WYBRANE W AŒCIWOŒCI GLEB W OTOCZENIU FABRYKI ŒRUB W AÑCUCIE

Transkrypt

1 27 ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE Vol. LXIII No 1/2012: DOI: /v EDMUND HAJDUK, JANINA KANIUCZAK, TANI AW W AŒNIEWKI Katedra Gleboznawstwa, Chemii Œrodowiska i Hydrologii, Wydzia³ Biologiczno-Rolniczy Uniwersytet Rzeszowski WYBRANE W AŒCIWOŒCI GLEB W OTOCZENIU FABRYKI ŒRUB W AÑCUCIE ELECTED PROPERTIE OF OIL LOCATED IN THE VICINITY OF THE FATENER FACTORY IN AÑCUT Abstract: The study presents the content of forms of cadmium, lead, nickel, copper and zinc soluble in 1 M HCl in soils from the vicinity of the Fasteners Factory in añcut. The average quantities of these metals in the soils studied were: 0.37, 15.9, 5.54, 8.26 and 29.7 mg kg 1, respectively, and exceeded the average values in the control batch. Coefficients of correlation between the content of the elements studied in soils and the distance from the factory were negative, but statistically significant only in the case of copper and nickel. The highest average quantities of,, and Zn were noted at the distance of 25 m from the factory. Notable is the high content of zinc and cadmium in soils from some measuring sites, whose maximum concentrations reached and 1.16 mg kg 1, respectively. ³owa kluczowe: metale ciê kie, przemys³, zanieczyszczenie gleb Key words: heavy metals, industry, soil pollution WTÊP Pomimo wzrostu œwiadomoœci spo³ecznej w zakresie skutków zanieczyszczenia œrodowiska oraz korzystnych zmian, zarówno w sferze prawno-administracyjnej, jak równie gospodarczej, problem oddzia³ywania na otoczenie oœrodków przemys³owych nie straci³ znaczenia. Zwykle intensywniejszym i rozleglejszym przestrzennie oddzia³ywaniem na œrodowisko cechuj¹ siê na ogó³ du e zak³ady przemys³owe, jednak e ze wzglêdu na znaczn¹ liczebnoœæ i czêsto mniejsze zaawansowanie technologiczne, wp³yw ma³ych firm na otoczenie mo e byæ bardzo istotny. Ponadto w bezpoœrednim otoczeniu tych obiektów przemys³owych szczególnie w ma³ych aglomeracjach miejskich bardzo czêsto wystêpuj¹ gleby uprawne, ogródki dzia³kowe lub przydomowe. Zanieczyszczenie gleb mo e prowadziæ do ich degradacji oraz zagra aæ jakoœci produkowanych na nich p³odów roœlin, a tym samym zdrowiu cz³owieka [Baran, Turski 1996; Gorlach, Gambuœ 2000; Kabata-Pendias, Pendias 1999]. Emisje przemys³owe mog¹ mieæ ró n¹ postaæ, sk³ad chemiczny i zró nicowane oddzia³ywanie na organizmy ywe. zczególne zagro enie dla œrodowiska stanowi¹ metale ciê kie, a g³ównie ich formy najbardziej mobilne i tym samym ³atwo pobierane przez roœliny. Zachowanie siê metali œladowych w glebach oraz ich fitoprzyswajalnoœæ s¹ uwarunkowane wieloma czynnikami (na które sk³adaj¹ siê procesy geochemiczne, chemiczne, fizyczne i biologiczne), tak e w³aœciwoœciami gleby [Czeka³a i in. 1996; Kabata-Pendias, Pendias 1999]. Nale y podkreœliæ, i emitowane do œrodowiska ró ne zwi¹zki chemiczne (w tym metale biogenne) mog¹ oddzia³ywaæ na biosferê, zarówno synergistycznie, jak i antagonistycznie. Celem podjêtych badañ by³o okreœlenie w³aœciwoœci fizykochemicznych gleb i iloœci rozpuszczalnych w 1 mol HCl dm 3 form metali ciê kich, w powierzchniowych i podpowierzchniowych warstwach gleb, zlokalizowanych w ró nych odleg³oœciach od emitorów Fabryki Œrub w añcucie. MATERIA I METODYKA Badaniami objêto gleby uprawne, wytworzone z aluwiów rzeki Wis³ok, zlokalizowane w otoczeniu Fabryki Œrub Œrubex w añcucie (woj. podkarpackie). Próbki gleb do badañ laboratoryjnych (n=35) pobierano z dwóch g³êbokoœci (0 25 i cm) w oraz

2 28 E. HAJDUK, J. KANIUCZAK,. W AŒNIEWKI ró nych odleg³oœciach od emitora zanieczyszczeñ ( m). Ponadto w odleg³oœci m pobrano próbki kontrolne (n=5). Punkty pobierania próbek by³y umiejscowione w nastêpuj¹cych kierunkach wzglêdem zak³adu: pó³nocno-wschodnim, pó³nocno-zachodnim, po³udniowo-zachodnim i po³udniowym. W analizowanym materiale okreœlono: sk³ad granulometryczny gleby metod¹ Cassagrande`a w modyfikacji Prószyñskiego, ph gleby w roztworze KCl o stê. 1 mol dm 3, kwasowoœæ hydrolityczn¹ metod¹ Kappena (Hh), sumê zasad wymiennych metod¹ Kappena (), pojemnoœæ kompleksu sorpcyjnego gleby obliczono jako sumê zasad wymiennych i kwasowoœci hydrolitycznej (T=Hh+), zawartoœæ wêgla organicznego metod¹ Tiurina, rozpuszczalne (wyekstrahowane z gleby w czasie jej wytrz¹sania z HCl o stê eniu 1 mol dm 3 przez 1 godzinê, przy zachowaniu stosunku gleba : roztwór jak 1:10) formy, Zn,,, metod¹ spektrofotometrii absorpcji atomowej (za pomoc¹ aparatu Hitachi Z-2000). Korzystaj¹c z programu tatistica okreœlono (wg testu Tukey a) œrednie istotnie statystycznie ró ni¹ce siê oraz obliczono wspó³czynniki korelacji prostej pomiêdzy zawartoœci¹ metali ciê kich a odleg³oœci¹ od emitorów zanieczyszczeñ. WYNIKI I DYKUJA Badane gleby na ogó³ zawiera³y du e iloœci frakcji <0,02 mm (œrednio 44,1% przy zmiennoœci od 9 do 69%) oraz i³u koloidalnego œrednio 19,3% (tab. 1). Pod wzglêdem uziarnienia zdecydowanie przewa- a³y zwiêz³e utwory gliniaste. Gleby te charakteryzowa³y siê (tab. 1) zró nicowanymi wartoœciami ph (3,90 6,69), znaczn¹ kwasowoœci¹ hydrolityczn¹ (2,3 58,5 mmol(+) kg 1 przy œredniej arytmetycznej mmol(+) kg 1 ), wysok¹ pojemnoœci¹ kompleksu sorpcyjnego gleby ( mmol(+) kg 1 ), a tak- e doœæ du ym stopniem wysycenia kompleksu sorpcyjnego gleby kationami zasadowymi (œrednio 78%). Zawartoœæ wêgla organicznego w tych glebach mieœci³a siê w przedziale 2,3 51,4 g kg 1. Gleby w punk- TABELA 1. Podstawowe w³aœciwoœci badanych gleb TABLE 1. Basic properties of examined soils Kierunek Direction NE NW W ph K Cl 5,89 5,65 5,14 4,68 Odleg³oœæ Distance 25 m 5, m 5, m 5, m 5,25 G³êbokoœæ Depth 0 25 cm cm Ogó³em Total Œrednia a.* Œrednia g.** Mediana Minimum Maximum Wspó³czynnik zmiennoœci[%]*** Kontrola Control 5,32 5,42 5,37 5,28 5,30 3,90 6,69 Hh Hydrolytic acidity TEB T CEC V B Corg Organic C content m mol(+) kg 1 % g g 12,6 12,8 22,9 31,8 15,5 23,7 18,7 19,8 12,8 18,0 2,3 58, ,5 80,4 78,1 77,6 79,2 75,2 83,3 76,9 79,1 78,3 78,7 78,2 78,9 55,1 93,3 k 1 % 24,9 10,6 13,5 15,2 22,8 13,0 17,6 11,6 18,1 14,2 16,2 13,2 13,2 2,3 51,4 Zawartoœæ frakcji Content of particles < 0,02 mm <0,002 mm 26,8 49,9 50,4 51,1 32,0 47,4 50,6 45,1 45,3 42,9 44,1 38,8 47, ,4 21,9 23,9 23,0 11,9 20,4 24,3 19,7 19,5 19,1 19,3 11,8 21, ,8 83, 8 77, 0 65, 6 10, 9 71, 4 42, 4 55, 9 Œrednia a. 4,84 26, , 5 16, 2 33, 2 16, 4 Objaœnienia Explanations: * œrednia arytmetyczna, arithmetic mean; ** œrednia geometryczna, geometric mean; *** wspó³czynnik zmiennoœci, coefficient of variable.

3 29 tach kontrolnych cechowa³y siê nieco ni szymi wspó³czynnikami ph, wy sz¹ kwasowoœci¹ i mniejszym stopniem wysycenia kationami zasadowymi. Wierzchnie (0 25 cm) poziomy badanych gleb cechowa³y siê œrednio wiêksz¹ iloœci¹ wêgla organicznego, sum¹ zasad wymiennych i pojemnoœci¹ kompleksu sorpcyjnego gleby (przy podobnej kwasowoœci hydrolitycznej) w porównaniu do gleb z g³êbokoœci cm. Bior¹c pod uwagê odleg³oœci od zak³adu zwraca uwagê fakt, i w najbli szej strefie (25 m) stwierdzono œrednio najwiêksz¹ iloœæ wêgla organicznego (œrednio 22,8 g kg 1 ), najmniejsze zakwaszenie (œrednio 15,5 mmol(+) kg 1 ), obni on¹ iloœæ najdrobniejszych frakcji granulometrycznych oraz wysok¹ zawartoœæ kationów zasadowych w porównaniu do œrednich z pozosta³ych stref ( m). Uwzglêdniaj¹c strony œwiata, gleby z kierunków pó³nocnych charakteryzowa³y siê œrednio ok. 2-krotnie mniejsz¹ kwasowoœci¹ hydrolityczn¹ oraz wiêksz¹ iloœci¹ kationów zasadowych i wiêksz¹ pojemnoœci¹ kompleksu sorpcyjnego wzglêdem kationów, ani eli gleby z kierunków po³udniowych. Gleby po³o one na po³udniowy-wschód od zak³adu cechowa³a ponadto wy sza od pozosta³ych kierunków zawartoœæ wêgla organicznego, natomiast mniejsza zawartoœæ frakcji ilastych. Zawartoœæ rozpuszczalnych w 1 M HCl form wybranych metali ciê kich w badanych glebach przedstawiono w tabeli 2. Odnosz¹c uzyskane rezultaty do wartoœci granicznych, okreœlonych w Rozporz¹dzeniu Ministra Œrodowiska w sprawie standardów jakoœci gleby oraz standardów jakoœci ziemi [2002] nie stwierdzono przekroczeñ dopuszczalnych zawartoœci,,, i Zn w rozpatrywanych glebach. Porównuj¹c zaœ koncentracjê tych metali w glebach z wytycznymi przedstawionymi przez Kabatê-Pendias i in. [1993] mo na stwierdziæ, i 23% badanych próbek wykazywa³o podwy szon¹ zawartoœæ cynku (11,4%) lub kadmu (11,4%). Nale y podkreœliæ, i wartoœci graniczne zawartoœci pierwiastków w glebach zosta³y opracowane dla ich ca³kowitych iloœci w glebach. Dlatego rzeczywiste zagro enie badanego obszaru jest prawdopodobnie jeszcze wiêksze, gdy prezentowane rozpuszczalne w 1 M HCl formy metali ciê kich stanowi¹ tylko czêœæ ich ogólnej iloœci w glebach. Wed³ug Karczewskiej (za Kabat¹-Pendias [2004]) udzia³y rozpuszczalnych w 1 M HCl form miedzi, cynku i o³owiu w ogólnej iloœci wynosz¹ odpowiednio: 89 94, i 77 97%. Wed³ug Maciejewskiej i Ociepy [2003] rozpuszczalnoœæ w 1 M HCl wynosi³a ponad 90%, natomiast Zn, i ponad 70%. Hajduk i in. [2007], badaj¹c gleby wokó³ wybranych zak³adów przemys³owych po³udniowowschodniej Polski, okreœlili rozpuszczalnoœæ w TABELA 2. Œrednie zawartoœci w glebie pierwiastków rozpuszczalnych w 1 M HCl TABLE 2. Contents of soluble in 1 M HCl form of elements in examined soils m g g Kierunek Direction NE NW W Odleg³oœæ 25 m 200 m 500 m 1000 m 0,38 0,40 0,36 0,35 Distance 0,51 0,35 0,34 0,31 G³êbokoœæ Depth 0 25 cm cm Ogó³em Total Œrednia a.** Œrednia g.*** Mediana Minimum Maximum Wspó³czynnik zmiennoœci [%]**** Kontrola Control 0,38 0,36 0,37 0,32 0,34 0,11 1,16 k 1 18,3 15,8 15,1 22,8 14,5 12,9 16,5 15,3 15,9 14,4 5,9 51,4 zakresie 42,1 75,4%, a 53,8 81,4% i by³a ona wy sza w powierzchniowych warstwach gleb. Mniejszy udzia³ rozpuszczalnych w 1 M HCl form i Zn w glebach wokó³ Ciep³owni ódzkiej EC4 w odniesieniu do form ca³kowitych oszacowali Jankiewicz i Adamczyk [2007], stwierdzaj¹c jednoczeœnie mniejsz¹ w porównaniu do prezentowanych badañ iloœæ obu pierwiastków w glebach. Warto zauwa yæ, i w wiêkszoœci punktów poboru próbek stwierdzano ni sz¹ zawartoœæ cynku w poziomie orno-próchnicznym gleby (0 25 cm) œrednio 21,2 mg kg 1 w porównaniu do gleby z g³êbokoœci cm œrednio 38,2 mg kg 1. Równie w przypadku miedzi i niklu œrednie iloœci tych metali w warstwie wierzchniej by³y ni sze ani eli w warstwie podpowierzchniowej. Œrednie zawartoœci badanych metali ciê kich w glebach uprawnych z okolic Fabryki Œrub ( 0,37; 15,9; 5,54; 8,26; Zn 29,7 mg kg 1 ) by³y wy sze w porównaniu do œrednich dla gleb z 3,79 5,83 6,85 5,91 4,64 6,18c* 6,45d 4,68 5,30 5,79 5,54 a 4,96 5,61 1,16 11,96 7,86 7,62 9,38 8,34 9,65e 7,97 8,72 6,35 8,15 8,37 8,26 7,53 7,50 2,54 17,31 b Zn 28,5 40,4 14,8 33,6 30,9 29,0 29,6 23,6 21,2 38,2 29,7 22,3 19,0 5,3 100,8 61,3 61, 6 42, 4 43, 4 88, 2 Œrednia a. 0,20 10, 1 1,75acd 2,95be 16,84 Objaœnienia Explanations: * jednakowymi literami oznaczono œrednie ró ni¹ce siê istotnie statystycznie (NIR Tukey a przy a=0,05), the averages differing statistical indeed were marked with the same letters (Tukey LD at a=0,05); ** œrednia arytmetyczna, arithmetic mean; *** œrednia geometryczna, geometric mean; **** wspó³czynnik zmiennoœci, coefficient of variable.

4 30 E. HAJDUK, J. KANIUCZAK,. W AŒNIEWKI TABELA 3. Wspó³czynniki korelacji pomiêdzy zawartoœci¹ pierwiastków rozpuszczalnych w 1 M HCl a wybranymi w³aœciwoœciami gleb oraz odleg³oœci¹ od emitora zanieczyszczeñ (n=35) TABLE 3. Coefficients of correlation among contents of soluble in 1 M HCl forms of elements in examined soils and some properties of soils and distance from source of pollutions (n=35) Odleg³oœæ Distance phkcl Hh T V Corg <0,02 mm <0,002 mm -0,524*** 0,526*** 0,590*** 0,629*** 0,523*** 0,517*** 0,484** 0,459** 0,415* 0,614*** 0,611*** 0,481** 0,573*** 0,957*** -0,511** 0,644*** 0,639*** 0,662*** 0,510** 0,705*** 0,838*** 0,792*** Zn n.i punktów kontrolnych. W przypadku niklu i miedzi by³y to ró nice statystycznie istotne. Ponadto górne wartoœci stwierdzonych zakresów zawartoœci kadmu, cynku, miedzi i o³owiu w badanych glebach by³y wy sze w porównaniu do podanych przez Oleszek i in. [2003] zakresów, oczekiwanych dla ogólnych zawartoœci tych metali w powierzchniowych warstwach gleb uprawnych Polski typowych dla gleb nie zanieczyszczonych. W przypadku kadmu, o³owiu, miedzi i cynku najwy sze œrednie stê enia tych metali w glebie stwierdzono w najbli szej z badanych stref odleg³oœci od emitora (25 m) odpowiednio: 0,513; 22,8; 9,65 i 30,9 mg kg 1. Dla wszystkich analizowanych metali ciê kich, wspó³czynniki korelacji prostej pomiêdzy ich zawartoœci¹ w glebach z okolic Fabryki Œrub a odleg³oœci¹ od emitora by³y ujemne, ale tylko w przypadku miedzi i niklu wspó³czynniki te by³y statystycznie istotne przy poziomie istotnoœci a=0,05 (tab. 3). Mo e to sugerowaæ pewien wp³yw pobliskiego zak³adu na podwy szon¹ zawartoœæ tych metali w badanych glebach. Jednak e warto podkreœliæ, i Terelak i Tujaka [2003] na podstawie badañ monitoringowych stwierdzili, e gleby u ytków rolnych województwa podkarpackiego charakteryzuj¹ siê w porównaniu do obszaru Polski nieco wy sz¹ zawartoœci¹ metali ciê kich, a szczególnie miedzi i niklu, przy czym o ewentualnym zanieczyszczeniu mo na mówiæ jedynie w przypadku 1,41% gleb województwa (w tym silnym 0,04%). Na terenie województwa podkarpackiego dominuj¹ wiatry po³udniowo-zachodnie, zachodnie i pó³nocno-zachodnie [uchy 2008], st¹d nale a³oby oczekiwac akumulacji emitowanych przez zak³ad pierwiastków po przeciwnych stronach. Mimo to nie stwierdzono wyraÿnych preferencji rozmieszczenia badanych metali w ró nych kierunkach geograficznych najwiêksze œrednie iloœci miedzi i niklu oznaczono w próbkach gleby po³o onych na po³udnie, najwiêcej kadmu i cynku stwierdzono na pó³nocnyzachód, a o³owiu na pó³nocny-wschód od zak³adu. WNIOKI 1. Œrednie zawartoœci rozpuszczalnych w 1 M HCl form kadmu, o³owiu, niklu, miedzi i cynku w glebach z okolic Fabryki Œrub w añcucie wynosi³y odpowiednio: 0,37; 15,9; 5,54; 8,26 oraz 29,7 mg kg 1 i by³y wy sze, ani eli œrednie w punktach kontrolnych. Zwraca uwagê wysoka zawartoœæ cynku i kadmu w glebach z niektórych punktów badawczych, osi¹gaj¹ca maksymalnie 100,8 mg Zn kg 1 i 1,16 mg kg Kadm i o³ów gromadzi³y siê g³ównie w poziomach próchnicznych badanych gleb. Natomiast œrednie zawartoœci niklu, miedzi i cynku w glebie z g³êbokoœci 0 25 cm by³y ni sze w porównaniu do gleby z g³êbokoœci cm. 3. e stwierdzono jednoznacznych preferencji rozmieszczenia badanych metali w ró nych kierunkach geograficznych. Najwiêksze œrednie iloœci miedzi i niklu oznaczono w próbkach gleby po³o- onych na po³udnie, najwiêcej kadmu i cynku stwierdzono na pó³nocny-zachód, a o³owiu na pó³nocny-wschód od zak³adu. 4. W najbli szej strefie (odleg³oœæ od zak³adu 25 m) stwierdzono œrednio najwiêksz¹ iloœæ wêgla organicznego (œrednio 22,8 g kg 1 ), najmniejsze zakwaszenie (œrednio 15,5 mmol(+) kg 1) oraz wysok¹ zawartoœæ kationów zasadowych w porównaniu do œrednich z pozosta³ych stref ( m). W tej odleg³oœci stwierdzono te najwy sze œrednie zawartoœci rozpuszczalnych w 1 M HCl form kadmu, o³owiu, miedzi i cynku (odpowiednio 0,513; 22,8; 9,65 i 30,9 mg kg 1 ). 5. Wspó³czynniki korelacji prostej, pomiêdzy zawartoœci¹ analizowanych pierwiastków w glebach a odleg³oœci¹ od zak³adu by³y ujemne, ale jedynie w przypadku miedzi i niklu istotne statystycznie, co mo e wskazywaæ na oddzia³ywanie emisji przemys³owych z Fabryki Œrub w añcucie, na ich zawartoœæ w okolicznych glebach. Objaœnienia Explanations: * istotny przy, significant at a=0,05; ** istotny przy, significant at a=0,01; *** istotny przy, significant at a=0,001; korelacja nieistotna, not significant.

5 31 LITERATURA BARAN., TURKI R Degradacja, ochrona i rekultywacja gleb. Wyd. AR w Lublinie: 223 ss. CZEKA A J., G ADYIAK., JAKUBU M Wp³yw zakwaszenia na zawartoœæ rozpuszczalnego o³owiu, kadmu, chromu i elaza w poziomie próchnicznym gleby p³owej. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 434: GORLACH E., GAMBUŒ F Potencjalnie toksyczne pierwiastki œladowe w glebach. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 472: HAJDUK E., KANIUCZAK J., W AŒNIEWKI Wp³yw przemys³u na zawartoœæ metali ciê kich w glebach Pogórza trzy owskiego i Do³ów Jasielsko-anockich. Zesz. Probl. Post. Nauk. Rol. 520, I: JANKIEWICZ B., ADAMCZYK D Assessing Heavy Metal Content of oils urrunding the ódÿ EC4 Power Plant, Poland. Polish J. of Environ. tud. 16, 6: KABATA-PENDIA A oil-plant transfer of trace elements an environmental issue. Geoderma 122: KABATA-PENDIA A., MOTOWICKA-TERELAK T., PIO- TROWKA M., TERELAK H., WITEK T Ocena stopnia zanieczyszczenia gleb i roœlin metalami ciê kimi i siark¹. Wyd. IUNG Pu³awy, P(53): 23 ss. KABATA-PENDIA A., PENDIA H Biogeochemia pierwiastków œladowych. Wyd. Naukowe PWN, Warszawa: 364 ss. MACIEJEWKA A., OCIEPA E Metale ciê kie w glebach zanieczyszczonych emisjami przemys³owymi i ich zawartoœæ w roœlinach. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 493: OLEZEK W., TERELAK H., MALIZEWKA-KORDY- BACH B., KUKU A oil, Food and Agroproduct Contamination Monitoring in Poland. Polish J. of Environ. tud. 12, 3: ROZPORZ DZENIE Ministra Œrodowiska w sprawie standardów jakoœci oraz standardów jakoœci ziemi. Dz.U. Nr 165, poz z 9 wrzeœnia 2002 r. UCHY M tan œrodowiska w województwie podkarpackim w latach Biblioteka Monitoringu Œrodowiska, Rzeszów: 120 ss. TERELAK H., TUJAKA A Wystêpowanie pierwiastków œladowych w glebach u ytków rolnych województwa podkarpackiego. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 493: Dr in. Edmund Hajduk Katedra Gleboznawstwa, Chemii Œrodowiska i Hydrologii Wydzia³ Biologiczno-Rolniczy, Uniwersytet Rzeszowski ul. M. Æwikliñskiej Rzeszów ehajduk@univ.rzeszow.pl