Biomonitoring with the use of Magpie Pica pica feathers: haevy metal pollution in the vicinity of zinc smelters and national parks in Poland

• Autorzy: Dmowski K

Warianty tytułu

PL

Biomonitoring z wykorzystaniem pior srok - skazenie metalami ciezkimi okolic hut cynku i parkow narodowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The external tail feathers of Magpies were used for assessment of multielemental air-borne emissions. The studies were done in the areas with extremely high heavy metal pollution. Three are the largest Polish zinc smelters and one is a steelwork factory, to be compared, and in areas with potentially low heavy metal pollution - three national parks. Concentrations of 15 elements (Ba, Cd, Co, Cu, Ge, Hg, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, Sn, Sr, Tl, and Zn) were determined by inductively coupled plasma mass spectrometry. The data were generally in accordance with the lists of elements emitted in the course of technological processes applied by particular works, and present that the vicinities of zinc smelter areas are much more polluted, especially with Pb, Cd, Zn, and Sn, in comparison to the steelworks region so far considered as seriously threatened. The described method enables us to visualise such differences, to assess a degree of multielemental pollution and to control the changes in emissions of many elements from year to year. From amongst the studied areas the district of Szopienice is extremely contaminated and the Ojców National Park is the most polluted Polish national park, with the concentrations of Ba, Ge, Cd, Cu, Ni, Pb, and Sn even equal to those found in the surroundings of the steelworks.

PL

Sroka jako ptak osiadły, reprezentujący wysoki poziom troficzny i mający stosunkowo niewielkie terytorium osobnicze jest dogodnym gatunkiem bioindykacyjnym. Od kilkunastu lat prowadzi się badania nad wykorzystaniem piór srok do oceny stopnia skażenia środowiska metalami ciężkimi. Wykazano, że do tego celu najlepiej nadają się zewnętrzne sterówki R₆, a próby już z 5-7 osobników pobierane stale w tym samym czasie według zunifikowanej metody są reprezentatywne dla lokalnych populacji. Wyniki analiz odzwierciedlają poziom w środowisku tych metali, które rozprzestrzeniane są głównie drogą emisji pyłowych. Praca jest fragmentem badań bioindykacyjnych prowadzonych w latach 1988-1994 w ponad 30 regionach Polski o różnym typie emisji zanieczyszczeń i różnym stopniu skażenia. Celem przedstawionych badań była ocena przydatności metody przy określaniu różnic stopnia skażenia: a) na obszarach o bardzo wysokiej emisji metali ciężkich (na przykładzie największych polskich hut cynku), b) na obszarach o bardzo niskiej emisji metali ciężkich (na przykładzie wybranych polskich parków narodowych) Badano sroki schwytane w bezpośrednim sąsiedztwie 4 przemysłowych zakładów metalurgicznych oraz 3 parków narodowych (ryc. 1): 1) huty metali nieżelaznych „Szopienice” w Szopienicach, dzielnicy Katowic (SZO), 2) kombinatu górniczo-hutniczego „Bolesław” w Bukownie koło Olkusza (OLK), 3) huty cynku „Miasteczko Śląskie” w Miasteczku Śląskim, dzielnicy Tarnowskich Gór (MSL), 4) huty żelaza „Warszawa” w Warszawie (WAR), 5) Ojcowskiego Parku Narodowego (OJC), 6) Kampinoskiego Parku Narodowego (KAM), 7) Białowieskiego Parku Narodowego (BIA), Okolice huty „Warszawa” wybrano jako teren potencjalnie średnio skażony, a jednocześnie położony blisko jednego z parków narodowych - Kampinoskiego P.N. Parki narodowe wyselekcjonowano tak, aby reprezentowały różne klasy zanieczyszczenia wyróżnione przez Grodzińską (1978, 1985) na podstawie zawartości metali ciężkich we mchach; Białowieski P.N. reprezentował klasę I — najmniej skażoną, Kampinoski P.N. — klasę II, a Ojcowski P.N. — najbardziej skażoną klasę IV. W Szopienicach i Miasteczku Śląskim sroki odławiano dwukrotnie — wiatach 1989 i 1993. Na innych terenach próby pobierano jednorazowo — na początku lat 90-tych. Ptaki były łowione zawsze o tej samej porze roku (w maju-czerwcu, przed wymianą piór R₆) metodą „bal-chatri” (Bub 1986). Przynętę stanowiła żywa sroka w klatce, umieszczana w obrębie terytorium lęgowego wybranych osobników. Pobrane sterówki R₆ myto w detergencie Triton X-100 i poddawano działaniu ultradźwięków. Zawartość metali ciężkich oznaczano wyłącznie w chorągiewkach metodą spektrometrii masowej z indukcyjnie sprzężoną plazmą (ICP-MS) W piórach srok żyjących w pobliżu wszystkich badanych hut cynku stwierdzono ekstremalnie wysoką koncentrację niektórych pierwiastków — a zwłaszcza Pb, Cd, Zn i Sn (tab. 1). Koncentracje te były nawet kilkadziesiąt-kilkaset razy wyższe niż w próbach z rejonu huty „Warszawa”, uważanego dotychczas za poważnie skażony metalami ciężkimi. Szczególnie wysoki był poziom ołowiu (śr. 1000-1400μg/g suchej masy, maks. — 2090μg/g w próbie z OLK) oraz kadmu (odpowiednio: 25-65μg/g i 75μg/g w próbie z SZO-89). Na niektórych terenach stwierdzano bardzo wysoki poziom pewnych pierwiastków, nie notowany w innych miejscach — np. baru w MSL-89, talu w OLK, oraz miedzi w SZO-89 i SZO-93. Podwyższony poziom baru mógł być spowodowany emisjami z fabryki tlenku baru położonej niedaleko H.C. „Miasteczko Śląskie”, a zamkniętej na początku lat 90-tych. Tal w próbach z OLK pochodził prawdopodobnie z odpadów płynnych pozostających po procesie przeróbki rud cynku i ołowiu. Mogą one być także obecne w pobliżu innych hut cynku, ale tylko w Bukownie są przetrzymywane we wnętrzu wysokiej na kilkadziesiąt metrów hałdy i po wysuszeniu rozprzestrzeniane przez wiatr na znaczną odległość po okolicznych terenach. Wysoki poziom Cu w próbach SZO jest efektem procesu elektrolitycznej rafinacji miedzi, prowadzonej w hucie „Szopienice”. Generalnie, wyniki analizowanych prób były zgodne ze składem pierwiastków, których emisja jest możliwa w trakcie procesów technologicznych stosowanych przez poszczególne huty. Nie zróżnicowane poziomy Co, Mn, Mo, Ni oraz Sr w próbach z terenów kontrolnych i zindustrializowanych (tab. 1) wskazują, że opisywana metoda biomonitoringowa nie może być stosowana w odniesieniu do tych pierwiastków. Analizy wymienianych co roku piór umożliwiają śledzenie z roku na rok poziomów emisji, a także pewnych trendów wieloletnich. Ograniczenie emisji pyłowych poprzez zainstalowanie efektywniejszych filtrów w H.C. „Miasteczko Śląskie” i nowe motywacje ekonomiczne co do produkcji i wykorzystywania odpadów zastosowane na początku lat 90-tych znalazły wyraźne odzwierciedlenie w obniżeniu koncentracji wielu metali w piórach srok z tego rejonu pomiędzy latami 1989 i 1993 (Pb — do poziomu 31%, Zn — 25%, Cd — 17% i Sn — 35% koncentracji notowanych w roku 1989). O ile okolice hut cynku można uznać za najbardziej skażone w Polsce wieloma metalami ciężkimi, to spośród nich rejon Szopienic jest najbardziej zagrożony. Szczególnie widać to po zastosowaniu analizy wielopierwiastkowej, gdy przyjmie się za 100% koncentracje poszczególnych metali stwierdzone w próbach SZO z roku 1989 (ryc. 2). W zestawieniach nie uwzględniono pierwiastków kumulujących się podobnie na terenach skażonych i nieskażonych. Poziomy wielu pierwiastków w próbach z Olkusza, Miasteczka Śląskiego i Warszawy, nie mówiąc o parkach narodowych były znacznie niższe. Pomimo istotnego obniżenia koncentracji metali w próbach SZO-93 rejon Szopienic wymaga szczególnej, stałej kontroli (wielopierwiastkowy skład prób SZO-93 jest jeszcze ciągle bardziej zbliżony do stwierdzanego w próbach z Miasteczka Śląskiego z roku 1989 niż z roku 1993). Porównanie materiału analitycznego z obszarów 3 parków narodowych wykazało wyraźnie najwyższe poziomy Cd, Co, Cu, Ge, Ni, Sb, Ba, Pb i Sn w rejonie Ojcowa. Koncentracje Ba, Cd, Cu, Ge, Ni, Pb i Sn były tu nawet zbliżone do notowanych w piórach z okolic huty „Warszawa” (!) i odzwierciedlają prawdopodobnie wpływ emisji z Nowej Huty i całej aglomeracji krakowskiej oraz okolic Olkusza. Analizy prób z okolic Białowieży i Kampinosu nie wykazały — w przeciwieństwie do wcześniejszych badań na mchach — istotnych różnic skażenia tych terenów. Może się to wiązać z faktem, że sroki jako ptaki synantropijne, przebywają zwykle w pobliżu ludzkich siedzib, nigdy w głębi leśnych kompleksów. Prowadzi to na nieskażonych terenach rolniczych do pewnego „spłaszczenia” wyników — zrównania ich do poziomu typowego dla wiejskich osiedli. W pracy dyskutowany jest problem dwojakiego pochodzenia oznaczanych w piórach pierwiastków: endogennego i egzogennego. Część metali ciężkich wnika z układu krwionośnego w trakcie wzrostu pióra (droga endogenna), znaczna zaś część osadza się na powierzchni piór (droga egzogenna). Żadna ze stosowanych obecnie metod czyszczenia nie usuwa całkowicie wszystkich drobin pyłowych spomiędzy mikrofilamentów tworzących strukturę pióra. Można jednak przyjąć, że przy standardowych, ujednoliconych warunkach zbierania i czyszczenia piór możliwe jest porównywanie prób. Identyczny musi być typ piór branych do analiz, jednakowa pora roku, w której chwyta się ptaki, a tym samym podobny czas ekspozycji na zanieczyszczenia. Ptaki powinny być w wieku > 2y, gdyż sterówki srok 2y chwytanych w maju-czerwcu, a mających upierzenie immaturalne różnią się nieco dłuższym czasem ekspozycji w porównaniu z osobnikami > 2y. Ze względu na powszechność występowania srok biomonitoring wykorzystujący pióra tych ptaków jako materiał analityczny jest dogodną metodą pozwalającą na uzyskiwanie informacji o emisjach metali ciężkich praktycznie w dowolnych rejonach naszego kraju, poza dużymi kompleksami leśnymi. W odniesieniu do pierwiastków emitowanych głównie drogą pyłową badania te sygnalizują wzrost poziomu toksycznych metali w środowisku, ułatwiają wizualizację różnic skażenia pomiędzy terenami i umożliwiają śledzenie zmian wieloletnich, nawet na tych samych osobnikach odławianych wielokrotnie.

Słowa kluczowe

PL

sroka; ptaki; huty cynku; krukowate; skazenia srodowiska; metale ciezkie; Corvidae; parki narodowe; monitoring biologiczny; piora; ornitologia; Pica pica

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Ornithologica
• Rocznik: 1997
• Tom: 32
• Numer: 1
• Opis fizyczny: s.15-23, rys.,tab.,bibliogr.

Twórcy

autor

Dmowski K

• Uniwersytet Warszawski, Krakowskie Przedmiescie 26/28, 00-927 Warszawa

Bibliografia

• Bub H. 1986. Vogelfang und Vogelberingung. Teil III. Ziemsen Verlag, Wittenberg-Lutherstadt.
• Dmowski K., Kozakiewicz A., Kozakiewicz M., in press. Small mammal populations and community in conditions of extremely high thallium contamination in the environment. Ecotox. and Env. Safety.
• Dmowski K., Golimowski J. 1993. Feathers of Magpie (Pica pica) as a bioindicative material for heavy metal pollution assessment. Sci. Tot. Environ. 139/140: 251 - 258.
• Gast, F. 1984. Die Elster (Pica pica) als Bioindikator für die Belastung von Nahrungsnetzen durch Umweltchemikalien. Ph.d. Thesis, Saarbrücken University, Germany.
• Golimowski J., Dmowski K. 1995. Voltammetric determination of mercury in bird feathers for biomonitoring studies. Chem. Anal. 40: 13 - 19.
• Grodzińska K. 1978. Mosses as bioindicators of heavy metal pollution in Polish national parks. Water, Air and Soil Pollution 9: 83 - 97.
• Grodzińska K. 1985. [Heavy metal pollution of Polish national parks] In: Grodzińska K., Olaczek R. (eds.) [Threat to Polish national parks]. PWN Warszawa.
• Hahn E., Hahn K., Stoeppler M. 1993. Bird feathers as bioindicators in areas of the German Environmental Specimen Bank - bioaccumulation of mercury in food chains and exogenous deposition of atmospheric pollution with lead and cadmium. Sci. Tot. Environ. 139/140: 259 - 270.
• Hahn E., Ostapczuk P., Ellenberg H., Stoeppler M. 1985. Environmental monitoring of heavy metals with birds as pollution integrating biomonitors. II. Cadmium, lead and copper in Magpie (Pica pica) feathers from a heavily polluted and a control area. In: Proc. Int. Conf. Heavy Metals in the Environment. Athens, pp. 724 - 726.
• Hahn E., Ostapczuk P., Stoeppler M., Ellenberg H. 1989. Schwermetalle in Elsterfedem-Zur Frage nach den Anteilen von exogener und endogener Einlagerung in die Federn bei Zink, Cadmium, Blei, Kupfer, Nickel und Kobalt. Ökol. Vögel 11: 265 - 281.
• Jędrzejowski J. 1987. [Industrial processes and environmental pollution. Metalurgy and cement industry]. PWN, Warszawa.
• Kelner M. 1994. Thallium. In: Seiler H., Sigel A., Sigel H. (eds.). Handbook on metals in clinical and analytical chemistry. Marcel Dekker, Inc., New York, Basel, pp.601 - 610.
• Kooiker G. 1987. Schwermetalle in Eiern und Federn von Elstern (Pica pica). Ein Beitrag zur Bioindikation. Osnabrücker naturwiss. Mitt, 13: 57 - 64.
• Müller P., Dmowski K., Gast F., Hahn E., Wagner G. 1984. Zum Problem der Bioindikation von standortspezifischen Schwermetallbelastungen mit Vogelfedem. Wiss. und Umwelt, 3: 139 - 144.
• Sawicka-Kapusta K., Zakrzewska M., Lenda B. 1993. Heavy metals in the common shrews from Polish national parks. In: Proc. Int. Conf. Heavy metals in the Environment. Toronto, pp. 123 - 126.
• Seiler H., Sigel A., Sigel H. 1994. Handbook on metals in clinical and analytical chemistry. Marcel Dekker, Inc., New York, Basel.
• Zakrzewska M., Sawicka-Kapusta K., Perdenia A., Wosik A. 1993. Heavy metals in bank voles from Polish national parks. Proc. Eur. Conf. on Ecotoxicology, Amsterdam.. Sci. Tot. Environ., suppl.: pp. 167 - 172.