WPLYW ZANIECZYSZCZENIA GLEBY METALAMI CIJ^ZKIMI NA ZAWARTOSC TYCH PIERWIASTKOW W ZIELU I KORZENIACH MELISY LEKARSKIEJ

Transkrypt

1 Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej im. H. Kollqtaja w Krakowie nr 373 s SESJA NAUKOWA z. 76 Czeslawa Jasiewicz*, Elzbieta Pisulewska**, Jacek Antonkiewicz* *K.atcdra Chemii Rolnej, **Katedra Szczegolovvej Upravvy Roslin. Akademia Rolnicza im. Mugona Kolhitaja \ Krakowie WPLYW ZANIECZYSZCZENIA GLEBY METALAMI CIJ^ZKIMI NA ZAWARTOSC TYCH PIERWIASTKOW W ZIELU I KORZENIACH MELISY LEKARSKIEJ L (MELISSA OFFICINALIS) < Badania przeprowadzono w warunkach doswiadczenia vvazonowego. Schemat doswiadczenia obejmowal 2 obiekty (kazdy w 3 powtorzeniach): kontrola (bez dodatku I' metali ci^zkich) i I poziom z metaiami (Cd 40, Cu 160, Ni 120, Pb 240, Zn 400 mg ' kg' 'if s.m.). Zawartosc badanych pierwiastkow w meiisie lekarskiej miescila si? w przedziale: f 0,09-2,98 mg Cd; 0,48-8,17 mg Pb; 0,42-5,08 mg Ni; 3,63-15,42 mg Cu; 33,37-88,87 mg I'; Zn kg'' s.m. Najwi?ksze ilosci Cd, Ni i Cu kumulowaiy korzenie a Zn i Pb liscie. Polska jest jednym z glownych eksporterow surowcow zielarskich. Aktualnie i skupowany w Polsce surowiec pochodzi albo z plantacji, albo tez ze stanu naturalnego I; [Berbec i Kolodziej 1999]. Zaklada si?, ze w obu przypadkach ziola byty zbierane lub I;': uprawiane w regionach ekologicznych, a wi?c nie zaniecz>'szczonych metaiami ci?zkimi. I' Rownoczesnie wiadomo ze rosliny zielarskie wykazuj^ znacznie wi?ksz^ wrazliwosc na i warunki glebowe w porownaniu z roslinami uprawnymi. Wymagaj^ nie tyiko gleb przepuszczalnych, zyznych, bogatych vv sktadniki pokarmovve, ale takze stanowisk V. 0 wysokiej kulturze, vv miar? wilgotnych, cieplych oraz czynnych mikrobiologicznie y [Ruminska 1983, 1991, Czuba 1996]. W zaleznosci od \v>magan ziola uprawiane Sc[ w.. pierwszym albo drugim roku po oborniku stosowanym w ilosci t/ha. Wymagania nawozowe oraz zdolnosc poszczegolnych gatunk6\ roslin zielarskich do pobierania :. podstawowych skladnikow pokarmowych zostala dokladnie okreslona [Ruminska 1991, Kordana i in. 1997], brak natomiast literatury fachowej dotyczj\^cej pobierania i kumulowania przez ziola metali ci?zkich. Celem podj?tych badan byla analiza wplywu zanieczyszczenia gleby metaiami ci?zkimi (Cd, Pb, Cu, Ni, Zn) na plon oraz zawartosc tych pierwiastkow w zielu i korzeniach melisy lekarskiej. ;V

2 2. Material 1 nietody Badania prowadzono w warunkach doswiadczenia wazonowego. Do doswiadczenia uzyto gleb? o skladzie granulometi^cznym pylu zwyklego. Pojemnosc sorpcyjna gleby ' wynosha 81,1 cmol (+) ' kg', PHKCI = 6.0 i zawartosc C-org 9,5%. Zawartosc metali ci?zkich oznaczona po mineralizacji 65% HNO.^ i 70% HCIOj wynosila: 1,2 mg Cd: 54.3 mg Pb; 5,0 mg Ni; 13,8 mg Cu; 226,6 mg Zn ' kg"' s.m. gleby. Schemat doswiadczeni; obejmowal 2 obiekty (kazdy w 3 powtorzeniach): kontrola (bez dodatku metali ci?zkich) i poziom 7. metaiami (Cd 40, Cu 160, Ni 120, Pb 240, Zn 400 mg ' kg"' s.m.). Okrcs wegetacji melisy w 2000r wynosh 60 dni. W czasie wegetacji rosliny podlewano wodji redestylowan<\c wilgotnosc gleby na poziomie 60% maksymalnej pojemnosci., wodnej. Rosliny zbi'erano przed p^kowaniem. Po zbiorze rosliny suszono w warunkach naturalnych, nast?pnie okre^lono wysokosc plonu cz?sci nadziemnych i korzeni. Zawaiiosc Cd, Pb, Ni, Cu i Zn w materiale roslinnym oznaczono po spopieleniu na sucho, technikq plomieniowq. za pomoc^ spektrofotometru absorpcji atomowej (ASA) firmy Philips model PU9l00X[Ostrowskai in J. 3. Wyniki Jako wskaznik toksycznosci metali ci?zkich przyj?to wysokosc plonu ziela oraz zawartosc kadmu, oiowiu, niklu, miedzi i cynku w lisciach, lodygach i korzeniach. Plon cz?sci nadziemnych melisy miescil si? w przedziale 13,82-25,59 g/wazon, a korzeni 10,74-11,60 g/wazon. Analiza wariancji plonu badanej rosliny wykazata brak istotnego spadku plonu pod wplywem zanieczyszczenia gleby metaiami ci?zkimi. Zawartosc badanych metali w zaleznosci od obiektu i analizowanej cz?sci" wskaznikowej melisy miescila si? w przedziale: 0,09-2,98 mg Cd; 0,48-8,17 mg Pb; 0,42-5,08 mg Ni; 3,63-15,42 mg Cu; 33,37-88,87 mg Zn ' kg"' s.m. Z danych zamieszczonych na lycinie 1 wynika, ze zawartosc analizowanych pierwiastkow w cz?sciach nadziemnych i korzeniach istotnie wzrastala pod wplywem zanieczyszczenia gleby metaiami ci?zkimi. Wysoki poziom zanieczyszczenia gleby metaiami ci?zkimi powodowai systematyczny wzrost zawartosci kadmu w korzeniach i lodygach. Najwi?cej kadmu gromadzily korzenie (0,75-2,98 mg Cd kg"' s.m.), a najmniej liscie (0,25-0,54 mg Cd " kg"' s.m.). Najwi?kszci zawartosci^ oiowiu charakteryzowaly si? liscie (2,89-8,17 mg Pb ' kg"' s.m.) natomiast najmniejsz^ lodygi (0,48-1,16 mg Pb ' kg'' s.m.). Wzrost zanieczyszczenia gleby metaiami ci?zkimi wplyn^l na wzrost zawartosci niklu zarowno w cz?sciach nadziemnych jak i w korzeniach. Najwyzsze koncentracje niklu zarejestrowano w korzeniach (1,72-5,08 mg Ni kg"' s.m.), a najmniejsze w lodygach (0,42-2,12 mg Ni ' kg"' s.m.). W analizowanych obiektach najwi?ksze koncentracje miedzi zarejestrowano w korzeniach (6,38-15,42 mg Cu kg"' s.m.), a najmniejsze w lisciach (3,63-6,79 mg Cu kg'' s.m.). W odroznieniu od innych badanych pierwiastkow, nie zarejestrowano wi?kszego zroznicowania w zawartosci cynku pomi?dzy poszczegolnymi cz?sciami wskaznikowymi melisy w obiekcie kontrolnym i przy zanieczyszczonym poziomie metaiami ci?zkimi. Przy podwyzszonym poziomie zanieczyszczenia gleby metaiami ci?zkimi odnotowano rowniez wzrost zawartosci cynku w cz?sciach nadziemnych i korzeniach melisy. Generalnie najwi?ksz^ koncentracje cynku charaktei7zowaly si? liscie (51,20-88,87 mg Zn kg'' s.m.), a 296

3 najnizszq korzenie (33,37-66,83 nig Zn i<g ' s.m.). Oceniajqc rozmieszczenie badanych metali ci?zkich vv meiisie nalezy stwierdzic, ze przy najwyzszym poziomie zanieczyszczenia gleby metaiami ci?zkimi, korzenie gromadzily vvi?cej Cd, Ni, Cii a liscie Pb i Zn. Ilosci pierwiastkow pobranych przez rosliny zalezc\ od wysokosci plonu i zawartosci danego pierwiastka. Pobranie metali ci?zkich z vvazonu w zaleznosci od obiektu i analizowanej cz?sci rosliny wahalo si? od 16,02 do 61,77.ig Cd, od 96,97 do 247,88.ig pb, od 43,28 do 186,02.ig Ni, od 238,63 do 462,85 fig Cu, od"2450,61 do 4056,18 ig Zn^ wazon"' (rye. 2). Wysoki poziom zanieczyszczenia gleby (Cd 40, Cu 160, Ni 120, Pb 240, Zn 400 mg kg'' s.m.) wplyucj.! istotnie na pobranie metali ci?zkich przez cz?sci nadziemne i korzenie melisy. Lq.czny wzrost pobrania Cd, Pb, Ni, Cu, i Zn przez melis? w stosunku do obiektu kontrolnego wynosm odpowiednio: 285,58%. 155,62% 329,80%, 93,96%, 65,51%. Z przedstawionych danych wynika, ze nikiel byl w najwi?kszym procencie odprowadzany z plonem badanej rosliny a w najmniejszym cynk. Struktura pobrania pierwiastkow przez rosliny przedstawia si? nast?pujci^co: kadm: korzenie (53%), lodygi (26%) > liscie (21%); otovv; liscie (82%) > korzenie (12%) > lodygi (7%); nikiel: korzenie (44%) > li.scie (40%) lodygi (16%); miedz: liscie (35%) > korzenie (37%) > lodygi (28%); cynk: liscie (54%) > lodygi (28%) > korzenie (18%). Ze struktury pobrania metali ci?zkich przez cz?sci wskaznikovve melisy wynika, ze Cd, Ni i Zn w najwi?kszym procencie odprowadzany jest przez korzenie, a Pb i Cu przez liscie. 4. Dyskusja W upravvie roslin rolniczych, w tym ziol, szczegolne niebezpieczenstwo stanowiei gleby zawieraj^ce nadmiarowe st?zenie metali ci?zkich i b?dc\^ce w uzytkowaniu rolniczym, gdyz wowczas istniejc^mozliwosci przemieszczania si? ich do lancucha pokarmowego [Baran, Turski 1996, Gambus, Gorlach 1995]. W niniejszej pracy wykazano, ze melisa nie byla wrazliwa na sti-es metali ci?zkich, poniewaz nie odnotowano istotnego spadku plonu badanej rosliny. Mozliwosc egzystencji melisy lekarskiej swiadcz)' o wysokiej odpomosci'' na zaniecz>'szczenie podloza metaiami ci?zkimi. Na podstawie wczesniejszych badan autorzy stwierdzili rowniez znaczn^ tolerancj? innych roslin uprawnych na obecnosc metali ci?zkich vv glebie [Jasiewicz 1989, Jasiewicz, Antonkiewicz 2000]. Zawartosc metali ci?zkich w roslinach zalezy nie tylko od ich koncentracji w glebie, ale takze od gatunku i odmiany [Gorlach, Gambus 1990, Jasiewicz 1989]. W przeprowadzonych w niniejszej pracy badaniach stwierdzono istotny wplyw wysokiego poziomu zanieczyszczenia gleby na zawartosc metali ci?zkich w meiisie. W badaniach Gorlacha i Gambusia [1992] rowniez stwierdzono wysokie zawartosci metali ci?zkich w roslinach uprawianych w warunkach gleby zanieczyszczonej metaiami ci?zkimi. Z literatury wiadomo, ze pobieranie pierwiastkow sladowych z gleb przez rosliny przekracza cz?sto ich zapotrzebowanie fizjologiczne. Nadmiar tych pierwiastkow w glebach moze zatem dzialac fitotoksycznie, podczas gdy ich niedobor ogranicza plonowanie roslin oraz wartosc pokarmowc)^. Na ogol rosliny s^ bardziej odporne na nadmierne koncentracje niz na deficyt pierwiastkow sladowych [Kabata-Pendias, Pendias 1999]. Zgodnie z danymi uzyskanymi w niniejszej pracy melisa uprawiana na glebie zanieczyszczonej chemicznie wykazyvvala duzj\ adaptacj? i tolerancj? na w^'sokie st?zenia metali ci?zkich vv glebie. 297

4 Wnjoski 1. Wysokosc plonu melisy nie zaiezala od badanego zakresu zanieczyszczenia gleby metaiami ci^zkimi. 2. Zawartosc badanych pierwiastkow miescila si? w przedziale: 0,09-2,98 mg Cd: ,17 mg Pb; 0,42-5,08 mg Ni; 3,63-15,42 mg Cu; 33,37-88,87 mg Zn ' kg"' s.m. Najwi?ksze ilosci Cd, Ni i Cu kumulowaly korzenie a Zn i Pb liscie. 3. Pod wpiywem zanieczyszczenia gleby metaiami ci?zkimi wzrasta pobranie przez melis? Cd, Pb, Ni, Cu i Zn. Wahalo si? ono od 16,02 do 61,77 ^ig Cd, od 96,97 do 247,88 lig Pb, od 43,28 do 186,02 \ig Ni, od 238,63 do 462,85 ^g Cu, od 2450,61 do 4056,18.ig Zn wazon"'. Literatura Baran S., Turski R Degradacja ochrona i rekullywacja gleb. Wyd. AR w Lublinie, ss.223. Berbec S., Kolodziej B Szczeg61owa Uprawa Roslin - Rosliny Zielarskie" Wyd. ARwe Wroclawiu, Czuba R Nawozenie mineralne roslin uprawnych. Police, ss Gambus F., Gorlach E Zawartosc kadmu w roznych ogniwach lancucha pokarmowego: gleba-roslina-zwierz? na przykladzie wojewodztwa krakowskiego. Zesz. Probl. PNR,448a, Gorlach E., Gambus F Fitotoksycznosc i pobieranie metali ci?zkich przez rosliny zaleznie od zdolnosci gleby do ich desoipcji. Zesz. Nauk. AR w Krakowie, 239, z.26,97. Gorlach E., Gambu^ F A comparison of sensitivity to the toxic action of heavy metals in various plant species. Polish J. Soil Sci., 25/2, Jasiewicz Cz Wyniki badan nad toksycznym dzialaniem miedzi na wybrane gatunki roslin. Acta Agr. et Silv., ser. Agr., 28, Jasiewicz Cz., Antonkiewicz J Wplyw zanieczyszczenia gleby metaiami ci?zkimi na wlasciwosci fizykochemiczne gleby, plon i sklad chemiczny topinamburu (Helianthus Tuberosus L.). Folia Univ. Agric. Sletin. 211, Agricultura (84), Kabata-Pendias A., Pendias H Biogeochemia pierwiastkow sladowych. Wyd. Nauk. PWN, Warszawa, ss Kordana S., Mordalski R., Nowak D Melisa lekarska - wyniki badaii agi-otechnicznych. Wiad. Ziel. 9, Ksi^zkiewicz T Ziololecznictwo Ojcow Bonifratr6w. Oficyna Wyd. Rytm, Warszawa. Lewandowski A Melisa lekarska i jej zastosovvanie. Wiadomosci zielarskie nr 11 Ostrowska A., Gawlinski S., Szczubialka Z Metody analizy i oceny wlasciwosci gleb i roslin. Katalog. Wyd. los, Warszawa, ss.334. Ruminska A Rosliny lecznicze. Podstawy biologii i agrotechniki. Wyd. ill, PWN. Warszawa Ruminska A Poradnik plantatora ziol. PWRiL, Poznan, Wojcik P Olejki eteryczne w kosmetyce. Wiadomosci zielarskie 7/8. 298

5 EFFECT OF SOIL HEAVY METAL CONTAMINATION ON THEIR CONCENTRATION IN MELISA (MELISSA OFFICINALIS) HERB AND ROOTS Summary The studies were conducted under pot cxperimcni conditions on soil with granulomctric composition of ordinary silt with 16,6% of" organic maltcr and PHKCI The experimental design included two objects which differed by a dose of heavy metals introduced into the soil. The highest levels of ihc soil contamination with heavy metals were as follows: 40 mg Cd, 160 mg Cu, 120 mg Ni, 240 mg Pb and 400 mg Zn ' kg'' d.m. The metals were introduced into the soil as water solution seven days before sowing. Vegetation period of melisa was 60 days. The amount of yield and the contents of cadmium, lead, copper, nickel and zinc in leaves, stems were assumed the criteria of heavy metal toxicity. The clement content ranged between 0,09-2,98 mg Cd; 0,48-8,17 mg Pb; 0, mgni; 3, mg Cu; 33,37-88,87 mgzn kg' s.m. Prof, dr hab. Czeslawa Jasiewicz Department of Agricultural Chemistry, Department of Crop Produktion, Hugon Koll^taj Agricultural University os Cracow 299

6 Obiekl-Objecl Rye. 1 Zawartosc Cd, Pb, Ni, Cu i Zn w meiisie Fig. 1 Content Cd, Pb, Ni, Cu and Zn in melissa 300

7 I Obiekt-Object II I Obiekt-Object il HLodygi-Stalks H Liscie-Leaves m Korzenie-Roots Obiekt-Object Rye. 2 Pobranie Cd, Pb, Ni, Cu i Zn przez melis? Fig. 2 Uptake of Cd, Pb, Ni, Cu and Zn by melissa 301

8 ZESZYTY NAUKOWE ISSN Akademii Rolniczej im. H. KoUqtaja w Krakowie Nr 373 Scientific Papers of the Agricultural University of Cracow SESJA NAUKOWA Zeszyt 76 Mqteriafy z mi^dzynarodowej konferencji Przyrodnicze i ekonomiczne warunki zrownowazonego rozwoju rolnictwa i obszarow wiejsklch'' Polanczyk maja 2001 Czfsc I Przyrodnicze uwarunkowania zrownowazonego rozwoju rolnictwa Krakow 2001