SOIL SCIENCE ANNUAL
Vol. 67 No. 4/2016: 190–196
* Dr A. £ukowski, a.lukowski@pb.edu.pl DOI: 10.1515/ssa-2016-0024 http://ssa.ptg.sggw.pl/issues/2016/674WSTÊP
Gleba jest podstawowym nieodnawialnym ele-mentem œrodowiska, który cechuje siê pewnymi w³a-œciwoœciami: fizycznymi, chemicznymi, a tak¿e bio-logicznymi, które zosta³y ukszta³towane przez natu-ralne procesy glebotwórcze. Na w³aœciwoœci gleb wp³yw równie¿ ma rolnicza i pozarolnicza dzia³al-noœæ cz³owieka (Ociepa i in. 2014).
Wyj¹tkowo groŸne, w przypadku ci¹gle rozwija-j¹cej siê cywilizacji i urbanizacji, a tak¿e narastaj¹-cego uprzemys³owienia, jest nadmierne obci¹¿enie œrodowiska naturalnego metalami ciê¿kimi (Bedna-rek i Maækowiak 2008, Bogacz 2010, Jaworska i D¹bkowska-Naskrêt 2011, Wiater i Sikorska 2011). Zanieczyszczenie gleby pierwiastkami œladowymi jest niebezpieczne ze wzglêdu na fakt, ¿e mog¹ staæ siê one potencjalnym Ÿród³em zagro¿enia dla roœlin i wód powierzchniowych, a w rezultacie mog¹ zostaæ w³¹-czone do ³añcucha troficznego: gleba-roœlina-zwie-rzê-cz³owiek (Dziadek i Wac³awek 2005, Karczew-ska i Kaba³a 2010).
Naturalna zawartoœæ metali w œrodowisku glebo-wym nie jest postrzegana jako zagro¿enie dla roœlin, zwierz¹t b¹dŸ cz³owieka. Metale te wystêpuj¹ natu-ralnie w otaczaj¹cym œrodowisku, o ile ich wartoœci s¹ charakterystyczne dla tzw. ,,t³a geochemicznego’’. Ca³kowita zawartoœæ danego metalu w œrodowisku
nie musi œwiadczyæ o jego ewentualnej bioprzyswa-jalnoœci lub te¿ mobilnoœci. Aby uzyskaæ precyzyjne informacje na ten temat nale¿y stosowaæ dok³adniej-sze techniki w badaniu gleb, np. sekwencyjn¹ eks-trakcjê (Dziadek i Wac³awek 2005). Zachowanie me-tali œladowych w uk³adzie gleba-roœlina jest zale¿ne od chemicznej specjacji i dystrybucji form chemicz-nych metali w roztworze glebowym (Kwapuliñski i in. 2012). To z kolei wp³ywa na dostêpnoœæ i roz-puszczalnoœæ tych metali w glebie. Bezpoœrednio do-stêpne dla roœlin s¹ metale znajduj¹ce siê w najbar-dziej mobilnych frakcjach (rozpuszczalna w kwasach i wymienna) a tak¿e, pod wp³ywem zmiennych wa-runków œrodowiskowych, pierwiastki zawarte w labilnych frakcjach (redukcyjna i utlenialna). To forma wystêpowania pierwiastka w glebie, a nie ca³-kowita jego zawartoœæ w glebie, odgrywa istotn¹ rolê w jego przemieszczaniu siê wzd³u¿ ³añcucha woda-gleba-roœlina-zwierzê-cz³owiek (Kowol i in. 2010). W tym aspekcie wa¿na jest ocena zawartoœci metali w poszczególnych frakcjach zawi¹zanych z gleb¹ oraz powi¹zanie w³aœciwoœci fizykochemicznych gleb z wystêpuj¹cymi w nich formami pierwiastków i ich akumulacj¹ w roœlinach (Sitarz-Palczak i Kalembkie-wicz 2012). Do tego celu stosuje siê wiele metod wydzielania metali zwi¹zanych z poszczególnymi frakcjami gleby z zastosowaniem np. ekstrakcji po-jedynczej z jednym ekstrahentem (np. CaCl2, HCl) ADAM £UKOWSKI*, JÓZEFA WIATER
Politechnika Bia³ostocka, Wydzia³ Budownictwa i In¿ynierii Œrodowiska, Katedra Technologii w In¿ynierii i Ochronie Œrodowiska, ul. Wiejska 45E, 15-351 Bia³ystok
Zawartoœæ i rozpuszczalnoœæ o³owiu w glebach uprawnych Podlasia
Streszczenie: Celem przeprowadzonych badañ by³o okreœlenie ca³kowitej zawartoœci o³owiu oraz jego frakcji w glebach upraw-nych Podlasia u¿ytkowaupraw-nych jako grunty orne i trwa³e u¿ytki zielone. Materia³ badawczy stanowi³y próbki pobrane w latach 2011– 2013 z gleb uprawnych w 104 punktach województwa podlaskiego. Próbki pobrano z warstwy ornej (0–30 cm), po zbiorze roœlin uprawnych. W próbkach oznaczono podstawowe w³aœciwoœci fizykochemiczne gleb: sk³ad granulometryczny, zawartoœæ wêgla organicznego i pH w 1 mol⋅dm–3 KCl. Okreœlono kategoriê agronomiczn¹ gleb i badane gleby podzielono na trzy grupy: bardzo
lekkie i lekkie, œrednie oraz gleby organiczne. Frakcje o³owiu ekstrahowano zmodyfikowan¹ metod¹ BCR. Zawartoœæ ogóln¹ Pb i we frakcjach oznaczono metod¹ ASA z atomizacj¹ elektrotermiczn¹ aparatem Varian AA-100. W przypadku gleb bardzo lekkich i lekkich najmniejszy œredni udzia³ Pb odnotowano we frakcji rozpuszczalnej w kwasach i wymiennej (16,3% zawartoœci ogólnej), a najwiêkszy we frakcji zwi¹zanej z tlenkami Fe/Mn (43,5%). Podobnie w glebach œrednich i organicznych, œrednio najwiêcej Pb znajdowa³o siê we frakcji redukowalnej, odpowiednio 43,7 i 41,3% zawartoœci ogólnej, a najmniej we frakcji wymiennej, odpowied-nio 16,5 i 12,2%. Zawartoœæ o³owiu ogólnego w glebach Podlasia by³a niska i charakterystyczna dla gleb niezanieczyszczonych.
b¹dŸ ekstrakcji sekwencyjnej z u¿yciem kilku eks-trahentów. Jedn¹ z g³ównych wad ekstrakcji sekwen-cyjnych jest ich czasoch³onnoœæ. Podejmowane s¹ wiêc próby opracowania metod o krótszym czasie ekstrakcji i tak¹ metod¹ jest BCR.
Jednym z szeroko rozpowszechnionych w ekosys-temie metali ciê¿kich jest o³ów. Przemieszczanie siê tego pierwiastka w glebie i jego biodostêpnoœæ dla roœlin jest zale¿ne miedzy innymi od pH, sk³adu i za-wartoœci materii organicznej, pojemnoœci sorpcyjnej, gatunku roœliny i nawo¿enia (Domañska 2008, Do-mañska i in. 2013). Jest on bardzo niebezpieczny, po-niewa¿ nie ulega biodegradacji, ani rozpadowi w œro-dowisku, dlatego te¿ najwy¿sze jego zawartoœci od-notowywane s¹ w glebie. W Polsce nie wystêpuje du¿o gleb zanieczyszczonych metalami ciê¿kimi, w tym o³owiem. Mimo, ¿e sytuacja w naszym kraju jest zadowalaj¹ca, tym bardziej powinno siê skupiaæ na sta³ej kontroli i monitoringu w celu niedopuszcze-nia do pogorszeniedopuszcze-nia siê jakoœci gleb (Karczewska i Kaba³a 2010).
Celem pracy by³o okreœlenie zawartoœci ogólnej o³owiu oraz jego rozpuszczalnoœci na podstawie udzia³u poszczególnych frakcji w próbkach gleb u¿yt-kowanych rolniczo z województwa podlaskiego w zale¿noœci od ich niektórych w³aœciwoœci fizyko-chemicznych.
MATERIA£Y I METODYKA BADAÑ
Badania wykonano w oparciu o próbki pobrane z gleb uprawnych w 104 punktach woj. podlaskiego. Punkty zlokalizowano na glebach mineralnych u¿yt-kowanych jako grunty orne oraz na glebach organicz-nych u¿ytkowaorganicz-nych jako trwa³e u¿ytki zielone. Gle-by Gle-by³y pozbawione zewnêtrznych Ÿróde³ zanieczysz-czeñ jak drogi lub zak³ady przemys³owe. Próbki po-brano z warstwy uprawnej, okreœlonej na g³êbokoœæ 0–30 cm, po zbiorze roœlin uprawnych. Zosta³y po-brane przez pracowników Okrêgowej Stacji Chemicz-no-Rolniczej w Bia³ymstoku zgodnie z norm¹ PN-R-040:1997. Wysuszono je i przesiano przez sito z two-rzywa sztucznego o œrednicy oczek równej 1 mm. Na podstawie sk³adu granulometrycznego wyznaczono kategoriê agronomiczn¹ i badane gleby podzielono na trzy grupy: bardzo lekkie i lekkie, gleby œrednie i organiczne, w sk³ad których wchodzi³o odpowied-nio 30, 60 i 14 gleb. W glebach oznaczono pH w 1 mol·dm–3 KCl metod¹ potencjometryczn¹,za-wartoœæ wêgla ca³kowitego metod¹ Tiurina, a sk³ad granulometryczny metod¹ Cassagrande’a w modyfi-kacji Prószyñskiego.
Zawartoœæ ogóln¹ o³owiu (po uprzedniej minera-lizacji w stê¿onym HNO3 z dodatkiem 30%
nadtlen-ku wodoru) oznaczono metod¹ atomowej spektrome-trii absorpcyjnej z atomizacj¹ elektrotermiczn¹ przy u¿yciu aparatu Varian AA100. W próbkach gleb okre-œlono sk³ad frakcyjny o³owiu zmodyfikowan¹ przez nas metod¹ BCR z wykorzystaniem sondy ultradŸwiê-kowej Sonics VCX 130. Ekstrakcja przebiega³a na-stêpuj¹co:
1. Frakcja wymienna (F1) – 1 g gleby zalano 40 cm3
0,11 mol·dm–3 kwasu octowego w probówce
wi-rówkowej o poj. 100 cm3 i ekstrahowano z
u¿y-ciem ultradŸwiêków przez 7 min. (moc – 20 W) w temp. 22±5°C. Nastêpnie odwirowywano przez 20 min. przy przeci¹¿eniu 3000 g. Ekstrakt od-dzielono do analizy. Do pozosta³ej gleby dodano 20 ml dejonizowanej wody i poddano dzia³aniu ul-tradŸwiêków przez 5 min., nastêpnie odwirowy-wano przez 20 min. przy przeci¹¿eniu 3000 g. Wodê odlano i odrzucono.
2. Frakcja redukowalna, zwi¹zana z tlenkami ¿elaza i manganu (F2) – do pozosta³oœci z etapu pierw-szego dodano 40 cm3 œwie¿o przygotowanego 0,5
mol·dm–3 roztworu chlorowodorku hydroksyloaminy
o pH = 1,5 i ekstrahowano z u¿yciem ultradŸwiê-ków przez 7 min. (moc – 20 W) w temp. 22±5°C. Nastêpnie odwirowywano przez 20 min. przy prze-ci¹¿eniu 3000 g. Ekstrakt oddzielono do analizy. Pozosta³oœæ przep³ukano dejonizowan¹ wod¹, jak w etapie pierwszym.
3. Frakcja utlenialna, zwi¹zana z materi¹ organiczn¹ (F3) – do pozosta³oœci z etapu drugiego dodano ostro¿nie 20 cm3 nadtlenku wodoru (o stê¿eniu
30%) i ekstrahowano z u¿yciem ultradŸwiêków przez 2 min. (moc – 20 W) w temp. 22±5°C. Na-stêpnie objêtoœæ nadtlenku wodoru zredukowano do ok. 1 cm3. Do wilgotnej pozosta³oœci dodano
50 cm3 roztworu octanu amonu o stê¿eniu
1 mol·dm–3 i ekstrahowano z u¿yciem
ultradŸwiê-ków przez 6 min. (moc – 20 W) w temp. 22±5°C. Odwirowywano przez 20 min. przy przeci¹¿eniu 3000 g. Ekstrakt oddzielono od gleby i poddano analizie. Pozosta³oœæ przep³ukano dejonizowan¹ wod¹, jak w poprzednich etapach.
4. Frakcja rezydualna (F4) – ekstrahowana stê¿onym kwasem azotowym (V) (9 cm3) z dodatkiem 30%
H2O2 (1 cm3) przez 0,5 godz. w piecu
mikrofalo-wym. Ekstrakt oddzielono od gleby i poddano ana-lizie.
Oznaczenie zawartoœci o³owiu we frakcjach wy-konano metod¹ absorpcyjnej spektrometrii atomowej z atomizacj¹ elektrotermiczn¹ aparatem Varian AA-100. Obliczono udzia³ procentowy poszczególnych frakcji badanego pierwiastka w zawartoœci ogólnej.
Wœród gleb bardzo lekkich i lekkich przewa¿a³y piaski gliniaste i piaski s³abo gliniaste, a wœród gleb
œrednich gliny piaszczyste. Gleby organiczne mo¿e-my zaliczyæ do torfowych i torfowo-murszowych. Za-wartoœæ frakcji o œrednicy <0,02 mm w glebach bar-dzo lekkich i lekkich waha³a siê od 4 do 17% (œred-nio 11%), a frakcji i³u od 0 do 3% (œred(œred-nio 2%). W glebach œrednich frakcji sp³awialnych by³o œrednio 22%, przy zakresie 11–42%, a frakcji i³u œrednio 4%, przy zakresie 2–8% (tab. 1).
Odczyn gleb by³ bardzo zró¿nicowany, od gleb bardzo kwaœnych do zasadowych. Gleby œrednie cha-rakteryzowa³y siê nieco wy¿szym odczynem, ni¿ gle-by lekkie. Badane glegle-by ze wzglêdu na odczyn s¹ cha-rakterystyczne dla regionu Podlasia, gdzie wiêkszoœæ gleb to gleby bardzo kwaœne i kwaœne.
Zawartoœæ wêgla organicznego w badanych gle-bach zale¿a³a od ich kategorii i ros³a wraz ze wzro-stem zawartoœci czêœci sp³awialnych w glebach mi-neralnych. W glebach organicznych zawartoœæ wêgla by³a zró¿nicowana i zawiera³a siê w zakresie od 12,19 do 42,50 g·kg–1.
WYNIKI BADAÑ I DYSKUSJA
Zawartoœæ ogólna o³owiu w glebach by³a niska i nie przekracza³a t³a geochemicznego. Œrednia za-wartoœæ tego pierwiastka w glebie zwiêksza³a siê wraz ze wzrostem zawartoœci frakcji sp³awialnych w gle-bach mineralnych. W glegle-bach organicznych by³o wiê-cej o³owiu ogó³em, ni¿ w glebach mineralnych (w odniesieniu do gleb lekkich i œrednich ponad dwa razy tyle), ale nadal by³y to gleby niezanieczyszczo-ne. Gleby, które nie znajduj¹ siê pod bezpoœrednim wp³ywem zanieczyszczeñ charakteryzuj¹ siê niedu¿¹
iloœci¹ nagromadzonego o³owiu. Zawartoœci tego pier-wiastka w glebie podawane jako ,,t³o geochemicz-ne’’ mieszcz¹ siê zwykle w granicach 25–40 mg·kg–1. Ró¿añski (2012) podaje, ¿e ca³kowita zawartoœæ o³o-wiu w glebach u¿ytkowanych rolniczo mieœci siê w przedziale od 11,611 do 105,259 mg·kg–1, co
jed-noczeœnie wskazuje no to, i¿ gleby te s¹ wolne od zanieczyszczeñ antropogenicznych. Wed³ug Makuch (2012) ca³kowita zawartoœæ tego pierwiastka w gle-bach ogrodowych i uprawnych z Przemyœla kszta³tu-je siê w zakresie 20,70–31,45 mg·kg–1, a w Zamoœciu
od 18,90 do 84,20 mg·kg–1. Wiater i £ukowski (2010)
podali, ¿e gleby trzech powiatów województwa pod-laskiego charakteryzowa³y siê nisk¹ ca³kowit¹ zawar-toœci¹ o³owiu zawieraj¹c¹ siê w przedziale od 2,8 do 5,7 mg·kg–1.
Ró¿ne typy gleb w Polsce odznaczaj¹ siê raczej zbli¿on¹ zawartoœci¹ o³owiu, ró¿nica natomiast wy-stêpuje miêdzy kategoriami agronomicznymi i tak œrednia zawartoœæ o³owiu w glebach lekkich wynosi 14,2 mg·kg–1, w glebach œrednich 17,7 mg·kg–1, zaœ
w glebach ciê¿kich 25,2 mg·kg–1 (Kabata-Pendias i
Pendias 1999). Badane gleby lekkie i œrednie Podlasia zawiera³y znacznie mniej o³owiu ogólnego (tab. 1).
Rozk³ad o³owiu pomiêdzy poszczególne jego frak-cje w glebach mineralnych, niezale¿nie od ich kate-gorii agronomicznej, by³ nastêpuj¹cy: frakcja redu-kowalna – ponad 40% > frakcja utlenialna – ponad 20% > frakcja rezydualna – ponad 17% > wymienna – ponad 16% zawartoœci ca³kowitej. W glebach or-ganicznych o³owiu we frakcjach wymiennej, redu-kowalnej i rezydualnej by³o mniej, ni¿ w glebach mi-neralnych, a wiêcej we frakcji utlenialnej (tab. 1). Po-TABELA 1. W³aœciwoœci fizykochemiczne gleb, zawartoœæ ogólna Pb oraz udzia³ poszczególnych frakcji o³owiu w glebie TABLE 1. Physicochemical properties of soil, total Pb content and its percentage share in fractions
y b e l G s l i o S H p Corg g k · g [ –1] æ œ o t r a w a Z . r œ o i j c k a r f 2 0 0 , 0 < f o t n e t n o C n o i t c a r f 2 0 0 . 0 < æ œ o t r a w a Z . r œ o i j c k a r f 2 0 , 0 < t n e t n o C n o i t c a r f f o 2 0 . 0 < ] % [ æ œ o t r a w a Z b P a n l ó g o t n e t n o C b P l a t o t f o g k · g m [ –1] b P i j c k a r f ³ a i z d u i n d e r Œ j e n l ó g o i c œ o t r a w a z w e r a h s e g a t n e c r e p e g a r e v A t n e t n o c l a t o t n i n o i t c a r f b P f o ] % [ 1 F F2 F3 F4 o z d r a B e i k k e l e i k k e l i t h g i l y r e V t h g i l d n a 0 3 = n x a m -n i m 4,0–7,3 0,6–3,7 0–3 4–17 2,12–13,60 16,3 43,5 24,9 19,0 a i n d e r œ n a e m 1 , 5 1,6 2 11 8,3 e i n d e r Œ m u i d e M 0 6 = n x a m -n i m 4,1–7,8 0,7–4,6 2–8 11–42 6,00–14,20 16,5 43,7 25,4 17,6 a i n d e r œ n a e m 1 , 6 2,4 4 22 8,78 e n z c i n a g r O c i n a g r O 4 1 = n x a m -n i m 5,2–6,8 12,19–42,50 0 – 9,50–28,60 12,2 41,3 37,1 13,8 a i n d e r œ n a e m 7 , 5 28,7 0 – 18,33
dobne zale¿noœci wykaza³ w swoich badaniach z wykorzystaniem zmodyfikowanej procedury eks-trakcji sekwencyjnej BCR Ró¿añski (2012). Stwier-dzi³ on, ¿e najwiêkszy udzia³ w wi¹zaniu o³owiu w badanych glebach mia³y zwi¹zki ¿elaza i glinu. Frakcja redukowalna stanowi³a œrednio 51,31% za-wartoœci ogólnej. Drug¹ z kolei by³a frakcja utlenial-na, która stanowi³a 27,50% zawartoœci ogólnej. Nie-wielka czêœæ o³owiu zosta³a trwale zwi¹zana przez frakcjê rezydualn¹ (15,73%), zaœ frakcja wymienna dostêpna dla roœlin, stanowi³a 5,46%. Metodê BCR w swoich badaniach wykorzysta³ tak¿e Paku³a (2011). Z badañ, które przeprowadzi³ nad sk³adem frakcyj-nym metali ciê¿kich w poziomie próchniczfrakcyj-nym gleb po³o¿onych wzd³u¿ obwodnicy Siedlec wynika, i¿ udzia³ poszczególnych frakcji o³owiu w zawartoœci ogólnej mo¿na przedstawiæ w nastêpuj¹cym szere-gu: frakcja redukowalna (54,2%) > frakcja utlenial-na (26,6%) > frakcja rezydualutlenial-na (19,2%) > frakcja wymienna (6,4%). Nieco odmienne wyniki uzyskali Drzyma³a i Spychalski (2011) w badaniach przepro-wadzonych metod¹ ekstrakcji sekwencyjnej BCR, w glebach u¿ytkowanych rolniczo, w rejonie huty miedzi G³ogów. Zawartoœæ o³owiu w poszczególnych frakcjach odznacza³a siê du¿¹ zmiennoœci¹. Ró¿nice widoczne by³y w ka¿dej frakcji z wyj¹tkiem frakcji wymiennej, na co mo¿e mieæ wp³yw ma³y udzia³ Pb w ca³kowitej zawartoœci (1–2%). Najwiêkszy udzia³ o³owiu stwierdzono we frakcji zwi¹zanej z materi¹ organiczn¹ (œrednio 53,2% zawartoœci ogólnej), dwu-krotnie wiêcej, jak w przypadku naszych badañ. Naj-mniej o³owiu (œrednio 2,6%) by³o we frakcji wymien-nej, co jest zgodne z naszymi wynikami. We frakcji rezydualnej odnotowano œrednio 21,3% Pb.
Udzia³ poszczególnych frakcji o³owiu w glebie by³ zró¿nicowany w zale¿noœci od kategorii agronomicz-nej gleby (ryc. 1). Frakcja wymienna (F1) obejmuje pierwiastki bêd¹ce pod postaci¹ jonów lub zwi¹zków kompleksowych, zaadsorbowanych niespecyficznie przez fazê sta³¹ gleby. Jest ona ruchliwa i ³atwo do-stêpna dla roœlin. Najwiêkszy jej udzia³ wyst¹pi³ w glebach œrednich i wynosi³ oko³o 17%. W glebach o wiêkszej zawartoœci frakcji o œrednicy <0,02 mm udzia³ tej frakcji zmniejsza³ siê. Najwiêcej o³owiu odnotowano we frakcji redukowalnej (F2). Udzia³ tej frakcji we wszystkich glebach, niezale¿nie od ich ka-tegorii agronomicznej by³ zbli¿ony i wynosi³ oko³o 40% zawartoœci ogólnej. Frakcja redukowalna zawie-ra metale zaadsorbowane specyficznie lub wspó³str¹-cone z tlenkami manganu i ¿elaza. Frakcja ta jest sta-bilna i ulega uruchomieniu w warunkach oksydacyj-nych (Ahmadipour i in. 2014). Udzia³ o³owiu w trze-ciej frakcji (F3 – utlenialna) w glebach bardzo lek-kich i leklek-kich oraz œrednich by³ zbli¿ony i wynosi³ ponad 20% w stosunku do zawartoœci ogólnej. W gle-bach organicznych z substancj¹ organiczn¹ zwi¹za-ne by³o ok. 40% o³owiu. Frakcja utlenialna obejmuje metale zwi¹zane w wyniku specyficznej adsorpcji z siarczkami, a tak¿e po³¹czenia kompleksowe. Frak-cja ta, podobnie jak frakFrak-cja redukowalna jest stabil-na, a uruchomieniu ulega w warunkach oksydacyj-nych (Ahmadipour i in. 2014). Frakcja rezydualna, tzw. pozosta³oœæ, obejmuje pierwiastki, które s¹ sil-nie zwi¹zane z faz¹ sta³¹ gleby. Frakcja ta jest bardzo stabilna i nie wykazuje podatnoœci na uwalnianie w warunkach naturalnych (Sitarz-Palczak i Kalembkie-wicz 2012). Rozmieszczenie o³owiu we frakcjach za-le¿a³o w pewnym stopniu od odczynu analizowanych
RYCINA 1. Udzia³ frakcji Pb w zale¿noœci od kategorii agronomicznej gleby FIGURE 1. The percentage share of Pb fractions depending on agronomic category 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
B. lekkie i lekkie Średnie Organiczne
U d zi a ł % P e rc e n ta g e sh a re F4 F3 F2 F1 B. lekkie i lekkie Very light and light
Œrednie Medium
Organiczne Organiv
gleb (ryc. 2). Wp³yw pH na mobilnoœæ metali w gle-bie jest zmienny, zale¿y od zawartoœci i rodzaju ma-terii organicznej (Fija³kowski i in. 2012). Frakcja wy-mienna w glebach kwaœnych i lekko kwaœnych sta-nowi³a ok. 15%, w glebach bardzo kwaœnych i zasa-dowych by³a wy¿sza o ok. 2 pkt. procentowe, a w glebach zasadowych ni¿sza o ok. 1,5 pkt. procento-wego. Najwiêcej o³owiu by³o we frakcji drugiej – redukowalnej. Udzia³ tej frakcji by³ zbli¿ony w gle-bach bardzo kwaœnych, kwaœnych, lekko kwaœnych oraz zasadowych i wynosi³ ponad 40% zawartoœci ca³-kowitej. W glebach o odczynie obojêtnym udzia³ o³o-wiu by³ ni¿szy o blisko 10%.W glebach o kwaœnym odczynie przoduj¹ formy o³owiu bêd¹ce w zwi¹zkach organicznych, mog¹ce jednoczeœnie hamowaæ, jak i poprawiaæ jego migracjê, a tak¿e jony Pb2+ i [PbHCO
3] +.
W glebach zasadowych dominuj¹ zaœ jony [Pb(OH)]+
i [Pb(CO3)2]2– (Bo¿êcka 2013). Udzia³ frakcji
utle-nialnej (F3) zwiêksza³ siê wraz ze wzrostem pH gleb
od gleb bardzo kwaœnych do obojêtnych. W przypad-ku gleb kwaœnych i lekko kwaœnych udzia³ omawia-nej frakcji by³ zbli¿ony. O³ów ³atwo ulega sorpcji i tworzy trudno rozpuszczalne po³¹czenia organicz-ne i miorganicz-neralorganicz-ne, zw³aszcza przy wysokim pH gleby (Szatanik-Kloc 2004). Iloœæ o³owiu wi¹zanego przez materiê organiczn¹ jest czêsto skorelowana z pH gle-by (Ró¿añski 2013). Najwiêkszy udzia³ frakcji rezy-dualnej (F4) odnotowano w przypadku gleb zasado-wych (œrednio 18,9%), natomiast w przypadku gleb bardzo kwaœnych, kwaœnych, lekko kwaœnych i obo-jêtnych by³ on zbli¿ony (ok. 17%). Makuch (2011) w badaniach gleb z ogrodów przydomowych i dzia³ko-wych oraz pól uprawnych stwierdzi³a przewagê frak-cji rezydualnej w stosunku do zawartoœci pozosta-³ych form o³owiu. O rozpuszczalnoœci o³owiu, czyli g³ównie jego udziale we frakcji F1 decydowa³a za-wartoœæ wêgla organicznego. Najwy¿szy udzia³ o³o-wiu w tej frakcji (œrednio 16,4%) odnotowano w
gle-RYCINA 3. Udzia³ frakcji Pb w zale¿noœci od Corg w glebach FIGURE 3. The percentage share of Pb fractions depending on organic carbon content RYCINA 2. Udzia³ frakcji Pb w zale¿noœci od pH gleb FIGURE 2. The percentage share of Pb fractions depending on soil pH
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% <4,5 4,6- 5,5 5,6- 6,5 6,6- 7,2 >7,2 pH U d zi a ł % P e rc e n ta g e sh a re F4 F3 F2 F1 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% <10 10- 20 20- 30 30- 40 >40 Corg [g·kg -1 ] U d zi a ł % P e rc e n ta g e s h a re F4 F3 F2 F1
bach o niskiej zawartoœci wêgla, poni¿ej 10 g·kg–1,
czyli glebach mineralnych (ryc. 3). W glebach orga-nicznych frakcja wymienna zgromadzi³a ok. 20% mniej o³owiu. Najwiêcej omawianego metalu by³o we frakcji F2 i udzia³ ten niezale¿nie od zawartoœci wêgla oscylowa³ wokó³ 40%. Najwiêkszy udzia³ Pb w tej frakcji (œrednio 43,9%) odnotowano w glebach organicznych o zawartoœci wêgla od 20 do 30 g·kg–1.
Udzia³ o³owiu we frakcji F3 generalnie wyraŸnie zwiêksza³ siê wraz ze wzrostem zawartoœci wêgla i w glebach organicznych zawieraj¹cych ponad 40% wêgla organicznego osi¹gn¹³ 47%. We frakcji rezy-dualnej najwiêcej o³owiu by³o w glebach mineralnych (œrednio 18,3%). Udzia³ Pb w glebach organicznych we frakcji F4 by³ ni¿szy i oscylowa³ w zakresie od 10,5 do 15,7%. O³ów jest bardzo silnie zwi¹zany z materi¹ organiczn¹ w glebach o pH >4,5. Potwier-dzaj¹ to wyniki badañ uzyskane dla gleb lekko kwa-œnych i obojêtnych z okolic Kolna, gdzie udzia³ mo-bilnych form o³owiu by³ ni¿szy, ni¿ w przypadku gleb o wy¿szym pH (Wiater i £ukowski 2010).
W³aœciwoœci fizykochemiczne badanych gleb nie mia³y istotnego wp³ywu na dystrybucjê o³owiu miê-dzy poszczególnymi frakcjami, a tym samym na jego rozpuszczalnoœæ (tab. 2).
TABELA 2. Wspó³czynniki korelacji miêdzy w³aœciwoœciami fi-zykochemicznymi gleb i udzia³em frakcji Pb
TABLE 2. Correlation coefficients between physicochemical pro-perties of soils and percentage share of Pb fractions
* Istotne dla p<0,05; significant for p<0,05. 1 F F2 F3 F4 H p 0,05 -0,03 0,09 -0,10 g r o C -0,04 0,14 0,13 -0,06 k e s a i P d n a S 2 1 , 0 -0,07 -0,09 0,15 ³ y P t l i S 1 1 , 0 - 0,07 0,08 -0,15 ³ I y a l C 2 1 , 0 - 0,05 0,09 -0,09
o³owiu we frakcjach wymiennej, redukowalnej i rezydualnej by³ mniejszy ni¿ w glebach mineral-nych (odpowiednio 12,2, 41,3 i 13,8%), a wiêkszy we frakcji utlenialnej (37,1%).
4. W³aœciwoœci fizykochemiczne gleb nie mia³y wp³ywu na rozpuszczalnoœæ o³owiu.
PODZIÊKOWANIA
Praca finansowana z pracy statutowej nr S/WBiIŒ/ 3/2014.
LITERATURA
Ahmadipour F., Bahramifar N., Ghasempouri S.M., 2014. Frac-tionation and mobility of cadmium and lead in soils of Amol area in Iran, using the modified BCR sequential extraction method. Chemical Speciation & Bioavailability 26(1): 31–36. Bednarek W., Maækowiak C., 2008. Heavy metals in soil fertili-zed with manure and nitrogen. Polish Journal of Soil Science 41(2): 195–200.
Bogacz A., 2010. Factors influencing the concentration of heavy metals and sulphur in organic soils in the Sudety Mountains. Polish Journal of Soil Science 43(1): 1–8.
Bo¿êcka A., 2013. Usuwanie jonów metali toksycznych z roz-tworów wodnych za pomoc¹ odpadów organicznych. Roz-prawa doktorska. AGH im. Stanis³awa Staszica, Wydzia³ Gór-nictwa i Geoin¿ynierii, Kraków, ss. 194.
Domañska J., 2008. Sequential fractionation of lead in contami-nated and non-contamicontami-nated soils. Polish Journal of Soil Science 41(2): 119–126.
Domañska J., Filipek T., Kwiecieñ M. 2013. Specjacja Cd i Pb w glebie organicznej nawo¿onej œciekami miejskimi. Soil Science Annual 64(4): 140–144.
Drzyma³a S., Spychalski W., 2011. Metale ciê¿kie i ich frakcje w glebach wystêpuj¹cych w rejonie Huty Miedzi G³ogów. Roczniki Gleboznawcze – Soil Science Annual 62(2): 69–78. Dziadek K., Wac³awek W., 2005. Metale w œrodowisku Cz. I. Metale ciê¿kie (Zn, Cu, Ni, Pb, Cd) w œrodowisku glebowym. Chemia, Dydaktyka, Ekologia, Metrologia, R10, 1-2: 33–44. Fija³kowski K., Kacprzak M., Grobelak A., Placek A., 2012. The influence of selected soil parameters on the mobility of heavy metals in soils. In¿ynieria i Ochrona Œrodowiska 15(1): 81–92. Jaworska H., D¹bkowska-Naskrêt H., 2011. Profile distribution and mobility of lead in selected arable soils from Pradolina Glogowska. Ecological Chemistry and Engineering A 18(11): 1417–1424.
Kabata-Pendias A., Pendias H., 1999. Biogeochemia pierwiast-ków œladowych. Wydawnictwo Naukowe PWN.
Karczewska A., Kaba³a A., 2010. Gleby zanieczyszczone meta-lami ciê¿kimi i arsenem na Dolnym Œl¹sku – potrzeby i meto-dy rekultywacji. Zeszyty Naukowe Uniwersytetu Przyrodni-czego we Wroc³awiu, Rolnictwo XCVI Nr 576: 59–79. Kowol K., Kwapuliñski J., Fischer A., Królak E., Kosterska E.,
Suchocka S., Librowska J., Jab³ecka D., 2010. Ekologiczne i fitochemiczne uwarunkowania wp³ywaj¹ce na kumulacjê metali w roœlinie. Ekologia i Technika 18(2): 94–102. Kwapuliñski J., Paukszto A., Paprotny £., Musieliñska R.,
Ko-wol J., Nogaj E. Rochel R., 2012. Bioavailability of lead,
WNIOSKI
1. Zawartoœæ ogólna o³owiu w glebach Podlasia by³a niska i charakterystyczna dla gleb niezanieczysz-czonych.
2. Najwiêkszy œredni udzia³ o³owiu w badanych gle-bach odnotowano we frakcji redukowalnej, a naj-mniejszy w rezydualnej.
3. Dystrybucja o³owiu pomiêdzy poszczególnymi frakcjami w glebach mineralnych by³a nastêpuj¹-ca: frakcja redukowalna (œrednio 43,6%) > frakcja utlenialna (24,3%) > frakcja rezydualna (17,9%) > wymienna (15,9%). W glebach organicznych udzia³
cadmium, and nickel in Tatra Mountain National Park soil. Polish Journal of Environmental Studies 21(2): 407–413. Makuch I., 2011. Formy o³owiu w wybranych profilach gleb
ogro-dowych i uprawnych. Zeszyty Problemowe Postêpów Nauk Rolniczych 564: 145–154.
Makuch I., 2012. Formy o³owiu w profilach gleb ró¿nie u¿ytko-wanych. Roczniki Gleboznawcze – Soil Science Annual 63(4): 41–45.
Ociepa E., Pachura P., Ociepa-Kubicka A., 2014. Wp³yw nie-konwencjonalnego nawo¿enia na migracjê metali ciê¿kich w uk³adzie gleba-roœlina. In¿ynieria i Ochrona Œrodowiska, 17(2): 325–338.
Paku³a K., 2011. Frakcje o³owiu, chromu, cynku, miedzi i niklu w poziomie próchnicznym gleb po³o¿onych wzd³u¿ obwod-nicy Siedlec. In¿ynieria Ekologiczna, 27: 153-160.
Ró¿añski S., 2012. Ocena mobilnoœci i fitodostêpnoœci pierwiast-ków œladowych w glebach przy zastosowaniu ekstrakcji BCR. Proceedings of ECOpole 6(2): 787–792.
Ró¿añski S., 2013. Fractionation of selected heavy metals in agri-cultural soils. Ecological Chemistry and Engineering S 20(1): 117–125.
Sitarz-Palczak E., Kalembkiewicz J., 2012. Badania sorpcji me-tali ciê¿kich w popiele lotnym ze spalania wêgla. Sorbenty mineralne (surowce, energetyka, ochrona œrodowiska, nowo-czesne technologie), pod red. T. Ratajczak, G. Rzepa, T. Baj-da, Wyd. AGH, Kraków: 425–441.
Szatanik-Kloc A., 2004. Wp³yw pH i stê¿enie wybranych metali ciê¿kich w glebie na ich zawartoœæ w roœlinach. Acta Agro-physica 4(1): 177–183.
Wiater J., £ukowski A., 2010. Mobility of lead in conditions of acid soils of Podlasie Region. Ecological Chemistry and Engineering A 17(8): 1027–1032.
Wiater J., Sikorska J., 2011. Influence of traffic pollution on heavy metals content in soils and plants. Polish Journal of Soil Science 44(1): 63–73.
Received: June 8, 2016 Accepted: January 18, 2017 Associated editor: B. Rutkowska
The content and solubility of lead in arable soils of the Podlasie Province
(eastern Poland)
Abstract: The aim of the study was the estimation of total content of lead and its fraction in arable soils and permanent grassland of Podlasie Province, eastern Poland. The research material included 104 soil samples from Podlasie Province, which were collected in years 2011–2013 from the topsoil (0–30 cm) after plant harvest. The following basic physicochemical properties of soil samples were determined: granulometric composition, organic carbon content and pH in 1 mol⋅dm–3 KCl solution. Based on the granulometric
composition soils were divided into three groups: very light and light, medium and organic soils. The total lead and its content in fractions was determined by means of GFAAS technique using Varian AA-100 apparatus. The fractions of lead were extracted by BCR method. In the case of very light and light soils the lowest percentage share of Pb on average was noted in exchangeable fraction (16.3% of total content) and the highest in fraction bound to Fe/Mn oxides (43.5%). Similarly in medium and organic soils the highest amount of Pb was stated in reducible fraction, 43.7 and 41.3% of total content, respectively, and the lowest in exchangeable fraction, 16.5 and 12.2%, respectively. It was found that content of total lead was typical for arable uncontaminated soils.
