Soil Bioavailability of Cadmium, Lead, and Zinc in the Areas of Zn-Pb Ore Mining and Processing (Bukowno, Olkusz)

• Autorzy: Kicińska Alicja , Smreczak Bożena , Jadczyszyn Jan

Identyfikatory

DOI

10.12911/22998993/93794

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The study was performed to determine the bioavailable amounts of cadmium, lead, and zinc in the soils contaminated over the years of Zn-Pb ore mining and processing near Olkusz, Poland, and to identify the environmental risk (RAC) associated with the occurrence of the most mobile forms of these metals in the soil. The authors analyzed the topsoil samples for the basic physical and chemical parameters, as well as for total metal content (by aqua regia extraction), and for percentage of 1 M HCl^- and 1 M NH₄NO₃ – extractable fractions. The results were compared with the content of these metals in a common grass species, Agrostis capillaris. In the study region, the Cd, Pb, and Zn contents were (respectively, in mg∙kg^-1): 0.5–33.5, 2–529, and 4–7877. This means that in more than 24%, 30%, and 38% of samples, respectively, the metal content exceeded the limits defined by the Polish Environment Minister’s Regulation of September 9, 2002, with nearly 24% of soil samples contaminated by all three metals. On the basis of the Environment Minister’s Regulation of September 1, 2016, which is currently in force, and using the allowed limits for subgroup IV (industrial land), set at 15 mg∙kg^-1 for Cd, 600 mg∙kg^-1 for Pb, and 2000 mg∙kg^-1 for Zn, the analysis also found the excessive metal content in a considerable percentage of the topsoil samples (33%, 13%, and 38%, respectively). The content of the studied elements in a common grass species, Agrostis capillaris, was significantly higher than the so-called natural content. A strict association was found between the total Cd, Pb, and Zn content, and the potentially available 1 M HCl – extractable fraction. The environmental risk presented by the content of mobile Cd, Pb, and Zn forms, assessed in all the studied soil samples using Risk Assessment Codes (RAC), demonstrates very high environmental risk associated with Cd, high environmental risk connected with Zn, and moderate environmental risk related to Pb.

Słowa kluczowe

EN

zinc; lead; cadmium; bioavailability; bioaccessibility; soil; Agrostis capillaris; Bukowno

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Inżynierii Ekologicznej ; Lublin University of Technology
• Czasopismo: Journal of Ecological Engineering
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 20, nr 1
• Strony: 84--92
• Opis fizyczny: Bibliogr. 44 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kicińska Alicja

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Geology, Geophyscic and Environmental Protection, Mickiewicza av. 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Smreczak Bożena

• Institute of Soil Science and Plant Cultivation – State Research Instytute, ul. Czartoryskich 8, 24-100 Puławy, Poland

autor

Jadczyszyn Jan

• Institute of Soil Science and Plant Cultivation – State Research Instytute, ul. Czartoryskich 8, 24-100 Puławy, Poland

Bibliografia

• 1. Cabała J. 2001. Development of oxidation in Zn-Pb deposits in Olkusz area. In: Mineral Deposits at the Beginning of the 21st century. Piestrzyński A. (Ed.). Balkema: 121–124.
• 2. Cabała J. 2009. Metale ciężkie w środowisku glebowym olkuskiego rejonu eksploatacji rud Zn-Pn. Wyd. Uniwersytetu Śląskiego, 1–128.
• 3. Cachada A., Pereira R., Ferreira da Silva E., Duarte A.C. 2014. The prediction of PAH bioavailability in soils using chemical methods: State of the art and future challenges. Science of the Total Environment, 472: 463–480.
• 4. Dmuchowski W., Gworek B., Gozdowski D., Baczewska A., Muszyńska A. 2011. Zanieczyszczenie powietrza metalami ciężkimi w rejonie huty cynku i ołowiu w Bukownie koło Olkusza. Przemysł Chemiczny, 90 (2), 223–228.
• 5. Gorlach E., Gambuś F. 1995. Zawartość metali ciężkich w glebach i roślinach łąkowych północno-zachodnich rejonach województwa krakowskiego sąsiadującymi z terenami eksploatacji górniczej i przeróbki rud ołowiu i cynku. Acta Agraria et Silvestria ser. Agraria, 33, 1995, 61–72;
• 6. Gruszczyński S., Trafas M., Żuławski C. 1990. Charakterystyka gleb w rejonie Olkusza. Zeszyty Naukowe AGH „Sozologia i Sozotechnika”, z.32, nr 1368. Kraków 1990, 113–122.
• 7. Gruszecka-Kosowska A., Kicińska A., 2017. Long-Term Metal-Content Changes in Soils on the Olkusz Zn-Pb Ore-Bearing Area, Poland. International Journal of Environmental Research, Volume: 11, Issue: 3, Pages: 359–376, DOI:10.1007/s41742–017–0033–3
• 8. Gryschko R., Kuhnle R., Terytze K., Breuer J., Stahr K. 2005. Soil extraction of readily soluble heavy metals and As with 1 m NH4NO3-solution, J. Soils & Sediments 5, (2), 101–106.
• 9. Huot H., Faure P., Biache C., Lorgeoux C., Simonnot M.O., Morel J.L. 2014. A Technosol as archives of organic matter related to past industrial activities. The Science of the Total Environment, 487, 389–398.
• 10. ISO 17402:2008. Soil quality – Requirements and guidance for the selection and application of methods for the assessment of bioavailability of contaminants in soil and soil materials.
• 11. Jain C.K. 2004. Metal fractionation study on bed sediments of River Yamuna, India. Water Research, 38, 569–578.
• 12. Kabata-Pendias A., Pendias H. 1999. Biogeochemia pierwiastków śladowych, PWN.
• 13. Karczewska A., Kabała C. 2010. Gleby zanieczyszczone metalami ciężkimi i arsenem na Dolnym Śląsku – potrzeby i metody rekultywacji. The soils polluted with heavy metals and arsenic in Lower Silesia – the need and methods of reclamation. Zesz. Nauk. UP Wrocławskiego, Rolnictwo, 96, 576: 59–80.
• 14. Kayzer D., Czerniak A., Poszyler-Adamska A. 2011. Effect of trace elements on the morphometric parameters of assimilation apparatus in white birch. Infrastructure and Ecology of Rural Areas, 2, 261–273.
• 15. Kicińska A. 2011. Formy występowania oraz mobilność cynku, ołowiu i kadmu w glebach zanieczyszczonych przez przemysł wydobywczo-metalurgiczny. Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych, 49, 152–162.
• 16. Kicińska A., 2018. Health risk assessment related to an effect of sample size fractions: methodological remarks. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, 32: 1867–1887, https://doi.org/10.1007/s00477–017–1496–7
• 17. Kicińska A., Bożęcki P., 2018. Metals and mineral phases of dusts collected in different urban parks of Krakow and their impact on the health of city residents. Environmental Geochemistry and Health, 40: pages 473–488, doi:10.1007/s10653–017–9934–5
• 18. Kicińska A., Gruszecka-Kosowska A. 2016. Longterm changes of metal contents in two metallophyte species (Olkusz area of Zn-Pb ores, Poland). Environmental Monitoring and Assessment, 188: 6, DOI:10.1007/s10661–016–5330–3
• 19. Kicińska-Świderska A. 1999. Metale ciężkie w glebach i w roślinach na wybranych obszarach oddziaływania przemysłu hutniczego. Praca doktorska, AGH, Kraków. s. 235.
• 20. Kicki J. 1997. Technologia eksploatacji złóż rud cynku i ołowiu. Rozdział 2, Monografia Surowce mineralne Polski (Ney R. red.), Surowce metaliczne cynk ołów (Kicki J. red.). Wydawnictwo CPPGSMiE PAN, Kraków.
• 21. Larcher W. 2003. Physiological plant ecology. Berlin, Springer
• 22. Lis J., Pasieczna A. 1995. Atlas Geochemiczny Polski. Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa.
• 23. Majcherek A. 1991. Górnictwo i przeróbka mechaniczna a ochrona środowiska. Rudy i Metale Nieżelazne, 36, 4, 124–126.
• 24. Maskall J., Whitehead K., Gee C., Thornton I. 1996. Long-term migration of metals at historical smelting sites. Applied Geochemistry, 11: 43–51.
• 25. Migaszewski Z., Gałuszka A. 2007. Geochemia Środowiska, Warszawa, WNT.
• 26. Monitoring gleb ornych w Polsce w latach 1995–2010 http://www.gios.gov.pl/chemizm_gleb/index.php?mod=monit
• 27. Newman M.C., Jagoe C.H. 1996. Ecotoxicology: A Hierarchical Treatment. CRC Press, Taylor & Francis Group.
• 28. Pająk M., Szostak M., Socha J., Wężyk P., Tompalski P., Mucha S., Lesiak M. 2012. Zastosowanie narzędzi informatycznych dla oceny poziomu zanieczyszczenia gleb metalami ciężkimi w rejonie ZGH „Bolesław” w Bukownie. Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, 23, 315–326.
• 29. PN-ISO 11466: 2002: Jakość gleby. Ekstrakcja pierwiastków śladowych rozpuszczalnych w wodzie królewskiej.
• 30. Rauret G. 1998. Extraction procedures for the determination of heavy metals in contaminated soils, Talanta (46), 449–455.
• 31. Rodríguez L., Ruiz E., Alonso-Azcárate J., Rincón J. 2009. Heavy metal distribution and chemical speciation in tailings and soils around a Pb-Zn mine in Spain. Journal of Environmental Management, 90, 1106–1116.
• 32. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 1 września 2016 r. w sprawie sposobu prowadzenia oceny zanieczyszczenia powierzchni ziemi (Dz. U. 2016, poz. 1359).
• 33. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 września 2002 r. w sprawie standardów jakości gleby oraz standardów jakości ziemi (Dz. U. 2002, Nr 165, poz. 1359).
• 34. Sass-Gustkiewicz M. 1997. Revised and completed paragenetic order of minerals in the Pomorzany lead-zinc deposit, Upper Silesian region, Poland. Mineralogica Polonica, 28, 46–80.
• 35. Sass-Gustkiewicz M., Mayer W., Góralski M., Leach D.L. 2001. Zawartość metali ciężkich w glebach na obszarach eksploatacji rud Zn-Pb w rejonach olkuskim i chrzanowskim. PAN, IGSMiE, Sympozja i Konferencje, 49: 189–208.
• 36. Singh K.P., Mohan D., Singh V.K., Malik A. 2005. Studies on distribution and fractionation of heavy metals in Gomti river sediments – a tributary of the Ganges, India. Journal of Hydrology, 312, 14–27.
• 37. Smreczak B., Jadczyszyn J., Klimkowicz-Pawlas A., Ukalska-Jaruga A. 2015 Stan zanieczyszczenia gleb pierwiastkami śladowymi oraz struktura użytkowania gruntów w rejonie Olkusza. Studia i Raporty IUNG-PIB, 46(20): 125–141.
• 38. Sroczyński W. 1997. Wpływ eksploatacji, przeróbki i przetwórstwa rud cynku i ołowiu na środowisko przyrodnicze. Rozdział 6, Monografia Surowce mineralne Polski (red Ney R.), Surowce metaliczne cynk ołów (red. Kicki J.). Wydawnictwo CPPGSMiE PAN, Kraków.
• 39. Stefanowicz A.M., Woch M.W., Kapusta P. 2014. Inconspicuous waste heaps left by historical Zn-Pb mining are hot spots of soil contmaination. Geoderma, 235–236, 1–8.
• 40. Szarek-Łukaszewska G. 2009. Vegetation of reclaimed and spontaneously vegetated Zn-Pb mine wastes in southern Poland. Polish Journal of Environmental Studies, 18, 4, 717–733.
• 41. Trafas M., Eckes T., Gołda T. 2006. Lokalna zmienność zawartości metali ciężkich w glebach okolicy Olkusza. Inżynieria Środowiska, 11 (2): 127–144.
• 42. Trafas M., Gruszczyński S., Gruszczyńska J., Zawodny Z. 1990. Zmiany własności gleb wywołane wpływami przemysłu w rejonie olkuskim. Zeszyty Naukowe AGH „Sozologia i Sozotechnika”, 32, 1368, 143–162;
• 43. Ure A.M., Quevauviller Ph., Muntau H., Griepink B. 1993. Speciation of heavy metals in solids and sediments. An account of the improvement and harmonization of extraction techniques undertaken under the auspices of the BCR of the Commission of the European Communities”, Int. J. Environ. Anal. Chem. 51, 135–151.
• 44. Verner J.F., Ramsey M.H., Helios-Rybicka E., Jędrzejczyk B. 1996. Heavy metal contamination of soils around Pb-Zn smelter in Bukowno, Poland. Appl. Geochem. 11, 11–16.

Uwagi

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