WPŁYW ZEOLITÓW NA POBIERANIE OŁOWIU PRZEZ ROŚLINY Z GLEB O SYM ULOW ANYM ZANIECZYSZCZENIU

Transkrypt

1 ROCZNIKI (il i:ik )/.\A \V < 7.in.X!.IV Z. I fz W A R S /A W Л ИЛКНЛКЛ CiWOKliK WPŁYW ZEOLITÓW NA POBIERANIE OŁOWIU PRZEZ ROŚLINY Z GLEB O SYM ULOW ANYM ZANIECZYSZCZENIU Kilted ni Gleboznawstwa SGGW w Warszawie W STĘP W badaniach dotyczących pobierania ołowiu przez rośliny często stwierdza się prostą zależność między zawartością ołowiu w podłożu a jego stężeniem w roślinie. Mechanizm pobierania nadmiernych ilości ołowiu (zbędnych do rozwoju rośliny) autorzy tłumaczą osłabieniem biologicznej bariery, w wyniku czego następuje nieselektywne pobieranie pierwiastka (Broyer i in. 1972; Kabata-Pendias, Pendias 1979; Langerwerff 1974; Malone i in. 1974; Zimdahl 1975). Jest to zjawisko wyjątkowo niekorzystne w przypadku uprawiania roślin na obszarach zanieczyszczonych ołowiem w wyniku oddziaływania przemysłu i komunikacji. W związku z włączaniem coraz większych ilości Pb do łańcucha troficznego podjęto badania na glebach o symulowanym zanieczyszczeniu w celu ograniczenia pobierania ołowiu przez rośliny. Do realizacji badań zastosowano odpowiednio formowane syntetyczne zeolity, które wprowadzono do gleby przed uprawą roślin jedno- i dwuliściennych. Zastosowane zeolitv są glinokrzemianami sodu (typ 4A, 13X), potasu (ЗА) i wapnia (5A). Naturalne zeolity występują w niewielkich ilościach w glebach (Brogowski i in. 1978, 1983; Sandy, Mumpton 1978). MATERIAL I METODY Badania prowadzono w hali wegetacyjnej w wazonach 4-kilogramowych przez 3 lata w 4 powtórzeniach. Glebę do doświadczeń pobrano z poziomu akumulacyjnego o składzie granulometrycznym piasku gliniastego mocnego pylastego, ph (w 1 N KC1) 6,2, o zawartości С organicznego 1,21% i ołowiu 16 mg/kg s.m. gleby wyekstrahowanego w 20% HC1. Glebę przed doświadczeniem sztucznie zanieczyszczono ołowiem w formie wodnego roztworu Pb(NC>3)2 w dawce 150 i 300 mg/kg s.m. gleby. Podstawowe nawożenie makroskładnikami wszystkich kombinacji było następujące:

2 20 В. G norek 0,20 g N, 0,2K g P. 0,30 g К i 0,06 g Mg na kg s.m. glebv odpowiednio w formie: NH4NO3, KH2PO4 i Mg(N0 3 )?. Następnie wprowadzono do glebv formowane syntetyczne zeolity w ilości 1 lub 2('f wagowych w stosunku do masy gleby. Za obiekt kontrolny przyjęto glebę o symulowanym zanieczyszczeniu Pb i nawożoną makroskladnikami bez dodatku zeolitów. W wazonach wypełnionych mieszaniną gleby z zeolitami i na kontroli posadzono 2-tvgodniowe sadzonki sałaty odmiany Cud Volburgu, posiano owies odmiany Dragon, rajgras angielski (Lolium perenne) oraz burak ćwikłowy odmiany Czerwona Kula. Rośliny w okresie wegetacji podlewano wodą redestylowaną do 60% maksymalnej wodnej pojemności polowej. Sałatę w trzecim tygodniu wegetacji, a owies w fazie krzewienia nawożono wodnym roztworem NH4NO3, przy czym ilość azotu wynosiła 0,1 g/kg s.m. glebv. Sałatę w tych samych wazonach uprawiano 3-krotnie po sobie i ścinano po osiągnięciu dojrzałości konsumpcyjnej, tj. po 6 tygodniach wegetacji. Ow'ies ścięto po osiągnięciu pełnej dojrzałości. Wegetacja buraków trwała od ma ja do października. Rajgras angielski w czasie jednego sezonu wegetacyjnego (maj-październik) ścinano 3-krotnie w' różnych odstępach czasu. Material roślinny przed analizą myto w wodzie redestylowanej (z wyjątkiem słomy, plew i ziarna owsa), suszono w temperaturze 60 C, spalono w piecu muflowym w temperaturze 4S0 C, a następnie popiół rozpuszczono w kwasie solnym. Ołów z roztworów oznaczono po zagęszczeniu do fazy organicznej ketonem metyloizobutylowym techniką AAS. Obliczeń statystycznych dokonano metodą dwukierunkowej analizy wariancji z użyciem testu Tukev'a. WYNIKI BADAŃ Wyniki badań przedstawiono w formie graficznej (rys. 1-5) jako średnią arytmetyczną wyników z trzech lat (n = 12), gdyż współczynnik zmienności wahał się w granicach 3,4-6,2%. Spośród analizowanych części roślin uprawianych tak na kombinacjach kontrolnych, jak i w obecności zeolitów największą ilość ołowiu stwierdzono w korzeniach roślin. Są to wyniki zbieżne z wynikami badań innych autorów, według których ołów pobrany przez rośliny zatrzymywany jest głównie w korzeniach, a tylko mniej więcej 10% przedostaje się do części nadziemnych (Broyer i in. 1c>72; Kabata-Pendias, Pendias 1979; Malone i in. 1974). Badania wykazały wpływ czasu trwania wegetacji na zawartość ołowiu w korzeniach roślin uprawianych na glebie o symulowanym zanieczyszczeniu. Fakt ten został potwierdzony przez analizę korzeni roślin uprawianych na glebie zanieczyszczonej ołowiem w ilości 300 mg/kg (kombinacja kontrolna). W korzeniach rajgrasu o najdłuższym okresie wegetacji (6 miesięcy) stwierdzono 324 mg Pb, w korzeniach owsa (wegetacja 4 miesiące) mg, a w korzeniach sałaty (wegetacja 6 tygodni) ilość Pb wynosiła 1<S9 mg/kg s.m. (rys. 1-3).

3 Wpływ zcolitów na pobieranie ołowiu 21 Po wprowadzeniu formowanych syntetycznych zeolitów do gleby - niezależnie od ich typu, dawki i wielkości symulowanego zanieczyszczenia - ilość ołowiu istotnie obniżyła się w korzeniach badanych roślin. Maksymalny spadek zawartości ołowiu otrzymano w korzeniach buraka, a więc o 83% w stosunku do kontroli (rys.5), następnie w korzeniach owsa o 74 i 75 % (rvs. 3 i 4) i w' korzeniach sałaty - o 70% (rys. 1). Najmniejsze obniżenie zawartości ołowiu odnotowano w korzeniach rajgrasu - o 24%. Stwierdzono wyraźny wpływ czasu trwania kontaktu zeolitu z glebą na unieruchomienie ołowiu, pomimo iż został on dodany w formie łatwo rozpuszczalnej. Świadczy o tym zmniejszenie zawartości ołowiu w liściach kolejnych upraw sałaty; spadek ten w sałacie z 1zbioru wynosił 22%, z II - 49% i z III - 73% w stosunku do kontroli (rys. 1). Im dłuższym był czas przebywania zeolitów w glebie, tym w'iększe obniżenie zawartości ołowiu obserwowano również w analizowanych pokosach rajgrasu. Po zastosowaniu zeolitu ilość Pb w I pokosie zmniejszyła się o 14%, w' II pokosie o 36%, a w pokosie III o 85% w stosunku do kontroli (rys.2). W analizowanych nadziemnych częściach owsa otrzymano istotne obniżenie zawartości ołowiu, które wahało się w zakresie 33-40%, w liściach buraków zaś ilość ołowiu zmniejszyła się o 27 %. Spadek zawartości ołowiu w roślinach uprawianych na glebie z dodatkiem zeolitów-byl efektem ich zdolności sorpcyjnych i jonowymiennych. Pojemność sorpcyjna syntetycznych glinokrzemianów zastosowanych w doświadczeniu wynosiła 425,9-491,2 m e/l0 0 g. Z doświadczenia jednoznacznie nie wynika, który z zastosowanych zeolitów ma większe powinowactwo względem jonów Pb^+. Podobne badania dotyczące wykorzystania tak naturalnych, jak i syntetycznych zeolitów do unieruchomienia metali ciężkich prowadzili np.: Borowiak i in. ( 19X ), Breck ( 1974), Czeliszczew, Czeliszczewa ( 19,41 ); Czupyrna i in. (1989); Gworek (1992); Gworek, Borowiak (1990); Sandy, Mumpton (1978). WNIOSKI 1. Rośliny uprawiane na glebie osymulowanym zanieczyszczeniu ołowiem w' obecności zeolitów pobrały istotnie mniej ołowiu w' porównaniu z kontrolą. 2. Maksymalne obniżenie zawartości ołowiu po zastosowaniu zeolitów otrzymano w rajgrasie (o 85% ), następnie w burakach (o 83%) i w owsie (o 75% ), a najmniejsze w sałacie (o 73%). 3. Badania nie wykazały jednoznacznie, który z zastosowanych zeolitów* (ЗА, 4A, 5A, 13X) charakteryzował się większym powinowactwem względem ołowiu.

4 22 В. Gworek LITERATURA [1] Borowiak М., Czarnowska K., Lewandowski W., Kot B. Dynamika zmian w zawartości metali ciężkich w glebach antropogenicznych w obecności zeolitów. Rocz. Glebozn. 1986, 37: [2] Borowiak Górny M., Kot B., Lewandowski W. Badania nad dystrybucją metali ciężkich w układach gleba antropogeniczna-zeolit. Mat. Zjazdu Nauk. PTChem. i SITChem. Katowice X 1983,287. [3] Brogowski Z., Dobrzański B., Kocoń J. Morphology of natural zeolites occurring in soil as determinated by electron microscopy. Bull. Acad. Pol. Sei. 1978,27,1-2: [4] Brogowski Z., Dobrzański В., Kocoń J.,Zaniewska-Chlipalska E. The possibility of zeolites occurrence in the soils of Poland. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 1983, 220: [5] BreckD.W. Zeolite molecular sieves. Willey, New York 1974: [6] Broyer T.C., Jonson C.N., Pauli R.E. Some aspects of lead in plant nutrition. Plant and Soil 1972,36: [7] Czeliszczew N.F., Czeliszczewa R.W. Znaczenije jonoobmiennych swojstw prirodnych ceolitow dla wywoda iz piszczew cepiej toksycznych metalów. Trudy Symp., Baku 1981: [8] Czupyrna G MLevy R.D., McLean A J., Gold H. In situ immobilization of heavy metal-contaminated soils. Park Ridge, Noyes Data Corporation, New Jersey [9] Gworek B. : Inactivation of cadmium in contaminated soils using synthetic zeolites. Envir. Poll. 1992,75: [10] Gworek B., Borowiak M. Model studies on mobilization of certain heavy metals by synthetic zeolites. Rocz. Glebozn. 1990,42,1-2: [11] Gworek B., Borowiak M. Zgłoszenie patentowe nr , [12] Kabata-Pendias A., Pendias H. Pierwiastki śladowe w środowisku biologicznym. Wyd. Geologicznej, Warszawa [13] Langerwerff Л-V. Current research in heavy metals in soil sediment and water. Proc. 2nd Ann. Conf. Trace Contamin., Pacific Grove, NSF, 1974: [14] Malone C., Koeppe D.E., Miller R.J. Localization of lead accumulated by corn plants. Plant Physiol. 1974,53: [15] Sandy L.B., Mumpton F.A. Natural zeolites. Occurrence, properties, uses. Pergamon Press, New York 1978: [16] Zinidahl R.L. Entry and movement in vegetation of lead derived from air and soil sources. 68th Ann. Meeting Air Poll. Control Assoc. Boston Mass 1975: 2-5. B. Gworek EFFECT OF ZEOLITES ON THE LEAD UPTAKE BY PLANTS FROM SOILS WITH SIMULATED CONTAMINATION Institute of Soil Science, Warsaw Agricultural University Summary It has been proved in the pot experiments that it is possible to reduce the lead content in the trophic chain soil-plant-animal (man). Synthetic zeolites of the ЗА, 4A, 5A and 13 X type were used. They were introduced into soils with the simulated Pb contamination. The lead content in leaves of lecttuce cultivated on soil with added zeolites was reduced

5 Rys. 1. O łów w sałacie upraw ianej na glebie sztucznie zanieczyszczonej daw ką P b w d aw ce 300 m g /kg s.m.: U -lll - liście, K - korzenie (I), 1 - k o m b in acja bez d o d a tk u z e o litó w (k o n tro la), 2 - k o m b in acja z 1 % d o d a tk ie m w ag o w y m ze o litu typu 4 A, 3 - k o m b in a c ja z 1 % d o d atk iem w agow ym zeolitu typu 13Х, 4 - kom binacja z dodatkiem po 1 % w agow ym zeolitu typu 4А +13Х. F ig. 1. L e ad in lettu ce c u ltiv a te d on so il artific ia lly c o n ta m in a te d w ith th e P b d o s e o f m g /k g d.m., Lm ii - leav es, К - ro o ts(i), 1 - tre a tm e n t w ith o u t a d d itio n o f z e o lite s (co n tro l), 2 - added 1 w e ig h % o f 4A ty p e ze o lite, 3 - tre a tm e n t w ith ad d e d 1 w e ig h t % o f 1 3X ty p e z e o lite, 4 - tre atm en t w ith ad d itio n by 1 w e ig h t % o f 4 A X ty p e z e o lite Dr Barbara Gworek Katedra Gleboznawstwa, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie Warszawa, Rakowiecka Praca wpłynęła do redakcji w sierpniu 1902 r. atthe highest by 73%, inlołiumperenneby 85%, in oats by 33-75% and inbeets by 26-83% in relation to plants cultivated on soil without addition of zeolites. Wpływ zeolitów na pobieranie ołowiu 23

6 24 В. Gworek Rys 2. Ołów w rajgrasie angielskim uprawianym w glebie sztucznie zanieczyszczonej Pb w dawce 300 mg/kg s.m.: Рин - kolejne pokosy, К - korzenie. Inne objaśniena jak na rys. 1 Fig 2. Lead in English ryegrass cultivated on soil artificially contaminated with the Pb dose of 300 mg/kg d.m.: Р и ц - successive cuts, К - roots. Other explanations - s. Fig 1 Rys 3. Ołów w owsie uprawianym w glebie sztucznie zanieczyszczonej dawką Pb 300 mg/kg s.m.: В - słoma, С - ziarno, D - korzenie. Inne objaśniena jak na rys. I. Fig 3. Lead in oats cultivated on soil artificially contaminated with the Pb dose of 300 mg/kg d.m. В - straw, С - grain,, D - roots, other explanations - see Fig I.

7 Wpływ zeolitów na pobieranie ołowiu R ys. 4. O łó w w o w sie u p raw ian y m na glebie sztu c z n ie z a n ie c z y sz c z o n e j d a w k ą Pb m g /k g s.m.: В - sło m a, С - ziarn o, D - k o rz e n ie, 1 - k o m b in a c ja b e z d o d atk u z e o litó w (k o n tro la), 2 k o m b in acja z dodatk iem 1 % w ag. ze o litu ty p u A, 3 k o m b in acja z d o d a tk ie m 3 % w ag. zeo litu typu ЗА, 4 k o m b in a c ja z d o d a tk ie m po 1 % w ag. z e o litu ty p u 5A. 5 - kom binacja z dodatkiem 3 % wag. zeolitu typu 5A Fig. 4. L ead in oats c u ltiv a te d on so il artificially c o n ta m in a te d w 'ith P b d o se o f 300 m g /k g d.m.: В straw, С grain, D roots, 1 tre a tm e n t w 'ithout a d d itio n o f z e o lite s (k o n tro l), 2 - tre atm en t w ith ad d e d 1 w eig h t 1 % o f З А type zeolite, 3 - tre a tm e n t w ith a d d e d 3 w eig h t % o f З А type ze o lite, 4 - tre a tm e n t w ith a d d itio n by 1 w eig h t % o f 5A ty p e z e o lite, 5 - treatm ent w ith added 3 w eight % of 5A type zeolite

8 26 В. Gworek R ys. 5. O łów w burakach upraw ianych na glebie sztucznie zanieczyszczonej daw ką Pb 150 m g /kg s.m.: L - liście, К - k o rzen ie, 1 - k o m b in acja b ez d o d atk u ze o litó w (k o n tro la), 2 - k o m b in acja z d o d atk iem 1 % w ag. z e o litu ty p u ЗА, 3 - k o m b in acja z d o d atk iem 3 % w ag. z e o litu typu ЗА, 4 - k o m b in acja z d o d a tk ie m po 1 % w ag. zeolitu typu 5 A, 5 - kom binacja z dodatkiem 3 % w ag. zeolitu typu 5A Fig. 5. L e ad in b ee t cu ltiv a te d on soil artific ia lly c o n ta m in a te d w ith P b d o se o f 150 m g /k g d.m.:l - le av es, К - ro o ts, 1 - tre a tm e n t w ith o u t ad d itio n o f z e o lite s (co n tro l), 2 - tre atm en t w ith ad d e d 1 w e ig h t 1 % o f З А ty p e z e o lite, 3 - tre atm en t w ith ad d e d 3 w eig h t % o f З А type ze o lite, 4 - tre atm en t w ith a d d itio n by 1 w e ig h t % o f 5A type zeolite, 5 - treatm ent w ith added 3 w eight % of 5A type zeolite