PIERWIASTKI ŚLADOWE W GLEBACH UPRAWNYCH PRZY DROGACH WOKÓŁ WARSZAWY

Transkrypt

1 ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE TOM LIII, NR 3/4 WARSZAWA 2002 (67-74) KRYSTYNA CZARNOWSKA, MARIA CHLIBIUK, TERESA KOZANECKA PIERWIASTKI ŚLADOWE W GLEBACH UPRAWNYCH PRZY DROGACH WOKÓŁ WARSZAWY TRACE ELEMENTS IN ARABLE SOILS NEAR ROADS AROUND W ARSAW Katedra Nauk o Środowisku Glebowym, Zakład Gleboznawstwa SGGW w Warszawie Abstract: The subject of the research was the concentration of total and soluble forms of heavy metals (Zn, Pb, Cu and Cd) in arable soils within 7, 30 and 50 meter distance from the roads located near Warsaw. The results revealed that the traffic causes increased accumulation of Zn, Pb, Cu and Cd in soils (0-20 cm). The average contents of heavy metals can be put in the following descending order: Zn > Pb > Cu > Cd, whith the following concentrations: 51; 26; 13; 0,38 mg/kg s.m., respectively. The mean percent of soluble forms in the total contents was as follows: Cd (79) > Pb (49) > Zn (40) > Cu (38). No clear relationship was found between the concentration of heavy metals in soil and distance from the highways. Słowa kluczowe: gleby uprawne, metale ciężkie: Zn, Pb, Cu, Cd, formy Ogólne i rozpuszczalne. Key w ords: arable soils, heavy metals: Zn, Pb, Cu, Cd, total and soluble forms. WSTĘP Wielkość emisji niektórych metali ciężkich zależy, oprócz innych źródeł, od natężenia ruchu drogowego. W Polsce ogólna ilość dróg publicznych w końcu 2000 roku wynosiła 373 tysiące km, z czego 67% stanowiły drogi o nawierzchni twardej. W latach ilość samochodów osobowych wzrosła z 4,6 do 10 min sztuk i przewidywany jest dalszy wzrost do około 15 min w roku Z ogólnej liczby samochodów osobowych ponad 90% stanowiły pojazdy z silnikami benzynowymi [Rocznik Statystyczny 2000]. Ołów zawarty w spalinach samochodowych dostaje się bezpośrednio do gleby, a także z pyłem drogowym zawierającym Pb i inne metale śladowe. Dlatego też obserwuje się stopniowe zanieczyszczenie pierwiastkami śladowymi różnych gleb gruntów rolnych i leśnych położonych wzdłuż dróg [Ciećko i in. 1998, Curzydło 1989, Czarnowska 1987, Czerwiński 1987, Czępińska-Kamińska i Janowska 1999, Malczyk i Kędzia 1996, Skłodowski 1995, Strusiński 1978].

2 68 К. Czarnowska, M. Chlibiuk, T. Kozanecka Celem pracy było określenie wpływu ruchu samochodowego na wzrost zawartości pierwiastków śladowych w glebach uprawnych położonych przy głównych drogach w okolicy Warszawy. MATERIAŁ I METODY Badaniami objęto 11 powierzchni położonych przy drogach o różnym stopniu natężenia ruchu pojazdów samochodowych w pobliżu Warszawy (rys. 1). Próbki glebowe pobrano z pól uprawnych we wrześniu roku, z warstwy ornej 0-20 cm z odległości 7, 30 i 50 m od krawędzi jezdni. Analizowana próbka glebowa była średnią z 5 próbek pobranych z każdej powierzchni. Gleby z badanych powierzchni różniły się pod względem typologii i kwasowości, co ilustrują tabele 1 i 3. W celu oznaczenia ogólnej zawartości metali ciężkich próbki glebowe rozcierano w młynie agatowym, spalono w piecu muflowym w temp. 480 C, a następnie trawiono na gorąco 20% HC1 w roztwarzaczu mikrofalowym Ethos RYSUNEK 1. Rozmieszczenie powierzchni ba- PLUS Milestone, dawczych: Formy wymienne (rozpuszczalne) FIGURE 1. Location of study areas: metali śladowych oznaczono w wyciągu 1-S w ię c ic e,2 -S ę k o c in,3 -Ł o m n a,4 -W o h c a,, _ з 5 - Ostrowik, 6 - Konik Stary, 7 - Jabłonna, 8 - U 1 m o 1 ' a m ul. Łopuszańska, 9 - Wilanów, 10 - Stara Iwiczna, 11 - Piaseczno W otrzymanych roztworach oznaczono zawartość Zn, Pb, Cu i Cd, sto- TABELA 1. Spis powierzchni, położenie, typy i gatunki gleb TABLE 1. List of study areas, location, kinds of soils Nr M iejscowość Locality Nr drogi No road Gleba - Soil FI Swięcice E-30 Czarna ziemia - utwór pyłowy zwykły 2 Sękocin E-77 Gleba płowa - glina zwałowa lekka 3 Łomna E-67 Gleba brunatna - utwór pyłowy zwykły 4 Wolica E-67 Gleba płowa - glina zwałowa lekka 5 Ostrowik 17 Gleba płowa - piasek gliniasty mocny 6 Konik Stary E-8 Gleba rdzawa - piasek słabo gliniasty 7 Jabłonna E-61 Gleba płowa - piasek gliniasty lekki 8 ul. Łopuszańska 719 Czarna ziemia - utwór pyłowy zwykły 9 Wilanów 723 Gleba brunatna - utwór pyłowy zwykły 10 Stara Iwiczna 723 Gleba płowa - glina zwałowa lekka 11 Piaseczno 723 Gleba płowa - glina zwałowa lekka

3 Pierwiastki śladowe w glebach uprawnych przy drogach 69 wokół Warszawy sując technikę absorpcji atomowej (AAS). Obliczono procentowy udział wymiennych form metali w zawartości tych metali ogółem. WYNIKI BADAŃ Zawartość cynku w badanych glebach wahała się w szerokim zakresie od 15 do 226 mg/kg (średnio 51 mg/kg). Najwięcej Zn znajdowało się w glebie powierzchni nr 8 z maksimum stężenia w odległości 50 m od drogi. Ilość cynku była od 3,5 do 7,5 razy większa w porównaniu z tłem geochemicznym [Czarnowska 1996]. Najmniej Zn ogółem stwierdzono w glebie z powierzchni nr 6 w odległości 30 m od drogi. W glebach z obiektów nr 2,4, 5, 7 zaobserwowano stopniowy spadek ilości Zn w miarę oddalania się od krawędzi drogi. W pozostałych obiektach rozkład ten był nieregularny (tab. 2 ). Zawartość Zn rozpuszczalnego wynosiła od 6 do 142 mg/kg (tab. 3). Najmniej tej formy Zn zawierały gleby z powierzchni nr 3, zaś najwięcej z powierzchni nr 8 i 4 (do 30 m od drogi). Procentowy udział formy rozpuszczalnej cynku w zawartości formy ogółem nie był jednakowy w badanych glebach i wyniósł od 15 do 63% (tab. 3). Zawartość ołowiu ogółem w glebie wahała się od 8 do 144 mg/kg i średnio wyniosła 25,9 mg/kg. Największa akumulacja tego pierwiastka miała miejsce w glebie z powierzchni nr 8 z maksimum w odległości 30 m od ulicy. Zawartość ołowiu była tu ponad 11-krotnie większa w porównaniu z tłem geochemicznym. Należy zaznaczyć, iż powierzchnia badawcza położona była w sąsiedztwie bardzo ruchliwych ulic Łopuszańskiej i Al. Jerozolimskich. Obydwie te arterie komunikacyjne wpłynęły na zawartość Pb w badanych glebach. Najmniejszą ilość ołowiu ogółem ( 8 mg/kg) odnotowano w glebie z powierzchni nr 5 w odległości 50 m od jezdni. Droga, przy której znajdowała się ta powierzchnia badawcza, jest drogą o małym natężeniu ruchu. Fakt ten potwierdza opisywany w literaturze wpływ natężenia ruchu samochodowego na koncentrację tego metalu w glebach. Stopniowy spadek ilości ołowiu w glebie wraz z oddalaniem się od drogi obserwuje się jedynie w czterech z jedenastu badanych obiektów, tj. na powierzchniach nr 4, 5, 7, 11. Na powierzchniach nr 1, 2, 8 największa koncentracja ołowiu w glebie miała miejsce w odległości 30 m od krawędzi jezdni, a na powierzchni nr 6 najwięcej ołowiu stwierdzono 50 m od drogi (tab. 2). Zawartość Pb rozpuszczalnego w glebach wynosiła od 3 do 49 mg/kg. Najwięcej tej formy Pb stwierdzono w glebie z powierzchni nr 4 w odległości do 30 m od jezdni. Najmniej Pb rozpuszczalnego zawierały gleby z powierzchni nr 3 ze wszystkich odległości. Procentowy udział formy rozpuszczalnej ołowiu w formie ogółem stanowił od 19 do 75% (tab. 3). Zawartość miedzi ogółem wahała się w zakresie od 2,2 do 75,2 mg/kg, średnio 13,2 mg/kg. Maksymalne ilości Cu w glebie odnotowano na powierzchni nr 4, nieco mniejsze, ale również znacząco wyższe od pozostałych - na powierzchni nr 8. Najmniej miedzi ogółem było w glebach z powierzchni nr 5 i nr 6. Rozkład ilości Cu w glebie był nieregularny, nie zależał od odległości od drogi.

4 70 К. Czarnowska, M. Chlibiuk, T. Kozanecka TABELA 2. Ogólna zawartość pierwiastków śladowych w glebach uprawnych z okolic Warszawy TABLE 2. Total trace elements content in arable soils near Warsaw Lp. Lokalizacja Localization Odległość od drogi Distance from road [m] Zn Pb Cu Cd [mg/kg s.m.] 1 Św ięcice ,8 0, ,4 0, ,6 0,28 2 Sękocin ,3 0, ,2 0, ,1 0,28 3 Łomna ,9 0, ,5 0, ,3 0,36 4 Wolica ,2 0, ,5 0, ,6 0,28 5 Ostrowik ,4 0, ,5 0, ,2 0,26 6 Konik Stary ,9 0, ,8 0, ,5 0,38 7 Jabłonna ,6 0, ,9 0, ,6 0,42 8 ul. Łopuszańska ,3 0, ,4 0, ,2 0,70 9 Wilanów ,9 0, ,5 0, ,4 0,34 10 Stara Iwiczna ,5 0, ,3 0, ,6 0,40 11 Piaseczno ,0 0, ,8 0, ,0 0,34 Tło geochem iczne 30 9,8 7,1 0,18 Badając formy rozpuszczalne miedzi największe jej ilości (65,3 mg/kg) stwierdzono w glebie z powierzchni nr 4 w odległości 7 m od drogi, a w odległości 30 m - 46,1 mg/kg oraz w glebie z powierzchni nr 8 od 13,1 do 11 mg/kg. Na pozostałych powierzchniach ilość tej formy Cu nie przekraczała 4,3 mg/kg. Procentowy udział formy rozpuszczalnej miedzi w ilości ogółem w badanych glebach wahał się od 16 do 87% (tab. 3). Zawartość kadmu ogółem w badanych glebach wynosiła średnio 0,38 mg/kg. Najwięcej tego pierwiastka 0,70 mg/kg znajdowało się w glebie z powierzchni nr 8 w

5 TABELA 3. Zawartość rozpuszczalnych form pierwiastków śladowych w glebach uprawnych z okolic Warszawy i ich procent w zawartości ogólnej TABLE 3. Content of soluble trace elements in 1 mol dm HC1 in arable soils near Warsaw and their percent in relation to their total amount Lp. Lokalizacja Localization Odległość od drogi Distance from road [m] ph w KCl Zn Pb Cu Cd [mg/kg s.m.] [%] [mg/kg s.m.] [%] [mg/kg s.m.] [%] [mg/kg s.m.] [%] 1 Swięcice 7 7, ,2 41 0, , ,3 31 0, , ,0 36 0, Sękocin 7 6, ,1 49 0, , ,5 43 0, , ,6 51 0, Łomna 7 5, ,1 27 0, , ,9 25 0, , ,8 25 0, Wolica 7 5, ,3 87 0, , ,1 73 0, , ,2 78 0, Ostrowik 7 6, ,1 32 0, , ,8 32 0, , ,6 27 0, Konik Stary 7 5, ,0 25 0, , ,4 14 0, , ,4 16 0, Jabłonna 7 5, ,3 31 0, , ,3 29 0, , ,0 42 0, ul.łopuszańska 7 6, ,1 48 0, , ,2 54 0, , ,0 20 0, Wilanów 7 6, ,7 34 0, , ,3 42 0, , ,5 34 0, Stara Iwiczna 7 6, ,1 33 0, , ,3 21 0, , ,5 23 0, Piaseczno 7 6, ,3 43 0, , ,7 42 0, , ,8 40 0,31 91 Pierwiastki śladowe w glebach uprawnych przy drogach wokół Warszawy

6 72 К. Czarnowska, M. Chlibiuk, T. Kozanecka odległości 30 i 50 m od drogi. Najmniej Cd (0,24 mg/kg) odnotowano w glebie z powierzchni nr 2 oddalonej 7 m od krawędzi jezdni. Należy zaznaczyć, że we wszystkich glebach na badanych powierzchniach ilość kadmu przekroczyła wartość tła geochemicznego. W glebach z powierzchni nr 1, 5, 7, 11 ilość kadmu regularnie maleje wraz ze wzrostem odległości od krawędzi jezdni. Natomiast, na powierzchni nr 4 widoczny jest spadek zawartości Cd w glebie dopiero w odległości 50 m od drogi. W glebie z powierzchni nr 2,3, 8 zauważono natomiast tendencję odwrotną. Gleby z powierzchni nr 6 i 10 zawierały mniejsze ilości Cd w odległości 30 m od jezdni, podczas gdy z powierzchni oddalonych 7 i 50 m od jezdni następował nieznaczny wzrost koncentracji tego pierwiastka (tab. 2 ). Zawartość Cd rozpuszczalnego w glebach wahała się od 0,21 do 0,58 mg/kg. Udział formy rozpuszczalnej kadmu w formie ogółem był bardzo wysoki i wynosił od 64 do 91% (tab. 3). Jest to zjawisko bardzo niekorzystne, gdyż są to formy przyswajalne dla roślin. Rośliny wykazują zróżnicowaną zdolność kumulacji różnych pierwiastków, jednak kadm jest tym metalem, który najłatwiej gromadzi się w tkankach roślin włączając się w ten sposób do łańcucha troficznego. Kadm jest również uznany, obok ołowiu, za pierwiastek najbardziej niebezpieczny pod względem zagrożeń dla produkcji rolnej, a także i dla człowieka. DYSKUSJA Ogólna zawartość Zn, Pb, Cu i Cd w omawianych glebach położonych wzdłuż tras komunikacyjnych była znacznie większa niż w innych glebach uprawnych Mazowsza [Czarnowska, Gworek 1987]. Odnosząc się do podanych przez innych autorów ilości niektórych metali ciężkich w glebach położonych przy trasach komunikacyjnych można porównać wyniki przedstawione w tej pracy z danymi literatury. I tak maksymalne zawartości cynku były zbliżone do uzyskanych przez Czerwińskiego [1987], zaś zawartości ołowiu były mniejsze od stwierdzonych przez Czerwińskiego [1987] i Curzydłę [1998]. Inni autorzy [Ciećko i in. 1998, Klimowicz, Melke 2000] uzyskali znacznie mniejsze zawartości ołowiu w glebach uprawnych przy drogach, niż wynika to z danych przedstawionych w niniejszej pracy. W omawianych badaniach nie stwierdzono jednoznacznie prawidłowości opisanej w literaturze [Strusiński 1978, Curzyło 1989, Czarnowska 1994, Skłodowski, Maciejewska 1995] dotyczącej stopniowego spadku zawartości metali ciężkich w glebach wraz ze wzrostem odległości od krawędzi drogi. Jedyną miejscowością, gdzie odnotowano tę prawidłowość w stosunku do wszystkich badanych pierwiastków, był Ostrowik (powierzchnia nr 5). W glebach z powierzchni nr 2, 3, 6, 8, 10 maksymalne zawartości badanych pierwiastków występowały najczęściej w odległości 50 m od drogi, co również znajduje potwierdzenie w literaturze [Jarosz, Marchwińska 1991]. Wpływ natężenia ruchu drogowego na akumulację metali śladowych w badanych glebach jest istotny. Najlepiej można to prześledzić porównując miejsca o skrajnie różnych nasileniach ruchu. Największe ilości pierwiastków śladowych odnotowano w glebach z powierzchni nr 8, gdzie według danych Wydziału Badań i Analiz Ruchu

7 Pierwiastki śladowe w glebach uprawnych przy drogach wokół Warszawy 73 Zarządu Dróg Miejskich w Warszawie w roku 2000 liczba pojazdów na godzinę wynosiła Powierzchnia ta znajdowała się również w strefie oddziaływania zanieczyszczeń z Al. Jerozolimskich - tu przejeżdżało 3400 pojazdów w ciągu godziny. W obiekcie nr 5, gdzie zaobserwowano najmniejszą kumulację metali śladowych w glebie, natężenie ruchu drogowego wynosiło 620 pojazdów na godzinę. W latach 1980 i 1990 prowadzone były analizy gleb z miejscowości: Łomna, Święcice, Sękocin, Wolica [Czarnowska 1994]. Należy przy tym zaznaczyć, że ze względu na zmianę użytkowania gleb próbki analizowane w tej pracy były pobrane w tych samych miejscowościach, ale z innych miejsc. Dlatego też ilości Pb, Zn i Cu odnotowane obecnie w glebach z tych miejscowości były mniejsze niż w 1990 roku. Przyczyną stosunkowo małej akumulacji metali ciężkich w glebach znajdujących się w sąsiedztwie dróg jest systematyczne przechodzenie na stosowanie benzyny bezołowiowej, a także lepszy stan techniczny jeżdżących obecnie po naszych drogach pojazdów. Zawartości średnie rozpuszczalnych form Zn, Pb i Cu w badanych glebach są znacznie większe od stwierdzonych w madach użytkowanych rolniczo [Czarnowska, Szymanowska-Sieńczewska 1999]. Nie stwierdzono zależności między ilością rozpuszczalnych form Zn, Pb, Cu i Cd a wartością ph gleby. Udział rozpuszczalnych form kadmu i ołowiu w omawianych glebach był bardzo duży i wynosił średnio: Cd - 79% i Pb 49% ich ogólnej zawartości. Jak wiadomo, są to metale stanowiące duże potencjalne zagrożenie dla środowiska w układzie: gleba - roślina - zwierzę. Podsumowując uzyskane wyniki można stwierdzić, że średnia ogólna zawartość pierwiastków śladowych oraz ich form rozpuszczalnych w analizowanych próbkach gleb układała się w szeregu malejącym: Zn > Pb > Cu > Cd, charakterystycznym dla gleb w małym stopniu zanieczyszczonych. WNIOSKI 1. Komunikacja samochodowa ma wpływ na akumulację Zn, Pb, Cu i Cd w glebach położonych w ich sąsiedztwie. Średnia zawartość pierwiastków ogółem układa się w badanych glebach w szeregu malejącym: Zn >Pb > Cu > Cd wynosząc odpowiednio: 51; 26; 13; 0,40 mg/kg s.m. 2. Średnia zawartość form rozpuszczalnych w omawianych glebach wynosi (w mg/kg): Zn - 23, Pb - 12, Cu - 7, Cd - 0,37. Średni procentowy udział zawartości form rozpuszczalnych w ilości ich form ogółem wynosi dla Zn, Pb, Cu, Cd kolejno: 40, 49, 38 i 79%. 3. Zanieczyszczenie cynkiem, ołowiem i miedzią gleb uprawnych na terenach otwartych przyległych do tras komunikacyjnych sięga co najmniej na odległość do 50 m. Jednak nie zaobserwowano jednoznacznej prawidłowości dotyczącej stopniowego zmniejszania się ilości pierwiastków śladowych w glebie wraz z oddalaniem się od drogi.

8 74 К. Czarnowska, M. Chlibiuk, T. Kozanecka Podziękowanie Autorki serdecznie dziękują Panu mgr inż. Jerzemu Śledziowi z Generalnej Dyrekcji Dróg Publicznych w Warszawie za udostępnienie cennych danych, a także Pani mgr inż. Marii Szalkiewicz za pomoc przy analizach chemicznych. LITERATURA CIEĆKO Z., ŻOŁNOWSKI A., WYSZKOWSKI M. 1998: Charakterystyka zawartości ołowiu w glebach przy drodze Olsztyn-Olsztynek. Zesz. Nauk. Komitetu Człowiek i Środowisko PAN, 21: CURZYDŁO J. 1989: Ołów i cynk w roślinach i glebach w sąsiedztwie drogowych szlaków komunikacyjnych. Rozpr. habil. Zesz. Nauk. AR w Krakowie, ss. 70. CZARNOW SKA K., GWOREK B. 1987: Metale ciężkie w niektórych glebach środkowej i północnej Polski. Rocz. Glebozn. 38, 3: CZARNOW SKA K. 1994: Akumulacja niektórych metali ciężkich w glebach uprawnych i liściach selera w pobliżu dróg wylotowych z Warszawy. Rocz. Glebozn. 45, 3/4: CZARNOW SKA K. 1996: Ogólna zawartość metali ciężkich w skałach macierzystych jako tło geochemiczne gleb. Rocz. Glebozn. 47, supl.: CZARNOW SKA K., SZYMANOWSKA-SIEŃCZEWSKA W. 1999: Zawartość rozpuszczalnych form Mn, Zn, Cu, Pb i Cd w glebach aluwialnych doliny Wisły i Żuław. Rocz. Glebozn. 50, 1/2: CZERWIŃSKI Z. 1987: The effect of highway traffic on abiotic environment. Pol. Ecol. Stud. 13, 3/4: CZĘPIŃ S К A- К AMIŃS KA D., JANOWSKA E. 1999: Wpływ dróg szybkiego ruchu na poziomy powierzchniowe gleb leśnych. Sylwan 4: JAROSZ W., MARCHWIŃSKA E., 1991: Wpływ emisji z tras komunikacyjnych na skażenie gleb i żyzność. [W] Ekosystemy ży wicielskie i żywność, zagrożenia i problemy ochrony. W. Michna i J. Żurek (red.), IOS, Warszawa, 1.1: KLIMOWICZ Z., MELKE J., 2000: Zawartość metali ciężkich w glebach w sąsiedztwie szlaków komunikacyjnych na przykładzie wybranych tras. Rocz. Glebozn. 51, 3/4: MALCZYK P., KĘDZIA W. 1996: Metale ciężkie w glebach leśnych wzdłuż drogi wylotowej Bydgoszcz-Inowrocław. Rocz. Glebozn. 47, 3/4: Rocznik Statystyczny. GUS Warszawa SKŁODOWSKI P. 1995: W pływ spalin samochodowych na skażenie gleb płowych związkami ołowiu, kadmu i cynku. Pr. Nauk. Politechniki Warszawskiej - G eodezja, 33: SKŁODOWSKI P., MACIEJEWSKA A. 1995: Występowanie metali ciężkich w pyle opadowym na obszarach nie zabudowanych na przykładzie trasy szybkiego ruchu Warszawa-Katowice. Pr. Nauk. Politechniki Warszawskiej, G eodezja, 33: STRUSIŃSKI A. 1978: Zanieczyszczenie środowiska ołowiem pochodzącym z gazów spalinowych samochodów. Rocz. PZH 29, 4: Praca wpłynęła do redakcji w czerwcu 2002 r. prof, d r hab. K rystyna C zarnow ska Z akład G leboznaw stw a, K atedra Nauk o Środow isku G lebow ym, SG G W W arszawa, ul. R akowiecka 26/30