PRZEZ R O Ś L IN Y Z G LE B Y

Transkrypt

1 R O C Z N IK I G L E B O Z N A W C Z E, T. X X X I, N R 3/4, W A R S Z A W A 1980 c z e s ł a w Św i ę c i c k i W P Ł Y W K A D M U N A PO B IE RANIE S K Ł A D N IK Ó W P O K A R M O W Y C H PRZEZ R O Ś L IN Y Z G LE B Y Instytut Gleboznawstwa S G G W -A R w Warszawie Rola kadmu w pobieraniu składników pokarmowych nie jest całkowicie wyjaśniona. Zdaniem wielu autorów rośliny wykazują znaczną tolerancję w stosunku do stężenia składników pokarmowych i metali ciężkich, ale ich wzajemne zależności nie są całkowicie wyjaśnione. Sprawa ta nie jest obojętna również dla zwierząt. W pracy tej badano pobieranie metali ciężkich przez rośliny zielne, głównie jednoliścienne: żyto i trawy, oraz częściowo dwuliścienne, w strefie zanieczyszczenia środowiska w zasięgu fabryki włókien sztucznych. W szczególności zwrócono uwagę na pobieranie N, P i S oraz metali ciężkich, a także na ich wzajem ny stosunek w wymienionych roślinach. M A T E R IA Ł I M E T O D Y K A B A D A Ń Badanie wykonano na terenie znajdującym się w promieniu 2 km Tabela? Zawartość niektórych m otali c ię ik ic h w badanych glebach Content of some heavy metale in the s o ils investigated Nr p r o f ilu P r o f ile N o. Głębokość Depth ш Cu Zn I Fb I cr j Cd Fe A l ppm % Skład mechaniczny Mechanical com position 1 Ap 0,10-0, ,0 0,82 2,02 glp - s ilt y loam A 3 0,30-0, ,0 3,82 2,96 p ł - s i l t B /C 0,55-0, ,0 1,27 2,36 glp - s ilt y loam 8 Ap 0,05-0, ,0 0, peg - slig h tly loamy sand /Б/ 0,30-0, ,0 1,28 1,44 pglp - s ilt y lig h t loamy sand B/C 0,65-0, ,0 1,02 1,70 psg - slig h tly loamy sand D 0,90-1, ,0 1,20 1,27 psg - s lig h t ly loamy sand 10 Ap 0,05-0, ,0 0,28 1,00 psg - slig h tly loamy sand В 0,30-0, ,0 0,30 1,00 psg - slig h tly loamy sand С 1,00-1, ,0 0,15 0,77 p i - loose sand

2 282 С. Święcicki od fabryki włókien sztucznych. Stwierdzono w glebach miejscami znaczną zawartość kadmu, bo do 460 ppm (tab. 1). W porównaniu z różnymi doniesieniami inwentaryzacyjnym i [2, 4] stanowi to ilość dotychczas nie spotykaną na terenie naszego kraju. Próbki roślin pobrano w lipcu 1976 r. i przeanalizowano na zawartość N, P, S i metali ciężkich. N a stępnie obliczono współczynniki korelacji poszczególnych pierwiastków dla roślin zawierających kadm i dla tych, które go nie zawierają. Cu i Zn oznaczano metodą A S A na aparacie Perkin-Elmer-300, P kolorym etrycznie z żółcienią wanadową, N - N 0 3 elektrodą selektyw ną na aparacie firm y Orion, Cd i Pb po skompleksowaniu fazy organicznej, S nefelometrycznie po spopieleniu w 450 C, N metodą Kjeldahla. Badania przeprowadzono w uprawnych glebach płowych, brunatnych, rdzawych i madach. O M Ó W IE N IE W Y N IK Ó W Największa zawartość kadmu (tab. 1 ) w wierzchnich poziomach ornych była w glebach płowych wytworzonych z glin pylastych (analizy wykonano 2 razy). Mady brunatne wytworzone z piasków gliniastych zawierały go znacznie mniej, natomiast w glebach rdzawych w ytw orzonych z piasków słabo gliniastych kadmu nie stwierdzono. Ilość kadmu malała w profilu wraz z głębokością. Zawartość Cu i Zn była zbliżona, co wystąpiło przypuszczalnie wskutek imisji przemysłowej. Wskazuje na to zawartość Cu w glebach poddanych imisji i nią dotkniętych [3]. Miedzi było najwięcej w poziomach wierzchnich A p, natomiast Zn, Pb, Fe i A l w warstwie pyłowej A 3, co wskazywałoby na wcześniejszą imisję. Potwierdzają to współczynniki koncentracji: dla miedzi od 4,73 do 1,14, dla Zn od 1,27 do 1,17, dla Pb od 1,67 do 1,0. Ilości oznaczanych metali były znacznie wyższe niż w glebach nie znajdujących się pod wpływem emisji przemysłowej [2, 3]. W znacznym stopniu przemieścił się miejscami Cd. W zasadzie wszystkie metale ciężkie były przemieszczone w głąb profilów. W warunkach skażenia środowiska trudno doszukiwać się zależności między ilością części ilastych i zawartością badanych metali, tym niemniej w glebach piaskowych słabo gliniastych widoczne jest intensywniejsze wymywanie. Zależnością pobierania składników pokarmowych od zawartości metali ciężkich zajmowali się liczni autorzy [1, 4, 5, 7, 8 ]. Stwierdzono na przykład, że wzrost stężenia Zn i Cu w pożywce ograniczał pobieranie Cd przez trawę. Natomiast dodatek Pb zwiększał pobranie kadmu przez trawę [5]. Lagerwerff i Bierstdorf [4] podają, że istnieje antagonizm między cynkiem i kadmem przy pobieraniu przez rzodkiewkę. Natomiast w roślinach o znacznej zawartości kadmu nastąpiło zwiększenie molarnego stosunku w następującej kolejności: Cd/Zn > Cd/Cu > > Cd/Fe, co wskazywałoby, zdaniem autorów, na większe gromadzenie

3 Chemia gleby 283 żelaza i miedzi niż cynku w roślinach w warunkach znacznego pobierania kadmu. Rośliny z grupy, która zawierała 'kadm, pobrały więcej poszczególnych składników mineralnych w stosunku do suchej masy niż rośliny, które nie zawierały kadmu, co może być związane z obniżeniem się plonu biolnasy (tab. 2 i 3). Średnio można przyjąć, że stosunki molowe Cd do innych metali ciężkich ustaliły się dla roślin w następującym szeregu: Cd/Pb > Cd/Cu > Cd/Zn > Cd/Fe. W stosunku do mola kadmu zostały pobrane przez rośliny następujące ilości metali: F e-t > Z n -r-8 6 > C u -M 3 > P b -M «C d -^ l. Natomiast te same rośliny pobrały średnio N-i-23, P-M,4, S-r-1. W y stąpiły znaczne zawartości azotu w niemotylkowych (do 3,31%) oraz małe różnice między P i S. Średnio szereg pobrania ilości metali ciężkich w stosunku do ołowiu, którego rośliny pobrały również tak, jak w warunkach obecności kadmu, c zyli najmniej, przedstawia się w molach następująco: a dla makroelementów Fe-^192>Zn-T-53>Cu-T-9>Pb-r-l N -^ 2 0 > P -M,6 > S -M Przedstawione średnie szeregów nie wyjaśniają jednak całkowicie roli kadmu w pobieraniu poszczególnych elementów. W celu wyjaśnienia współdziałania lub przeciwdziałania różnych badanych elementów składowych biomasy obliczono współczynniki korelacji pobierania tych składników przez poszczególne rośliny (tab. 4 i 5). Należy zaznaczyć, że rośliny zostały zebrane w jednym czasie, tj. na początku lipca, i w e getowały w jednakowych warunkach atmosferycznych [7]. Jeśli kadm nie występował w roślinach, najczęściej istotną korelację stwierdzano między miedzią i wszystkimi elementami, z wyjątkiem ołowiu. Cynk korelował istotnie tylko z miedzią, podobnie żelazo. Dodatnia korelacja wystąpiła między makroelementami: N ogółem i P oraz S, N -N 0 3 i P. W przypadku obecności kadmu liczba skorelowanych przypadków w badanych roślinach zmniejszyła się 2,5 raza. Miedź korelowała tylko z azotem, natomiast Zn z Fe i Pb oraz azot z fosforem. Kadm nie korelował istotnie z żadnym z pierwiastków bezpośrednio, natomiast sprzyjał pośrednio pobieraniu Fe i Zn w obecności Pb. Wystąpił pewien w pływ kadmu na stymulujące działanie miedzi w stosunku do fosforu i siarki oraz tendencja do pobierania żelaza i cynku, ale nieistotna. W wyniku takich stosunków zostają zakłócone procesy wzrostu. Nie tylko zmianowanie i nawożenie [6 ], które mają w pływ na pobieranie składników pokarmowych, ale również zawartość metali ciężkich, a w szcze-

4 Nazwa - S p e c ific a tio n D z ia ł dren arski D z ia ł dren arsk i Drainege sector D zia ł dren arsk i D zia ł dren arsk i D z ia ł dren arski Powierzchnia w ha Powierzchnie i użytkowanie gruntów oraz odpływy roczne w m^/ha ze zlew n i Bartąg w la ta c h hydrologicznych 1974/ /78 Area and u t iliz a t io n o f s o i ls and annual ou tflow in m^/ha from the B artąg catchment Area in ha a rea in h y d ro lo g ic a l years 1974/ /78 G leba i użytkowanie. S o il and i t s u t i liz a t io n 8,0 Gleby c ię ż k ie. Grunty orne i u żytk i zielo n e Heavy s o ils. Arable lands and grasslands 6,6 Gleby c ię ż k ie. Grunty orne i u żytk i zie lo n e Heavy s o ils. Arable lands and grasslands 2,0 Gleby c ię ż k ie. Grunty orne i użytk i zielo n e Heavy s o ils. Arable lands and grasslands 3,9 Gleby c ię ż k ie. Grunty orne i u żytki zie lo n e Heavy s o ils. Arable lands sind grasslands 11,2 Gleby c ię ż k ie. Grunty orne i u żytk i z ielo n e Heavy s o ils. Arable lands and grasslands Odpływy w la ta ch hydrologicznych Outflows in h ydrological years 1974/ / / / / / c - Święcicki D zia ł dren arsk i D zia ł drenarski D zia ł dren arski Rów dopływowy Leading in dutch Rów odpływowy ze zlewni całkowite j Leading out ditch from the t o ta l catchment area 15,3 Gleby le k k ie. Użytki zielo n e Light s o ils. Grasslands 4,7 Gleby le k k ie. Grunty orne Light s o ils. Arable lands 8,0 C-leby le k k ie. Grunty orne Light s o ils. Arable lands 72,8 Gleby c ię ż k ie. Grunty orne Heavy s o ils. Arable lands 460,0 Gleby c ię ż k ie, średnie i le k k ie. Grunty orne i użytki zie lo n e Heavy, medium and lig h t? o ils. Arable landa and /ггг.озlands

5 Chemia gleby 285 Zawartość niektórych m e ta li c ię żkic h oraz N, P i S w ro ślin a ch n ie zaw ierających Cd / ^ 0,05 ppm/ Content o f some heavy metals and N, P, S la Cd -free plants / < ppm/ Tabela 3 R o ślin a Plan t Cu Zn Fe Pb Cd N-N03 ^ogółem T o ta l N ppm % P S Żyto wykłoszone 4,8 36,2 137,5 1,400 0, ,84 0, Eared rye 5,6 26,0 142,1 82,0 0, ,08 0,32 0,14 8,8 43,5 131,2 3,2 0, ,15 0,26 0,29 Różne trawy ,2 181,2 2,1 0, ,44 0,36 0,24 Various gra sses 8,4 52,5 158,7 2,0 0, ,49 0,34 0, ,5 156,2 3,5 0, ,57 0,40 0,35 Żyto wykłoszone 5,2 33,2 142,5 3,2 0,05 31,5 0,92 0,21 0,09 Eared rye 4,4 58,7 98,7 3,7 0,05 16,0 0,79 0,19 0,13 Różne trawy 8,0 23,7 93,7 1,5 0,05 500,0 3,51 0,42 0,19 Variou s g ra sses Żyto wykłoszone 3,4 40,2 65,0 2,7 0,05 41,5 0,77 0,21 0,08 Eared rye z 6,97 42,27 130,72 2,53-129,8 1,728 0,293 0,186 T a b e l a 4 Y/spółczynr.iki k o ro l& c ji między metalami ciężkim i i N, P i S w warunkach nieobecności kadmu w ro ślin a c h / ^ = 0,05/ K o re la c ja isto tn a podkreślona C orrelation co e ffic ie n ts between heavy metal3 and N, P, S at a lack o f cadmium in plants / О Ç = 0.05/ S ign ifican t concentration underlined W yszczególnienie S p e c ific a tio n Zn Fe Pb Nogółem T o ta l N N-N03 P S Cu ,030 o,8? Zn 0,430 0,527-0,0 3-0,0 4 0,070 0,388 Fe 0,024 0,357 0,345 0,454 0,479 Pb -0,176-0,418-0,370 0,182 TT ogołem T o ta l N ,388 N-N P 0,70?

6 286 С. Święcicki W spółczynniki k o r e la c ji między metalami ciężkim i i N, P i S w obecności kadmu w ro ślin a c h / bc = 0,05/ K o re la c ja isto tn a podkreślona C o rre la tio n c o e ffic ie n t s betv/een heavy m etala and N, P, S at presence o f cadmium in plaints / oc / S ign ifican t correlation underlined Tabela 5 W yszczególnienie S pecification Zn Fe Pb Cd ^ogółem T o tal N N-NO 2 P S Cu 0,600 0,657-0,257-0, ,714 0,486 0,043 Zn 0«943 0,829 0,600 0,600 0,036 0,600 0,629 Fe 0,480 0,660 0,660 0,286 0,660 0,543 Pb 0,130 0,257-0,029-0,029-0,029 Cd -0,200-0,143 0,090-0,200 ^ogółem T o ta l N n- n o5 P 0, ,743 0,771 0,714 0,771 gólności kadmu, wpływa pośrednio na pobieranie i asymilację składników odżywczych. W N IO S K I 1. Kadm pobrany z gleby przez rośliny zielne nie korelował istotnie (a = 0,05) ilościowo z żadnym z badanych pierwiastków, natomiast powodował wzrastanie koncentracji składników mineralnych. 2. W obecności kadmu zwiększyła się istotnie rola cynku w pobieraniu przez rośliny zielne Fe i Pb. 3. Obecność kadmu przyczyniła się istotnie do zakłócenia metabolizmu oraz do niewystąpienia istotnej korelacji w życie, trawach i roślinach dwuliściennych między N, P i S, co miało miejsce, gdy kadmu nie było. 4. W przypadku występowania kadmu istotnie zmniejszył się wpływ miedzi na pobieranie N, P i S oraz Zn i Fe. L IT E R A T U R A [1] Chers hire M. V., De Kock P. C., Ink son R.H.E.: Factor effecling the copper content of oats grown in peat. I. Sei. Fd. Agric. 18, 1967, [2] Czarnowska K.: Kadm w glebach okolic Warszawy. Rocz. glebozn. 29, 1978, 1, [3] Dobrzański B. i in.: Typologia i właściwości gleb w ytw orzonych z gliny zw ałow ej zlodowacenia środkowopolskiego. Rocz. Nauk roi. M onografie, t. 151, s [4] К a b a t a-p e n d i a s A.: W pływ składu chemicznego roztworu glebowego na

7 Chemia gleby 287 zawartość m akro- i m ikroelem entów w zbożach. Rocz. glebozn. 26, 1975, 3, [5] Kabata-Pendias A., Bolibrzuch E.: Zawartość m etali ciężkich w B rom u s u n io lo id e s. Rocz. Nauk roi. 1976, 101, 4-A, [6] Mercik S.: Zawartość składników mineralnych w roślinach w zależności od nawożenia i zmianowania. Rocz. glebozn. 20, 1969, [7] Niklewski M.: Działanie miedzi, molibdenu i boru na plony roślin na tle czynników ekologicznych. Rocz. glebozn. 23, 1972, 2, [8] O 1s e n S. R.: Macronutrient interactions. Micronutrients in Agriculture. Proc. Symp. Alabana, 1972, С В ЕН Ц И Ц КИ В ЛИ ЯН И Е К А Д М И Я Н А УСВОЕНИЕ П И Т А Т Е Л Ь Н Ы Х Э ЛЕМ ЕН ТО В Р А С Т Е Н И Я М И ИЗ П О Ч В Ы Институт почвоведения, Варшавская сельскохозяйственная академия Резюме В работе рассматривается влияние кадмия на усвоение различных минеральны х элементов биомассы в условиях загразнения земледельческой среды. Вычислены были коэффициенты корреляции (а = 0,05) для отдельных химических элементов содержащихся в травах, ржи и в некоторых двудольных растениях. Установлено, что кадмий непосредственно не вы являл наличия существенной корреляции ни с одним из химических элементов, однако в присутствии кадмия повысилась концентрация минеральных элементов. В присутствии кадмия существенно увеличилось влияние. Pb на усвоение растениями Fe и Zn. Присутствие кадмия способствовало нарушению обмена веществ и не появилась существенная корреляция во ржи, травах и в двудольных растениях между N, Р, и S, что имело место в случае отсутствия кадмия. При наличии кадмия существенно понизилось влияние меди на усвоение N, P, S, Zn и Fe. с. Ś W IĘ C IC K I EFFECT OF C A D IU M ON TH E A S S IM IL A T IO N OF N U T R IE N T S FR O M S O IL B Y P L A N T S Department of Soil Science, W arsaw Agricultural University Summary Г he cadmium effect on the assimilation of various mineral elements их biomass under the agricultural production conditions is presented. Correlation coefficients (a =0.05) for particular elements in grasses, rye and some dicotylédones w ere calculated.

8 288 С. Święcicki It has been found that cadmium had no direct relationship with any of the elements, w hile in the presence of cadmium an increase of the concentration of mineral elements took place. In the presence of cadmium significantly increased the effect of zinc on the Fe and Pb assimilation. The presence of this element significantly contributed to a disturbance of the metabolism, as no correlation between N, P and S in rye, grasses and dicotylédones was observed, whereas no disturbance occurred at its lack. The presence of cadmium resulted in a significant decrease of the copper effect on the assimilation of N, P, S, Zn and Fe. Pro/, d r Czeslaw Święcicki Instytu Gleboznaw stwa A R Warszawa, ul. Rakowiecka 26

9 ERRATA W num erze 3/4 tom u 21 z w in y drukarni zam ienione zostały w dwu pracach tabele nr 2. M ianow icie na str. 265 w ydrukow ano tabelę, która pow inna się znaleźć na str. 284, a tabela ze str. 284 ma sw oje m iejsce na str Przepraszam y R e d a k c ja