METALE CIĘŻKIE W GLEBACH UTWORZONYCH Z UTWORÓW ALU WIALŃ Y CH I EOLICZNYCH OKOLIC WARSZAWY

Transkrypt

1 ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE T. XLVII SUPL. WARSZAWA 1996: BARBARA GWOREK, KRYSTYNA CZARNOWSKA METALE CIĘŻKIE W GLEBACH UTWORZONYCH Z UTWORÓW ALU WIALŃ Y CH I EOLICZNYCH OKOLIC WARSZAWY K atedra G leboznaw stw a SG G W w W arszaw ie WSTĘP I CEL PRACY W wyniku wieloletniego oddziaływania zanieczyszczeń miejskich na gleby zachodzą w nich początkowo niezauważalne zmiany, które z czasem prowadzą do ich chemicznego przekształcenia, a nawet do nagromadzenia szkodliwych składników zagrażających życiu roślin i zwierząt. Celem pracy było określenie ogólnej zawartości Mn, Zn, Cu, Cr, Pb i Fe w glebach różnie użytkowanych i usytuowanych na obrzeżach Warszawy oraz określenie zależności między wymienionymi składnikami a cechami pedogenicznymi gleb. Ponadto określono zawartość Mn, Zn, Cu i Fe w trawach i liściach drzew rosnących na badanym terenie. Przedstawione dane mogą być materiałem odniesienia do oceny wyników w tym zakresie otrzymanych w latach późniejszych. MATERIAŁ I METODY Do badań wytypowano gleby o naturalnym profilu usytuowane w granicach peryferyjnej gminy Warszawy-Białołęka Dworska oddalonej od centrum miasta około 10 km. Leży ona na starym tarasie Wisły utworzonym z utworów aluwialnych, które w części wschodniej uległy rozwydmieniu. Skład granulometryczny tych utworów jest bardzo zróżnicowany: od piasków luźnych wydmowych poprzez piaski słabo gliniaste i gliniaste, utwory pyłowe zwykłe i ilaste oraz utwory o składzie granulometrycznym glin i iłów [Konecka-Betley i in. 1982; Sprawozdanie ]. Badane profile glebowe zostały zlokalizowane w trzech kategoriach użytkowania gleb: leśne (profile 1-3, 8), orne (profile 4-6) i łąkowe (profile 7, 9, 10) - tabela 1. Ogólną zawartość metali ciężkich w glebach oznaczono w wyciągu 20% kwasu solnego po uprzednim spopieleniu substancji organicznej w 480 C. Materiał roślinny po wysuszeniu w 60 C i zmieleniu spopielono na sucho w temperaturze 480 C, a popiół rozpuszczono w kwasie solnym 1:1.

2 66 B. Gworek, К. Czarnowska W mineralizatach glebowych i roślinnych badane pierwiastki oznaczono techniką ASA. Analizę statystyczną przeprowadzono przy użyciu testu Tukey a. W YNIKI BADAŃ I DYSKUSJA Ogólną zawartość analizowanych pierwiastków w glebach oraz wskaźnik ich rozmieszczenia w poziomach genetycznych profilów glebowych w odniesieniu do skały macierzystej przedstawiono w tabeli 1, zaś w tabeli 2 podano średnią geometryczną zawartość pierwiastków w tych poziomach. Zawartość manganu w badanych glebach waha się od 12 do 770 mg/kg s.m. W glebach bielicowo-rdzawych pierwiastek ten wykazuje wyraźną akumulację w poziomach organicznych O. W poziomach tych jest 11- i 12-krotnie więcej manganu niż w skale macierzystej C. Podobnie w poziomach mineralno-organicznych A jest znacznie więcej manganu niż w skale macierzystej. Wskaźnik rozmieszczenia dla tych poziomów wynosi 6,25. W omawianym typie gleb zauważa się również tendencję do gromadzenia się manganu w poziomach BfeB v, a wskaźnik rozmieszczenia waha się w granicach 2,12-3,69. W glebach brunatnych właściwych wytworzonych z gliny lekkiej warstwowanej mangan wykazuje tendencję do akumulacji w charakterystycznych dla tego typu gleb poziomach brunatnienia Bbr bądź w poziomach próchnicznych (A). Wskaźnik rozmieszczenia manganu dla tych poziomów wynosi odpowiednio: 1,05-2,27 bądź 1,32-1,67. W analizowanych czarnych ziemiach wystąpiła również akumulacja manganu w poziomach próchnicznych i poziomie organicznym, a wskaźnik rozmieszczenia w tych poziomach wynosi 1,44-11,67 i 13,08. Średnią zawartość Mn [mg/kg s.m.] w badanych poziomach genetycznych można uszeregować następująco: Bbr (524) > A (230) > O (188) > С (105) > BfeBv (48) > D (26) Rozmieszczenie manganu w badanych profilach glebowych wykazuje następujące strefy koncentracji (na podstawie wskaźnika rozmieszczenia): poziom organiczny O, mineralno-organiczny A i brunatnienia Bbr. Oznacza to wpływ procesów glebotwórczych na rozmieszczenie manganu w badanych profilach glebowych. Zawartość manganu w glebach jest również związana z rodzajem skały macierzystej, o czym świadczy korelacja pomiędzy jego zawartością a ilością części spławialnych (tab. 3). Podobne zależności odnotowali: Czarnowska [1977, 1983]; Gworek i Degórski [1996]; Konecka-Betley i in. [1994]; Maciaszek [1983], Skłodowski i Maciejewska [1986], Szczubiałka [1978] oraz Tiller [1963]. Badane gleby wykazują zawartość cynku od 3 do 84 mg/kg s.m. Profilowe rozmieszczenie tego pierwiastka jest zbliżone do rozmieszczenia manganu. W glebach bielicowo-rdzawych największa koncentracja Zn przypada na poziomy organiczne O i mineralno-organiczne A. Poziomy organiczne badanych gleb wykazują od ponad 3- do 12-krotnie więcej cynku niż ich skały macierzyste C. Podobnie w glebach brunatnych i częściowo czarnych ziemiach zauważa się tendencję do biologicznej akumulacji cynku, a współczynnik jego nagromadzenia w poziomach próchnicznych A wynosi odpowiednio: 1,15-2,33 i 0,69-2,92.

3 Metale ciężkie w glebach aluwialnych i eolicznyh. 67 Ponadto w glebach bielicowo-rdzawych wystąpiła tendencja do koncentracji cynku w poziomach BfeBv; współczynnik nagromadzenia Zn w tych poziomach kształtuje się od 0,90 do 2,25. Średnią zawartość cynku [mg/kg s.m.] w badanych poziomach genetycznych można uszeregować następująco: O (54) > A (30) > Bbr (25) > С (22) > BfeBv (9) > D (6) Analiza statystyczna wykazała, że średnia zawartość cynku w poziomach organicznych jest istotnie wyższa niż w innych badanych poziomach genetycznych. Na podobną zależność wskazują badania gleb leśnych prowadzone przez Czarnowską i in. [1983], Gworek i Degórskiego [1996], Konecką-Betley i in. [1994] oraz Szczubiałkę [1978]. Niniejsze badania wskazują również na istotną korelację pomiędzy zawartością cynku a ilością części spławialnych (tab. 3). Wcześniej o tej zależności pisały Czarnowska [1977], Gałczyńska i Piotrowska [1972] oraz Gworek [1985]. Zawartość miedzi w rozpatrywanych glebach waha się w granicach 1,2-40,0 mg/kg s.m. W badanych profilach glebowych miedź wykazuje na ogół tendencję do akumulacji w poziomach organicznych O i mineralno-organicznych A, a współczynnik rozmieszczenia kształtuje się odpowiednio: 0,89-4,69 i 0,74-6,25. W glebach brunatnych wystąpiła najmniejsza tendencja do akumulacji Cu w poziomach próchnicznych. Skłodowski i Sapek [1977] uważają, że zjawisko to najwyraźniej występuje w glebach wytworzonych ze skał ubogich w glinokrzemiany. Wielu autorów wskazuje na poziom brunatnienia jako drugą strefę koncentracji miedzi [Czarnowska, Gworek 1987; Gworek 1985; Gworek, Degórski 1996; Tiller 1963]. Na podstawie przeprowadzonych badań trudno jest mówić o takiej strefie koncentracji, gdyż współczynnik rozmieszczenia miedzi kształtuje się na poziomie 0,96-1,27. Natomiast średnia zawartość Cu w poziomie Bbr jest istotnie najwyższa w porównaniu z zawartością tego pierwiastka w innych poziomach genetycznych. Pędobnie w poziomach BfeBv nie zauważa się tendencji do akumulacji miedzi. Średnia zawartość miedzi [mg/kg s.m.] w analizowanych poziomach genetycznych maleje w następującej kolejności: Bbr (10,7) > A (7,2) > O (6,2) > С (5,7) > D (2,4) > BfeBv (1,8) Profilowe rozmieszczenie miedzi w znacznym stopniu związane jest z zawartością części spławialnych, o czym świadczy obliczony współczynnik korelacji r - 0,637 (tab. 3). Są to zależności znane z literatury [Czarnowska 1977; Czarnowska, Gworek 1987; Gworek 1985]. W analizowanych glebach ilość chromu waha się od 2 do 48 mgkg" s.m. Najwięcej tego pierwiastka znajduje się w poziomach organicznych O i próchnicznych A badanych gleb. Współczynnik wzbogacenia w tych poziomach wynosi odpowiednio: 1,76-3,00 i 0,67-15,5. Z przeprowadzonych badań wynika, że chrom w profilach glebowych na ogół jest rozmieszczony równomiernie. Analizowane gleby brunatne charakteryzują się znacznie większą zawartością chromu w profilach glebowych niż gleby bielicowo-rdzawe. Wynika to ze składu granulometrycznego tych pierwszych. Obliczenia statystyczne potwierdzają wysoce istotną korelację (r = 0.926) pomiędzy zawartością Cr w glebach a ilością części spławialnych. Powyższe zależności przedstawiono we wcześniejszych pracach [Gworek, Degórski 1996; Konecka- Betley i in. 1994; Tjell, Hormand 1978].

4 TABELA 1. Ogólna zawartość pierwiastków śladowych i żelaza oraz skład granulom etryczny gleb TABLE 1. Total content of trace elem ents, iron and granulometric composition of soils Nr Poziomy Głębo Mn Zn Cu Cr Pb Fe % cząstek profilu * genet. kość A B** A В A В A В A В A В о 0 [mm] Profile Genetic Depth % of particles No HorizonS [cm] of 0 [mm] [mg/kg s>.m. - d.m.]1 [%] 1-0,1 0,1- <0,02 0, Gleby bielicowo-rdzaweî - Podzolized-rusty soils , ,40 1,6 0, ,00 6 3,00 0,30 1, A ,25 7 0,70 2,8 1,55 4 1,00 2 1,00 0,16 0, AEes ,00 8 0,80 2,4 1,33 4 1,00 2 1,00 0,16 0, BfeBv ,69 9 0,90 1,8 1,00 4 1,00 2 1,00 0,22 1, С , , , ,00 8,0 3, , ,00 0,38 2, A ,25 8 2,00 3,4 1,31 4 0,67 6 3,00 0,16 0, AEes ,00 6 1,50 3,6 1,38 8 1,33 2 1,00 0,16 0, BfeBv ,12 9 2,25 1,6 0,89 6 1,00 2 1,00 0,22 1, С > , , , ,00 9,2 4, , ,00 0,44 2, A , ,20 2,2 1,10 6 1, ,00 0,23 1, AEes ,25 7 1,40 1,4 0,70 4 1,00 4 2,00 0,19 1, BfeBv , ,00 2,0 1,00 4 1,00 2 1,00 0,26 1, С > , , B. Gworek, K. Czarnowska A* - ogólna zawartość pierwiastków - total content of elements; B** - wskaźnik rozmieszczenia obliczony ze stosunku zawartości pierwiastka w danym poziomie do jego zawartości w skale macierzystej - distribution index calculated on the basis of ratio of the element in the given horizon to its content in parent rock.

5 cd. tabeli 1 - Table 1 continued Gleby brunatne właściwe - Typical brown soils 4 A , ,68 8,7 0, ,44 9 1,50 0,96 0, Bbr , ,74 9,8 0, ,69 5 0,83 1,72 1, С , , D , , A , ,15 7,7 0, , ,00 0,77 0, Bbr , ,04 11,6 1, ,22 4 0,80 1,46 1, Ci , , A , ,33 1 1,0 1, , ,50 1,07 0, Bbr , ,00 1 0,4 1, ,13 6 1,50 1,90 1, Ci , , D , , Czarne ziemie właściwe - Proper black earths 7 A , ,92 7,5 6, , ,00 0,94 11, AC , ,25 6,2 5, , ,00 1,03 12, С , , О , ,30 10,8 4, , ,00 0,51 3, A ,44 8 0,69 2,0 0, Д7 6 3,00 0,18 1, Ci , , c , , A , ,69 19,1 1, , ,20 1,54 0, AC , ,71 40,0 2, , ,00 1,35 0, С , , A , ,31 9,3 1, , ,36 1,22 0, С , , D , , Metale ciężkie w glebach aluwialnych i eolicznych 69

6 70 В. Gworek, К. Czarnowska TA B ELA 2. Średnia zawartość pierwiastków śladowych i żelaza w poziom ach genetycznych badanych gleb TA BLE 2. M ean content of trace elem ents and iron in genetic horizons of investigated soils Poziom Mn Zn Cu Cr Pb Fe genetyczny Genetic horizon [mg/kg s.m. - of d.m.] [%] О ** 6, ** 0,39 А , ** 0,72 BfeBv 48 9 * 1,8 * 5* 2 0,23 Bbr 524** 25 10,7** 32** 5 1,64** С , ,78 D 26 6 * 2,4* 6 * 3 0,31 xg * - wartości istotnie niższe w stosunku do pozostałych poziomów genetycznych gleb - values significantly lower in relation to the remaining genetic horizons of soils; ** - wartości istotnie wyższe w stosunku do pozostałych poziomów genetycznych gleb - values significantly higher in relation to the remaining genetic horizons of soils. Średnia zawartość chromu [mg/kg s.m.] w poziomach genetycznych badanych gleb układa się w następującym szeregu: Bbr (32) > A (19) > С (16) > O (13) > D (6) > BfeBv (5) W badanych glebach zawartość ołowiu wahała się w granicach 2-32 mg/kg s.m. Rozmieszczenie ołowiu w profilach glebowych jest zbliżone do rozmieszczenia chromu. Największą jego koncentrację stwierdza się w poziomach organicznych O, w których jest od 3 do 12-krotnie więcej Pb niż w skale macierzystej C. Również w poziomach próchnicznych (A) odnotowuje się koncentrację tego pierwiastka, którego jest 1,5- do 11-krotnie więcej niż w skale macierzystej. Należy dodać, że skały macierzyste badanych gleb są bardzo ubogie w omawiany pierwiastek. Średnią zawartość ołowiu [mg/kg s.m.] w analizowanych poziomach genetycznych można uszeregować następująco: O (15) > A (13) > Bbr (5) >C (4) > D (3) > BfeBv (2) Akumulacja ołowiu w wierzchnich poziomach badanych gleb związana jest z jego antropogenicznym pochodzeniem. Podobne rozmieszczenie i ilości ołowiu w glebach podają i inni autorzy [Czarnowska i in. 1983; Gworek i Degórski 1996, Konecka-Betley i in. 1994]. Żelazo w analizowanych glebach bielicowo-rdzawych wykazuje tendencję do akumulacji w poziomach O i BfeBv. Wskaźnik rozmieszczenia w tych poziomach kształtuje się odpowiednio: 1,58-2,75 i 1,16-1,62. Natomiast w glebach brunatnych właściwych najwięcej żelaza obserwuje się w poziomach Bbr charakterystycznych dla tego typu gleb, a wskaźnik rozmieszczenia Fe w tych poziomach wynosi 1,31-1,67. W czarnych ziemiach największa koncentracja żelaza przypada na poziomy próchniczne bądź skałę macierzystą. Występowanie żelaza w badanych glebach wykazuje wysoce istotną korelację (r = 0,842) z ilością części spławialnych. Średnia zawartość Fe [%] w analizowanych poziomach genetycznych tworzy następujący szereg:

7 Metale ciężkie w glebach aluwialnych i eolicznyh. 71 TA BELA 3. Korelacja między zaw artością pierwiastków śladowych i żelaza a ilością części < 0, 0 2 mm TABLE 3. Coefficients of correlation between the total content of trace elem ents, iron and particles < 0, 0 2 mm Mn Zn Cu Cr Pb Fe 0 < mm 0,431* 0,502* 0,637* 0,926** -0,124 0,842** * - P = 0,05; * * - P = 0,01 Bbr (1,64) > С (0,78) > A (0,72) > О (0,39) > D (0,31) > BfeBv (0,23) Na podstawie przedstawionych wyników analiz można wyrazić pogląd, że gleby znajdujące się na obrzeżach północno-wschodniej części Warszawy wykazują naturalną zawartość badanych metali ciężkich. Również naturalne zawartości Mn, Zn, Cu i Fe zawierają trawy i liście drzew rosnące na badanym terenie (tab. 4). TABELA 4. Zawartość Fe, Mn, Zn i Cu w roślinach TA BLE 4. Content of Fe, Mn, Zn and Cu in plants Roślina Plant Mn Zn Cu Fe mg/kg s.m. - d.m.l Trawa - Grass pokos I - cut I , pokos II - cut II ,7 194 Quercus roburl , Tilia cordata Mill ,0 321 Betula verrucosa Ehrh ,2 461 Ainus glutinosa L ,6 364 WNIOSKI 1. Naturalne zawartości Mn, Zn, Cu, Cr, Pb i Fe stwierdzono w profilach glebowych usytuowanych na północno-wschodnich obrzeżach Warszawy. Średnia zawartość tych pierwiastków wynosi odpowiednio: 160, 22, 5.0, 14 i 8 mg/kg s.m. oraz 0,62%. W trawach i liściach drzew rosnących na tym terenie również stwierdzono naturalne zawartości Mn, Zn, Cu i Fe. 2. W poziomach brunatnienia odnotowano istotnie udowodnioną akumulację Mn, Cu, Cr i Fe, w poziomach organicznych - Zn i Pb, a mineralno-organicznych tylko Pb. 3. W poziomach genetycznych BfeBv charakterystycznych dla gleb bielicowordzawych obserwuje się istotne zubożenie w Zn, Cu i Cr. 4. Analiza statystyczna udowodniła istotną dodatnią zależność między zawartością Mn, Zn, Cu, Cr i Fe w badanych glebach a ilością części spławialnych.

8 72 В. G w orekк. Czarnowska LITERATURA CZARNOWSKA К. 1977: Zawartość metali ciężkich w glebach płowych Wysoczyzny Siedleckiej. Zesz. Nauk. SGGW-AR, Roln. 16: CZARNOWSKA K. 1983: Wpływ skały macierzystej na zawartość metali ciężkich w glebach. Zesz. Prob. Post. Nauk Roi. 242: CZARNOWSKA K., GWOREK B. 1987: Metale ciężkie w niektórych glebach środkowej i północnej Polski. Rocz. Glebozn. 38, 3: GAŁCZYŃSKA B., PIOTROWSKA M. 1972: Zawartość pierwiastków śladowych w niektórych glebach powiatu Piaseczno. Pam. Pul 53: GWOREK B. 1985: Pierwiastki śladowe (Mn, Zn, Cr, Cu, Ni, Co, Pb i Cd) w glebach uprawnych wytworzonych z glin zwałowych i utworów pyłowych północno-wschodniego regionu Polski. Cz. II. Ogólna zawartość pierwiastków śladowych w glebach wytworzonych z glin zwałowych. Rocz. Glebozn., 36, 2: GWOREK B., DEGÓRSKI M. 1996: Przestrzenne i profilowe rozmieszczenie pierwiastków śladowych i żelaza w glebach zbiorowisk borowych. Rocz. Glebozn. (w druku). KONECKA-BETLEY K., CZARNOWSKA K., CZERWIŃSKI Z., JANOWSKA E., KĘPKA M., PRACZ J., RUSSEL S. 1982: Uwarunkowania glebowe do projektu zespołu osiedli mieszkaniowych w Białołęce Dworskiej w Warszawie. Człowiek i Środowisko 6, 3-4: KONECKA-BETLEY K., CZĘPIŃSKA-KAMIŃSKA D., JANOWSKA E. 1994: Właściwości fizykochemiczne gleb w Kampinoskim Parku Narodowym (stan na rok 1991). (W:) Prognozowanie przemian właściwości komponentów środowiska przyrodniczego. Wyd. Fundacja Rozwój SGGW, Warszawa: MACIASZEK W. 1983: Mikroelementy (Mn, Zn, Cu, В i Mo) w glebach leśnych wytworzonych ze skał tliszu karpackiego. Rocz. Glebozn. 34, 3: SKŁODOWSKI P., MACIEJEWSKA A. 1986: Pierwiastki śladowe w glebach rdzawych wytworzonych z piaskowców triasowych. Rocz. Glebozn., 37, 1 : SKŁODOWSKI P., SAPEK A. 1977: Rozmieszczenie Fe, Zn, Mn, Cu, Co, Ni, Pb i Cd w profilach czarnoziemów leśno-stepowych. Rocz. G le b o z n 28, 1 : SPRAWOZDANIE z tematu: Wpływ zabudowy mieszkaniowej i usługowej na właściwości gleb, wód i roślin - eksperyment Białołęka Dworska za lata wykonanego w ramach programu rządowego PR -5, SGGW-AR, Warszawa, (maszynopis). SZCZUBIAŁKA Z. 1978: Badania nad rozmieszczeniem Al, Fe, Mn, Zn i Cu w glebach leśnych pod drzewostanami sosnowymi. Rocz. Glebozn. 29, 3: TILLER K.G. 1963: Weathering and soil formation on dolerite in Tasmania with particular reference to several trace elements. Austr., J. Soil Res., 1: TJELL J. CHR., HORMAND M.S. 1978: Metal concentrations in Danish arable soils. Acta Agric. Scand, 28, 1:

9 Metale ciężkie w glebach aluwialnych i eolicznyh B. GWOREK, K. CZARNOWSKA HEAVY METALS CONTENT IN ALLUVIAL AND DUNE SOILS FROM WARSAW ENVIRONS D epartm ent o f Soil Science, W arsaw A gricultural U niversity SUMMARY The investigated total contents and distribution of Mn, Zn, Cu, Cr and Fe, in the soils located in the north-easthern district of Warsaw enviroment was undertaken. The results of investigation in podzolized-rusty soils, typical brown soils and black earth indicates the natural content of heavy metals. The distribution of elements in the profiles of soils can be alluded to the process of soils formation and its loamy parts. Dr hab. Barbara Gworek Katedra Gleboznawstwa SGGW Warszawa, ul. Rakowiecka 26/30

10