Pełna wersja

In¿ynieria Ekologiczna Nr 22, 2010
Agnieszka Petryk, Dawid Bedla
OCENA ZAWARTOŒCI Pb, Zn, Cr, Fe W BULWACH ZIEMNIAKA
ORAZ W GLEBIE NA TERENIE GMINY TRZEBINIA
Streszczenie. W pracy przedstawiono wyniki badañ zawartoœci o³owiu, cynku, chromu i ¿elaza
w bulwach ziemniaka oraz w glebie na terenie gminy Trzebinia. Dokonano analizy przydatnoœci do
spo¿ycia ziemniaków uprawianych na badanym terenie. Analizowano skórkê i mi¹¿sz ziemniaka.
Próby roœlin pobrano w stanie dojrza³ym zbiorczej (sierpieñ 2008 r.). Stwierdzono przekroczenie
normy KWE dla o³owiu. Skórka bulw ziemniaków wed³ug zaleceñ IUNG nie nadaje siê do celów
konsumpcyjnych ze wzglêdu na wysok¹ zawartoœæ cynku i o³owiu. Zawartoœæ cynku nie pozwala³a
tak¿e na cele przemys³owe i paszowe. Mi¹¿sz ziemniaków nadaje siê do celów konsumpcyjnych,
paszowych i przemys³owych. Nie stwierdzono zale¿noœci pomiêdzy zawartoœci¹ metali ciê¿kich
w glebie i w bulwach ziemniaków. Zawartoœæ ¿elaza w badanym mi¹¿szu wskazuje na jej fizjologiczn¹
zwartoϾ.
S³owa kluczowe: metale ciê¿kie, gleba, ziemniaki.
WSTÊP
Gleby rolnicze w Polsce zawieraj¹ dopuszczalne zawartoœci metali ciê¿kich. Oprócz
znikomych powierzchni przekroczenie granicznych zawartoœci stwierdzono w glebach
na terenach przemys³owych i miejskich.
Naturalnym Ÿród³em pierwiastków œladowych dla roœlin jest gleba. Typ gleby, sk³ad
granulometryczny, zawartoœæ substancji organicznej i odczyn maj¹ wp³yw na iloœæ
fitodostêpnych form metali ciê¿kich [Gêbski 1998, Kabata-Pendias i Pendias 1999].
Metale ciê¿kie, zakumulowane w glebie, oddzia³uj¹ w sposób d³ugotrwa³y, w³aœciwie
nie ulegaj¹ wyp³ukiwaniu [Juda-Zeler 2006]. Zawartoœæ metali ciê¿kich w glebie jest
œciœle zwi¹zana z wystêpowaniem danego pierwiastka w ska³ach macierzystych [Ciepa³ 1999]. Z roœlin uprawnych du¿a grupa warzyw wykazuje zdolnoœci pobieranie metali
ciê¿kich z gleby przez organy podziemne oraz bezpoœrednio z opadu suchego lub mokrego przez czêœci nadziemne.
Celem pracy jest ocena zawartoœci (Pb, Zn, Cr, Fe) w bulwach ziemniaków uprawianych na terenie gminy Trzebinia oraz analiza wp³ywu zanieczyszczonej gleby tymi
metalami na ich zawartoœæ w roœlinach.
Badania przeprowadzono w gminie Trzebinia, w pó³nocno-zachodniej czêœci województwa ma³opolskiego,(powiat chrzanowski), na styku aglomeracji katowickiej i
krakowskiej. Gmina ma charakter przemys³owy. Obszar ten jest jednym z regionów
Agnieszka PETRYK, Dawid BEDLA – Katedra Ekologii, Klimatologii i Ochrony Powietrza,
Uniwersytet Rolniczy w Krakowie.
18
In¿ynieria Ekologiczna Nr 22, 2010
o najwy¿szym poziomie zanieczyszczenia metalami ciê¿kimi w Polsce. Od œredniowiecza dzia³a tu górnictwo i hutnictwo o³owiu i cynku, a od koñca XVIII w. tak¿e górnictwa wêgla kamiennego. S¹ tu równie¿ rafineria, zak³ady gumowe, cementowniê i elektrownie. W wyniku tego nast¹pi³a wieloraka degradacja œrodowiska w tym zanieczyszczenie gleb i roœlin metami ciê¿kimi. Na terenie gminy Trzebinia wystêpuj¹ ró¿ne typy
gleb, z przewag¹ gleb bielicowych wytworzonych z piasków, z regu³y kwaœne i ma³o
urodzajne. Wielowiekowa dzia³alnoœæ gospodarcza (górniczo-hutnicza, budowlana, transportowa, leœna, rolna) przyczyni³y siê do znacznego zdegradowania gleb opisywanego
obszaru [Kiryk 1994].
MATERIA£ I METODYKA BADAÑ
Bulwy ziemniaka do analiz chemicznych pobierano w sierpniu 2008 roku w stanie
dojrza³oœci konsumpcyjnej. Wyznaczono dwadzieœcia dwie powierzchnie próbne reprezentuj¹ce wszystkie obszary rolnicze w gminie. Zrealizowano to w oparciu o analizê
map struktury u¿ytkowania terenu, glebowych i topograficznych oraz o szczegó³owe
rozpoznanie terenowe.
Jako powierzchnie próbn¹ przyjmowano wybrany losowo teren o powierzchni
15 m2 z którego równie¿ w sposób losowy pobierano po piêæ prób pierwotnych, które
po po³¹czeniu stanowi³y jednorodn¹ próbê o œredniej œwie¿ej masie oko³o 2 kg. Ziemniaki myto i obierano ze skórki. Analizê skórki i mi¹¿szu przeprowadzono oddzielnie. Po
wysuszeniu próby mielono w m³ynku wysokoobrotowym. Przygotowany materia³ poddawano suchej mineralizacji z roztwarzaniem. Oznaczono zawartoœæ chromu, cynku,
o³owiu i ¿elaza w laboratorium KEKiOP UR w Krakowie na spektrofotometrze Absorpcji Atomowej (Solar M6) stosuj¹c deuterow¹ korekcjê t³a.
Ocenê zawartoœci metali ciê¿kich w bulwach ziemniaków pod wzglêdem przydatnoœci do spo¿ycia, przeprowadzono w oparciu o wartoœci zaproponowane przez Kabatê-Pendias [1993] oraz o normy obowi¹zuj¹ce w Polsce (KWE).
W pracy wykorzystano dane dotycz¹ce odczynu (pH), zawartoœci czêœci sp³awialnych oraz Cr, Zn, Pb i Fe (tab. 1) w próbach glebowych pobranych z tych samych
powierzchni próbnych [Curzyd³o i in. 2007].
Tabela 1. Parametry statystyczne zawartoœci analizowanych metali w próbach glebowych
&U
>PJ"NJVP@
=Q
>PJ"NJVP@
3E
>PJ"NJVP@
)H
>PJ"NJVP@
0LQLPXP
0DNVLPXP
3DUDPHWU
UHGQLDDU\WPHW\F]QD
UHGQLDJHRPHWU\F]QD
0HGLDQD
:VSyáF]\QQLN]PLHQQR FL
19
In¿ynieria Ekologiczna Nr 22, 2010
WYNIKI
Zawartoœæ chromu w próbach skórki ziemniaków kszta³towa³a siê pomiêdzy
0,26–0,78 mg•kg-1 s.m, przy œredniej zawartoœci tego pierwiastka 0,47 mg•kg-1 s.m.
(tab. 2). Najmniejsz¹ zmiennoœæ zawartoœci wykaza³ cynk (V = 19%). Zawartoœæ
tego pierwiastka waha³a siê w zakresie 30,80–68,9 mg•kg-1 s.m. Œrednia zawartoœæ
o³owiu wynosi³a 2,56 mg•kg-1 s.m i waha³a siê w zakresie 1,4 – 4,28 mg•kg-1 s.m.
Najwiêksze zró¿nicowanie zawartoœci wykaza³o ¿elazo w zakresie 79,8–211,3 mg•kg-1
s.m., œrednia 132,65 mg•kg-1 s.m.
Tabela 2. Parametry statystyczne zawartoœci analizowanych metali w skórce bulw ziemniaka
3DUDPHWU
&U
>PJ"NJVP@
=Q
>PJ"NJVP@
3E
>PJ"NJVP@
)H
>PJ"NJVP@
0LQLPXP
0DNVLPXP
UHGQLDDU\WPHW\F]QD
UHGQLDJHRPHWU\F]QD
0HGLDQD
:VSyáF]\QQLN]PLHQQR FL
Zawartoœæ o³owiu w próbach mi¹¿szu ziemniaków charakteryzowa³y siê najwiêksz¹
zmiennoœci¹ (V = 27%), przy œredniej zawartoœci 0,62 mg•kg-1 s.m (tab. 3). Œrednia
zawartoœæ cynku wynosi³a 31,56 mg•kg-1 s.m i waha³a siê18,8–48,3 mg•kg-1 s.m. ¯elazo
charakteryzowa³o siê najni¿szym wspó³czynnikiem zmiennoœci (V = 17%) przy œredniej wartoœci 33,46 mg•kg-1. Zawartoœci chromu waha³y siê w przedziale 0,15–0,49
mg•kg-1 s.m, a œrednia wynios³a 0,28 mg•kg-1 s.m.
Tabela 3. Parametry statystyczne zawartoœci analizowanych metali w mi¹¿szu bulw ziemniaka
3DUDPHWU
&U
>PJÂNJVP@
=Q
>PJÂNJVP@
3E
>PJÂNJVP@
)H
>PJÂNJVP@
0LQLPXP
0DNVLPXP
UHGQLDDU\WPHW\F]QD
UHGQLDJHRPHWU\F]QD
0HGLDQD
:VSyáF]\QQLN]PLHQQR FL
20
In¿ynieria Ekologiczna Nr 22, 2010
We wszystkich badanych próbach stwierdzono znacznie wy¿sze zawartoœci badanych pierwiastków w skórce w porównaniu z mi¹¿szem (tab. 4). Zawartoœci cynku
i o³owiu w skórce, by³y nawet czterokrotnie wiêksze ni¿ w mi¹¿szu. Nie wykazano
istotnych statystycznie korelacji pomiêdzy zawartoœci¹ poszczególnych pierwiastków
w skórce i w mi¹¿szu (tab. 5).
Tabela. 4. Œrednia zawartoœæ metali ciê¿kich w skórce i w mi¹¿szu. Wszystkie ró¿nice istotne
dla á = 0,01
&] üEXOZ\
]LHPQLDND
0L
3LHUZLDVWHN>PJÂNJVP@
&U
=Q
3E
)H
V]
6NyUND
Tabela 5. Wartoœæ wspó³czynników korelacji pomiêdzy zawartoœci¹ metali w roœlinie i wybranymi
parametrami gleby
3LHUZLDVWHN
=DOH QR ü
=DZDUWR üSLHUZLDVWNDZJOHELH±F]
FLVSáDZLDOQH
&U
=Q
3E
)H
=DZDUWR üSLHUZLDVWNDZJOHELH±S+
=DZDUWR üSLHUZLDVWNDZJOHELH±]DZDUWR üSLHUZLDVWNDZVNyUFH
V]X =DZDUWR üSLHUZLDVWNDZJOHELH±]DZDUWR üSLHUZLDVWNDZPL
* Istotne statystycznie przy á = 0,05.
Na podstawie wyników badañ gleb [Curzyd³ê i in. 2007] przeprowadzono analizê
wspó³zale¿noœci zawartoœci metali w skórce i bulwie oraz w glebie a tak¿e zawartoœci
czêœci sp³awialnych i odczynu gleby. Stwierdzono istotn¹ korelacjê pomiêdzy zawartoœci¹ czêœci sp³awialnych w glebie i zawartoœci¹ chromu i ¿elaza w glebie (tab. 5).
Zawartoœæ czêœci sp³awialnych nie mai³a wp³ywu na zawartoœæ cynku i o³owiu w glebie.
Odczyn gleby wp³yn¹³ istotnie na zawartoœæ cynku i o³owiu, a nieistotny na zawartoœæ
chromu i ¿elaza. Zawartoœæ ¿adnego z pierwiastków w glebie nie by³a istotnie skorelowana z jego zawartoœci¹ w roœlinach.
DYSKUSJA
Zawartoœæ metali ciê¿kich w roœlinach zale¿y od gatunku, odmiany, fazy rozwojowej, czêœci roœliny i zawartoœci metali ciê¿kich w glebie [Fotyma i Mercik 1995].
Analizuj¹c otrzymane wyniki zawartoœci o³owiu w mi¹¿szu (0,36–1,18 mg•kg-1) mo¿na stwierdziæ, ¿e s¹ one zgodne z wynikami uzyskanymi przez Buczka i in. [2007].
21
In¿ynieria Ekologiczna Nr 22, 2010
Zbli¿ony zakres stê¿eñ o³owiu w mi¹¿szu ziemniaków (0,30–1,30 mg•kg-1) uzyska³
tak¿e Curzyd³o [1988] badaj¹c zawartoœæ Pb w ziemniakach w zale¿noœci od odleg³oœci od drogi.
W œwietle nowych przepisów [KWE…2006] dopuszczalne zawartoœci metali ciê¿kich w produktach ¿ywnoœciowych s¹ bardzo niskie. Maksymalne zawartoœci o³owiu
w bulwach ziemniaka to 0,10 mg/kg s.m. Brak natomiast wytycznych dla pozosta³ych
metali tj. chromu, cynku i ¿elaza. Metodyka zastosowana w najnowszych przepisach
dotyczy bulwy obranej ze skórki, co odpowiada warunkom prowadzonego doœwiadczenia. Porównuj¹c otrzymane w badaniach zawartoœci o³owiu w mi¹¿szu mo¿na stwierdziæ, ¿e zawartoœæ tego pierwiastka przekraczaj¹ nawet dziewiêciokrotnie normê KWE.
Wyniki badañ oceniono równie¿ wed³ug zaleceñ IUNG [Kabata-Pendias i in.1993].
Zaproponowana dopuszczalna zawartoœæ o³owiu w roœlinach przeznaczonych do konsumpcji wynosi 1,00 mg•kg-1, co pozwala stwierdziæ, ¿e wszystkie otrzymane wyniki
zawartoœci tego pierwiastka w mi¹¿szu mieœci³y siê w zalecanej normie, a wszystkie
próby skórki przekracza³y tê normê. Tak¿e w przypadku otrzymanych zawartoœci o³owiu i cynku w mi¹¿szu mo¿na stwierdziæ, ¿e nie przekraczaj¹ zaleceñ dotycz¹cych
przydatnoœci konsumpcyjnej, paszowej i przemys³owej. W przypadku o³owiu skórka
ziemniaka nie nadaje siê do celów konsumpcyjnych, mo¿e byæ natomiast u¿yta do
celów paszowych i przemys³owych. Z kolei w przypadku cynku skórka nie mo¿e
byæ wykorzystana ani do celów konsumpcyjnych, paszowych ani przemys³owych.
Zalecenia IUNG nie podaj¹ dopuszczalnych zawartoœci Fe, jednak zawartoœæ ¿elaza
w badanym mi¹¿szu (20,0–44,7 mg•kg-1 s.m,) wskazuje na jej fizjologiczn¹ zwartoœæ
[Piskornik 1994].
Zró¿nicowany wp³yw odczynu i zawartoœci czêœci sp³awialnych na zawartoœæ ró¿nych pierwiastków zale¿y od w³aœciwoœci tych pierwiastków. Odczyn uwa¿ny jest za
jeden z g³ównych czynników wp³ywaj¹cych na formê, w jakiej metale ciê¿kie wystêpuj¹ w œrodowisku glebowym i ich dostêpnoœæ dla roœlin [Ch³opecka 1994, Gêbski
1998, Kabata-Pendias i Pendias 1999]. Im wiêksza ca³kowita kationowa pojemnoœæ
Tabela 6. Udzia³ próbek skórki i mi¹¿szu spe³niaj¹cych wymagania IUNG w Pu³awach dotycz¹ce
przydatnoœci roœlin pod wzglêdem konsumpcyjnym, paszowym, przemys³owym [Kabata-Pendias i in. 1993]
:\V]F]HJyOQLHQLH
3E
=Q
x SU]\GDWQR üNRQVXPSF\MQD
x SU]\GDWQR üSDV]RZD
x SU]\GDWQR üSU]HP\VáRZD
0L
V]
6NyUND
x SU]\GDWQR üNRQVXPSF\MQD
x SU]\GDWQR üSDV]RZD
x SU]\GDWQR üSU]HP\VáRZD
22
In¿ynieria Ekologiczna Nr 22, 2010
glebowa, tym wy¿sze mog¹ byæ w niej zawartoœci metali ciê¿kich, przy których mo¿na uzyskaæ plon charakteryzuj¹cy siê dopuszczalnym poziomem akumulacji tej grupy
pierwiastków [Gambuœ 1993]. Potwierdzaj¹ to wyniki badañ marchwi uprawianej na
ró¿nych stanowiskach glebowych, w których najmniejsz¹ zawartoœæ kadmu poni¿ej
0,02 mg•kg-1 s.m, uzyskano w korzeniach spichrzowych marchwi uprawianej na glebach charakteryzuj¹cych siê odczynem pHKCl > 7,0. Najbardziej podatne na zmianê pH
jest Zn jego mobilnoœæ roœnie przy spadku pH poni¿ej 6–6,5 w przypadku Pb w³aœciwoœæ tê wykazuje dopiero przy pH < 5,0.
Zawartoœæ minera³ów ilastych (frakcji sp³awilanej) gleby ma wp³yw na ogóln¹ iloœæ
metali ciê¿kich w glebie [Piotrowska i Terlak 1997, Terlak i Pietruch 2000]. Jednak¿e
inne w³aœciwoœci gleby, jak pH, czy zawartoœæ próchnicy bêd¹ modyfikowaæ biodostêpnoœæ metali ciê¿kich. Same minera³y ilaste poprzez swoje w³aœciwoœci sorpcyjne
bêd¹ oddzia³ywaæ na obni¿enie rozpuszczalnoœci metali ciê¿kich, a tym samym dostêpnoœci dla roœlin tych pierwiastków w glebie [Gêbski 1998].
WNIOSKI
1. Zawartoœæ o³owiu w mi¹¿szu bulw ziemniaków uprawianych w gminie Trzebinia
przekracza³a nawet dziesiêciokrotnie dopuszczaln¹ normê jak¹ podaje Rozporz¹dzenie Komisji Wspólnot Europejskiej z 2006 roku [KWE].
2. Skórka bulw ziemniaków wed³ug zaleceñ IUNG nie nadaje siê do celów konsumpcyjnych, przemys³owych i paszowych ze wzglêdu na nadmiern¹ zawartoœæ cynku.
Ze wzglêdu na zawartoœæ o³owiu mo¿e byæ wykorzystywana do celów przemys³owych i paszowych.
3. Mi¹¿sz ziemniaków wed³ug zaleceñ IUNG mo¿e byæ wykorzystany do celów konsumpcyjnych, paszowych i przemys³owych ze wzglêdu na zawartoœæ o³owiu i
cynku.
4. Nie stwierdzono zale¿noœci pomiêdzy zawartoœci¹ metali ciê¿kich w glebie, a ich
zawartoœci¹ w skórce i w mi¹¿szu bulw ziemniaka.
PIŒMIENNICTWO
1. Buczek J., Tobiasz-Salach R., Szpunar-Krok E. 2007. Przydatnoœæ konsumpcyjna ziemniaków i warzyw uprawianych w pobli¿u dróg regionu Rzeszowskiego. Acta Agrophysica.
10(2): 293–301.
2. Ch³opecka A. 1994. Wp³yw ró¿nych zwi¹zków kadmu, miedzi, o³owiu i cynku na formy
tych metali w glebie oraz na ich zawartoœæ w roœlinach. IUNG Seria R.
3. Ciepa³ R. 1999. Kumulacja metali ciê¿kich i siarki w roœlinach wybranych gatunków oraz
glebie jako wskaŸnik. Wydawnictwo Uniwersytetu Œl¹skiego. Katowice.
4. Curzyd³o J., Munda³a P., Szwalec A., Telk M., Guzdek A. 2007. Kompleksowy raport
z monitoringu metali ciê¿kich (Cd, Cr, Pb, Zn) w ³añcuchu pokarmowym mieszkañców
gminy Trzebinia, Maszynopis KEKiOP UR w Krakowie.
23
In¿ynieria Ekologiczna Nr 22, 2010
5. Curzyd³o J. 1988. O³ów i cynk w roœlinach i glebach w s¹siedztwie drogowych szlaków
komunikacyjnych. Zesz. Nauk. AR Kraków, seria Rozp., 127.
6. Fotyma M., Mercik S. 1995. Chemia rolna. Wyd. PWN Warszawa.
7. Gambuœ F. 1993. Metale ciê¿kie w wierzchniej warstwie gleb i w roœlinach regionu krakowskiego. Zesz. Nauk. AR w Krakowie. Rozp. habil: 176.
8. Gêbski M. 1998. Czynniki glebowe oraz nawozowe wp³ywaj¹ce na przyswajanie metali
ciê¿kich przez roœliny. Post. Nauk. Roln. 5: 3–16.
9. Juda-Zeler K. 2006. Oddzia³ywanie zanieczyszczeñ powietrza na œrodowisko. Warszawa.
10. Kabata-Pendias A., Motowicka-Terlak H., Piotrowska M., Terlak H., Witek T. 1993. Ocena
stopnia zanieczyszczenia gleb i roœlin metalami i siark¹. IUNG Pu³awy, R(53): 1–20.
11. Kabata-Pendias A., Pendias H. 1999. Biogeochemia pierwiastków œladowych. PWN. Warszawa.
12. Kiryk F. 1994. Trzebinia – zarys dziejów miasta i regionu. Wydawnictwo Secesja. Kraków.
13. Piotrowska M., Terlak H. 1997. Kadm w glebach Polski. Zesz. Prob. Post. Nauk. Roln. 448b:
251–257.
14. Piskornik Z. 1994. Fizjologia roœlin dla wydzia³ów ogrodniczych. Wydanie drugie poprawione, Kraków.
15. Rozporz¹dzenie Komisji WE nr 1881/2006 z dnia 19 grudnia 2006 ustalaj¹ce najwy¿sze
poziomy niektórych zanieczyszczeñ w œrodkach spo¿ywczych.
16. Terlak H., Pietruch C. 2000. Zawartoœæ kadmu w poziomach powierzchniowych gleb u¿ytków rolnych Polski. Kadm w œrodowisku – problemy ekologiczne i metodyczne. Zesz.
Nauk. Kom. „Cz³owiek i Œrodowisko” PAN. 26: 41–47.
EVALUATION OF HEAVY METALS (Pb, Zn, Cr, Fe) CONTENT IN POTATOE’S TUBER AND
IN SOIL IN THE TRZEBINIA MUNICIPALITY
Summary
The paper presents the results of lead, zinc, chromium and iron contents in potato tubers and in soil in
the municipality Trzebinia. An analysis of suitability for consumption of potatoes cultivated in the site
was done. The analysis included the potato peel and flesh. Sample plants were collected during their
consumption maturity in August 2008. The standards of the European Communities Committee for the
lead has been exceeded. Peeled potato tubers according to the norms IUNG were not suitable for
consumption because of the high content of zinc and lead. The zinc content also did not allow its
industrial and feeding use. The flesh of potatoes by the standards IUNG may be, in terms of Pb and Zn
content, used for consumption, feeding and for industrial applications. There was no relationship
between the content of heavy metals in soil and in potato tuber. The content of iron in the tested flesh
reflected the physiological content.
Key words: heavy metals, soil, potatoes.
24