Microelements in soils and in leaves of selected tree species in an industrial urban area

• Autorzy: Hajduk E. , Kaniuczak J.

Warianty tytułu

PL

Mikroelementy w glebach i liściach wybranych gatunków drzew z terenu miejsko-przemysłowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Some adverse effects of human activities on the environment are observed with the development of civilization. Urban centers have a well-developed industrial infrastructure and transportation, hence the presence of numerous and diverse sources of environmental pollution. The aim of the study was to determine the general content of Mn, Zn, Cu, Cr, and Ni in soils and in leaves of some tree species grown in Stalowa Wola, and to determine the trends in their spatial diversity. Soil samples (from the layers 0-25 cm and 26-50 cm deep) were collected at sites located 0.5, 1, 2, 3, 4, 5 and 15 km (control) from the center point (the main gate of the Stalowa Wola Steelworks) to the east, west, north and south. Plant material (tree leaves) was collected from the vicinity of the soil sampling points. The soils were characterized by strong acidity and the prevalence of the sand fraction: on average above 70% in both layers (0-25 cm and 26-50 cm). The content of microelements in soils from the town was within a wide range: 8÷1778 mg Mn kg-1, 2.1÷1090 mg Zn kg-1, 0.9÷61.5 mg Cu kg-1, 3.8÷77.1 mg Cr kg-1, 1.2÷56.5 mg Ni kg-1. The arithmetic mean content of all the investigated metals in soils from Stalowa Wola was more than twice as high (more than 3-fold in the case of Cr and Ni) as the corresponding average values for the checkpoints. There were no clear patterns in the distribution of the analyzed elements depending on the depth. Except for one sample (the Zn content), no excess of heavy metals in the analyzed soils above the permissible levels was recorded. However, according to the IUNG criteria, only 50% of soil samples were characterized by the natural content of heavy metals (0 degree of contamination). Leaves of some tree species were analyzed. The highest accumulation of manganese, an average of 640 mg kg-1 DM, was found in oak leaves, while the lowest, an average of 4.3 mg kg-1 DM, occurred in leaves of black locust. Linden leaves were distinguished by the tendency to accumulate chromium (mean 12.3 mg kg-1), while ash leaves had a particularly high zinc content (mean 98.0 mg kg-1). Concentrations of the analyzed elements in oak tree leaves from the northsouth transect did not present any regular trend in the spatial differentiation.

PL

Wraz z rozwojem cywilizacji obserwuje się nasilenie negatywnego wpływu działalności człowieka na środowisko. Ośrodki miejskie charakteryzują się rozwiniętą infrastrukturą przemysłową i komunikacyjną, a więc występowaniem licznych i różnorodnych źródeł zanieczyszczeń środowiska. Celem badań było określenie ogólnej zawartości Mn, Zn, Cu, Cr i Ni w glebie i liściach wybranych gatunków drzew z terenu miasta Stalowa Wola i ustalenie tendencji w ich przestrzennym zróżnicowaniu. Próby glebowe (z głębokości 0-25 cm i 26-50 cm) pobierano w miejscach zlokalizowanych w odległości 0,5; 1; 2; 3; 4; 5 i 15 km (kontrola) od punktu centralnego (rejonu bramy głównej Huty Stalowa Wola) w kierunku wschodnim, zachodnim, północnym i południowym. W okolicy punktów poboru prób glebowych pobierano także próby materiału roślinnego – liście drzew. Ogólną zawartość badanych metali oznaczono metodą płomieniową AAS po uprzedniej mineralizacji mikrofalowej próbek glebowych w mieszaninie stężonych kwasów HCl i HNO3 (3:1), a materiału roślinnego – w stężonym HNO3 z dodatkiem 30% H2O2. Badane gleby charakteryzowały się silnym zakwaszeniem oraz zdecydowaną przewagą frakcji piasku, średnio w przypadku każdej z badanych warstw (0-25 cm i 26-50 cm) powyżej 70%. Stwierdzono, że zawartość mikroelementów mieściła się w szerokim zakresie: 8÷1778 mg Mn kg-1, 2,1÷1090 mg Zn kg-1, 0,9÷61,5 mg Cu kg-1, 3,8÷77,1 mg Cr kg-1, 1,2÷56,5 mg Ni kg-1. Średnia arytmetyczna zawartość wszystkich badanych metali w glebach z terenu miasta Stalowa Wola była ponad 2-krotnie (w przypadku Cr i Ni ponad 3-krotnie) wyższa, w porównaniu z kontrolą. Nie stwierdzono wyraźnych prawidłowości w rozmieszczeniu badanych pierwiastków w zależności od głębokości. Nie stwierdzono przekroczenia dopuszczalnej zawartości analizowanych metali ciężkich w badanych glebach (z wyjątkiem Zn w 1 próbie glebowej). Jednakże uwzględniając kryteria IUNG, jedynie w 50% badanych prób glebowych stwierdzono ich naturalną zawartość (0 stopień zanieczyszczenia). Wykazano, że spośród badanych liści niektórych gatunków drzew, liście dębu akumulowały najwięcej manganu – średnio 640 mg kg-1 s.m., najmniej – liście robinii akacjowej, średnio 4,3 mg kg-1 s.m. Liście lipy miały tendencję do kumulacji chromu (średnio 12,3 mg kg-1), a liście jesionu zawierały szczególnie dużo cynku (średnio 98,0 mg kg-1). Analizując zawartość badanych pierwiastków w liściach dębu z transektu północ- -południe, nie stwierdzono jednoznacznej tendencji w przestrzennym zróżnicowaniu wyników.

• Wydawca: -
• Czasopismo: Journal of Elementology
• Rocznik: 2014
• Tom: 19
• Numer: 4
• Opis fizyczny: p.1001-1020,fig.,ref.

Twórcy

autor

Hajduk E.

• Department of Soil Science, Environmental Chemistry, and Hydrology, University of Rzeszow, M.Cwiklinskiej 2, 35-601 Rzeszow, Poland

autor

Kaniuczak J.

• Department of Soil Science, Environmental Chemistry, and Hydrology, University of Rzeszow, M.Cwiklinskiej 2, 35-601 Rzeszow, Poland

Bibliografia

• Aksoy A., Demirezen D. 2006. Fraxinus excelsior as a biomonitor of heavy metal pollution. Pol. J. Environ. Stud., 15(1): 27-33.
• Alexandrovskaya E. I., Alexandrovskiy A. L. 2000. History of the cultural layer in Moscow and accumulation of anthropogenic substances in it. Catena, 41: 249-259.
• Baran S., Wójcikowska-Kapusta A., Żukowska G., Makuch I. 2007. Influence of various pollution sources on the copper, zinc and lead contents in celeries and soils of the allotment gardens. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol., 520: 441-446. (in Polish)
• Bielińska J., E., Kawecka-Radomska M., Kłos A. 2011. Impact of urban factors on the content of polycyclic aromatic hydrocarbons in soils of park gardens. Soil Sci. Ann., 62(2): 16-22. (in Polish)
• Bieniek A., Łachacz A. 2003. Content of heavy metals in suburban soils of the city of Olsztyn. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol., 493: 31-38. (in Polish)
• Burgos P., Madejón E., Perez-deMora A., Cabrera F. 2008. Horizontal and vertical variability of soil properties in a trace element contaminated area. Int. J. Appl. Earth Obs., 10: 11-25. DOI: 10.1016/j.jag.2007.04.001
• Buszewski B., Jastrzębska A., Kowalkowski T., Górna-Binkul A. 2000. Monitoring of selected heavy metals uptake by plants and soils in the area of Toruń, Poland. Pol. J. Environ. Stud., 9(6): 511-515.
• Cicek A., Koparal A.S. 2004. Accumulation of sulfur and heavy metals in soil and tree leaves sampled from the surroundings of Tunçbilek Thermal Power Plant. Chemosphere, 57: 1031-1036. DOI:10.1016/j.chemosphere.2004.07.038
• Gan-Lin Z., Feng-Gen J., Yu-Guo Z., Wen-jun Z., Jing-Ling Y., Zi-Tong G. 2005. Historical change of heavy metals in urban soils of Nanjing, China during the past 20 centuries. Environ. Int., 31: 913-919. DOI: 10.1016/j.envint.2005.05.035
• Gąsiorek M., Niemyska-Łukaszuk J. 2004. Cadmium and lead in anthropogenic soils in the convent gardens of Kraków. Soil Sci. Ann., 55 (1): 127-134. (in Polish)
• Grzebisz W., Cieśla L., Komisarek J., Potarzycki J. 2002. Geochemical assessment of heavy metals pollution of urban soils. Pol. J. Environ. Stud., 11(5): 493-499.
• GUS. 2011. Cities in numbers 2009. Central Statistical Office. pp. 285. (in Polish)
• Hajduk E., Kaniuczak J., Właśniewski S. 2012. The Content of heavy metals in arable soils from the vicinity of the Stalowa Wola power plant. Soil Sci. Ann., 63(1): 22-26. (in Polish)
• Hajduk E., Kaniuczak J., Właśniewski S., Barańska J. 2006. Tree leaves in bioindication of heavy metals environmental pollution on the example of Rzeszów city. Scientific Papers, Polish Society of Ecological Engineering, Polish Soil Science Society South-Eastern Branch, Rzeszów, 8: 63-64. (in Polish)
• Jaworska H., Dąbkowska-Naskręt H. 2012. Influence of the Głogów copper works on the content of mobile forms of copper and zinc in arable soils. J. Elem., 17(1): 57-66. DOI: 10.5601/j.elem.2012.17.1.05.
• Kabata-Pendias A. 2004. Soil-plant transfer of trace elements – an environmental issue. Geoderma, 122: 143-149. DOI: 10.1016/j.geoderma.2004.01.004
• Kabata-Pendias A., Motowicka-Terelak T., Piotrowska M., Terelak H., Witek H. 1993. Estimation of the degree of soil and crop contamination with heavy metals and sulphur. Framework guideline for agriculture. IUNG, Puławy. p. 20. (in Polish)
• Kabata-Pendias A., Pendias H. 1993. Biogeochemistry of trace elements. PWN, Warszawa, pp. 364. (in Polish)
• Karczewska A. 2003. Dandelion Taraxacum officinale F. H. Wigg. as an indicator plant of total concentrations and soluble forms of Cu, Pb and Cd in polluted soils ofv Lower Silesia. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol., 493: 139-146. (in Polish)
• Kiepul J., Gediga K. 2009. The effect of progressive acidification of essive soil on zinc content and its translocation in soil profile. J. Elementol., 14(2): 265-270.
• Kovalchuk L. A., Satonkina O. A., Tarkhanova A. E. 2002. Heavy metals in the environment of the Middle Urals and their effects on the organism. Rus. J. Ecol., 33(5): 358-341.
• Krmčowa K., Robertson D., Cvečkova V., Rapant S. 2009. Road-deposited sediment, soil and precipitation (RDS) in Bratislava, Slovakia: Compositional and spatial assessment of contamination. J. Soils Sediments, 9: 304-316. DOI: 10.1007/s.11368-009-0097-6
• Lourenço A. M., Sequeira E., Sant’Ovaia H., Gomes C. R. 2014. Magnetic, geochemical and pedological characterisation of soil profiles from different environments and geological backgrounds near Coimbra, Portugal. Geoderma, 213: 408-413. DOI:10.1016/j.geoderma. 2013.07.035
• Maciejewska A., Ociepa E. 2003. Heavy metals in the soils along the roads with variable traffic intensity. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol., 493: 201-208. (in Polish)
• Madej M., Siuta J., Wasiak G. 2010. Warsaw’s urban green areas as source of raw material for compost production. Part II. Chemical composition of the plant matter collected from different urban green areas. Ecol. Eng., 23: 22-36. (in Polish)
• Madejòn P., Marañòn T., M. Murillo J. M., Robinson B. 2004. White poplar (Populus alba) as a biomonitor of trace elements in contaminated riparian forests. Environ. Pollut., 132:145-155. DOI: 10.1016/j.envpol.2004.03.015
• Massadeh A. M. , Jaradat Q. M., Momani K. A., Saleem M. A. 2009. Distribution of heavy metals in some tree leaves along the main road in an agricultural area. Commun. Soil Sci. Plant, 40(7): 1254-1267.
• Medyńska-Juraszek A., Kabała C. 2012. Heavy metal pollution of forest soils affected by the copper industry. J. Elem., 17(3): 441-451. DOI: 10.5601/jelem.2012.17.3.07
• Mercik S., Stępień W., Gębski M. 2003. Uptake by plants and solubility of Cu, Zn, Pb and Cd in different extracting solutions depending on soil acidification. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol., 493: 913-921. (in Polish)
• Norra S., Stüben D. 2003. Urban soils. J. Soils Sediments, 3(4): 230-233.
• Norra S., Lanka-Pranditha M., Kramar U., Stüben D. 2006. Mineralogical and geochemical patterns of urban surface soils, the example of Pforzheim, Germany. Appl. Geochem., 21: 2064-2081. DOI: 10.1016/j.apgeochem.2006.06.014
• Oleszek W., Terelak H., Maliszewska-Kordybach B., Kukuła S. 2003. Soil, food and agroproduct contamination monitoring in Poland. Pol. J. Environ. Stud., 12(3): 261-268.
• Ostrowska A., Gawliński S., Szczubiałka Z. 1991. The soil and plants method of analysis and evaluation . IOŚ Publ. Warsaw, pp. 334. (in Polish).
• Pacyna J. M., Pacyna E., 2001. An assesment of global and regional emissions of trace metals to atmosphere from antropogenic sources worldwide. Environ. Rev., 9: 269-298. DOI: 10.1139/er-9-4-269
• Peng C., Ouyang Z., Wang M., Chen W., Li X., Crittenden J. C. 2013. Assessing the combined risks of PAHs and metals in urban soils by urbanization indicators. Environ. Pollut., 178: 426-432. DOI:10.1016/j.envpol.2013.03.058
• Piczak K., Leśniewicz A., Żyrnicki W. 2003. Metal concentrations in deciduous tree leaves from urban areas in Poland. Environ. Monit. Assess., 86: 273-287.
• Rossell i W., Keller C., Boschi K. 2003. Phytoextraction capacity of trees growing on a metal contaminated soil. Plant Soil, 256: 265-272.
• Regulation of the Minister of the Environment, of 9 September 2002 in the matter of standards of the quality of soil and standards of the quality of ground. Journal of Law No 165, item 1359. (in Polish)
• Rascio N., Navari-Izzo F. 2011. Heavy metal hyperaccumulating plants: How and why do they do it? And what makes them so interesting? Plant Sci., 180: 169-181. DOI: 10.1016/j.plantsci.2010.08.016
• Salvagio Manta D., Angelone M., Bellanca A., Neri R., Sprovieri M. 2002. Heavy metals in urban soils: a case study from the city of Palermo (Sicily), Italy. Sci. Total. Environ., 300: 229-243.
• Samecka-Cymerman A., Stankiewicz A., Kolon K., Kempers A.J. 2009. Self-organizing feature map (neural networks) as a tool to select the best indicator of road traffic pollution (soil, leaves or bark of Robinia pseudoacacia L.). Environ. Pollut., 157: 2061-2065.DOI: 10.1016/j.envpol.2009.02.021
• Sawidis T., Chettri M. K., Papaioannou A., Zachariadis G., Stratis J. 2001. A study of metal distribution from lignite fuels using trees as biological monitors. Ecotoxicol. Environ. Safety, 48: 27-35.
• Strategy for Stalowa Wola city development for 2007-2015. electronic source: http://www.stalowawola.pl/cms/upload/edit/strategia_2007_2015.pdf (in Polish)
• Strzyszcz Z., Rachwał M. 2010. Application of magnetometry for monitoring and assessment of soils and areas influenced by industrial emissions. Works & Studies 78, Institute of Environmental Engineering of Polish Academy of Science. (in Polish)
• Suchy M. 2008. State of the environment in Podkarpackie voivodeship in 2000-2007. Library of Environmental Monitoring, Rzeszów, p. 120. (in Polish)
• Szerszeń L., Chodak T., Kabała C. 2004. Concentration dynamics of copper, lead and zinc in soils around the copper smelters Głogów and Legnica in the period 1972-2002. Soil Sci. Ann., 55 (3): 195-205. (in Polish)
• Szynkowska M. I., Pawlaczyk A., Leśniewska E., Paryjczak T. 2009. Toxic metal distribution in rural and urban soil samples affected by industry and traffic. Pol. J. Environ. Stud., 18(6): 1141-1150.
• Terelak H., Tujaka A. 2003. The content of trace element in agricultural soils of Podkarpacki region. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol., 493: 245-252. (in Polish)
• Wei B., Yang L. 2010. A review of heavy metal contaminations in urban soils, urban road dusts and agricultural soils from China. Microchem. J., 94: 99-107. DOI: 10.1016/j.microc.2009.09.014
• Wójcikowska-Kapusta A., Makuch I. 2007. Zinc, lead and chromium contents in the soils of selected recreation resorts. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol., 520: 555-561. (in Polish)
• Zacarías M., Beltrán M., Torres L. G., González A. 2012. A feasibility study of perennial/annual plant species to restore soils contaminated with heavy metals. Physics and Chemistry of the Earth, 37-39: 37-42. DOI: 10.1016/j.pce.2010.12.008

Identyfikatory

DOI

10.5601/jelem.2014.19.3.730