Concentration and pools of heavy metals in organic soils in post-fire areas used as forests and meadows

• Autorzy: Bogacz A. , Wozniczka P. , Labaz B.

Warianty tytułu

PL

Koncentracja i zasobność metali ciężkich w glebach organicznych na obszarach popożarowych użytkowanych jako lasy i łąki

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

High concentration of heavy metals in organic soils may be the result of intensive, deep-seated fires causing high temperatures. This research has been carried in four postfire areas, located in forests or on meadows in Lower Silesia. The aim has been to determine the impact of some parameters on the content of heavy metals in soils under postfire meadows and forests. The concentration and pool of the analyzed heavy metals were determined in soils against the background of such parameters as the depth in a horizon, organic matter content, soil colour and soil reaction. Twenty Histosol soil profiles (85 soil samples) were analyzed, representing peat-muck, muck (MtIIc1, MtIIIc1) and mineral-mucky (Me11) and on-muck soils (according to the Polish taxonomy of soils). The soils were strongly desiccated. Some physicochemical and chemical properties of pyrogenic soils were analyzed in dry samples collected into plastic bags with an Instorfu auger. Heavy metals (Zn, Cu, Pb, Ni, Cr) were determined in HCl + HNO3. Pools of heavy metals were recalculated into g m–2 in 0-20 cm layers of soils and compared among forest and meadow soils. Due to intensive fires, the reaction of pyrogenic soils was slightly acid, neutral or alkaline. As a consequence of the high temperatures, a broad spectrum of soil colours was noticed. The results showed increased concentrations of heavy metals in the topmost and muddy soil horizons. The alkaline soil reaction favoured accumulation of heavy metals. Pools of heavy metals in soils were significantly lower in forest than in meadow areas, which could be attributed to different time periods which elapsed since the fires. The Hue tint of the colour of soil horizons containing ashes indicated the presence of oxidized iron forms and a low content of organic carbon. The accumulation of heavy metals in post-fire sites in Lower Silesia was negatively correlated with the soil’s strongly acid reaction. The determined concentrations of heavy metals did not exceed the threshold values set for unpolluted soils

PL

Wysoka koncentracja metali ciężkich w glebach organicznych może być wynikiem intensywnych, wysokotemperaturowych pożarów wgłębnych. Badania prowadzono na leśnych i łąkowych obszarach popożarowych Dolnego Śląska. W glebach określono koncentrację oraz zasoby wybranych metali ciężkich na tle: głębokości w profilu, zawartości materii organicznej, barwy gleby oraz odczynu środowiska glebowego. Łącznie przeanalizowano 20 profilów płytkich gleb: torfowo-murszowych, murszowych (MtIIc1, MtIIIc1), murszowatych (Me11) i namurszowych (85 próbek glebowych). Właściwości fizykochemiczne i chemiczne gleb popożarowych oznaczono w próbkach suchych pobranych świdrem Instorf do plastikowych woreczków. Zawartość metali ciężkich (Zn, Cu, Pb, Ni, Cr) w glebie oznaczano po mineralizacji w mieszaninie HCl+HNO3. Zasoby metali ciężkich w glebie przeliczano na g m–2 w 0-20 cm warstwie gleby i porównywano z glebami leśnymi i łąkowymi. Badania pokazały wzrost koncentracji metali ciężkich oraz ich zasoby w poziomach powierzchniowych 0-20 cm. Poziomy popożarowe gleb wykazywały odczyn lekko kwaśny, obojętny lub zasadowy. W konsekwencji temperatury pożarów można obserwować zróżnicowane spektrum kolorów gleb. Pożary na glebach leśnych i łąkowych wzbogaciły wiele poziomów w Zn, Cu, Pb, Ni, Cr. Koncentrację metali w glebach obserwowano głównie w powierzchniowych i zamulonych poziomach. Odczyn gleb sprzyjał koncentracji metali ciężkich. Zasoby metali ciężkich w glebach były wyraźnie niższe na obszarach leśnych niż łąkowych. Było to m.in. związane z czasem, jaki upłynął od zakończenia pożarów. Odcień barwy Hue w poziomach z popiołem był warunkowany intensywnym utlenianiem żelaza i niską zawartością węgla ogólnego. Gromadzenie się metali ciężkich na obszarach popożarowych Dolnego Śląska było negatywnie skorelowane z silnie kwaśnym odczynem środowiska. Nie obserwowano przekroczenia wartości granicznych metali ciężkich w przypadku gleb niezanieczyszczonych.

Słowa kluczowe

EN

metal concentration; heavy metal; high concentration; fire; high temperature; soil; peat; organic soil; post-fire area; forest; meadow; dewatering

• Wydawca: -
• Czasopismo: Journal of Elementology
• Rocznik: 2011
• Tom: 16
• Numer: 4
• Opis fizyczny: p.515-524,ref.

Twórcy

autor

Bogacz A.

• Institute of Soil Science and Environmental Protection, Wroclaw University of Environmental and Life Sciences, Grunwaldzka 53, 50-357 Wroclaw, Poland

autor

Wozniczka P.

autor

Labaz B.

Bibliografia

• Arkhipov V.S., Bernatonis V.K., Rezchicov V.I. 2000. Distribution of Iron, cobalt and chromium in Peatlands of the central part of Western Siberia. Eur. Soil Sci., 33(12): 42-56.
• Bannikov M.V., Umarova A.B., Butylkina M.A. 2003. Russian Federation Fire 2002 Special. Part IV. Int. Forest Fire News (IFFN), 28: 29-32.
• Bogacz A. 2009. Composition of humic substances in pyrogenic organic soils in Chocianów Forest Division. Rocz. Glebozn., 60(3): 27-36. (in Polish)
• Bogacz A., Chilkiewicz W., Woźniczka P. 2010. Impact of fire on morphology and properties of meadow organic soil. Rocz. Glebozn., 61(3): 17-26. (in Polish)
• Dikici H., Yilmaz CH. 2006. Peat fire effects on some properties of an artificially drained peatland. J. Environ. Quality, 35(3): 866-872.
• Efremova T.T., Efremov S.P. 2006. Pyrogenic transformation of organic matter in soils of forest bogs. Eurasian Soil Sci., 12: 1441-1450.
• Gyninova A.B., Sympilova D.P. 1999. Changes in properties of soddy-forest soils under the effect of fires. In: Soils in Siberia, their use and conservation. Novosybirsk, 120-124. (in Russian)
• Hogg, Edward H., Victor J. Lieffers, Ross W. Wein. 1992. Potential carbon losses from peat profiles: Effects of drought cycles and fire. Ecol. Appl., 2: 298-306.
• Liczby graniczne do wyceny zawartości w glebie makro- oraz mikroelementów. Zalecenia nawozowe. Cz. I. 1985. (Threshold quantities for evaluation of the soil content of macro- and micronutrients. Fertilization recommendations. Part I) IUNG, Puławy. (in Polish)
• Johnston M., Elliot J. 1998. The effect of fire severity on ash, and plant and soil nutrient levels following experimental burning in a boreal mixed wood stand. Canad. J. Soil Sci., 78: 35-44.
• Jastrzębska E., Kucharski J. 2006. Aktywność enzymatyczna gleb zasilanych popiołem drzewnym (Enzymatic activity of soils amended with charcoal ash). J. Elementol., 11(2): 151-163. (In Polish)
• Kania J., Malawska M., Gutry P., Kamiński J., Wiłkomirski B. 2006. Biological changes in lowland bog caused by fire. Woda, Środowisko, Obszary Wiejskie. 6, 2(8): 155-173.
• Kutiel P., Shavin A. 1993. Effects of soil type, plant composition, and leaching on soil nutrients following simulated forest fire. Forest Ecol. Environ., 53: 329-343.
• Lynham T.J., Wickware G.M., Manson J.A. 1998. Soil chemical changes and plant succession following experimental burning in immature Jack pine. Can. J. Soil Sci., 78(1) 93-104.
• Okruszko H. 1974. Zasady podziału gleb hydrogenicznych (Guidelines for division of hydrogenic soils). Wiad. IMUZ, 12(1): 19-38. (in Polish)
• Rozporządzenie Ministra Ochrony Środowiska z dnia 9 września 2002 w sprawie standardów jakości gleby i standardów jakości ziemi (Ordinance of the Minister for Environmental Protection, of 9 September 2002, on soil and ground quality standards). J. Law 2002 no 165 item 1359. (in Polish)
• Tsibart A.S., Gennadiev A.N. 2008. The influence of fires on the properties of forest soils in the Amur River Basin (the Norskii Reserve). Eurasian Soil Sci., 41(7): 783-792.
• Ulery A., Graham R.C. 1995. Forest fire effect on soils color and texture: Soil Sci. Soc. Am. J., 57: 135-140
• Krasnoshchekov Yu. N. 1994. Effect of fires on the properties of Mountain Soddy-Taiga soils in larch forests of Mongolia. Pochvovedenie, 9: 102-109.
• Zaidelman F.R., Bannikov M.V., Shvarov A.P. 1999. Properties and fertility of pyrogenic formations on burnt drained peaty soils. Eurasian Soil Sci., 32(9): 1032-1039.
• Zaidelman F.R., Morozowa D.I., Shvarov A.P. 2003. Changes in the properties of pyrogenic formations and vegetation on burnt previously drained peat soils of Polesie Landscapes. Eurasian Soil Sci., 36(11): 1159-1167.