Aleksandra Bielicka*, Ewa Ryłko*, Irena Bojanowska* ZAWARTOŚĆ PIERWIASTKÓW METALICZNYCH W GLEBACH I WARZYWACH Z OGRODÓW DZIAŁKOWYCH GDAŃSKA I OKOLIC

Transkrypt

1 Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych nr 4, 29 r. Aleksandra Bielicka*, Ewa Ryłko*, Irena Bojanowska* ZAWARTOŚĆ PIERWIASTKÓW METALICZNYCH W GLEBACH I WARZYWACH Z OGÓW DZIAŁKOWYCH GDAŃSKA I OKOLIC CONTENTS OF METALS IN SOILS AND VEGETABLES FROM GDANSK AND STRASZYN ALLOTMENTS Słowa kluczowe: metale ciężkie, ogródki działkowe, zanieczyszczenie gleb. Key words: heavy metals, allotments, soil pollution. Heavy metals contaminated of soils are absorbed by plants and take place their biomagnification in a food chain. Allotments are very often situated in the city centre and in areas under strong pressure of an anthropogenic factor near industrial plants and roads. The aim of investigation was estimate of heavy metals content in soils and vegetables grown in allotment gardens in Gdańsk and Straszyn. In soils and vegetables content of Cu, Ni, Fe, Zn, Mn, Cd, Cr, Pb were determined using FAAS and Hg by CV-AAS methods. 1. WPROWADZENIE Spośród różnorodnych zanieczyszczeń środowiska na szczególną uwagę zasługują pierwiastki metaliczne. Obecnie obserwuje się duży wzrost ich stężenia w roślinach uprawnych, a w konsekwencji w żywności, będący skutkiem przede wszystkim ich niekontrolowanych emisji przez zakłady przemysłowe oraz wciąż rozwijającą się motoryzację. Metale, które przenikają z tych źródeł do gleby, wody i powietrza stanowią bezpośrednie zagrożenie dla zdrowia człowieka, powodując wiele chorób cywilizacyjnych. Wpływ tych zanieczyszczeń jest znaczny, ponieważ organizmy reagują silnie zarówno na ich niedobór, jak i nadmiar oraz zachwianie wzajemnej ich proporcji. Pierwiastki śladowe są niezbędne do prawidłowego funkcjonowania organizmu człowieka, ale tylko jeśli występują w odpowiedniej ilości. Przekroczenie dopuszczal- * Dr Aleksandra Bielicka, mgr Ewa Ryłko i dr Irena Bojanowska Zakład Inżynierii Środowiska, Wydział Chemii, Uniwersytet Gdański, ul. Sobieskiego 18/19, Gdańsk, tel.: ; rylko@chem.univ.gda.pl 29

2 Aleksandra Bielicka, Ewa Ryłko, Irena Bojanowska nych dawek poszczególnych pierwiastków może mieć bardzo negatywny wpływ na organizm. Zalecane dzienne dawki spożycia przykładowych metali przez człowieka o masie ciała 7 kg, ustalone przez Światową Organizację Zdrowia (WHO), wynoszą: cynk (Zn) 15 mg/dzień, żelazo (Fe) 1 15 mg/dzień, mangan (Mn) 2,5 6 mg/dzień, miedź (Cu) 1,5 4 mg/dzień, chrom (Cr) 5 2 µg/dzień, nikiel (Ni) µg/dzień. Metalami, które nie odgrywają żadnych pozytywnych funkcji w organizmie są: rtęć, ołów i kadm, jednak ich bezpieczna dawka spożycia dla człowieka o masie ciała 7 kg według WHO wynosi: rtęć (Hg) 4 5 µg/dzień, ołów (Pb) µg/dzień, kadm (Cd) µg/dzień [Kabata-Pendias 1999]. Metale w zbyt wysokim stężeniu są niebezpieczne dla organizmów żywych, ponieważ mogą się akumulować w organizmie, a gromadzenie tych składników jest zazwyczaj szybsze, niż ich degradacja lub wydalanie. Pierwiastki metaliczne obecne w organizmie w nieprawidłowych proporcjach mogą prowadzić do poważnych komplikacji w prawidłowym funkcjonowaniu poszczególnych narządów, powodując często nieodwracalne skutki. Z roślin uprawnych warzywa wykazują największe możliwości magazynowania pierwiastków metalicznych zarówno przez pobieranie z gleby, jak i bezpośrednio z opadu suchego lub mokrego przez części nadziemne. W przypadku warzyw przeznaczonych do bezpośredniej konsumpcji większość osadzonych na powierzchni metali można usunąć przez ich mycie, jednak metale pobrane przez korzenie zostają wbudowane w tkanki roślinne przez co mogą być źródłem zagrożenia dla ludzi. Należy zatem kontrolować zawartość tych pierwiastków w glebach oraz częściach użytkowych roślin (ziarno, bulwy, nasiona i korzenie), po to, aby poprzez odpowiednie zabiegi agrotechniczne, np. wapnowanie czy stosowanie nawozów naturalnych i organicznych, zapobiec ich przedostawaniu się do kolejnych ogniw łańcucha troficznego [Alloway 1999, Kabata-Pendias 1999]. Współcześnie dużym zainteresowaniem cieszy się prowadzenie ogrodów należących do rodzinnych ogrodów działkowych (). W Polsce ponad 9% ogrodów działkowych znajduje się w miastach. Rozluźniają one zwartą budowę, ułatwiają przepływ powietrza, dostarczają tlenu, a w ich pobliżu tworzy się charakterystyczny mikroklimat. Rodzinne ogrody działkowe są terenami zieleni, o urozmaiconym składzie gatunkowym i strukturze. Korzyści płynące z prowadzenia ogrodu działkowego to oprócz wypoczynku również zbieranie plonów. Zanieczyszczenie biosfery metalami ciężkimi wpływa jednak niekorzystnie na wartość odżywczą otrzymanych w ten sposób warzyw. Ponadto zwiększone zawartości metali ciężkich w glebie stwarzają realne niebezpieczeństwo przedostania się ich do 21

3 Zawartość pierwiastków metalicznych w glebach i warzywach z ogrodów działkowych... roślin, co w konsekwencji oznacza włączenie metali do łańcucha troficznego ekosystemu. Pierwiastki te mogą zagrażać zdrowiu ludzi i zwierząt. W pracy zaprezentowano wyniki przeprowadzonych badań oceny stopnia zanieczyszczenia metalami ciężkimi gleb i warzyw uprawianych w rodzinnych ogródkach działkowych. 2. MATERIAŁY I METODY Przedmiotem badań prezentowanej pracy były wierzchnie warstwy gleb ( 2 cm) oraz rośliny w stadium dojrzałości konsumpcyjnej z terenu sześciu kompleksów działkowych, zlokalizowanych w różnych częściach miasta Gdańska (5 ) oraz w Straszynie k/gdańska (1 ). W zależności od wielkości kompleksu próby gleb zbierano z 3 11 indywidualnych działek. Łącznie zebrano 33 próby gleb i 11 prób roślin. Reprezentatywne próby gleb i roślin z poszczególnych działek poddano niezależnej analizie fizykochemicznej. Próby zebrano w okresie letnim (VII IX) 28 r. Powietrznie suche próby gleb i roślin homogenizowano w moździerzu i przechowywano w temperaturze pokojowej do czasu analizy. W celu scharakteryzowania właściwości fizykochemicznych wierzchnich warstw badanych gleb, w powietrznie suchym materiale oznaczono odczyn gleby oraz zawartość substancji organicznej. Analiza ilościowa pierwiastków metalicznych: Cr, Cu, Cd, Pb, Ni, Fe, Mn, Zn w próbach gleb i roślin została poprzedzona mineralizacją na mokro, z wykorzystaniem stężonego kwasu azotowego(v) oraz 3% H 2 O 2. Zawartość wymienionych wyżej pierwiastków oznaczono metodą atomowej spektrometrii absorpcyjnej w płomieniu acetylen-powietrze (FAAS). Zawartość rtęci oznaczono bezpośrednio w powietrznie suchej masie gleb i roślin metodą absorpcyjnej spektrometrii atomowej z generowaniem zimnych par (CV-AAS) [Ryłko 29]. 3. WYNIKI BADAŃ W tabeli 1 przedstawiono wyniki analiz fizykochemicznych badanych gleb. Tabela 1. Właściwości fizykochemiczne badanych gleb Table 1. Physicochemical properties of investigated soils Ogród działkowy Odczyn wartość ph (H 2 O) Zawartość substancji organicznej [% s.m.] zakres średnia zakres średnia Gdańsk-Matarnia 7,1 7,9 7,5 4,1 7,3 5,8 Gdańsk-Zaspa 7,3 7,9 7,6 7,4 16,4 12,5 Gdańsk-Wrzeszcz 7,3 7,5 7,4 2,6 7,5 4,5 Gdańsk-Stogi 7,2 7,6 7,4 4,8 7,8 6,5 Gdańsk-Owczarnia 7,1 7,6 7,4 3,3 8,8 5,8 Straszyn 7,6 8,1 7,8 2,7 7, 4,3 211

4 Aleksandra Bielicka, Ewa Ryłko, Irena Bojanowska Badane gleby wykazywały odczyn zasadowy. Wartość ph była zbliżona we wszystkich badanych kompleksach działkowych i wynosiła średnio od 7,4 do 7,8. Odczyn zasadowy może wynikać z prowadzonych na terenie ogródków działań agrotechnicznych, przede wszystkim wapnowania. Ze względu na ocenę zanieczyszczenia gleb metalami ciężkimi taki układ jest korzystny, ponieważ metale występują w formach o mniejszej dostępności dla roślin, a pośrednio także dla człowieka. Zawartość substancji organicznej jest zróżnicowana w obrębie poszczególnych kompleksów działkowych. Jej zawartość wynosiła od 2,6 do 16,4%. Wahania zawartości substancji organicznej nawet w obrębie jednego kompleksu ogródków wynikać mogą ze sposobu ich uprawy, a szczególnie ze zróżnicowanego nawożenia gleb związkami organicznymi. Najwyższą zawartość substancji organicznej odnotowano w kompleksie działkowym zlokalizowanym w Gdańsku w pobliżu pasa nadmorskiego w sąsiedztwie oczyszczalni ścieków Zaspa. W tabeli 2 przedstawiono wyniki zawartości dziewięciu analizowanych pierwiastków metalicznych w glebach badanych ogródków działkowych. Do oceny stopnia zanieczyszczenia gleb metalami ciężkimi omawianych ogródków działkowych wykorzystano dopuszczalne zawartości pierwiastków metalicznych zawarte w rozporządzeniu Ministra Środowiska w sprawie standardów jakości gleby oraz standardów jakości ziemi [22] oraz kryteria opracowane przez IUNG w Puławach [Duda-Dziewierz 1995]. Średnie zawartości poszczególnych metali ciężkich w glebach badanych kompleksów ogrodowych wynoszą odpowiednio: rtęć od,213 do,411 mg kg -1 suchej masy (s.m.); kadm od,3 do 3,15 mg kg -1 s.m.; ołów od,92 do 75,6 mg kg -1 s.m.; miedź od 4,1 do 34,7 mg kg -1 s.m.; chrom od 7,81 do 67,6 mg kg -1 s.m.; cynk od 64,3 do 35 mg kg -1 s.m.; nikiel od 8,6 do 26, mg kg -1 s.m.; mangan od 167 do 5 mg kg -1 s.m. żelazo od 595 do 183 mg kg -1 s.m. Dopuszczalne wartości stężeń określone w przywołanym rozporządzeniu zostały przekroczone dla cynku w ogrodach zlokalizowanych w jednej z dzielnic Gdańska Stogach. Uzyskane zawartości pozostałych metali chromu, kadmu, miedzi, niklu, ołowiu i rtęci nie przekroczyły dopuszczalnych norm. Zanieczyszczenie badanych gleb ogródków działkowych metalami ciężkimi waha się od do III stopnia według skali IUNG w Puławach, co zaprezentowano w tabeli 3. W większości przypadków próbki gleb cechowała naturalna zawartość badanych pierwiastków stopień zanieczyszczenia, lub podwyższona zawartość stopień I. Odnotowano największe zanieczyszczenie gleb kadmem oraz cynkiem III stopień, co odpowiada średniemu zanieczyszczeniu gleb. W odniesieniu do obu pierwiastków (Cd 212

5 Zawartość pierwiastków metalicznych w glebach i warzywach z ogrodów działkowych... Tabela 2. Zawartość metali w glebach rodzinnych ogrodów działkowych Table 2. Total amount of metals in allotment soils Metale Hg Gdańsk-Matarnia Gdańsk-Zaspa Gdańsk-Wrzeszcz Gdańsk-Stogi Gdańsk-Owczarnia Straszyn [mg kg -1 s.m.] [mg kg -1 s.m.] [mg kg -1 s.m.] [mg kg -1 s.m.] [mg kg -1 s.m.] [mg kg -1 s.m.] zakres średnia zakres średnia zakres średnia zakres średnia zakres średnia zakres średnia,193,234,213,261,571,411,732,959,843,275,341,311,885,259,216 Cd 1,59 1,91 1,75,42 1,82 1,23,29,74,55 3, 3,31 3,15,13,65,354 Pb 1,4 11,8 11,1 3,4 75,6 54,9 2,8 31,2 25,4 43,5 44,5 44, 1, 37,6 15,3,22,399,26,363 Cu 19,2 26,8 23, 22,1 57,7 34,7 11,1 17,5 14,3 23,7 26,2 25,4 5,51 12,3 9,33 11,5 19,4 13,4 Cr 52,7 82,5 67,6 16,3 26,1 2,5 23,5 32,2 27,9 38,8 43,5 41,1 5,33 21,1 13,8 18,8 35,4 23,8 Zn 64,1 64,5 64, , 17 79,4 66, , Ni 8,13 9,7 8,6 17, 29,3 22,6 18,7 23,7 21,6 2,6 23,3 22, 3,67 13,2 8,8 13,2 35,4 26, Mn , Fe ,686 1, ,274,275, Tabela 3. Ocena zanieczyszczenia badanych gleb metalami ciężkimi Table 3. Heavy metals soils pollution assessment Stopień zanieczyszczenia wg IUNG Puławy Gdańsk-Matarnia Gdańsk-Zaspa Gdańsk-Wrzeszcz Gdańsk- Stogi Gdańsk-Owczarnia Cd I I I III Pb I I Cu I I I Cr II I Zn II II III I I Ni I Straszyn 213

6 Aleksandra Bielicka, Ewa Ryłko, Irena Bojanowska i Zn) dotyczyło to Rodzinnych Ogrodów Działkowych w Gdańsku-Stogach. W pozostałych kompleksach działkowych w większości przypadków zawartość kadmu i cynku była podwyższona (I II stopień zanieczyszczenia). Ogólnie najmniejsze zanieczyszczenie metalami ciężkimi odnotowano w dwóch kompleksach działkowych: w Gdańsku-Owczarni oraz w Straszynie. Na wykresach zaprezentowanych na rysunku 1 pokazano zakresy oraz wartości średnie, zawartości metali ciężkich (Hg, Cd, Pb, Cu, Cr, Zn, Ni, Mn, Fe) w warzywach uprawianych na terenie badanych ogródków działkowych. Zawartość poszczególnych metali w badanych warzywach pochodzących z ogródków działkowych była zróżnicowana. Średnia zawartość rtęci w poszczególnych warzywach była we wszystkich ogrodach działkowych zbliżona i wahała się od,1 do,279 mg kg -1 s.m. Najwyższą zawartość rtęci odnotowano w burakach uprawianych w Gdańsku-Matarni:,72 mg kg -1 s.m. Średnie zawartości kadmu w roślinach pochodzących z badanych ogrodów działkowych wahały się od,5 do,84 mg kg -1 s.m. Najwięcej kadmu zawierała nać pietruszki pochodząca z kompleksu mieszczącego się w Gdańsku-Stogach: 3,58 mg kg -1 s.m. Zawartość ołowiu w roślinach była zróżnicowana i istotnie zależała od miejsca uprawy. W zależności od kompleksu średnie zawartości ołowiu mieściły się w przedziałach: Straszyn od,26 do 2,36 mg kg -1 s.m., Gdańsk-Wrzeszcz od 1,35 do 1,86 mg kg -1 s.m., Gdańsk-Zaspa od,6 do 1,26 mg kg -1 s.m., Gdańsk-Stogi od 5,27 do 6,94 mg kg -1 s.m., Gdańsk-Matarnia od 12, do 13,5 mg kg -1 s.m., Gdańsk-Owczarnia,8 do 2,3 mg kg -1 s.m. Średnia zawartość miedzi w warzywach pochodzących z ogrodów działkowych wynosiła od 3,35 do 13,1 mg kg -1 s.m. Zakres ten przekraczały tylko: sałata 25,5 mg kg -1 s.m. i por 33,8 mg kg -1 s.m., pochodzące z w Straszynie. Średnia zawartość chromu wahała się od,145 do 2,65 mg kg -1 s.m. Większą zawartość chromu odnotowano tylko w sałacie pochodzącej z Straszyn 4,26 mg kg -1 s.m. oraz w naci pietruszki zebranej w Gdańsku-Stogach: 4,75 mg kg -1 s.m. Średnia zawartość cynku, niklu, manganu i żelaza wynosiła odpowiednio: Zn od 19,5 do 94,1 mg kg -1 s.m., Ni od,918 do 17,5 mg kg -1 s.m., Mn od 5,2 do 51,9 mg kg -1 s.m., Fe od 37, do 491 mg kg -1 s.m. 4. PODSUMOWANIE I WNIOSKI W pracy podjęto próbę oceny zawartości dziewięciu metali ciężkich w powierzchniowych warstwach gleb oraz w warzywach pochodzących z sześciu różnych kompleksów działkowych, zlokalizowanych na terenie aglomeracji gdańskiej. Przeprowadzone badania pozwalają na sformułowanie następujących wniosków: 1. Zasadowy odczyn badanych gleb (ph w granicach 7,1 8,1) wskazuje na mniejsze ryzyko wymywania z nich metali ciężkich i mniejszą ich biodostępność dla roślin. 214

7 Zawartość pierwiastków metalicznych w glebach i warzywach z ogrodów działkowych...,8 Rtęć 4, Kadm,7 3,5,6 3,,5 2,5,4 2,,3 1,5,2 1,,1,5,, Ołów Chrom Nikiel Żelazo Miedź Cynk Mangan LEGENDA Lp. Gatunek Miejsce Lp. Gatunek Miejsce 1 Sałata 16 Fasola 2 Koper 17 Burak Gdańsk 3 Burak Straszyn 18 Pomidor Matarnia 4 Marchew 19 Cebula 5 Por 2 Ogórek 6 Rzodkiewka 21 Nać pietruszki 7 Burak Gdańsk 22 Pietruszka 8 Marchew Wrzeszcz 23 Burak nać 9 Burak 24 Burak Gdańsk 1 Marchew Gdańsk 25 Fasola Owczarnia 11 Pietruszka Zaspa 26 Marchew 12 Burak 27 Pomidor 13 Por Gdańsk 14 Nać pietruszki Stogi 15 Marchew Rys. 1. Zakres i średnia zawartość metali ciężkich w warzywach z badanych ogródków działkowych [mg kg -1 s.m.] Fig 1. The range and average amount of heavy metals in vegetables from investigated allotments [mg kg -1 d.w.] Rys. 1. Zakres i średnia zawartość metali ciężkich w warzywach z badanych ogródków działkowych [mg kg -1 s.m.] Fig 1. The range and average amount of heavy metals in vegetables from investigated allotments [mg kg -1 d.w.] 215

8 Aleksandra Bielicka, Ewa Ryłko, Irena Bojanowska 2. W glebach z ogrodów działkowych w Gdańsku-Stogach, nie odnotowano z wyjątkiem cynku przekroczeń obowiązujących norm prawnych, odnoszących się do zawartości metali ciężkich w glebach. 3. Według kryteriów przyjętych przez IUNG, w licznych przypadkach gleby z poszczególnych kompleksów działkowych wykazują podwyższony poziom metali ciężkich, co wyklucza je z uprawy roślin przeznaczonych do spożycia przez dzieci (stopień I) oraz w pięciu przypadkach na terenie badanych ogródków zaleca się całkowite zaniechanie uprawy warzyw stopień zanieczyszczenia II i III. 4. Zawartość substancji organicznej może wpływać hamująco na pobieranie metali z roztworu glebowego. Powyższą zależność można zaobserwować na przykładzie kompleksu ogródków działkowych w Gdańsku-Zaspie o wyższej zawartości substancji organicznej w porównaniu do pozostałych badanych kompleksów działkowych. Rośliny z w Gdańsku-Zaspie charekteryzuje niższy poziom kumulacji, np. ołowiu, pomimo większej ilości tego pierwiastka w glebie. Monitoring zawartości metali ciężkich w glebach pozwala na ocenę poziomu zanieczyszczeń gruntu metalami ciężkimi pod kątem jej przydatności pod uprawy roślinne. Użytkownicy miejskich ogródków działkowych, w prowadzonych uprawach warzyw, powinni uwzględniać również takie warunki, jak: odpowiedni poziom zawartości substancji organicznej w glebie oraz jej właściwy odczyn (ph). W odniesieniu do gleb uprawnych i roślin z ogrodów działkowych, gdzie zawartości metali ciężkich występują w większych stężeniach, najwłaściwszym rozwiązaniem powinno być zaniechanie uprawy warzyw i przeznaczenie obszaru ogrodu działkowego na cele rekreacyjne. Praca finansowana z DS/ PIŚMIENNICTWO Alloway B.J., Ayres D. C Chemiczne podstawy zanieczyszczania środowiska, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa. Duda-Dziewierz J Podstawy oceny chemicznego zanieczyszczenia gleb. Biblioteka Monitoringu Środowiska, Warszawa. Kabata-Pendias A., Pendias H Biogeochemia pierwiastków śladowych. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 września 22 r. w sprawie standardów jakości gleby oraz standardów jakości ziemi. Dz.U. Nr 165, poz Ryłko E., Bielicka A., Bojanowska I., Babiarz M., Gregorowicz M., Młynarkiewicz K., Zaborowski B. 29. Badanie zawartości pierwiastków metalicznych i ocena ich biodostępności w glebach gdańskich ogrodów działkowych. Materiały Konferencyjne z 52 Zjazdu PTCh i SITPChem., Łódź. 216