Bioindykacyjna ocena stopnia zagrożenia metalami ciężkimi zbiorowisk leśnych Załęczańskiego Parku Krajobrazowego przy wykorzystaniu zdolności kumulacji plech porostu Hypogymnia physodes L.

• Autorzy: Bąbelewska A. , Musielińska R. , Ciesielski W.

Identyfikatory

DOI

dx.doi.org/10.16926/tiib.2018.06.35

Warianty tytułu

EN

Bioindically rating of heavy metals hazard association for land forests of the załęcze landscape park with the use of cumulation capacity of the Hypogymnia physodes L.

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Ocenę stopnia zagrożenia chronionych zbiorowisk leśnych Załęczańskiego Parku Krajobrazowego zanieczyszczeniami przemysłowymi, tj metalami ciężkimi, dokonano przy użyciu metod biologicznych (bioindykacyjnych) i chemicznych. W metodzie bioindykacyjnej został wykorzystany aspekt kumulacji metali ciężkich w plechach porostu Hypogymnia physodes L., które w dalszej kolejności zostały ilościowo zbadane przy wykorzystaniu metod instrumentalnych. Hypogymnia physodes L. jest porostem powszechnie występującym w środowisku, dostępnym całorocznie i wykazującym dużą tolerancję dla badanych zanieczyszczeń. Celem badań była ocena stopnia zagrożenia metalami ciężkimi: Zn, Mn, Cu, Pb, Ni, Cd, Fe, Cr, Co zbiorowisk leśnych Załęczańskiego Parku Krajobrazowego (ZPK) przy pomocy bioindykatora o właściwościach kumulacyjnych - porostu Hypogymnia physodes (L.). ZPK został wybrany do badań ze względu na niekorzystne usytuowanie, ze względu na stały napływ zanieczyszczeń przemysłowych wraz z wiatrami z terenów województwa śląskiego, opolskiego i łódzkiego. Na terenie parku wyznaczono 10 stanowisk zbioru prób plech porostu do analiz ilościowych, równomiernie rozmieszczonych na całym jego terenie. Zawartość wybranych pierwiastków oznaczono metodą atomowej spektrometrii absorpcyjnej (ASA) z wykorzystaniem aparatu VARIAN AA 240. Analizy zawartości metali ciężkich: Zn, Mn, Cu, Pb, Ni, Cd, Fe, Cr, Co w plechach pustułki pęcherzykowatej na 10 stanowiskach badawczych w Załęczańskim Parku Krajobrazowym wykazały niskie stężenia badanych metali ciężkich, w porównaniu do stężeń tych metali w parkach krajobrazowych południowej części województwa śląskiego. Najwięcej w ZPK plechy pustułki pęcherzykowatej zgromadziły żelaza (35,2-43,6 µg/g), najmniej kobaltu (0,002-0,010 µg/g), chromu (0,021-0,038 µg/g), miedzi (0,011-0,027 µg/g) i kadmu (0,020-0,043 µg/g). Kumulacja niebezpiecznego dla organizmów ołowiu na wszystkich stanowiskach badawczych była zbliżona i wynosiła: 1,573-1,940 µg/g. Analiza stężeń dziewięciu badanych pierwiastków w plechach Hypogymnia physodes na 10 stanowiskach parku, przedstawiona jako sumaryczny indeks obciążenia metalami ciężkimi (S_j), wykazała najwyższe jego wartości w północnej części ZPK (stanowisko nr 1 - S_j = 1,23) oraz w jego części środkowej i wschodniej (stanowiska nr 5 (S_j = 1,03) i 6 (S_j = 1,01)), co oznacza, że obszary te są najsilniej obciążone metalami ciężkimi. Najmniej metalami ciężkimi są obciążone zbiorowiska leśne w południowo-wschodniej części ZPK - stanowisko nr 7 (S_j = -1,21). Przyczyną większego zanieczyszczenia części północnej ZPK w porównaniu do jego części południowo-wschodniej jest fakt napływu zanieczyszczeń wraz z wiatrami z kierunku południowo-zachodniego, głównie z aglomeracji opolskiej.

EN

The assessment of the degree of threat to protected forest communities of Załęczański Landscape Park with industrial pollution, i.e. heavy metals, was made using biological (bioindicative) and chemical methods. In the bioindication method, the aspect of heavy metals accumulation in Hypogymnia physodes L. lichen lichen was used, which were subsequently quantitatively tested using instrumental methods. Hypogymnia physodes L. is a lichen commonly found in the environment, available all year round and showing high tolerance for the pollutants tested. The aim of the research was to assess the risk of heavy metals: Zn, Mn, Cu, Pb, Ni, Cd, Fe, Cr, Co forest communities of Załęcze Landscape Park (ZPK) using a bioindicator with cumulative properties - Hypogymnia physodes (L.). ZPK was selected for research due to the unfavorable location, due to the constant inflow of industrial pollution along with the winds from the areas of the Śląskie, Opolskie and Łódzkie Voivodships. In the park, 10 sets of lichen sample sets were designated for quantitative analyzes, evenly distributed throughout its entire area. The content of selected elements was determined by atomic absorption spectrometry (ASA) using the camera VARIAN AA 240. Analysis of heavy metals content: Zn, Mn, Cu, Pb, Ni, Cd, Fe, Cr, Co in the H. physodes of the alveolus at 10 test sites in Załęcze Landscape Park showed low concentrations of the heavy metals tested, compared to the concentrations of these metals in landscape parks of the southern part of the Silesian Voivodship. The most in ZPK H. physodes accumulated iron (35.2-43.6 μg / g), the least cobalt (0.002-0.010 μg / g), chromium (0.021-0.038 μg / g), copper (0.011-0.027 μg / g) ) and cadmium (0.020-0.043 μg / g). The accumulation of dangerous for organisms of lead at all research stands was similar and amounted to: 1.573-1.940 μg / g. Analysis of the concentrations of the nine elements studied in the Hypogymnia physodes at 10 park sites, presented as a summary index of heavy metals load (S_j), showed its highest values in the northern part of the ZPK (stand 1 - S_j = 1.23) and in its central part and eastern (stand number 5 (S_j = 1.03) and 6 (S_j = 1.01)), which means that these areas are heavily loaded with heavy metals. The smallest heavy metals are loaded with forest communities in the south-eastern part of the ZPK - stand no. 7 (S_j = -1.21). The reason for the greater pollution of the northern part of the ZPK in comparison to its south-eastern part is the fact that the inflow of pollutants along with the winds from the south-western direction, mainly from the Opole agglomeration.

Słowa kluczowe

PL

metale ciężkie; porosty Hypogymnia physodes (L.); zbiorowiska leśne; Załęczański Park Krajobrazowy

EN

heavy metals; lichens Hypogymnia physodes (L.); forest communities; Załęcze Landscape Park

• Wydawca: Wydawnictwo Uniwersytetu Humanistyczno-Przyrodniczego im. Jana Długosza w Częstochowie
• Czasopismo: Prace Naukowe Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie. Technika, Informatyka, Inżynieria Bezpieczeństwa
• Rocznik: 2018
• Tom: T. 6
• Strony: 479--496
• Opis fizyczny: Bibliogr. 61 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bąbelewska A.

• Zakład Biologii i Ochrony Środowiska Instytut Chemii, Ochrony Środowiska i Biotechnologii, Akademia im. Jana. Długosza w Częstochowie al. Armii Krajowej 13/15, 42-200 Częstochowa

autor

Musielińska R.

• Zakład Biologii i Ochrony Środowiska Instytut Chemii, Ochrony Środowiska i Biotechnologii, Akademia im. Jana. Długosza w Częstochowie al. Armii Krajowej 13/15, 42-200 Częstochowa

autor

Ciesielski W.

• Zakład Biologii i Ochrony Środowiska Instytut Chemii, Ochrony Środowiska i Biotechnologii, Akademia im. Jana. Długosza w Częstochowie al. Armii Krajowej 13/15, 42-200 Częstochowa

Bibliografia

• [1] Alloway B. J., Ayres D. C., Chemiczne podstawy zanieczyszczenia środowiska, PWN, Warszawa 1999.
• [2] Bąbelewska A., Zastosowanie biotestów kory sosnowej i plech Hypogymnia physodes do oceny oddziaływania zanieczyszczeń przemysłowych na zbiorowiska leśne. Sylwan, Vol. 158 (4), 2014, p. 251-257.
• [3] Bąbelewska A., Zanieczyszczenie parków krajobrazowych ziemi częstochowskiej metalami ciężkimi (monografia), Wyd. Akademii im. J. Długosza w Częstochowie, Częstochowa 2012.
• [4] Bąbelewska A., Musielińska R., Ciesielski W., Zanieczyszczenie metalami ciężkimi kory sosny zwyczajnej Załęczańskiego Parku Krajobrazowego - ocena zagrożenia, Technika, Informatyka, Inżynieria Bezpieczeństwa, Vol. 4, 2016, p. 33-48, doi.org/10.16926/tiib.2016.04.03.
• [5] Bell J. N. B., Treshow M., Zanieczyszczenie powietrza a życie roślin, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 2004.
• [6] Branquinho C., Catarino F., Brown D.H., Pereira M.J., Soares A., Improving the use of lichens as biomonitors of atmospheric metal pollution. The Science of the Total Environment, vol. 232, 1999, p. 67–77, doi.org/10.1016/S0048-9697(99)00111-4.
• [7] Boratyński J., Bioindykacja skażenia związkami siarki okolic elektrowni węglowej „Adamów” koło Turku [w:] Bioindykacja skażeń przemysłowych i rolniczych. Komisja Nauk o Ziemi, 1983, p. 157-169.
• [8] Bruteig I. E., Distribution, ecology and biomonitoring studies of epiphytic lichens on conifers. Guenneria, 1994, p. 68.
• [9] Budka D., Przybyłowicz W. J., Mesjasz-Przybyłowicz J., Sawicka-Kapusta K., Elemental distribution in lichens transplanted to polluted forest sites near Kraków (Poland). Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, Vol. 189, 2002, p. 499-505, doi.org/10.1016/S0168-583X(01)01131-4.
• [10] Burton M. A. S., Biological monitoring of environmental contaminants (plants). Rapost 32, GEMS - Monitoring and Assessment Reserch Centre, King’s College London. University of London, 1986.
• [11] Bystrek J., Podstawy lichenologii. Wydawnictwo Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej, Lublin 1997.
• [12] Carreras H. A., Pignata M. L., Biomonitoring of heavy metals and air quality in Cordoba City, Argentina, using transplanted lichens. Environmental Pollution, Vol. 117, 2002, p. 77-87, doi.org/10.1016/S0269-7491(01)00164-6.
• [13] Conti M.E., Cecchetti G. Biological monitoring: lichens as bioindicators of air pollution assessment - a review. Environmental Pollution, vol. 114, 2001. p. 471-492, doi.org/10.1016/S0269-7491(00)00224-4.
• [14] Freitas M. C., Reis M. A., Alves L.C., Wolterbeek H. Th., Distribution in Portugal of some pollutants in the lichen Parmelia sulcata. Environmental Pollution, Vol. 106, 1999, p. 229-235, doi.org/10.1016/S0269-7491(99)00071-8.
• [15] Garty J., Biomonitoring atmospheric heavy metals with lichens: theory and application. Critical Review in Plant Sciences, vol. 20, 2001, p. 309-371, doi.org/10.1016/S0735-2689(01)80040-X.
• [16] Godzik B., Kiszka J. Concentration of heavy metals in thalluses of Hypogymnia physodes (L.) Nyl. in the Czarna Wisełka and Biała Wisełka catchments [w:] Studia Naturae, Vol. 44, 1998, p. 73-80.
• [17] Godzik B., Szarek-Łukaszewska G., Plants as a bioindicators in environmental studies. Chemia i Inżynieria Ekologiczna Vol. 12 (7), 2005, p. 677-693.
• [18] Gombert S., Asta J., Seaward M. R. D., Correlation between the nitrogen concentration of two epiphytic lichens and the traffic density in an urban area. Environmental Pollution, vol. 123, 2003, p. 281-290, doi.org/10.1016/S0269-7491(02)00367-6.
• [19] Greszta J., Gruszka A., Kowalkowska M., Wpływ imisji na ekosystem, Wydawnictwo Naukowe „Śląsk”, Katowice 2002.
• [20] Grodzińska K., Bioindykacja skażeń środowiska Legnicko-Głogowskiego Okręgu Miedziowego związkami siarki i metalami ciężkimi, [w:] Komisja Nauk o Ziemi, Oddz. we Wrocławiu, 1979, p. 299-308.
• [21] Grodzińska K., Zanieczyszczenie polskich parków narodowych metalami ciężkimi, [w:] Ochrona Przyrody, Vol. 43, 1980, p. 9-27.
• [22] Grodzińska K., Zakwaszenie korowiny drzew Puszczy Niepołomickiej, [w:] Studia Ośrodka Dokumentacji Fizjograficznej, vol. 9, 1981, p. 303-312.
• [23] Grodzińska K., Szarek-Łukaszewska G., Response of mosses to the heavy metal deposition in Poland - an overview. Environmental Pollution, vol. 114, 2001, p. 443-451, doi.org/10.1016/S0269-7491(00)00227-X.
• [24] Grodziński W., Biowskaźniki w służbie ochrony środowiska. Wszechświat, vol. 7-8, 1980, p. 161-166.
• [25] Halonen P., Hyvärinen M., Kauppi M., Emission related and repeated monitoring of element concentrations in the epiphytic lichen Hypogymnia physodes in a coastal area, Finland. Ann. Bot. Fennici, vol. 30, 1993, p. 251-261.
• [26] Harmens H., Norris D., Spatial and Temporal Trends in Heavy Metal Accumulation in Mosses in Europe (1990-2005), Centre for Ecology & Hydrology, WGE, Bangor 2008.
• [27] Hawkwsorth D. L., Rose F., Qualitative scale for estimating sulphur dioxide air pollution in England and Wales using epiphytic lichens, Nature, 227: 1970, 145-148.
• [28] Jeran Z., Byrne A. R., Batič F., Transplanted epiphytic lichens as biomonitors of air-contamination by natural radionuclides around the Žirovski vrh uranium mine, Slovenia. Lichenologist, Vol. 27 (5), 1995, p. 37-385, doi.org/10.1016/lich.1995.0035.
• [29] Kabata-Pendias A., Pendias H., Biogeochemia pierwiastków śladowych, PWN, Warszawa 1999.
• [30] Kapusta P., Szarek-Łukaszewska G., Kiszka J., Spatial analysis of lichen species richness in a disturbed ecosystem (Niepołomice Forest, S Poland), The Lichenologist, vol. 36 (3-4), 2004, p. 249-260, doi.org/10.1017/S0024282904014112.
• [31] Kiszka J., Wpływ emisji miejskich i przemysłowych na florę porostów Krakowa i Puszczy Niepołomickiej, Prace Monogr. WSP w Krakowie, vol. 19, 1977, p. 5-137.
• [32] Kiszka J., Mapa lichenoindykacyjna województwa krakowskiego, Studia Ośr. Dok. Fizjogr. PAN, Vol. 18, 1990, p. 201-212.
• [33] Kiszka J., Grodzińska K., Lichen flora and air pollution in the Niepołomice Forest (S Poland) in 1960-2000, Biologia, Bratislava, vol. 59 (1), 2004, p. 25-37.
• [34] Konarski P., Iwanejko I, Mierzejewska A., Ćwil M., Diduszko R., Analiza spektralna miko- i nanocząsteczek zanieczyszczających środowisko w Legnicy, mat. II konferencji naukowo-technicznej „Ekologia w elektronice” Warszwa, 2002, p. 75-81.
• [35] Kovács K. (ed.). Biological indicators in environmental protection. Akademia Kiado, Budapest 1992.
• [36] Laaksovirta K., Olkkonen H., Epiphytic lichen vegetation and element contents of Hypogymnia physodes and pine needles examined as indicators of air pollution at Kokkola, W Finland. Ann. Bot. Fennici, vol. 14, 1977, p. 112-130.
• [37] Laureysens I., Blust R., Temmerman L., Lemmens C., Ceulemans R., Clonal variation in heavy metal accumulation and biomass production in a poplar coppice culture: I. Seasonal variation in leaf, wood and bark concentrations, Environmental Pollution, vol. 131, 2004, p. 485-494. doi.org/10.1016/S0269-7491(00)00227-X.
• [38] Lewińska J., Klimat miasta - vademecum urbanistyczne, IGPi K, Kraków 1991.
• [39] Lipnicki L., Porosty Borów Tucholskich. Park Narodowy „Bory Tucholskie”, Charzykowy 2003.
• [40] Loppi S., Pirintsos S., Epiphytic lichens as sentinels for heavy metal pollution at forest ecosystems (central Italy), Environmental Pollution, vol. 121, 2003, p. 327-332, doi.org/10.1016/S0269-7491(00)00269-5.
• [41] Łukasik I., Palowski B., Ciepał R., Correlation bet heavy metals contents and chlorophyll pigments concentration in plant tissues around power plant “Elektrownia Jaworzno SA”, [w:] Chemia i Inżynieria, vol. 11, 2004, p. 201-208.
• [42] Malzahn E., Monitoring zagrożeń i zanieczyszczenia środowiska leśnego Puszczy Białowieskiej, Kosmos, vol. 51(4), 2002, p. 435-441.
• [43] Matuszkiewicz W., Przewodnik do oznaczania zbiorowisk roślinnych Polski, PWN, Warszawa 2001.
• [44] Nimis P. L., Scheidegger C., Wolseley P. A. (eds.), Monitoring with Lichens and Monitoring Lichens, Kluwer, Amsterdam 2002, doi.org/10.1007/978-94-010-0423-7.
• [45] Ochrona Środowiska, Główny Urząd Statystyczny. Informacje i opracowania statystyczne, Warszawa 2008.
• [46] Pilegaard K., Heavy metals in bulk precipitation and transplanted Hypogymnia physodes and Dicranoweisia cirrata in the vicinity of a danish steelworks, Water, Air, and Soil Pollution, vol. 11, 1979, p. 77-91, doi.org/10.1007/BF00163521.
• [47] Rusu A.-M., Jones G. C., Chimonides P. D. J., Purvis O. W., Biomonitoring using the lichen Hypogymnia physodes and bark samples near Zlatna, Romania immediately following closure of a copper ore-processing plant, [in:] Environmental Pollution, Vol. 143, 2006, p. 81-88, doi.org/10.1016/j.envpol.2005.11.002.
• [48] Sawicka-Kapusta K., Reakcja roślin na dwutlenek siarki i metale ciężkie w środowisku - bioindykacja, [w:] Wiadomości ekologiczne, vol. 36, 1990, p. 95-109.
• [49] Sawicka-Kapusta K., Zakrzewska M., Idzi G., Jasińska K., Ocena skażenia polskich parków narodowych metalami ciężkimi przy pomocy porostu Hypogymnia physodes jako biowskaźnika. [w:] Ogólnopolskie Sympozjum Zintegrowanego Monitoringu Środowiska Przyrodniczego, Kampinoski Park Narodowy, Wojskowa Akademia Techniczna, 1999, p. 66-68.
• [50] Sawicka-Kapusta K., Zakrzewska M., Gdula-Argasińska J., Stochmal M., Zanieczyszczenie metalami i SO2 parków narodowych. Ocena narażenia środowiska obszarów chronionych, [w:] Centrum Doskonałości Unii Europejskiej IBAES, Instytut Nauk o Środowisku UJ, Kraków, 2005, p. 1-110.
• [51] Suchara I., Florek M., Godzik B., Maňkowska B., Rabnecz G., Sucharová J., Tuba Z., Kapusta P., Mapping of main sources of pollutants and their transport in the visegrad space. Part I, Průhonice 2007.
• [52] Sucharová J., Suchara I., Hola M., Contents of 37 elements in moss and their temporal and spatial trends in the Czech Republic during the last 15 years, Průhonice 2008.
• [53] van Dobben H. F., Braak C. J. F., Ranking of epiphytic lichen sensitivity to air pollution using survey data: a comparison of indicator scales, Lichenologist, vol. 31 (1), 1999, p. 27-39, doi.org/10.1017/S0024282999000079.
• [54] van Dobben H. F., Wolterbeek H. Th., Wamelink G. W. W., Braak C. J. F., Relationship between epiphytic lichens, trace elements and gaseous atmospheric pollutants, [in:] Environmental Pollution, vol. 112, 2001, p. 163-169, doi.org/10.1016/S0269-7491(00)00121-4.
• [55] Samara C., Kouimtzis Th., Tsitouridou R., Kanias G., Simeonov V., Chemical mass balance source apportionment of PM 10 in an industrialized urban area of Northen Greece, Atmospheric Environmental, vol. 37, 2003, p. 41-54, doi.org/10.1016/S1352-2310(02)00772-0.
• [56] Strzałko J., Mossor-Pietraszewska T., Kompendium wiedzy o ekologii, PWN, Warszawa - Poznań 2001.
• [57] Synak E., Szafranek B., Kaczyński Z., Stepnowski P., Monitoring i analityka zanieczyszczeń w środowisku, Uniwersytet Gdański 2010.
• [58] Yilmaz S., Zengin M., Monitoring environmental pollution in Erzurum by chemical analysis of Scots pine (Pinus sylvestris L.) needles, Environmental International, vol. 29, 2004, p. 1041-1047, doi.org/10.1016/S0160-4120(03)00097-7.
• [59] Zabłocki Z., Podlasińska J., Zmiany w akumulacji siarki i fluoru w igłach sosny zwyczajnej Pinus sylvestris L. oraz mchu Pleurozjum schreberi (Brid.) Mittl. na obszarze oddziaływania emisji Zakładów Chemicznych „Police” w latach 1978-2000 [w:] Reakcje biologiczne drzew na zanieczyszczenia przemysłowe, 2002, p.267-276.
• [60] Zimny H., Bioindykacja i biomonitoring środowiska, Warszawa 2006.
• [61] Wojewódzki Inspektorat Ochrony Środowiska w Łodzi, Raport o stanie środowiska w województwie łódzkim, Powietrze, Biblioteka Monitoringu Środowiska, Łódź 2014.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).