ZAWARTOŚĆ METALI CIĘŻKICH W MCHU KAM PINOSKIEGO PARKU NARODOWEGO

Transkrypt

1 ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE T. XL III NR 1/2 WARSZAWA 1992: K R Y ST Y N A CZARNOW SK A, BARBARA GW OREK ZAWARTOŚĆ METALI CIĘŻKICH W MCHU KAM PINOSKIEGO PARKU NARODOWEGO Katedra Gleboznawstwa SGGW w Warszawie WSTĘP Mchy są uważane za dobre biowskaźniki zanieczyszczenia środowiska przyrodniczego. Stąd też zawartość metali ciężkich w mchu służy często do oceny zanieczyszczenia w skali regionalnej, jak i lokalnej obszarów leśnych, terenów przemysłowych i zurbanizowanych [1-5, 8-10]. Mchy jako rośliny niższe nie mają korzeni i korzystają tylko w nieznacznym stopniu z glebowych składników pokarmowych. Większość soli mineralnych pobierają z opadów atmosferycznych (mokrych i suchych). We wcześniejszych badaniach prowadzonych na terenie Kampinoskiego Parku Narodowego wykazano, że akumulacja metali ciężkich w mchu Pleurozium schreberi zależy od miejsca pobrania próby. I tak więcej ołowiu i cynku zawierał mech z powierzchni położonych w pobliżu dróg i obrzeży Parku [3]. Przedstawiona praca jest poszerzeniem tych badań i ma na celu wydzielenie na terenie KPN obszarów o różnej koncentracji Zn, Pb, Cu, Ni i Cd w mchu Pleurozium schreberi. M ATERIAŁ I M ETODY Kampinoski Park Narodowy leży w województwie stołecznym warszawskim i zajmuje ha. Od strony północno-wschodniej i północnej graniczy z tarasami Wisły, a od zachodniej z tarasami Bzury. Południową granicę Parku wyznacza Równina Błońska, a południowo-wschodnią północno-wschodnie dzielnice Warszawy. Kampinoski Park Narodowy narażony jest na znaczny opad pyłów z dużą ilością metali ciężkich, emitowanych przez Hutę Warszawa, różne zakłady przemysłowe i komunalne Stolicy, a także inne zakłady przemysłowe leżące w pobliżu Parku. W latach pobrano 60 próbek mieszanych mchu Pleurozium schreberi Mitt., które miały reprezentować cały obszar Kampinoskiego Parku Narodowego. Każdą próbkę mieszaną pobierano z 5 miejsc, z powierzchni

2 52 К. Czarnowska, В. Gworek odsłoniętych o wymiarach 25 х 25 m położonych z dala od drzew. Próbek mchu nie myto, ale, po oddzieleniu igliwia, suszono w temp. 65 C, a następnie mielono i spopielono na sucho w piecu muflowym o temperaturze C przez 12 godzin. Popiół rozpuszczono na gorąco w HCl (1:1) i sączono. W tak sporządzonych roztworach oznaczono koncentrację Zn, Pb, Cu, Ni i Cd metodą AAS. Na podstawie uzyskanych wyników analiz wykreślono mapy obrazujące zawartość metali ciężkich w mchu z KPN. Następnie zmierzono planimetrem poszczególne powierzchnie, na których mchy miały tę samą zawartość metali ciężkich. Procentowy udział powierzchni, gdzie mchy odznaczały się różną ilością pierwiastków śladowych, podano w tabeli 3. Obliczono także współczynniki korelacji między zawartością poszczególnych metali w mchu. W YNIKI I DYSK USJA Próbki mchu Pleurozium schreberi z poszczególnych powierzchni różniły się pod względem akumulacji metali ciężkich. Dlatego też przeanalizowano przestrzenne zróżnicowanie ilości tych metali w mchu na terenie Kampinoskiego Parku Narodowego. Najwięcej Zn, Pb, Cu, Ni i Cd stwierdzano na ogół w próbkach mchów zebranych z południowo-wschodniej części Parku, tj. graniczącej z dzielnicami Bielany i Żoliborz (rys. 1-5). Wskazuje to na możliwość zanieczyszczenia mchów pyłami z powietrza napływającego znad Warszawy. Jak wynika z badań Lisickiej i Peteckiej [6], w dzielnicy Żoliborz, sąsiadującej z KPN, zawartość ołowiu w pyle opadowym wynosiła 0,2%, w Parku Kampinoskim 0,03%, miedzi odpowiednio 1,0 i 0,5%. Ponadto w pyle opadowym występowały znaczne ilości Fe, Mn i Cr. Zawartość cynku wmchu wahała się od 25 do 186 mg/kg s.m. (tab. 1). Zakres tych wahań jest podobny do wahań zawartości Zn w mchu z innych parków narodowych Polski [5]. Jednak średnia ilość cynku w Pleurozium schreberi z KPN była 1,6-krotnie większa niż w tym samym mchu z Białowieży [10] i Szwecji [9] oraz ponad 3-krotnie mniejsza niż w mchu z Puszczy Niepołomickiej, silnie zanieczyszczonej [7]. Stwierdzono istotną korelację między zawartością Zn a ilością pozostałych metali w mchu, jednak współczynniki korelacji nie były wysokie (tab. 2). Najwyższy współczynnik korelacji uzyskano między zawartością Zn a Cu (r = 0,5743**) oraz zawartością Zn a Cd (r = 0,5831**); były one jednak mniejsze od otrzymanych przez Makomaską [7]. Co do udziału powierzchni o różnym zakresie zawartości cynku w mchu (rys. 1, tab. 3), to najczęściej stwierdzono wahania w ilości tego pierwiastka w zakresie mg/kg s.m. Udział powierzchni, na której rosły mchy o tej zawartości cynku, wynosił 76,4% obszaru badanego Parku. Mchy o zawartości Zn wynoszącej ponad 80 mg/kg s.m. znajdowano na obszarze położonym w południowo-wschodniej części Parku w pobliżu Warszawy, a także w pasie leżącym między Wisłą a Równiną Błońską. Tylko w środkowej i brzeżnej, od strony

3 Zawartość metali ciężkich w mchu.., 53 Zawartość metali ciężkich w mchu (mg/kg s.m.) Heavy metal contents in mosses (mg/kg d.w.) Tabela 1 Pierwiastek Element K PN Pleurozium schreberi Park Białowieskia) Szwecjab) wahania range X X X Zn Pb Cu 0, ,0 10,9 4,6 6,9 Ni 1, ,0 4,1 2,2 Cd 0, ,86 0,70 0,57 0,31 Pleurozium schreberi, Dicranum undulatum według Sienkiewicz i Czarnowskiej [10]. b) Hyloconium splcndens, Pleurozium schreberi według Rühlinga et al. [9] Pierwiastek Element W spółczynniki korelacji (r) pomiędzy zawartością metali ciężkich w mchu Coefficient of correlation (r) between contents heavy metals in moss Zn o С Î Ni Tabela 2 Cu 0,5743xx Ni 0,3617х11 0,3423xx Pb 0,3072xx 0,3687xx 0,2422х Cd 0,583 l xx 0,5108 0,3494 0,2590х Pb Rys. 1. Cynk w mchu z Kampinoskiego Parku Narodowego Fig. 1. Zinc in moss o f Kampinos National Park

4 54 К. Czarnowska, В. Gworek Tabela 3 Procentowy udział powierzchni Kampinoskiego Parku Narodowego w danej klasie zawartości Zn, Pb, Cu, Ni i Cd w mchu Percentage share o f classes o f Zn, Pb, Cu, Ni and Cd content in whole area o f Kam pinos National Park Klasa zawartości Zn, Cu, N i, Pb, Cd Procent powierzchni Pierwiastek w mchu (mg/kg s.m.) w danej klasie zawartości Element Classes o f Zn, Pb, Cu, N i, Cd Percent of area characterized content in moss (mg/kg d.w.) by respective contents Zn < 40 2, , ,4 > ,3 Pb < 4 0 4, , ,3 > 8 0 3,8 Cu < 5 3, , ,7 > 1 5 3,0 Ni < 2 2, , ,0 > 8 1,5 Cd < 0,3 4,4 0,3-0,6 21,6 0,6-0,9 70,7 > 0,9 3,3 zachodniej, części Parku stanowiącej około 16% powierzchni ogólnej KPN, mchy zawierały cynk w ilości poniżej 80 mg/kg s.m. Średnia zawartość ołowiu w mchu wynosiła 56 mg/kg s.m., przy czym była ona 4-krotnie większa niż w Pleurozium schreberi z terenu Szwecji [9], ale znacznie mniejsza niż w tym samym gatunku mchu rosnącym w parkach narodowych z południowej części Polski [5]. Jednakże zakresy wahań zawartości Pb w badanym mchu były podobnie szerokie jak zakresy wahań ilości cynku. Można to wyjaśnić zróżnicowaniem terytorialnym opadu pyłu na teren KPN. Z przestrzennego zróżnicowania zawartości ołowiu w mchu na terenie KPN wynika, że największy obszar (wynoszący 64,3%) zajmowały mchy o zawartości mg/kg s.m.; na mniejszym obszarze (27,3% powierzchni KPN) również stwierdzono znaczną akumulację ołowiu w mchu, mianowicie mg/kg s.m. (rys. 2). Teren Parku, gdzie odnotowano znaczną zawartość ołowiu w mchu (ponad 60 mg/kg s.m.), znajduje się w części graniczącej z Warszawą, przy czym teren ten odznacza się także dużą ilością cynku w mchu. W pozostałej części Parku stwierdzono tylko niewielkie enklawy, gdzie mchy zawierały duże ilości

5 Zawartość m etali ciężkich w mchu Pb mg/kg Rys. 2. Ołów w mchu z Kampinoskiego Parku Narodowego Fig. 2. Lead in moss of Kampinos National Park ołowiu, co świadczy o lokalnym występowaniu zanieczyszczeń tym metalem (często w pobliżu dróg głównych, kolejki wąskotorowej, osad i in.). Zakres oznaczonych zawartości miedzi wahał się w mchu od 3,9 do 20 mg/kg s.m. Średnia zawartość tego pierwiastka w Pleurozium schreberi z KPN była zbliżona do średniej ilości miedzi z obszaru Niemiec [9], lecz ponad 2-krotnie większa niż w mchu z Parku Białowieskiego (tab. 1). Z naszych badań wynika, że obszar KPN jest znacznie zanieczyszczony miedzią, podobnie zresztą jak cynkiem i ołowiem. Jednak w niektórych parkach znajdujących się na południu Polski występują znacznie większe ilości metali ciężkich w mchu [5]. Przestrzenne zróżnicowanie zawartości miedzi w KPN, określone zawartością tego metalu w mchu, świadczy podobnie jak w przypadku ołowiu i cynku o wpływie czynników antropogenicznych na zawartość tego pierwiastka w Pleurozium schreberi (rys. 3). Obszar o zawartości Cu w mchu w granicach mg/kg s.m. stanowił 76,7%. Mchy o stężeniu miedzi powyżej 10 mg/kg s.m. zajmują około 80% powierzchni KPN, przy czym są to obszary znajdujące się głównie w południowo-wschodniej i środkowej części tego Parku. Zawartość niklu w badanych próbkach mchu wahała się od 1,5 do 10 mg/kg s.m. i była zbliżona do ilości niklu w innych parkach narodowych Polski [5]. Z porównania średniej zawartości Ni w mchu z obszaru Szwecji [9] z danymi otrzymanymi w niniejszej pracy wynika, że mchy z KPN zawierały 1,8-krotnie więcej niklu, przy czym jego ilość w mchu była istotnie skorelowana z ilością Zn i Cu, lecz współczynniki korelacji są niskie. W przestrzennym zróżnicowaniu zawartości niklu w mchu można zauważyć podobną prawidłowość jak w przypadku omówionych już metali śladowych. Na obszarze, stanowiącym 72% Parku, występowały mchy zawierające nikiel w ilości 4-8 mg/kg s.m. Dużą i niską koncentrację niklu w mchu odnotowano sporadycznie (rys. 4).

6 56 К. Czarnowska, В. Gworek Cu m g/ kg Rys. 3. M iedź w mchu z Kampinoskiego Parku Narodowego Fig. 3. Copper in moss o f Kampinos National Park mg / kg Rys. 4. Nikiel w mchu z Kampinoskiego Parku Narodowego Fig. 4. Nickel in moss of Kampinos National Park Zawartość kadmu w badanym mchu wahała się od 0,08 do 1,86 mg/kg s.m. Ilości te były zbliżone do otrzymanych wcześniej w mchu z lasów otaczających Warszawę [2]. Średnia zawartość kadmu w mchu z KPN była 3-krotnie mniejsza niż w Pleurozium schreberi z Puszczy Niepołomickiej położonej w pobliżu Krakowa [7] i ponad 2-krotnie większa niż w mchu z obszaru Szwecji [9].

7 Zawartość m etali ciężkich w mchu Cd mg /'lkg Rys. 5. Kadm w mchu w Kampinoskiego Parku Narodowego Fig. 5. Cadmium in moss of Kampinos National Park Zawartość Cd w badanym mchu była istotnie skorelowana z koncentracją Zn i Cu (tab. 2). Na obszarze stanowiącym 70,7% Parku dominowały mchy o zawartości kadmu wynoszącej 0,6-0,9 mg/kg s.m. Na 27,5% powierzchni KPN mchy zawierały 0,3-0,6 mg kadmu w 1 kg s.m. (rys. 5). Obszar objęty izopletą o ilości Cd ponad 0,6 mg/kg s.m. znajduje się od strony Warszawy, w południowo-wschodniej części Parku; znaczne obszary o takiej zawartości kadmu występują także w środkowej i częściowo w południowo-zachodniej części KPN. W NIOSKI 1. Kampinoski Park Narodowy jest nierównomiernie zanieczyszczony Zn, Pb, Cu i Cd; bardziej zanieczyszczone metalami ciężkimi są obszary Parku położone w południowo-wschodniej części, tj. od strony Warszawy. 2. Mchy na dużej powierzchni Parku (64,3-78,4%) zawierają następujące zakresy metali (mg/kg s.m.): cynku , ołowiu 60-80, miedzi 10-15, niklu 4-8 i kadmu 0,6-0,9. LITERATURA [1] Cameron A.J. Nickiess G. Use o f mosses as collectors o f airborne heavy metals near I a smelting complex. Water, Air, Soil Pollut. 1977, 7: [2] Czarnowska К. Akumulacja metali ciężkich w glebach, roślinach i niektórych zwierzętach na terenie Warszawy. Rocz. Glebozn. 1980, t 31, 1:

8 58 К. Czarnowska, В. Gworek [3] Czarnowska K., Gworek В., Kozanecka T. Zawartość metali ciężkich w glebach i mchu K am pinoskiego Parku Narodowego. (W:) Wpływ działalności człowieka na środowisko glebowe w Kampinoskim Parku Narodowym. Wyd. SGGW -AR, Warszawa 1983: [4] G oodm an G.T., Roberts T.M. Plant and soils as indicators o f metals in the air. Nature 1971, 231, 5301: [5] G r o d z i ń s к a K. Zanieczyszczenie polskich parków narodowych metalami ciężkimi. Ochrona Przyrody 1980, 43: [6] Lisicka I., Petecka W. Zanieczyszczenie metaliczne powietrza atmosferycznego m.st. Warszawy. Zdrowie Publ. 1974, 85, 108: [7] M a k o m a s к a M. Heavy metals contamination o f pinewood in the Niepołom ice Forest (Southern Poland). Bull. Acad. Pol. Sei. Cl. II, 1978, 26, 10: [8] Rühling A., Tyler G. Regional-differences in the deposition o f heavy metals over Scandinavie. J. Appl. Ecol. 1971, 8: [9] Rühling A., Rasmussen L., Pilegaard K., Mäkinen A., Steinness E. Survey o f atmospheric heavy metal deposition in the Nordic countries in 1985 monitored by moss analyses. Nord: 1987, 21, 44. [10] Sienkiewicz J., Czarnowska К. Pollution o f soils and plants by heavy metals and degradation o f pinewood community. Ann. Warsaw Agricult. Univ.-SGGW, For. and W ood Technol. 42, 1991: К. Ч АРН О ВСК А, Б. ГВОРЕК СОДЕРЖ АНИЕ ТЯЖ ЕЛЫ Х М ЕТАЛЛОВ ВО М ХУ КАМ ПИНОСКО ГО Н АЦИОНАЛЬНОГО П АРКА Кафедра почвоведения Варшавской сельскохозяйственной академии Резюме В гг. отобрали 60 образцов мха Pleurozium schreberi Mitt.,, представительного для всей площади Кампиноского Национального Парка. В образцах мха определяли содержание Zn, Pb, Cu, Ni и Cd. На оновании полученных результатов были разработаны карты иллюстрирующие содержание тяжелых металлов во мху Кампиноского Национального Парка. Затем измеряли с помощью планиметра отдельные контуры млощ ади Парка, на которых мхи содержали одинаковые количества тяжелых металлов выражая их в процентах (табл. 3). Исчисляли также коэффициенты корреляции между содержанием отдельных металлов. Анализировали степень загрязнения почв Парка выраженную аккумуляцией тяжелых металлов во мху Pleurozium schreberi. Самое высокое содержание Zn, Pb, Cu, N i и Cd установлено, как правило, в образцах мхов отобранных в юго-восточной части Парка (со стороны Варшавы) и такую площадь признано как загрязненную тяжелыми металлами. Мхи на крупной площади Парка (64,3-78,4% ) содержали следовые элементы в следующих пределах (в мг/кг с.в.): цинка , свинца 60-80, меди 10-15, никеля 4-8 и кадмия 0,6-0,9. Содержание цинка в исследуемом мху существенно высоко коррелировало с количеством Си и Cd, а содержание Си с Cd.

9 Zawartość m etali ciężkich w mchu.., 59 K. CZARNOW SKA, B. GW OREK CONTENT OF H EAVY M ETALS IN MOSS OF THE KAM PINOS NA T IO N A L PARK Department o f Soil Science, Warsaw Agricultural University Summary Sixty samples o f Pleurozium schreberi Mitt, moss representable for the whole area o f the Kam pinos National Park were taken in In moss samples the Zn, Pb, Cu, Ni and Cd content was determined. On the basis o f the results obtained maps illustrating the content o f heavy metals in the m oss o f the Kampinos National Park were plotted. Then particular contours of the Park area, on which mosses contained the same amount of heavy metals in per cent (Table 3) were measured with the use o f planimeter. Also coefficients o f correlation between the content of particular metals were calculated. The contamination degree of the Park expressed by accumulation of heavy metals in the Pleurozium schreberi moss was analyzed. The highest content of Zn, Pb, Cu, Ni and Cd was found, on the average, in moss samples collected in the south-eastern part o f the Park (from the side o f Warsaw) and therefore this area should be regarded as contaminated with heavy metals. M osses on a large area o f the Park ( % ) contained heavy metals in the following amounts (in mg/kg of d.m.): zinc , lead 60-80, copper 10-15, nickel 4-8, cadmium The zinc content in the moss investigated was significantly highly correlated with the Cu and Cd amount and the Cu content with Cd. Prof. dr K. Czarnowska Praca wpłynęła do redakcji w lutym 1991 r. Katedra Gleboznawstwa SGGW w Warszawie Warszawa, Rakowiecka 26j30

10