uzyskaniu klarownego, bezbarwnego roztworu próbki sączono i uzupełniano wodą dejonizowaną do objętości 50 ml. W otrzymanym roztworze oznaczono zawartość Zn, Cu, Mn metodą absorpcyjnej spektrometrii atomowej (Aanalyst 300, Perkin Elmer), a Al metodą emisyjnej spektrometrii atomowej z plazmą wzbudzoną mikrofalowo (Agilent 4100 MP-AES). Do kalibracji aparatów wykorzystano oryginalne roztwory wzorcowe firmy Merck (KGaA, 1g/1000 ml). Wszystkie analizy wykonano z trzykrotnym powtórzeniem. Rozkład wyników badano testem Shapiro Wilka. Właściwości fizykochemiczne gleb przedstawiono w tabeli, a zawartość Zn, Cu, Mn i Al w roślinach na rycinach. Istotność zróżnicowania statystycznego zawartości metali w pędach i korzeniach roślin leczniczych oceniono na podstawie nieparametrycznego testu Kruskala Wallisa. Obliczono współczynniki korelacji Spearmanna wyjaśniające relacje pomiędzy właściwościami fizykochemicznymi gleb a zawartością pierwiastków metalicznych w roślinach leczniczych. Na podstawie uzyskanych danych obliczono współczynniki wzbogacenia (EF) roślin leczniczych w cynk, miedź, mangan i glin: EF (Zn) = C r (Zn) : C g (Zn), gdzie: EF (Zn) współczynnik wzbogacenia w cynk, C r (Zn) zawartość cynku w roślinie (, korzenie), mg/kg, C g (Zn) zawartość cynku w glebie, mg/kg. Mobilność badanych metali w roślinach wyrażono w postaci współczynników translokacji (TF): TF (Zn) = C p (Zn) : C k (Zn), TF (Zn) współczynnik translokacji cynku, C p (Zn) zawartość cynku w pędach, mg/kg, C k (Zn) zawartość cynku w korzeniach, mg/kg. 133

4 Właściwości fizykochemiczne gleb WYNIKI I DYSKUSJA Próbki gleby pobrane z ryzosfery roślin leczniczych wykazywały odczyn kwaśny i słabo kwaśny, przyjmując wartości ph od 4,6 do 6,9 (tab. 1). Współczynniki zmienności dla kwasowości czynnej (ph H 2O) i wymiennej (ph KCl) utrzymywały się w zakresie od 14% do 19% w obrębie 15 stanowisk badawczych. Najwyższe wartości ph gleb zaobserwowano na stanowiskach zlokalizowanych w najbliższym sąsiedztwie Słupska, co może być wynikiem wpływu opadających pyłów alkalicznych pochodzących głównie ze spalania węgla (Lis i Pasieczna 1995). Zawartość materii organicznej w badanych glebach była niewielka i utrzymywała się, w zależności od stanowiska, od 1,2% do 6,9%, a współczynnik zmienności wynosił 48% (tab. 1). Właściwości fizykochemiczne gleb z ryzosfery badanych roślin Physicochemical properties of soils from rhizosphere of studied plants Tabela 1 Table 1 Parametr Średnia ± SD Mediana Minimum Maksimum CV, % ph (H O) 6,1 ± 0,8 6,0 4,6 6, ph (KCl) 5,3 ± 0,9 5,2 3,9 6,5 19 Materia organiczna, 3,7 ± 1,8 3,5 1,2 6,9 48 % Zn, mg/kg 31,8 ±12,2 30,3 15,1 59,0 39 Cu, mg/kg 7,6 ± 2,4 7,5 3,9 11,9 32 Mn, mg/kg 299,6 ±190,6 262,6 122,3 829,5 63 Al, mg/kg 4898,5 ± 1993,9 4566,1 2614,4 9613,6 41 Źródło: badania własne Source: own research Zawartość badanych metali w próbkach glebowych parku krajobrazowego była zróżnicowana. Koncentracja cynku i miedzi w przypadku większości stanowisk utrzymywała się w zakresie ich tła geochemicznego (odpowiednio: 48 mg/kg i 6 mg/kg, Lis i Pasieczna 1995) lub nieznacznie przekraczały te wartości, głównie na stanowiskach zlokalizowanych na przydrożach (tab. 1). Zawartość Cu w glebach Polski mieści się w zakresie od 0,2 do 26,0 mg/kg, a cynku od 7,0 do 150,0 mg/kg (Kabata-Pendias i Pendias 1999). W glebach północnej Polski zawartość Cu wynosi najczęściej 9,9- -10,0 mg/kg (Niesiobędzka 1998, Wybieralski i Maciejewska 2011). Dla porównania w glebach Puszczy Białowieskiej zawartość cynku utrzymywała się na poziomie 65,0-86,0 mg/kg (Greszta i Panek 1989), a w Roztoczańskim Parku Narodowym wynosiła 134

5 54,0 mg/kg (Ciepał i Rycman 1996). Spośród badanych metali największym zróżnicowaniem charakteryzował się mangan (63%), a jego średnia zawartość w badanych próbkach glebowych wynosiła 299,6 mg/kg. Podobnie jak inne pierwiastki, mangan jest wiązany przez materię organiczną, co decyduje o jego niewielkiej mobilności w środowisku. Średnia zawartość Mn w glebach bielicowych wynosi najczęściej od 7 do 2000 mg/kg (Kabata-Pendias i Pendias 1999). Nieco mniejsze zróżnicowanie niż mangan w glebach w obrębie badanych stanowisk wykazywał glin (41%). Jego koncentracja zawierała się w przedziale od 2614,4 do 9613,6 mg/kg, średnio 4898,5 mg/kg. Całkowita zawartość glinu w glebie może dochodzić nawet do kilkunastu procent. Jego dostępność dla roślin jest ściśle uzależniona od odczynu gleby i zwiększa się wraz ze wzrostem kwasowości gleby (Gworek 2006). Kwasowość czynna badanych gleb (ph = 4,6-6,9, tab. 1) wskazuje, iż glin w badanych próbkach glebowych występuje w formach dostępnych roślinom (Al 3+ ), co może wywierać negatywny wpływ na roślinność. Głównym czynnikiem decydującym o dostępności badanych metali dla roślin jest odczyn gleb. Rozpuszczalność metali jest niska przy odczynie obojętnym i alkalicznym i rośnie wraz z obniżeniem wartości ph (Falkowski i in. 2000, Brzeziński 2004, Gworek 2006). Uruchamianie Zn i Mn najefektywniej zachodzi przy ph = 6, a Cu i Al przy ph = 5,5, i poniżej. Mangan dodatkowo charakteryzuje się zwiększoną biodostępnością również w środowisku alkalicznym (Alloway 1995). Kumulacja metali w roślinach Koncentracja metali w roślinach leczniczych wykazywała zróżnicowanie w zależności od lokalizacji, gatunku rośliny i jej części morfologicznej. Zawartość cynku w pędach utrzymywała się średnio na poziomie od 16,5 do 82,8 mg/kg (U. dioica), 31,2-148,3 mg/kg (T. officinale) oraz 31,1-371,3 mg/kg (P. lanceolata), przy czym najwyższą średnią i największe zróżnicowanie wykazywały P. lanceolata (ryc. 1), przekraczając na kilku stanowiskach wartość 70 mg/kg, wskazując na niewielkie zanieczyszczenie stanowisk zlokalizowanych na przydrożach (Kabata-Pendias i Pendias 1999). Według Ottesen i in. (1999) około 1,5-2,0% cynku w roślinach pochodzi ze ścierania opon samochodowych. W korzeniach U. dioica (57,6 mg/kg) oraz P. lanceolata (135,1 mg/kg) stwierdzono wyższe zawartości Zn niż w ich pędach. Takie rozmieszczenie mikroelementów jest typowe dla większości roślin (Łaszewska i in. 2007, Parzych 2016, Parzych i in. 2016). W przypadku T. officinale relacje w rozmieszczeniu Zn w badanych próbkach były odwrotne. Rośliny pobierają Zn w ilościach proporcjonalnych do jego stężenia w glebie. Przeciętna zawartość cynku w nadziemnych pędach roślin, nieobjętych wpływem zanieczyszczeń, kształtuje się na poziomie mg/kg. Do zaspokojenia potrzeb fizjologicznych większości roślin wystarcza stężenie w liściach mg/kg (Kabata-Pendias i Pendias 1999). Pierwiastek ten jest niezbędny dla rozwoju roślin, jednak w związku z jego dużą mobilnością w glebie istnieje ryzyko nadmiernego pobierania przez niektóre rośliny. Spośród badanych gatunków roślin leczniczych P. lanceolata gromadziła najwyższe ilości cynku, zarówno w pędach, jak i w korzeniach. Porównywalne zawartości Zn w pędach roślin opisała Kozanecka i in. (2002) oraz Łaszewska i in. (2007). 135

6 Zawartość Cu utrzymywała się na poziomie od 3,5 do 9,1 mg/kg w pędach U. dioica, od 6,6 do 21,7 mg/kg w pędach T. officinale oraz od 6,2 do 27,6 mg/kg w pędach P. lanceolata (ryc. 1). mg/kg : H= 15,9755; p = 0,0003 korzenie: H= 10,7185; p = 0,0047 Zn- Zn- korzenie Zn mg/kg : H= 30,2524; p = 0,0000 korzenie: H= 25,3125; p = 0,0000 Cu : H= 5,9045; p = 0,0522 korzenie: H= 7,7503; p = 0,0208 Mn : H= 0,2449; p = 0,8848 korzenie: H= 25,018; p = 0,0000 Al mg/kg mg/kg Ryc. 1. Zawartość cynku, miedzi, manganu i glinu w pędach i korzeniach roślin leczniczych oraz wyniki testu Kruskala Wallisa Fig. 1. The content of zinc, copper, manganese and aluminum in the shoots and roots of medicinal plants and Kruskal Wallis test results Źródło: badania własne Source: own research Znacznie większe ilości Cu stwierdzono w korzeniach, średnio 9,9 mg/kg (U. dioica), 15,2 mg/kg (T. officinale) oraz 25,3 mg/kg (P. lanceolata). Największe zróżnicowanie w koncentracji miedzi występowało w pędach U. dioica (30%) i P. lanceolata (28%), a nieco mniejsze w pędach T. officinale (27%). Uzyskane wartości świadczą, iż badane rośliny lecznicze nie są zanieczyszczone tym pierwiastkiem. Wyższe koncentracje Cu w korzeniach niż w pędach są wynikiem małej mobilności miedzi w tkankach roślinnych. Na zaspokojenie potrzeb fizjologicznych większości gatunków potrzeba około 2 mg/kg, przeciętna jej zawartość w pędach wynosi najczęściej 5-20 mg/kg (Kabata-Pendias i Pendias 1999, Falkowski i in. 2000), a po przekroczeniu 30 mg/kg Cu jest toksyczna dla większości gatunków. Miedź aktywnie uczestniczy w wielu procesach życiowych roślin. Jest zatrzymywana głównie w korzeniach roślin, zarówno przy jej niedoborze, jak i nadmiarze w glebie. Podobne zawartości miedzi w pędach T. officinale uzyskali Wybieralski i Maciejewska (2011) oraz Kowol i in. (2007b). 136

7 Zawartość manganu w pędach roślin leczniczych utrzymywała się w zależności od gatunku na poziomie 33,3-201,5 mg/kg (U. dioica), 44,4-193,7 mg/kg (T. officinale) oraz 30,5-289,6 mg/kg (P. lanceolata) ryc. 1. Korzenie U. dioica i P. lanceolata wykazywały wyższe koncentracje tego metalu niż ich. Zróżnicowanie zawartości manganu w badanych roślinach pomiędzy analizowanymi stanowiskami wynosiło 63% i 65%, odpowiednio w przypadku pędów i korzeni U. dioica, 52% i 37% (T. officinale) oraz 61% i 59% (P. lanceolata). Uzyskane wyniki wykazują, że zawartość manganu w badanych gatunkach nie przekracza wartości dopuszczalnych, a obszar parku krajobrazowego może być dobrym miejscem ich pozyskiwania i wykorzystywania w fitoterapii. W przypadku T. officinale relacja w rozmieszczeniu Mn była odwrotna. Według Kabaty-Pendias i Pendias (1999) zapotrzebowanie roślin na mangan jest zróżnicowane, ale dla większości gatunków wystarcza mg/kg. Stężenie około 500 mg/kg może być toksyczne dla niektórych roślin. Dane literaturowe o koncentracji Mn w roślinności na terenach będących poza wpływem zanieczyszczeń wskazują, iż mogą one być wyższe niż 500 mg/kg: mg/kg (Malzahn 2009), a nawet mg/kg (Kozanecka i in. 2002). Wysoka zawartość manganu w pędach roślin jest ściśle uzależniona od właściwości fizykochemicznych gleby oraz od gatunku rośliny. Zawartość Al utrzymywała się na poziomie od 110,0 do 1125,0 mg/kg w pędach U. dioica, od 184,0 do 868,0 mg/kg w przypadku T. officinale oraz od 198,0 do 2770,9 mg/kg w pędach P. lanceolata (ryc. 1). Wysokie koncentracje glinu stwierdzono również w korzeniach badanych roślin (P. lanceolata średnio 1857,4 mg/kg, T. officinale 831,0 mg/kg oraz U. dioica 625,7 mg/kg). Duże zróżnicowanie w koncentracji tego pierwastka w roślinach pomiędzy stanowiskami (P. lanceolata 125%, U. dioica 69%, T. officinale 51%) było uzależnione od odczynu gleby. Na stanowiskach o wyższej kwasowości próbek glebowych zaobserwowano wyższą koncentrację Al. Zawartość glinu w roślinach zazwyczaj wynosi od kilku do mg/kg, przy czym w korzeniach najczęściej jest wyższa, co znajduje potwierdzenie w literaturze (Ostrowska i in. 1991, Brzeziński 2004, Krzywy 2007). Według Falkowskiego i in. (2000) glin może wywierać ujemny wpływ na korzenie roślin już przy ph = 6,5-6,8 i nasila się wraz z obniżeniem ph gleby. Skutkami toksyczności glinu są przede wszystkim znaczne zahamowanie rozwoju korzeni oraz spadek przyrostu biomasy. Mechanizm tolerancji roślin na duże stężenia ruchomego glinu w glebach jest złożony i wiąże się z selektywnym pobieraniem tego pierwiastka przez korzenie. Nadmiar glinu może ograniczać pobieranie składników pokarmowych, tj. P, Ca, Mg, K i N oraz zwiększać pobieranie Fe i Mn (Kabata-Pendias i Pendias 1999). Relacje pomiędzy zawartością oznaczanych metali w roślinach leczniczych zmieniały się w szeregu: Al > Mn > Zn > Cu w pędach i korzeniach U. dioica, w pędach P. lanceolata i w korzeniach T. officinale, oraz Al > Zn > Mn > Cu w pędach T. officinale i w korzeniach P. lanceolata. Nieparametryczny test Kruskala Wallisa wykazał istotne statystycznie różnice w koncentracji Zn i Cu w pędach oraz w koncentracji Zn, Cu, Mn i Al w korzeniach U. dioica, T. officinale i P. lanceolata (ryc. 1). Współczynniki korelacji Zawartość pierwiastków metalicznych w pędach i korzeniach roślin leczniczych zależała w wielu przypadkach od właściwości fizykochemicznych gleby (tab. 2). 137

8 Tabela 2 Współczynniki korelacji pomiędzy właściwościami fizykochemicznymi gleby a zawartością Zn, Cu, Mn i Al w roślinach leczniczych (n = 45, p < 0,05, r kryt = 0,30) Table 2 The coefficients of correlation between the physico-chemical properties of soil and the content of Zn, Cu, Mn and Al in medicinal plants (n = 45, p < 0,05, r crit = 0,30) Zn Cu Mn Al Urtica dioica ph (H 2O) 0,31 (-0,34) -0,07 (-0,11) -0,34 (-0,62) -0,71 (-0,28) ph (KCl) 0,33 (-0,31) -0,05 (-0,10) -0,29 (-0,57) -0,61 (-0,25) Materia organiczna -0,26 (0,21) 0,18 (0,26) 0,08 (0,39) 0,43 (0,61) Zn Cu Mn Al -0,09 (0,48) -0,19 (0,49) -0,29 (0,16) -0,11 (0,58) 0,17 (0,36) -0,37 (0,33) -0,33 (0,03) 0,00 (-0,02) 0,09 (0,30) 0,08 (0,20) 0,27 (0,15) 0,12 (0,67) -0,14 (0,25) -0,04 (0,52) -0,16 (0,43) 0,24 (0,57) Zn Cu Mn Al Taraxacum officinale -0,34 (-0,30) -0,12 (0,01) -0,76 (-0,14) -0,05 (0,27) -0,33 (-0,27) -0,16 (-0,04) -0,72 (-0,14) -0,01 (0,20) 0,65 (0,14) 0,37 (0,27) 0,52 (0,42) 0,28 (0,19) 0,20 (0,09) 0,22 (0,24) -0,25 (0,07) 0,45 (0,42) -0,11 (-0,01) 0,10 (-0,29) -0,27 (-0,50) -0,18 (-0,25) 0,19 (0,30) -0,13 (-0,02) -0,06 (0,04) 0,77 (0,16) 0,20 (0,05) 0,55 (0,24) 0,27 (0,49) 0,14 (0,36) Zn Cu Mn Al Plantago lanceolata -0,22 (-0,38) -0,56 (-0,44) -0,25 (-0,70) 0,27 (-0,34) -0,21 (-0,39) -0,55 (-0,49) -0,19 (-0,69) 0,30 (-0,37) 0,17 (0,25) 0,40 (0,60) 0,08 (0,48) -0,24 (0,15) -0,31 (0,33) -0,27 (0,06) 0,17 (-0,15) 0,31 (0,14) -0,15 (0,05) -0,13 (-0,22) -0,13 (-0,27) 0,03 (0,11) -0,30 (0,10) -0,68 (-0,26) 0,63 (-0,09) 0,79 (0,01) -0,29 (-0,01) 0,09 (0,43) 0,09 (0,33) -0,13 (0,46) Źródło: badania własne Source: own research Kwasowość czynna (ph H 2O) istotnie wpływała na koncentrację Zn w pędach i korzeniach U. dioica i T. officinale oraz w korzeniach P. lanceolata, Cu w pędach i korzeniach P. lanceolata, Mn w pędach U. dioica i T. officinale oraz w korzeniach U. dioica i P. lanceolata, a w przypadku glinu w pędach U. dioica i korzeniach 138

9 P. lanceolata. Podobny wpływ na koncentrację Zn, Cu, Mn i Al w roślinach leczniczych stwierdzono w przypadku kwasowości wymiennej (ph KCl) badanych próbek gleby. Ważnym parametrem kształtującym biodostępność metali dla roślin jest materia organiczna. Wzrost jej zawartości w glebie sprzyjał biodostępności Zn w pędach U. dioica, Cu w pędach T. officinale oraz w pędach i korzeniach P. lanceolata, Mn w pędach T. officinale oraz w korzeniach U. dioica i P. lanceolata, a Al w pędach i korzeniach U. dioica. Połączenia metali z materią organiczną odgrywają bardzo ważną rolę w biogeochemii wielu pierwiastków chemicznych. W obecności materii organicznej powstają związki chelatowe. Udowodniono, iż wraz ze wzrostem ilości materii organicznej wzrasta dostępność wielu pierwiastków śladowych dla roślin (Stevenson 1985, Gworek 2006). Wraz ze wzrostem zawartości cynku w próbkach gleby obserwowano wzrost koncentracji Zn, Cu i Al w korzeniach U. dioica, Al w pędach i korzeniach T. officinale oraz Al w pędach i Zn w korzeniach P. lanceolata (tab. 2). Wzrost zawartości Cu w glebie wpływał na wzrost koncentracji Zn i Cu w korzeniach U. dioica oraz na obniżenie zawartości Cu i Mn w pędach U. dioica i Mn w korzeniach T. officinale. Istotny wpływ na kształtowanie koncentracji badanych metali w roślinach leczniczych wywierał również mangan. Wraz ze wzrostem jego zawartości w glebie stwierdzono wzrost koncentracji Mn i Al w pędach P. lanceolata, Al w pędach T. officinale oraz Zn i Al w korzeniach U. dioica i Zn w korzeniach T. officinale. Odwrotne relacje zaobserwowano w przypadku Zn i Cu w pędach P. lanceolata. Dodatnie wartości istotnych statystycznie współczynników korealcji stwierdzono w przypadku koncentracji Al w glebie a zawartością Mn i Al w korzeniach badanych roślin leczniczych oraz Cu w korzeniach U. dioica i P. lanceolata oraz Cu w pędach T. officinale. Współczynniki wzbogacenia i translokacji Największe wartości współczynników wzbogacenia uzyskano w przypadku cynku (1,41-3,93), nieco mniejsze dotyczyły miedzi (0,95-3,76) i manganu (0,29-0,61). Najmniejsze wartości EF rośliny lecznicze wykazywały w stosunku do glinu (0,08- -0,41) ryc. 2. Duże wartości współczynników wzbogacenia dla Zn potwierdzają dużą ruchliwość tego metalu w glebie, który zazwyczaj występuje w formach łatwo rozpuszczalnych i zarazem łatwo dostępnych dla roślin (Kabata-Pendias i Pendias 1999). Cynk jako mikroelement o szerokim znaczeniu fizjologicznym jest chętnie pobierany przez rośliny. Według Kłosa (2009) wartości współczynników EF < 10 wskazują na glebę jako źródło pochodzenia metali. Cynk, podobnie jak miedź, jest łatwiej pobierany z gleb zanieczyszczonych niż z gleb charakteryzujących się naturalnym występowaniem metali (Kabata-Penidias i Pendias 1999). Spośród badanych roślin największe ilości metali akumulowały i korzenie P. lanceolata, co najprawdopodobniej wynika z większego zapotrzebowania tego gatunku na mikroelementy niż w przypadku U. dioica i T. officinale. Zróżnicowanie współczynników wzbogacenia Zn, Cu, Mn i Al pomiędzy badanymi stanowiskami i gatunkami przedstawiono na ryc

10 EF korzenie Zn EF Cu EF 2,6 2,4 2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0-0,2 Mn EF 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0-0,1-0,2 Ryc. 2. Średnia, minimum i maksimum wartości współczynników wzbogacenia (EF) pędów i korzeni roślin leczniczych w Zn, Cu, Mn i Al Fig. 2. Average, minimum and maximum values of the enrichment factors (EF) of shoots and roots of medicinal plants for Zn, Cu, Mn and Al Źródło: badania własne Source: own research Al Mobilność badanych metali była zróżnicowana w zależności od gatunku. Największą ruchliwością w relacji korzenie charakteryzował się cynk (0,9-1,2), co jest typowe dla tego pierwiastka (tab. 3). Cynk w roślinach stanowi aktywny Średnie, minimalne i maksymalne wartości współczynników translokacji (TF) Average, minimum and maximum values of translocation factors (TF) 140 Gatunek Zn Cu Mn Al Urtica dioica 0,9 0,2-2,1 Taraxacum officinale 1,5 0,6-2,8 Plantago lanceolata 1,2 0,2-5,8 Źródło: badania własne Source: own research 0,9 0,1-1,9 1,0 0,6-1,5 0,8 0,3-0,8 0,8 0,1-1,5 1,2 0,5-2,2 1,0 0,3-2,4 Tabela 3 Table 3 0,7 0,2-1,7 0,6 0,2-1,0 0,3 0,1-0,2

11 składnik wielu enzymów, zwiększa odporność roślin na suszę i choroby (Kabata- -Pendias i Pendias 1999). Nieco mniejszą mobilnością niż cynk charakteryzował się mangan (0,8-1,2), a najmniejszą ruchliwość stwierdzono w przypadku glinu (0,3- -0,7). Fizjologiczna rola glinu nie jest znana i przypuszcza się, że w roślinach o rozwiniętej tolerancji na ten metal małe ilości wpływają korzystnie, aktywując działanie niektórych enzymów (Gworek 2006). PODSUMOWANIE 1. Próbki U. dioica, T. officinale oraz P. lanceolata zebrane z terenu Parku Krajobrazowego Dolina Słupi charakteryzowały się specyfiką gatunkową w kumulowaniu metali. 2. Największe ilości badanych metali gromadziły i korzenie P. lanceolata. 3. Gatunki U. dioica i P. lanceolata największe ilości Zn, Cu, Mn i Al akumulowały w korzeniach, a T. officinale w liściach (Zn, Mn) i korzeniach (Cu, Al). 4. Relacje pomiędzy zawartością oznaczanych metali w roślinach leczniczych zmieniały się w szeregach: Al > Mn > Zn > Cu w pędach i korzeniach U. dioica, pędach P. lanceolata i w korzeniach T. officinale oraz Al > Zn > Mn > Cu w pędach T. officinale i w korzeniach P. lanceolata. 5. Na podstawie wartości współczynników wzbogacenia (EF) ustalono, że wszystkie spośród badanych gatunków w największym stopniu akumulowały Zn i Cu, a w najmniejszym Al. 6. Stwierdzono ponadto, iż mobilność badanych metali w tkankach roślin leczniczych zmieniała się w szeregach: Zn > Cu > Mn > Al (U. dioica) oraz Zn > Mn > Cu > Al (T. officinale i P. lanceolata). 7. Gleby i rośliny lecznicze z terenu Parku Krajobrazowego Dolina Słupi zawierały niewielkie zawartości Zn, Cu, Mn i Al, wykazując podwyższoną koncentrację Zn i Cu jedynie na kilku stanowiskach zlokalizowanych na przydrożach. BIBLIOGRAFIA Alloway B.J Soil processes and the behavior of metals. In: Heavy metals in soils. B.J. Alloway (ed.). Blackie, Glasgow: Brzeziński M Wpływ zakwaszenia gleby na zawartość glinu w roślinach. Annales UMCS. Sec. E, 59(3): Ciepał R., Rycman E Ocena zagrożenia metalami ciężkimi i siarką Roztoczańskiego Parku Narodowego na podstawie analizy chemicznej liści i szpilek wybranych gatunków roślin. Acta Biol. Siles., 28(45): Dąbkowska-Naskręt H., Różański S Formy połączeń Pb i Zn w glebach urbanoziemnych miasta Bydgoszczy. Ochr. Środ. i Zas. Natural., 41: Falkowski M., Kukułka I., Kozłowski S Właściwości chemiczne roślin łąkowych. Akademia Rolnicza, Poznań. Florek W., Florek E Rzeźba terenu i gleby. W: Materiały do monografii przyrodniczej regionu gdańskiego. t. V E. Gerstmannowa (red.). Wojewódzka Komisja Ochrony Przyrody, Gdańsk. 141

12 Greszta J., Panek E Wpływ metali ciężkich na drzewa. W: Życie drzew w skażonym środowisku. S. Białobok (red.). PAN, Warszawa-Poznań. Gruca-Królikowska S., Wacławek W Metale w środowisku. Cz. II. Wpływ metali ciężkich na rośliny. Chem.- Dydakt.-Ekol.- Metrol. 11, 1-2: Gworek B Glin w środowisku przyrodniczym a jego toksyczność, Ochr. Środ. i Zas. Natural., 29: Järup L Hazards of heavy metal contamination. Brit. Medic. Bull., 68: Jonczak J Dynamics, structure and properties of plant litterfall in a 120-year old beech stand in Middle Pomerania between Soil Sci. Annual, 64(1): Kabata-Pendias A., Pendias H Biogeochemia pierwiastków śladowych. PWN, Warszawa. Keane B., Collier M.H., Shann J.R., Rogstad S.H Metal content of dandelion (Taraxacum officinale) leaves in relation to soil contamination and airborne particulate matter. The Sci. of the Total Environ., 281: Kłos A Zastosowanie współczynnika wzbogacenia (EF) do interpretacji wyników badań biomonitoringowych. Chem.-Dydakt.-Ekol.-Metrol. 14, 1-2: Korzeniowska J., Panek E The content of trace metals (Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn) in selected plant species (moss Pleurozium Schreberi, Taraxacum Officianale, Spruce Picea Abies) along the road Cracow Zakopane. Geomat. and Environ. Engineer., 6, 1: Kowol J., Urban A., Rochel R., Gruszka K., Halejak A., Drużba D. 2007a. Rośliny lecznicze jako zasoby metali ciężkich podczas profilaktyki ziołoleczniczej. Farmac. Przegl. Nauk., 5: Kowol J., Urban A., Wróbel H., Gruszka K., Drużba D., Adamczyk M., Rochel R., Halejak A. 2007b. Parametry ekotoksykologiczne przydatne dla oceny jakości obszarów pozyskiwania roślin leczniczych. Farmac. Przegl. Nauk., 5: Kozanecka T., Chojnicki J., Kwasowski W Content of heavy metals in plant from pollution-free regions, Pol. J. Environ. Stud. 11, 4: Królak E Accumulation of Zn, Cu, Pb and Cd by Dandelion (Taraxacum officinale Web.) in environments with various degrees of metallic contamination. Pol. J. Environ. Stud. 12, 6: Królak E Heavy metal content in falling dusts, soil and dandelion (Taraxacum officinale Web.) in Southern Podlasie Lowland. Electronic J. of Pol. Agricult. Universit. Environment. Develop. 4, 1: Krzywy E Nutrition of plants. West Pomeranian University of Technology Szczecin Press, Szczecin. Lis J., Pasieczna A Atlas geochemiczny Polski 1 : PIG, Warszawa. Łaszewska A., Kowol J., Wiechuła D., Kwapuliński J Kumulacja metali w wybranych gatunkach roślin leczniczych z terenu Beskidu Śląskiego i Beskidu Żywieckiego. Probl. Ekol. 11, 6: Malawska M., Wilkomirski B An analysis of soil and plant (Taraxacum officinale) contamination with heavy metals and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in the area of the railway junction Ilawa Glówna, Poland. Water Air Soil Pollut., 127: Malzahn E Biomonitoring środowiska leśnego Puszczy Białowieskiej. Ochr. Środ. i Zas. Natural., 40: Niesiobędzka K Metale ciężkie w aspekcie właściwości gleb w północno-wschodniej Polsce. Chemia i Inż. Środ. 5, 3: Ostrowska A., Gawliński S., Szczubiałka Z Metody analizy i oceny gleb i roślin. Katalog. IOŚ, Warszawa. 142

13 Ottesen R.T., Alexander J., de Lange R Ground pollution in Bergen consequences for health and the environment. NGU Rapport Geol. Survey of Norway. Trondheim. [ ]. Parzych A Akumulacja i rozmieszczenie składników odżywczych w pędach Vaccinium vitis-idaea L. i Vaccinium myrtillus L. Sylwan, 160(1): Parzych A Ocena zawartości oraz porównanie właściwości fitokumulacyjnych niklu w wybranych roślinach leczniczych Doliny Słupi. Bromat. Chem. Toksykol. 17, 1: Parzych A., Sobisz Z Zawartość makro- i mikropierwiastków w igliwiu Pinus sylvestris L. i Pinus nigra Arn. w Słowińskim Parku Narodowym. Leś. Pr. Badaw. 73, 4: Parzych A., Sobisz Z., Cymer M Preliminary research of heavy metals content by aquatic macrophytes taken from surface water (northern Poland). Desalinat. and Water Treat. 57, 3: Parzych A., Sobisz Z., Trojanowski J Prognosis content of heavy metals in soil and herbaceous plants in selected of pine forest in the Słowiński National Park, Arch. Environ. Prot. 4, 38: Rosselli W., Rossi M., Sasu I Cd, Cu and Zn contents in the leaves of Taraxacum officinale, For. Snow Landsc. Res. 80, 3: Stevenson F.J Geochemistry of soil humic substances. In: Humic substances in soil, sediment and water. G.R. Aiken, D.M. McKnight, R.L. Wershaw, P. MacCarthy (eds.). Wiley J. and Sons, New York-Chichester-Brisbane-Toronto-Singapore: Trojanowski P., Trojanowski J., Parzych A Copper, zinc, manganese, lead and cadmium in plants of Gardno Lake. Arch. Environ. Prot. 31, 4: Wybieralski J., Maciejewska M Badania poziomu zanieczyszczeń metalami ciężkimi gleby i roślin na terenach przygranicznych w Rosołówku koło Szczecina. Chem. i Inż. Środ. 7, 1. SUMMARY Increased contents of metals in medicinal plants may cause health disorders of people using these herbs in herbal medicine. Therefore, the content of heavy metals and aluminum in such plants require continuous monitoring, especially in areas considered as potentially safe. The aim of the study was to compare the accumulation properties of Zn, Cu, Mn and Al in the shoots and roots of Urtica dioica L., Taraxacum officinale FH Wigg. and Plantago lanceolata L., and pollution assessment of Valley Landscape Park Słupia by studied metals. Studied of medicinal plants characterized by specific species in the accumulation of metals. U. dioica and P. lanceolata the largest amounts of Zn, Cu, Mn and Al accumulated in the roots and T. officinale (Zn, Mn) in the leaves and in the roots (Cu, Al). The relationship between the content of metals in the selected medicinal plants were changed in the order of Al > Mn > Zn > Cu in shoots and roots of U. dioica, shoots and roots of P. lanceolata and of T. officinale and Al > Zn > Mn > Cu in shoots T. officinale and the roots of P. lanceolata. Based on the enrichment factor, it was found that the studied species accumulated high amounts, of Zn and Cu, and the lowest amounts of Al. The mobility of the metals in studied tissues of medicinal plants changed in the order: Zn > Cu > Mn 143

14 > Al (U. dioica) and Zn > Mn > Cu > Al (T. officinale and P. lanceolata). Soils and medicinal plants from the Landscape Park Słupia Valley contained permissible content of Zn, Cu, Mn and Al in most samples, showing increased content of Zn and Cu in a few sites located on the roadsides. 144