El bieta Jolanta Bieli ska, Barbara Futa, Agnieszka Kłos
Instytut Gleboznawstwa i Kształtowania rodowiska, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie
Wst p
Niekontrolowane wysypiska odpadów, najcz ciej wyst puj ce na skraju lasów i na obrze ach miast, mog powodowa post puj ce zanieczyszczenie wszystkich komponentów krajobrazu, zaburzenie naturalnych procesów biochemicznych reguluj cych przepływ energii i obieg materii w krajobrazie, zakłócenia cykli biologicznych [BIELI SKA, MOCEK-PŁÓCINIAK 2009]. Szczególne zagro enie ze strony dzikich wysypisk odpadów dla funkcjonowania ekosystemu le nego zwi zane jest z obecno ci odpadów niebezpiecznych, tj.: chemikaliów domowych, przeterminowanych leków, zu ytych wietlówek, baterii itp. [KUCZY SKA 2007].
Mikroorganizmy glebowe i wytwarzane przez nie enzymy s głównym motorem kr enia materii i przepływu energii w krajobrazach [FISCHER, MAGOMEDOW 2004]. Testy enzymatyczne pozwalaj na ocen zarówno wpływu antropopresji na funkcjonowanie ekosystemów le nych, jak i całego systemu krajobrazowego [BIELI SKA i in. 2008].
Celem pracy była ocena oddziaływania pi ciu niekontrolowanych wysypisk odpadów, zlokalizowanych na obrze ach lasów Nadle nictwa widnik na cechy strukturalne i funkcjonowanie systemu krajobrazowego.
Materiał i metody
Badaniami obj to pi niekontrolowanych wysypisk odpadów zlokalizowanych na obrze ach lasów Nadle nictwa widnik, w obszarze powiatu Ł czy skiego: widnik 1 - wysypisko, na którym dominowały opakowania po rodkach ochrony ro lin, nawozach, farbach i olejach oraz zu yte filtry oleju i opony samochodowe oraz wysypiska: widnik 2, widnik 3, widnik 4 i widnik 5, gdzie składowano odpady z gospodarstw domowych, głównie produkty spo ywcze, papier, szkło, metale, itp.
Obiektem bada były gleby le ne na 10 powierzchniach obserwacyjnych, z których 5 zlokalizowano w obr bie wysypisk odpadów (W) oraz wytypowano, odpowiednio 5 powierzchni kontrolnych w strefie poza zasi giem ich oddziaływania (L), w odległo ci około 150 m od badanych wysypisk. Strefa oddziaływania składowisk odpadów komunalnych i dzikich wysypisk odpadów nie przekracza 50-70 m [QUANT, SOBOCI SKI 1996; BIELI SKA, MOCEK-PŁÓCINIAK 2009].
Powierzchnie badawcze o podobnych lub identycznych cechach profilowych zarówno w obr bie niekontrolowanych wysypisk odpadów (W), jak i w strefie poza
li ciaste: d b, buk, jawor, klon, lipa, brzoza.
Na terenie Nadle nictwa widnik, ze wzgl du na poło enie w bezpo rednim s siedztwie Lublina, wyst puje wzmo ony ruch turystyczno-rekreacyjny, co powoduje okre lone zagro enia ekosystemów le nych zwi zane mi dzy innymi z powstawaniem coraz liczniejszych niekontrolowanych, tzw. „dzikich” wysypisk odpadów na obrze ach lasów.
Jesieni 2008 roku z gł boko ci 5-25 cm pobrano próbki glebowe w obr bie wysypisk oraz z powierzchni kontrolnych. Analizowana próbka glebowa była redni z 5 próbek pobranych z ka dego obiektu.
Na zakres analiz chemicznych składały si oznaczenia pH w H2O i w 1 mol KCl dm-3 (ISO 10390), zawarto ci w gla organicznego (ISO 14235), azotu ogółem (ISO 13878), azotu amonowego i azotu azotanowego (ISO 14255) oraz całkowitej zawarto ci metali ci kich (Cu, Pb, Zn, Ni, Cr i Cd) metod absorpcyjnej spektrometrii atomowej (ASA) po roztworzeniu próbek w wodzie królewskiej (HCl:HNO3).
W ramach analiz biochemicznych okre lono aktywno dehydrogenaz [THALMANN
1968], fosfatazy kwa nej i fosfatazy alkalicznej [TABATABAI, BREMNER 1969], ureazy [ZANTUA, BREMNER 1975] oraz proteazy [LADD, BUTLER 1972].
Wszystkie oznaczenia wykonywano w trzech powtórzeniach.
Analiz statystyczn wyników wykonano przy wykorzystaniu programu Statistica 6.0 PL.
Wyniki i dyskusja
Badane gleby le ne usytuowane poza zasi giem oddziaływania dzikich wysypisk odpadów charakteryzowały si odczynem bardzo kwa nym, z pH w H2O od 4,2 do 4,9 oraz w 1 mol KCl dm-3 od 3,3 do 3,7 (tab. 1). Istotny udział w zakwaszeniu gleb le nych maj procesy fizyczne i chemiczne uczestnicz ce w wietrzeniu minerałów oraz procesy zwi zane z cyklami kr enia w gla, azotu i siarki [KUREK 2002]. Podczas pobierania składników mineralnych przez korzenie drzew uwalniane s do rodowiska protony wodoru zwi kszaj ce zakwaszenie. Do gatunków najsilniej zakwaszaj cych nale wierk i buk [POKOJSKA 1998]. Zakwaszeniu sprzyja tak e próchnica le na.
Rozpuszczalne w wodzie fulwokwasy oraz niskocz steczkowe kwasy huminowe maj istotny udział w zakwaszeniu gleb poprzez uwalnianie podczas dysocjacji protonów do roztworu glebowego [KUREK 2002].
Tabela 1; Table 1 Zawarto w gla organicznego (C), azotu ogółem (N), azotu amonowego
i azotanowego, stosunek C:N i pH w glebach Content of organic carbon (C), total nitrogen (N), ammonia
and nitrate nitrogen, C:N ratio and pH in soils Lokalizacja, numer
L powierzchnia kontrolna; control area
Odczyn badanych gleb w obr bie niekontrolowanych wysypisk odpadów był zró nicowany (tab. 1). Wi zało si to z odmiennym składem chemicznym zdepo-nowanych na wysypiskach odpadów i stopniem ich mikrobiologicznego rozkładu.
Generalnie, gleby z wysypisk cechowały si wy szymi warto ciami pH ni gleby usytuowane poza ich zasi giem. Gleby na obiektach widnik 1, widnik 2 i widnik 5 wykazywały odczyn kwa ny, a na obiekcie widnik 4 - lekko kwa ny. Tylko na obiekcie widnik 3 gleba miała odczyn zasadowy (tab. 1), co mogło by zwi zana zarówno z obecno ci odpadów alkalicznych, jak i zasoleniem.
Zawarto w gla organicznego i azotu ogółem w glebach z terenu wysypisk była istotnie wi ksza ni w glebach poza stref ich oddziaływania (tab. 1), w efekcie dopływu do rodowiska glebowego wie ej substancji organicznej zawartej w zdeponowanych odpadach.
Gleby z terenu wysypisk cechowały si w szym stosunkiem C:N ni gleby le ne niezanieczyszczone odpadami. Zanotowane ró nice były na ogół statystycznie istotne (tab. 1).
Zawarto amonowej formy azotu w glebach z terenu wysypisk, jak i w glebach poza stref ich oddziaływania była wielokrotnie wi ksza ni azotanowej (tab. 1).
Główn przyczyn niskiej zawarto ci N-NO3
- w badanych glebach le nych (w granicach od 1,77 do 9,74 mg kg-1), poza wymywaniem tej szczególnie ruchliwej formy azotu z gleby w okresie jesie - zima - wiosna, stanowiły czynniki wpływaj ce negatywnie na proces nitryfikacji, zwłaszcza ich silne zakwaszenie (tab. 1).
Zdeponowane na wysypiskach odpady wpłyn ły istotnie na kształtowanie si zawarto ci mineralnych form azotu: N-NH4+
i N-NO3
w analizowanych próbkach (tab.
Zawarto metali ci kich w badanych glebach Heavy metal contents in examined soils Lokalizacja, numer
i charakter obiektu Location, number and
character of object
Cu Pb Zn Ni Cr Cd
(mg kg-1)
widnik 1 W 4,9 11,3 23,9 4,4 6,3 0,28
L 2,1 5,7 6,4 1,7 2,8 0,10
widnik 2 W 1,4 7,8 9,8 1,3 2,5 0,12
L 0,8 2,2 5,0 0,6 1,4 0,05
widnik 3 W 1,7 10,2 18,9 2,7 2,5 0,16
L 0,8 6,0 5,4 1,2 1,3 0,06
widnik 4 W 2,5 9,5 16,8 3,2 4,1 0,18
L 1,9 5,3 8,6 1,7 2,2 0,10
widnik 5 W 2,3 8,7 17,4 2,9 5,8 0,18
L 1,7 4,4 8,9 1,5 3,1 0,09
W wysypisko; waste dump
L powierzchnia kontrolna; control area
W wietle obowi zuj cych norm [PIO 1995] badane gleby le ne zarówno na wysypiskach, jak i poza ich zasi giem cechowały si naturaln zawarto ci anali-zowanych metali ci kich (tab. 2). Jednak e ilo ci tych pierwiastków w glebach z terenu wysypisk były kilkakrotnie wi ksze ni w glebach niezanieczyszczonych odpadami, co wskazuje na tendencje nagromadzania metali ci kich w miejscach wyst powania odpadów.
Aktywno wszystkich badanych enzymów była około 1,5-2,0-krotnie wi ksza w glebach na wysypiskach ni w glebach le nych poza ich zasi giem (tab. 3).
Obserwowane nasilenie aktywno ci enzymatycznej gleb z terenu wysypisk wi zało si z bogactwem zwi zków organicznych zawartych w zdeponowanych odpadach, co uruchamiaj c dodatkowe ródła energii pobudza rozwój mikroorganizmów i stymuluje biosyntez enzymów [FIERER i in. 2003]. Ka dy bowiem nowy dopływ substancji chemicznych zakłóca homeostaz w rodowisku glebowym [DORAN i in. 1996]. Dostawa energii zawartej w zwi zkach chemicznych jest istotna przede wszystkim poprzez oddziaływania, na ogół toksyczne na mikroorganizmy glebowe, zmieniaj ce efektywno ich kumulacji, spalania i dalszego przekazywania energii. Mikroorganizmy gin lub przystosowuj si poprzez zmian swoich wydajno ci energetycznych [BADURA
1997; FISCHER, MAGOMEDOW 2004]. W sytuacji zagro enia toksycznego nast puje zmiana zasad gospodarki energi przez organizm, zmienia si strategia genetyczno-populacyjna mikroorganizmów, nast puje zwi kszenie ich liczebno ci, zmiany struktury
gatunkowej, a w konsekwencji zmiana w funkcjonowaniu cało ci układu krajobrazowego [FISCHER, MAGOMEDOW 2004]. Wyst powanie zwi kszonej aktywno ci biologicznej w glebach na składowiskach odpadów komunalnych stwierdzili liczni autorzy [PASCUAL i in. 1999; FR CZAK 2004; NIED WIECKI i in. 2004; BIELI SKA, MOCEK -PŁÓCINIAK 2009]. Zdaniem NIED WIECKIEGO i in. [2004] w glebie spod wysypisk nast piło naruszenie równowagi biologicznej poprzez zwi kszenie liczebno ci drobnoustrojów, co w efekcie przyczyniło si do podwy szenia aktywno ci enzymatycznej i do zmian metabolizmu gleby. Natomiast badania NOWAK i in. [2004], realizowane w warunkach studiów modelowych (laboratoryjnych), wykazały siln inaktywacj dehydrogenaz i fosfataz w glebach pochodz cych z niekontrolowanych wysypisk odpadów.
Do wiadczenia wazonowe, aczkolwiek o du ym ładunku poznawczym, nie odzwierciedlaj jednak zło onych relacji w układach biocenotycznych rodowiska glebowego [BIELI SKA, MOCEK-PŁÓCINIAK 2009].
Tabela 3; Table 3 Aktywno enzymatyczna gleb: Dh - dehydrogenaza (cm3 H2kg-1d-1), Pac - fosfataza
kwa na i Pal - fosfataza zasadowa (mmol PNP kg-1h-1), U - ureaza (mg N-NH4+kg-1h-1), P - proteaza (mg tyrozyny kg-1h-1)
Enzymatic activity of soils: Dh - dehydrogenases (cm3 H2kg-1d-1), Pal - acid phosphatase and Pal - alkaline phosphatase (mmol PNP kg-1h-1), U - urease
(mg N-NH4+kg-1h-1), P - protease (mg tyrosine kg-1h-1) Lokalizacja, numer
i charakter obiektu Location, number and
character of object
Dh Pac Pal U P
widnik 1 W 1,19 62,79 11,30 5,82 11,99
L 0,81 41,24 5,98 2,39 8,03
widnik 2 W 1,34 72,57 14,40 6,65 13,11
L 0,77 49,10 6,19 2,74 7,78
widnik 3 W 1,18 91,91 10,65 10,99 17,41
L 0,80 44,39 6,59 4,49 7,31
widnik 4 W 1,36 133,05 33,26 16,65 15,87
L 0,93 90,94 14,96 8,20 6,72
widnik 5 W 1,08 105,67 12,87 16,01 12,84
L 0,72 71,91 8,67 6,86 8,31
NIR0,05; LSD0.05 0,14 12,32 2,01 1,93 2,15
W wysypisko; waste dump
L powierzchnia kontrolna; control area
Aktywno dehydrogenaz w badanych glebach kształtowała si na bardzo niskim poziomie: od 0,72 do 0,93 cm3 H2kg-1d-1 w punktach badawczych usytuowanych poza zasi giem oddziaływania wysypisk i od 1,08 do 1,36 cm3 H2kg-1d-1 w ich obr bie (tab.
3). Stwierdzona niska aktywno dehydrogenaz mo e wiadczy o obni onej ogólnej aktywno ci mikrobiologicznej rodowiska, spowodowanej głównie silnym zakwaszeniem badanych gleb le nych i szczególn wra liwo ci tej grupy enzymów na zmiany pH [KOBUS 1995]. Wolne, abiotyczne dehydrogenazy nie s aktywne w glebie, poniewa wchodz w skład układów wewn trzkomórkowych. W zwi zku z tym, zdaniem niektórych badaczy [JANUSZEK 1999], dehydrogenazy nie s enzymami glebowymi sensu stricto. Enzymy zewn trzkomórkowe zaadsorbowane na minerałach
Wnioski
1. Obserwowany kilkakrotny wzrost aktywno ci badanych enzymów w glebach le nych na terenie niekontrolowanych wysypisk odpadów wskazuje na naruszenie równowagi biologicznej w systemie krajobrazowym i zakłóceniach w obiegu materii i przepływie energii pomi dzy elementami krajobrazu.
2. Stwierdzone znacz ce nasilenie procesów biochemicznych w glebach znaj-duj cych si na terenie wytypowanych wysypisk wi zało si z dopływem do
rodowiska glebowego odpadów pochodzenia organicznego.
3. Aktywno enzymatyczna gleb s siaduj cych z badanymi wysypiskami odpadów nie odbiegała zasadniczo od aktywno ci biologicznej gleb w zrównowa onych ekosystemach le nych.
4. Stwierdzony brak ujemnego wpływu badanych wysypisk odpadów na wła ci-wo ci chemiczne i biochemiczne gleb usytuowanych w odległo ci około 150 m od ich kraw dzi wiadczy, e zasi g oddziaływania zanieczyszcze wokół wysypisk jest ograniczony.
5. Zawarto analizowanych metali ci kich w badanych glebach nie przekraczała warto ci uznawanych za dopuszczalne, aczkolwiek była wi ksza na terenie wysypisk ni w glebach poza ich zasi giem. Mo e to wskazywa na tendencje nagromadzania metali ci kich w miejscach deponowania odpadów.
6. Przeprowadzone badania wykazały, e okre lenie zmian parametrów bio-chemicznych w glebach na terenie i w otoczeniu dzikich składowisk odpadów dostarcza informacji o stanie rodowiska glebowego i funkcjonowaniu krajobrazu. Badania z tego zakresu powinny by kontynuowane, poniewa pozwol oceni ekologiczne skutki stopniowego nagromadzania si zanie-czyszcze w glebach otaczaj cych dzikie wysypiska odpadów komunalnych.
Literatura
BADURA L. 1997. Metale ci kie w ekosystemach l dowych, a ekotoksykologia. Drob-noustroje w rodowisku. Wyst powanie, aktywno , znaczenie. Kat. Mikrobiologii AR w Krakowie: 13-26.
BIELI SKA E.J.,MOCEK-PŁÓCINIAK A.2009. Impact of uncontrolled waste dumping on soil chemical and biochemical properties. Archives of Environmental Protection 36(1):
105-113.
BIELI SKA E.J.,MOCEK-PŁÓCINIAK A.,KACZMAREK Z.2008. Indices of the eco-chemical condition of forest soils on a large-area forest fire. Polish J. of Environ. Stud. 17(5):
665-671.
DORAN J.W.,SARRANTONIO M.,LEBIEG M.A.1996. Soil health and sustainability. Advance in Agronomy 56: 1-54.
FIERER N.,SCHIMEL J.P.,HOLDEN P.2003. Variations in microbial community composition through two soil depth profiles. Soil Biol. Biochem. 35: 167-176.
FISCHER Z.,MAGOMEDOW M.2004. Ekologia - krajobraz - energia. Towarzystwo Nau-kowe Katolickiego Uniwersytetu Lubelskiego: 35-42.
FR CZAK K. 2004. Oddziaływanie składowiska odpadów komunalnych w Tarnowie Krzy u na liczebno grzybów w rodowisku glebowym ze szczególnym uwzgl dnieniem grzybów toksynotwórczych. Acta Agraria et Silvestria, Ser. Agraria 42: 87-95.
JANUSZEK K.1999. Aktywno enzymatyczna wybranych gleb le nych Polski Południowej w wietle bada polowych i laboratoryjnych. Zesz. Nauk. AR w Krakowie, Seria Rozprawy 250.
KOBUS J.1995. Biologiczne procesy a kształtowanie yzno ci gleby. Zesz. Probl. Post.
Nauk Rol. 421a: 209-219.
KUCZY SKA I. 2007. Rola składowiska w gospodarce odpadami. Monografia, Instytut Nafty i Gazu: 121-127.
KUREK E. 2002. Zwi zki przyczynowo-skutkowe aktywno ci mikrobiologicznej i za-kwaszenia gleb. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 482: 307-316.
LADD N., BUTLER J.H.A. 1972. Short-term assays of soil proteolytic enzyme activities using proteins and dipeptide derivatives as substrates. Soil Biol. Biochem. 4: 19-30.
NIED WIECKI E.,NOWAK A.,NOWAK J.,KŁÓDKA D.,MELLER E.,SMOLIK B.2004. Oddzia-ływanie niekontrolowanych wysypisk odpadów na wła ciwo ci chemiczne oraz aktyw-no mikrobiologiczn gleby. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 501: 325-334.
NOWAK J.,KŁÓDKA D.,SMOLIK B.2004. Ocena oddziaływania niekontrolowanych wysy-pisk odpadów na aktywno enzymów glebowych i ro linnych w do wiadczeniu wa-zonowym z pszenic . Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 501: 335-341.
PASCUAL J.A.,GARCIA C.,HERNANDEZ T.1999. Lasting microbiological and biochemical effects of the addition of municipal solid use waste to an arid soil. Biol. Fertil. Soil 30:
1-6.
PIO 1995. Podstawy oceny chemicznego zanieczyszczenia gleb - metale ci kie, siarka i WWA. Pa stwowa Inspekcja Ochrony rodowiska, Instytut Uprawy Nawo enia i Gleboznawstwa. Biblioteka Monitoringu rodowiska, Warszawa: 1-28.
POKOJSKA U.1998. Zakwaszenie gleb le nych. Stan wiedzy i perspektywy bada . Zesz.
Probl. Post. Nauk Rol. 456: 63-67.
QUANT B.,SOBOCI SKI Z.1996. Strefa oddziaływania składowisk odpadów - dylematy rzeczoznawcy. Mat. Ogólnopolskiego Symp. „Metody bada powietrza, wody i gleby wokół składowisk odpadów”, Kraków, 10-12 IX 1996: 43-51.
RUSSEL S., WYCZÓŁKOWSKI A.I. (red.) 2005. Metody oznaczania aktywno ci enzymów w glebie. Acta Agrophysica 120, Rozprawy i Monografie 2005 (3), ISSN: 1234-4125.
TABATABAI M.A.,BREMNER J.M. 1969. Use of p-nitrophenyl phosphate for assay of soil phosphatase activity. Soil Biol. Biochem. 1: 301-307.
THALMANN A.1968. Zur Methodik derestimmung der Dehydrogenase aktivit in Boden mittels Triphenyltetrazoliumchlorid (TTC). Landwirtsch. Forsch. 21: 249-258.
ZANTUA M.I.,BREMNER J.M. 1975. Comparison of methods of assaying urease activity in
wysypiska odpadów
Streszczenie
W pracy oceniano oddziaływanie pi ciu niekontrolowanych wysypisk odpadów, zlokalizowanych na obrze ach lasów Nadle nictwa widnik na cechy strukturalne i funkcjonowanie systemu krajobrazowego. Obserwowany kilkakrotny wzrost aktywno ci badanych enzymów w glebach le nych na terenie niekontrolowanych wysypisk odpadów wskazuje na naruszenie równowagi biologicznej w systemie krajobrazowym i zakłócenia w obiegu materii i przepływie energii pomi dzy elementami krajobrazu. Zawarto analizowanych metali ci kich w badanych glebach nie przekraczała warto ci uznawanych za dopuszczalne, aczkolwiek była wyra nie wi ksza na terenie wysypisk ni w glebach poza ich zasi giem. Mo e to wskazywa na tendencje nagromadzania metali ci kich w miejscach deponowania odpadów.
Stwierdzony brak ujemnego wpływu badanych wysypisk odpadów na wła ciwo ci chemiczne i biochemiczne gleb usytuowanych w odległo ci około 150 m od ich kraw dzi wiadczy, e zasi g oddziaływania zanieczyszcze wokół wysypisk jest ograniczony.
IMPACT OF UNCONTROLLED WASTE DUMPS ON THE FOREST AREAS ON CHARACTERISTIC STRUCTURAL AND FUNCTIONAL
FEATURES OF THE LANDSCAPE
El bieta Jolanta Bieli ska, Barbara Futa, Agnieszka Kłos Institute of Soil Science and Environment Management,
University of Life Sciences, Lublin
Key words: landscape, forest soils, enzymatic activity, uncontrolled waste dumping Summary
The study aimed at evaluating the impact of uncontrolled waste dumps localized at the borders of forest (area of widnik inspectorate), on the structural and functional features of landscape system. Increased several times activity of investigated enzymes, observed in the forest soils under uncontrolled waste dumps, indicates a disturbance of biological balance in the landscape system as well as some disorders in the matter cycle and energy flow among the landscape elements. The content of analysed heavy metals in tested soils did not exceed permissible values; however, it was distintly higher on the dumping grounds than in soils outside their reach. That may indicate a tendency to accumulating heavy metals in the places near waste dumps. Stated lack of negative effect of the dumping grounds on chemical and biochemical properties of the soils situated about 150 m away, testifies that the range of waste impact on the soil around dumping grounds is rather restricted.
Prof. dr hab. El bieta Jolanta Bieli ska
Instytut Gleboznawstwa i Kształtowania rodowiska Uniwersytet Przyrodniczy
20-069 LUBLIN ul. S. Leszczy skiego 7
e-mail: elzbieta.bielinska@up.lublin.pl