R O C Z N IK I G LEB O ZN A W C ZE T. XL III N R 1/2 W A RSZA W A 1992: 51-59
K R Y S T Y N A C Z A R N O W SK A , B A R B A R A G W O R E K
ZAWARTOŚĆ M ETALI CIĘŻKICH W M CHU KAM PINOSKIEGO PARKU NARODOW EGO
Katedra G leboznaw stw a SG G W w W arszawie
W STĘP
Mchy są uważane za dobre biowskaźniki zanieczyszczenia środowiska przyrodniczego. Stąd też zawartość metali ciężkich w mchu służy często do oceny zanieczyszczenia w skali regionalnej, jak i lokalnej obszarów leśnych, terenów przemysłowych i zurbanizowanych [1-5, 8-10]. Mchy jako rośliny niższe nie mają korzeni i korzystają tylko w nieznacznym stopniu z glebowych składników pokarmowych. Większość soli mineralnych pobierają z opadów atmosferycz nych (mokrych i suchych).
We wcześniejszych badaniach prowadzonych na terenie Kampinoskiego Parku Narodowego wykazano, że akumulacja metali ciężkich w mchu Pleuro
zium schreberi zależy od miejsca pobrania próby. I tak więcej ołowiu i cynku
zawierał mech z powierzchni położonych w pobliżu dróg i obrzeży Parku [3]. Przedstawiona praca jest poszerzeniem tych badań i ma na celu wydzielenie na terenie K PN obszarów o różnej koncentracji Zn, Pb, Cu, Ni i Cd w mchu
Pleurozium schreberi.
M A T E R IA Ł I M E T O D Y
Kampinoski Park Narodowy leży w województwie stołecznym warszawskim i zajmuje 34310 ha. Od strony północno-wschodniej i północnej graniczy z tarasami Wisły, a od zachodniej — z tarasami Bzury. Południową granicę Parku wyznacza Równina Błońska, a południowo-wschodnią — północ no-wschodnie dzielnice Warszawy. Kampinoski Park Narodowy narażony jest na znaczny opad pyłów z dużą ilością metali ciężkich, emitowanych przez Hutę „Warszawa” , różne zakłady przemysłowe i komunalne Stolicy, a także inne zakłady przemysłowe leżące w pobliżu Parku.
W latach 1980-1981 pobrano 60 próbek mieszanych mchu Pleurozium
schreberi Mitt., które miały reprezentować cały obszar Kampinoskiego Parku
52 К. Czarnowska, В. Gworek
odsłoniętych o wymiarach 25 х 25 m położonych z dala od drzew. Próbek mchu nie myto, ale, po oddzieleniu igliwia, suszono w temp. 65°C, a następnie mielono i spopielono na sucho w piecu muflowym o temperaturze 480-520°C przez 12 godzin. Popiół rozpuszczono na gorąco w HCl (1:1) i sączono. W tak sporządzonych roztworach oznaczono koncentrację Zn, Pb, Cu, Ni i Cd metodą AAS.
Na podstawie uzyskanych wyników analiz wykreślono mapy obrazujące zawartość metali ciężkich w mchu z KPN. Następnie zmierzono planimetrem poszczególne powierzchnie, na których mchy miały tę samą zawartość metali ciężkich. Procentowy udział powierzchni, gdzie mchy odznaczały się różną ilością pierwiastków śladowych, podano w tabeli 3. Obliczono także współczyn niki korelacji między zawartością poszczególnych metali w mchu.
W Y N IK I I D Y S K U S JA
Próbki mchu Pleurozium schreberi z poszczególnych powierzchni różniły się pod względem akumulacji metali ciężkich. Dlatego też przeanalizowano prze strzenne zróżnicowanie ilości tych metali w mchu na terenie Kampinoskiego Parku Narodowego. Najwięcej Zn, Pb, Cu, Ni i Cd stwierdzano na ogół w próbkach mchów zebranych z południowo-wschodniej części Parku, tj. graniczącej z dzielnicami Bielany i Żoliborz (rys. 1-5). Wskazuje to na możliwość zanieczyszczenia mchów pyłami z powietrza napływającego znad Warszawy. Jak wynika z badań Lisickiej i Peteckiej [6], w dzielnicy Żoliborz, sąsiadującej z KPN, zawartość ołowiu w pyle opadowym wynosiła 0,2%, w Parku Kampinoskim — 0,03%, miedzi odpowiednio 1,0 i 0,5%. Ponadto w pyle opadowym występowały znaczne ilości Fe, M n i Cr.
Zawartość cynku wmchu wahała się od 25 do 186 mg/kg s.m. (tab. 1). Zakres tych wahań jest podobny do wahań zawartości Zn w mchu z innych parków narodowych Polski [5]. Jednak średnia ilość cynku w Pleurozium schreberi z K PN była 1,6-krotnie większa niż w tym samym mchu z Białowieży [10] i Szwecji [9] oraz ponad 3-krotnie mniejsza niż w mchu z Puszczy Niepołomickiej, silnie zanieczyszczonej [7].
Stwierdzono istotną korelację między zawartością Zn a ilością pozostałych metali w mchu, jednak współczynniki korelacji nie były wysokie (tab. 2). Najwyższy współczynnik korelacji uzyskano między zawartością Zn a Cu
(r = 0,5743**) oraz zawartością Zn a Cd (r = 0,5831**); były one jednak
mniejsze od otrzymanych przez Makomaską [7].
Co do udziału powierzchni o różnym zakresie zawartości cynku w mchu (rys. 1, tab. 3), to najczęściej stwierdzono wahania w ilości tego pierwiastka w zakresie 80-120 mg/kg s.m. Udział powierzchni, na której rosły mchy o tej zawartości cynku, wynosił 76,4% obszaru badanego Parku. Mchy o zawartości Zn wynoszącej ponad 80 mg/kg s.m. znajdowano na obszarze położonym w połu- dniowo-wschodniej części Parku w pobliżu Warszawy, a także w pasie leżącym między Wisłą a Równiną Błońską. Tylko w środkowej i brzeżnej, od strony
Z a w artość m etali ciężkich w mchu.., 53
T a b e l a 1 Zaw artość metali ciężkich w mchu (m g/kg s.m.)
H eavy metal contents in m osses (m g/kg d.w.) Pierwiastek
Element K P N — P leurozium schreberi Park Białow ieskia) Szwecjab) w ahania range X X X Zn 25 -- 186 80 49 48 Pb 7 - - 158 56 26 19 Cu 0,9 -- 20,0 10,9 4,6 6,9 N i 1,5 -- 10,0 4,1 — 2,2 Cd 0,08 -- 1,86 0,70 0,57 0,31
Pleurozium schreberi, Dicranum undulatum — według Sienkiewicz i Czarnowskiej [10].
b) Hyloconium splcndens, Pleurozium schreberi — według R ühlinga et al. [9]
T a b e l a 2 W spółczynniki korelacji (r) pom iędzy zawartością metali ciężkich w mchu
C oefficient o f correlation (r) between contents heavy metals in m oss Pierwiastek Element Zn o С Î N i Pb Cu 0,5743xx N i 0,3617х11 0,3423xx Pb 0,3072xx 0,3687xx 0,2422х Cd 0,583 l xx 0,5108” 0,3494” 0,2590х
R ys. 1. Cynk w mchu z K am pinoskiego Parku N arod ow ego Fig. 1. Zinc in m oss o f K am pinos N ation al Park
54 К. Czarnowska, В. G worek
T a b e l a 3 Procentow y udział pow ierzchni K am pinoskiego Parku N arodow ego w danej klasie zawartości Zn,
Pb, Cu, N i i Cd w mchu
Percentage share o f classes o f Zn, Pb, Cu, N i and Cd content in w hole area o f K am pinos N ational Park
K lasa zawartości Zn, Cu, N i, Pb, Cd Procent powierzchni Pierwiastek w mchu (m g/kg s.m .) w danej klasie zawartości
Elem ent Classes o f Zn, Pb, Cu, N i, Cd Percent o f area characterized content in m oss (m g/kg d.w .) by respective contents
Zn < 40 2,3 4 0 - 80 14,0 80-120 78,4 > 1 2 0 5,3 Pb < 4 0 4,6 4 0 - 60 27,3 6 0 - 80 64,3 > 8 0 3,8 Cu < 5 3,4 5 - 10 16,9 1 0 - 15 76,7 > 1 5 3,0 N i < 2 2,0 2 - 4 24,5 4 - 8 72,0 > 8 1,5 Cd < 0 ,3 4,4 0 ,3 -0 ,6 21,6 0 ,6 -0 ,9 70,7 > 0 ,9 3,3
zachodniej, części Parku stanowiącej około 16% powierzchni ogólnej KPN, mchy zawierały cynk w ilości poniżej 80 mg/kg s.m.
Średnia zawartość ołowiu w mchu wynosiła 56 mg/kg s.m., przy czym była ona 4-krotnie większa niż w Pleurozium schreberi z terenu Szwecji [9], ale znacznie mniejsza niż w tym samym gatunku mchu rosnącym w parkach narodowych z południowej części Polski [5]. Jednakże zakresy wahań zawartości Pb w badanym mchu były podobnie szerokie jak zakresy wahań ilości cynku. M ożna to wyjaśnić zróżnicowaniem terytorialnym opadu pyłu na teren KPN.
Z przestrzennego zróżnicowania zawartości ołowiu w mchu na terenie K PN wynika, że największy obszar (wynoszący 64,3%) zajmowały mchy o zawartości 60-80 mg/kg s.m.; na mniejszym obszarze (27,3% powierzchni KPN) również stwierdzono znaczną akumulację ołowiu w mchu, mianowicie 40-60 mg/kg s.m. (rys. 2). Teren Parku, gdzie odnotowano znaczną zawartość ołowiu w mchu (ponad 60 mg/kg s.m.), znajduje się w części graniczącej z Warszawą, przy czym teren ten odznacza się także dużą ilością cynku w mchu. W pozostałej części Parku stwierdzono tylko niewielkie enklawy, gdzie mchy zawierały duże ilości
Z aw artość m etali ciężkich w mchu... 55
P b m g / k g
R ys. 2. O łów w mchu z K am pinoskiego Parku N arod ow ego Fig. 2. Lead in m oss o f K am pinos N ational Park
ołowiu, co świadczy o lokalnym występowaniu zanieczyszczeń tym metalem (często w pobliżu dróg głównych, kolejki wąskotorowej, osad i in.).
Zakres oznaczonych zawartości miedzi wahał się w mchu od 3,9 do 20 mg/kg s.m. Średnia zawartość tego pierwiastka w Pleurozium schreberi z KPN była zbliżona do średniej ilości miedzi z obszaru Niemiec [9], lecz ponad 2-krotnie większa niż w mchu z Parku Białowieskiego (tab. 1). Z naszych badań wynika, że obszar K PN jest znacznie zanieczyszczony miedzią, podobnie zresztą jak cynkiem i ołowiem. Jednak w niektórych parkach znajdujących się na południu Polski występują znacznie większe ilości metali ciężkich w mchu [5].
Przestrzenne zróżnicowanie zawartości miedzi w KPN, określone zawarto ścią tego metalu w mchu, świadczy — podobnie jak w przypadku ołowiu i cynku — o wpływie czynników antropogenicznych na zawartość tego pierwiastka w Pleurozium schreberi (rys. 3). Obszar o zawartości Cu w mchu w granicach 10-15 mg/kg s.m. stanowił 76,7%. Mchy o stężeniu miedzi powyżej 10 mg/kg s.m. zajmują około 80% powierzchni KPN, przy czym są to obszary znajdujące się głównie w południowo-wschodniej i środkowej części tego Parku.
Zawartość niklu w badanych próbkach mchu wahała się od 1,5 do 10 mg/kg s.m. i była zbliżona do ilości niklu w innych parkach narodowych Polski [5]. Z porównania średniej zawartości Ni w mchu z obszaru Szwecji [9] z danymi otrzymanymi w niniejszej pracy wynika, że mchy z K PN zawierały 1,8-krotnie więcej niklu, przy czym jego ilość w mchu była istotnie skorelowana z ilością Zn i Cu, lecz współczynniki korelacji są niskie.
W przestrzennym zróżnicowaniu zawartości niklu w mchu można zauważyć podobną prawidłowość jak w przypadku omówionych już metali śladowych. Na obszarze, stanowiącym 72% Parku, występowały mchy zawierające nikiel w ilości 4-8 mg/kg s.m. Dużą i niską koncentrację niklu w mchu odnotowano sporadycznie (rys. 4).
56 К . Czarnowska, В. G worek
C u m g / k g
Rys. 3. M iedź w mchu z K am pinoskiego Parku N arodow ego Fig. 3. Copper in m oss o f K am pinos N ational Park
m g / k g
Rys. 4. N ikiel w mchu z K am pinoskiego Parku N arodow ego Fig. 4. N ickel in m oss o f K am pinos N ation al Park
Zawartość kadmu w badanym mchu wahała się od 0,08 do 1,86 mg/kg s.m. Ilości te były zbliżone do otrzymanych wcześniej w mchu z lasów otaczających Warszawę [2]. Średnia zawartość kadmu w mchu z K PN była 3-krotnie mniejsza niż w Pleurozium schreberi z Puszczy Niepołomickiej położonej w pobliżu Krakowa [7] i ponad 2-krotnie większa niż w mchu z obszaru Szwecji [9].
Z a w artość m etali ciężkich w mchu... 57
C d m g / ' l k g
R ys. 5. K adm w mchu w K am pinoskiego Parku N arodow ego Fig. 5. Cadmium in m oss o f K am pinos N ation al Park
Zawartość Cd w badanym mchu była istotnie skorelowana z koncentracją Zn i Cu (tab. 2).
Na obszarze stanowiącym 70,7% Parku dominowały mchy o zawartości kadmu wynoszącej 0,6-0,9 mg/kg s.m. Na 27,5% powierzchni K PN mchy zawierały 0,3-0,6 mg kadmu w 1 kg s.m. (rys. 5). Obszar objęty izopletą o ilości Cd ponad 0,6 mg/kg s.m. znajduje się od strony Warszawy, w południo- wo-wschodniej części Parku; znaczne obszary o takiej zawartości kadmu występują także w środkowej i częściowo w południowo-zachodniej części KPN.
W N IO SK I
1. Kampinoski Park Narodowy jest nierównomiernie zanieczyszczony Zn, Pb, Cu i Cd; bardziej zanieczyszczone metalami ciężkimi są obszary Parku położone w południowo-wschodniej części, tj. od strony Warszawy.
2. Mchy na dużej powierzchni Parku (64,3-78,4%) zawierają następujące zakresy metali (mg/kg s.m.): cynku 80-120, ołowiu 60-80, miedzi 10-15, niklu 4-8 i kadmu 0,6-0,9.
L IT E R A T U R A
[1] C a m e r o n A.J. N i c k i e s s G. U se o f m osses as collectors o f airborne heavy m etals near I a smelting com plex. W ater, Air, Soil Pollut. 1977, 7: 117-125.
[2] C z a r n o w s k a К . Akum ulacja metali ciężkich w glebach, roślinach i niektórych zwierzętach na terenie W arszawy. Rocz. G lebozn. 1980, t 31, 1: 77-117.
58 К. Czarnowska, В. Gworek
[3] C z a r n o w s k a K. , G w o r e k В., K o z a n e c k a T. Zawartość m etali ciężkich w glebach i mchu K am pinoskiego Parku N arodow ego. (W:) „W pływ działalności człow ieka na środow isko glebow e w K am pinoskim Parku N arod ow ym ” . W yd. SG G W -A R , W arszawa 1983: 123-137. [4] G o o d m a n G .T ., R o b e r t s T .M . Plant and soils as indicators o f metals in the air. N ature
1971, 231, 5301: 287-292.
[5] G r o d z i ń s к a K . Zanieczyszczenie polskich parków narodow ych metalam i ciężkimi. O chrona Przyrody 1980, 43: 9-2 7 .
[6] L i s i c k a I., P e t e c k a W. Zanieczyszczenie m etaliczne pow ietrza atm osferycznego m .st. W arszawy. Zdrowie Publ. 1974, 85, 108: 867-878.
[7] M a k o m a s к a M . H eavy m etals contam ination o f pinew ood in the N iepołom ice Forest (Southern Poland). Bull. A cad. Pol. Sei. Cl. II, 1978, 26, 10: 679-685.
[8] R ü h l i n g A. , T y l e r G . R egional-differences in the deposition o f heavy metals over Scandinavie. J. A ppl. Ecol. 1971, 8: 497-507.
[9] R ü h l i n g A. , R a s m u s s e n L., P i l e g a a r d K. , M ä k i n e n A. , S t e i n n e s s E. Survey o f atm ospheric heavy metal deposition in the N ordic countries in 1985 — m onitored by m oss analyses. Nord: 1987, 21, 44.
[10] S i e n k i e w i c z J., C z a r n o w s k a К . Pollution o f soils and plants by heavy m etals and degradation o f pinew ood com m unity. A nn. W arsaw Agricult. U niv.-SG G W , For. and W ood Technol. 42, 1991: 4 9 -5 9 . К. Ч А Р Н О В С К А , Б. Г ВО РЕК С О Д Е Р Ж А Н И Е Т Я Ж Е Л Ы Х М Е Т А Л Л О В ВО М Х У К А М П И Н О С К О Г О Н А Ц И О Н А Л Ь Н О Г О П А Р К А К аф едра почвоведения Варшавской сельскохозяйственной академии Р е з ю м е В 1980-1981 гг. отобрали 60 образцов м ха P leurozium schreberi Mi t t . , , представительного для всей площ ади К ам пиноского Н ационального Парка. В образцах мха определяли содерж ание Zn, Pb, Cu, N i и Cd. Н а оновании полученных результатов были разработаны карты иллю стрирую щ ие содержание тяжелых м еталлов во м ху К ам пиноского Н ационального Парка. Затем измеряли с пом ощ ью планиметра отдельные контуры м лощ ади Парка, на которых мхи содерж али одинаковые количества тяжелых м еталлов выражая их в процентах (табл. 3). Исчисляли также коэффициенты корреляции м еж ду содерж анием отдельных металлов. А нализировали степень загрязнения почв Парка выраженную аккумуляцией тяжелых металлов во м ху P leurozium schreberi. С ам ое высокое содерж ание Zn, Pb, Cu, N i и Cd установлено, как правило, в образцах м хов отобранны х в ю го-восточной части Парка (со стороны Варшавы) и такую площ адь признано как загрязненную тяжелыми металлами. М хи на крупной площ ади Парка (64,3-78,4% ) содерж али следовы е элементы в следую щ их пределах (в мг/кг с.в.): цинка 80-120, свинца 60-80, меди 10-15, никеля 4 -8 и кадмия 0,6 -0 ,9 . С одержание цинка в исследуем ом м ху существенно высоко коррелировало с количеством Си и Cd, а содерж ание Си с Cd.
Z a w artość m etali ciężkich w mchu.., 59
K. C ZA R N O W SK A , B. G W O R EK
C O N T E N T O F H E A V Y M E T A L S IN M O SS OF T H E K A M P IN O S N A T IO N A L P A R K
D epartm ent o f Soil Science, W arsaw Agricultural University
Summar y
Sixty sam ples o f Pleurozium schreberi M itt, m oss representable for the w hole area o f the K am pinos N ational Park were taken in 1980-1981. In m oss samples the Zn, Pb, Cu, N i and Cd content w as determ ined. On the basis o f the results obtained maps illustrating the content o f heavy m etals in the m oss o f the K am pinos N ation al Park were plotted. Then particular contours o f the Park area, on which m osses contained the same am ount o f heavy m etals in per cent (Table 3) were measured with the use o f planimeter. A lso coefficients o f correlation between the content o f particular m etals were calculated. The contam ination degree o f the Park expressed by accum ulation o f heavy metals in the Pleurozium schreberi m oss was analyzed.
The highest content o f Zn, Pb, Cu, Ni and Cd was found, on the average, in m oss samples collected in the south-eastern part o f the Park (from the side o f W arsaw) and therefore this area should be regarded as contam inated with heavy metals. M osses on a large area o f the Park (64.3-78.4% ) contained heavy metals in the follow in g am ounts (in m g/kg o f d.m.): zinc 8 0-120, lead 60-80, copper 10-15, nickel 4 -8 , cadm ium 0.6-0.9. The zinc content in the m oss investigated was significantly highly correlated with the Cu and Cd am ount and the Cu content with Cd.
Prof. dr K. Czarnowska Praca wpłynęła do redakcji w lutym 1991 r. Katedra Gleboznawstwa
S G G W w Warszawie
