Obszary górskie są terenami szczególnie narażonymi na zanieczyszczenia chemiczne, bowiem wysoko położone stoki górskie znajdują się pod silniejszym wpływem mas zanieczyszczonego powietrza oraz większej ilości opadów, a tym samym dostających się z atmosfery zanieczyszczeń. Góry Stołowe są usytuowane stosunkowo daleko od większych przemysłowych źródeł emisji pyłowych, będących główną przyczyną wzrostu zawartości metali ciężkich w glebach. W związku z tym są one obszarem stosunkowo słabo zdegradowanym, a o zasobności gleb w miedź, cynk i ołów powinna decydować w dużej mierze skała macierzysta, która jest ich pierwotnym źródłem.
W ramach monitoringu środowiska Parku Narodowego Gór Stołowych analizowana była całkowita zawartość metali ciężkich w próchnicach leśnych oraz w powierzchniowych poziomach gleb. Praca prezentuje wyniki analizy zmienności koncentracji metali w glebach na tle zmienności wybranych parametrów środowiskowych.
1. WSTĘP
Metale ciężkie, mimo iż występują w niewielkich ilościach [1, 2] są ważnym elementem współdecydującym o troficznych bądź toksycznych właściwościach sie-dlisk. Często ich zawartość w glebie i roślinach wykorzystywana jest jako wskaźnik antropogenicznego przekształcenia środowiska przyrodniczego.
Park Narodowy Gór Stołowych jest oddalony od większych aglomeracji miejskich i przemysłowych, jednak teren ten jest narażony na wzbogacanie gleb w metale cięż-kie wynikające z depozycji zanieczyszczeń atmosferycznych [3, 4]. Góry Stołowe, teoretycznie, powinny być obszarem o niskiej zawartości tychże pierwiastków, a ich zawartość w glebach powinna być zależna od rodzaju skały i składu mineralnego podłoża [5].
* Inż., Studenckie Koło Naukowe przy Insytutucie Nauk o Glebie i Ochrony Środowiska Rolniczego Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu.
Niniejsza praca przedstawia wstępne wyniki badań przeprowadzonych w ramach monitoringu środowiska leśnego i glebowego Parku Narodowego Gór Stołowych, mających na celu określenie całkowitej zawartości metali ciężkich (Pb, Cu, Zn) we wszystkich typach gleb występujących na terenie parku.
2. METODYKA BADAŃ
Całkowite zawartości metali ciężkich: Pb, Cu i Zn oznaczono dla 400 stałych powierzchni monitoringowych znajdujących się w sieci Monitoringu Środowiska Leśnego i Glebowego Parku Narodowego Gór Stołowych. Na każdej powierzchni pobierano trzy próbki z poziomów: ektohumusu, 0–10 cm i 10–20 cm. Każda próbka stanowiła materiał uśredniony, pobrany w 3–5 punktach w obrębie powierzchni monitoringowej.
Na każdej powierzchni sporządzono opis siedliskowy obejmujący następujące informacje: geologia, mikrorelief, pokrycie głazami, typ ektohumusu i jej miąższość, dominujący typ gleby oraz gleby towarzyszące, dominujące oraz towarzyszące gatunki drzew lasotwórczych, wiek drzewostanu, zwartość drzewostanu (w %) oraz typ runa leśnego.
Ekstrakcji metali ciężkich dokonano metodą spalania w stężonym kwasie nadchlo-rowym (65% HClO4). Do oznaczenia zawartości pierwiastków śladowych w otrzyma-nych roztworach użyto metody atomowej spektrofotonometrii absorpcyjnej (AAS), oraz metody plazmy sprężonej indukcyjnie (ICP-OE).
Badania prowadzone były pod kierownictwem profesora Tadeusza Chodaka oraz profesora Cezarego Kabały przy współudziale Studenckiego Koła Naukowego Glebo-znawstwa i Ochrony Środowiska. Prace terenowe i laboratoryjne współfinansowane z grantu MNiSW oraz ze środków Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu.
3. WYNIKI BADAŃ
Uzyskany materiał analityczny dostarcza bogatych informacji na temat zróżnicowania zawartości poszczególnych metali w odniesieniu do zmienności skał macierzystych, typu gleby, rodzaju ściółki (ektohumusu), siedliska czy wysokości nad poziomem morza.
3.1. OŁÓW
Całkowita zawartość ołowiu kształtuje się w granicach 3,5–327,0 mg/kg. Najwyższe stężenie, we wszystkich analizowanych glebach, odnotowano w poziomie ektohumusu (do 327,0 mg/kg), a średnia geometryczna wynosiła 87,3 mg/kg. Gleby o znacznej ilości materii organicznej, oraz gleby inicjalne cechowały się wysoką
zawartością Pb w poziomach powierzchniowych (odpowiednio średnio 130,4 i 104,8 mg/kg), natomiast najniższe wartości odnotowano w glebach brunatnych (rys. 1.).
Rys. 1. Zróżnicowanie zawartości ołowiu w zależności do typu gleby
Gleby o znacznej ilości materii organicznej kumulują ołów w powierzchniowych warstwach (wartości przekraczają 130 mg/kg), jednak największą koncentracje Pb odnotowano w wyższych partiach Gór Stołowych (rys. 3), gdzie średnie całkowite zawartości ołowiu sięgają 154,9 mg/kg (wysokość powyżej 800 m n.p.m.). Bariery orograficzne (m.in. masyw Skalniaka, Białe Skały) zatrzymują napływające na teren parku masy powietrza, powodując wzmożoną depozycje zanieczyszczeń atmo- sferycznych. Choć wiec gleby (głównie gleby inicjalne i rankery) w najwyższych partiach wytworzone są z piaskowców zawierających mało ołowiu, to w warstwie ektohumusowej tych gleb zawartość ołowiu jest wysoka.
Rys. 2. Zróżnicowanie zawartości ołowiu w glebach wytworzonych z różnych skał macierzystych
Zasobność w ołów podległych poziomów zmniejsza się wraz z głębokością. Średnie dla poziomów 0–10 cm i 10–20 cm wynoszą odpowiednio: 50,0 mg/kg i 30,2 mg/kg (przy wahaniach 3,5–319,2 mg/kg i 6,1–135,0 mg/kg). Zawartość pierwiastka w warstwie 0–10 cm nie wykazuje związku ze skałą macierzystą (rys. 2). Dopiero
w warstwie 10–20 cm stwierdzono, że gleby wytworzone z granitów i margli zawierają więcej ołowiu niż gleby wytworzone z piaskowców.
Rys. 3. Zróżnicowanie zawartości ołowiu w pietrach wysokościowych 3.2. MIEDŹ
Gleby Gór Stołowych są ubogie w miedź, a jej zawartość jest znacznie niższa niż zawartości ołowiu. Najwyższe stężenie, podobnie jak w przypadku Pb, odnotowuje się w poziomie ektohumusu (4,0–43,0 mg/kg) i uzależnione jest to od wysokości, jak i od typu gleby (rys. 4). Wierzchnie poziomy gleb inicjalnych oraz organicznych zawierają podwyższone ilości miedzi.
Choć zawartość miedzi wyraźnie zależy od ilości materii organicznej, to znaczne silniejszy niż w przypadku ołowiu jest związek ze skałą macierzystą. Gleby brunatne wytworzone z margli i granitów zawierają dwukrotnie więcej miedzi (w warstwie 10– 20 cm) niż gleby bielicowe wytworzone z piaskowców (rys. 4).
3.3. CYNK
Całkowita zawartość cynku próbkach wahała się od 1,0–329,4 mg/kg. Najwyższe stężenie Zn stwierdzono w poziomie ektohumusu, co jest związane z bioakumulacją w poziomach powierzchniowych, jednak nie stwierdzono wyróżniających różnic mię-dzy typami gleb, a także zależności od wysokości n.p.m. Zdecydowanie najsilniejszy jest wpływ skały macierzystej (rys. 5) – gleby wytworzone z granitów zawierają 2–3 -krotne więcej cynku niż gleby wytworzone z margli, a szczególnie niskie stężenia odnotowujemy w glebach wytworzonych z piaskowców. Oznacza to, że zawartość cynku w Parku Narodowym Gór stołowych w większym stopniu kształtowana jest przez czynniki naturalne (rodzaj skały macierzystej), a w mniejszym stopniu przez dopływ zanieczyszczeń.
Rys. 5. Zróżnicowanie zawartości cynku w glebach wytworzonych z różnych skał macierzystych
4. PODSUMOWANIE
Gleby Parku Narodowego Gór Stołowych wytworzone są z różnych skał macierzystych i to one determinują skład geochemicznych utworów z nich wytworzonych. Jednak w przypadku ołowiu zaobserwowano podwyższone stężenie w poziomach ekotohumusu związanych z depozycją metali ciężkich wraz z opadem atmosferycznym. W poziomach mineralnych całkowite zawartości badanych metali ciężkich są zbliżone do tła geochemicznego, za wyjątkiem ołowiu, którego podwyższone zawartości w poziomach powierzchniowych niektórych gleb wskazują na wyraźne zanieczyszczenie.
LITERATURA
[1] ALLOWAY B.J., AYERS D.C., Chemiczne podstawy zanieczyszczenia środowiska, WN PWN, Warszawa 1999.
[2] KABATA-PENDIASA.,PENDIASH., Biogeochemia pierwiastków śladowy, PWN, Warszawa 1999. [3] KARCZEWSKA A., KABAŁA C., Pierwiastki śladowe w glebach Parku Narodowego Gór
Stołowych, Seria „Szczeliniec”, wydawnictwo Parku Narodowego Gór Stołowych, 2002, 6; 133–160.
[4] KOCOWICZA.,Zawartość ołowiu w wybranych glebach leśnych i darniowych Karkonoskiego Parku Narodowego, [w:] „Ołów w środowisku – problemy ekologiczne i metodyczne”, ZNPAN„Człowiek i Środowisko”,2000,21;33–40.
[5] SZOPKA K., Czynniki przyrodnicze wypływające na zróżnicowanie pokrywy glebowej Gór Stołowych, Seria „Szczeliniec”, Wydawnictwo Parku Narodowego Gór Stołowych, 2002, 6; 11–20.
VARIABILITY OF HEAVY METAL CONTENTS IN SOILS FROM STOŁOWE MTS. NATIONAL PARK: INSIGHT FROM NATURAL AND ANTROPOGENIC FACTORS Mountain areas are particularly exposed on chemical contamination because elevated hills and ridges form orographic barriers which retain masses of polluted air. Heavy metals reach the soil surface by dust sedimentation directly from air, or with rain and snow precipitation, that is in the mountains much more intensive than on lowlands. The Stołowe Mountains are located far away from larger industrial emitters which are the main sources of increasing pollution with heavy metals. To describe present state and observe changes in environmental quality occurring in the Stołowe Mountains under natural and anthropogenic influences, a program of environmental monitoring was initiated in a year 2008 on 400 permanent monitoring sites allocated as regular network covering entire area of national park. Concentration of trace elements (Pb, Cu, and Zn) is determined in organic (ectohumus) and upper mineral horizons of soils as indicator of contamination level.
różnorodność gleb leśnych, zbiorowiska roślinne, Kampinoski Park Narodowy Ewa BŁOŃSKA*, Piotr PACANOWSKI**,
Szymon WOJTANOWSKI**, Sławomir WOŹNIAK**