Biological Characteristics of “Wartowice” Post-Flotation Tailings Pond (Lower Silesia, Poland)

• Autorzy: Rybak J. , Kołwzan B. , Grabas K. , Pasternak G. , Krawczyńska M.

Identyfikatory

DOI

10.2478/aep-2014-0006

Warianty tytułu

PL

Charakterystyka biologiczna zbiornika osadów poflotacyjnych „Wartowice”

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

“Wartowice” tailings pond was closed in 1989, resulting in 232,4 ha tailings pile requiring reclamation. The major problem is heavy metals presence and poor nutrient conditions and physicochemical structure of soil which disturbs the plants development. In order to assess the real condition of studied area the complete biological characteristic has been done. The physicochemical conditions were assessed altogether with phytosociological, microbiological and toxicological studies of deposits. We recorded only 27 species of vascular plants belonging to 15 families on the tailings pond of which 5 belong to Rosaceae, 4 to Asteraceae and 3 to Poaceae and Saliceae. Species inhabiting the tailings depended on their dispersal capacity, metal tolerance and rhizome strategy. Microbiological analyses revealed the low number of bacteria and fungi on the tailings pond, apart from the small uplift area where the plants were indentified. Bacteria identified on the tailings pond were classified to 8 genera. The low number of bacteria suggests the lack of nutrients which affects the development of soil microflora. Toxicity tests showed that post-flotation sludge is not toxic to microorganisms because of its high pH. Some plants, such as lucerne could even influence positively the microorganisms development what has been proved in our studies. The tailings toxicity was higher towards producers, where Secale cereale appeared to be the most sensitive species. Amendment with topsoil from adjacent areas can influence positively the phytotoxic properties of tailings and enrich them into native seeds.

PL

Osadnik po fl otacji miedzi „Wartowice” został zamknięty w 1989 roku, co skutkowało pozostawieniem 232,4 hektarów osadów, które wciąż wymagają rekultywacji. Podstawowy problem stanowią: niedobór substancji odżywczych, obecność metali ciężkich oraz fi zyczno-chemiczna struktura gleby, który zaburza rozwój roślin. Aby dokonać oceny czynników wpływających na rozwój organizmów żywych przeprowadzono kompleksową biologiczną charakterystykę terenu badań. Badania objęły fi zyczno-chemiczne analizy, badania fi tosocjologiczne, mikrobiologiczne i toksykologiczne. Na obszarze badań zarejestrowano tylko 27 gatunków roślin naczyniowych (obszar niewielkiego wzniesienia) należących do 15 rodzin, 5 z nich należało do rodziny Rosaceae, 4 do Asteraceae i po 3 do Poaceae i Saliceae. Obecność gatunków zależała od ich potencjału kolonizacji, tolerancji na metale oraz morfologii (strategia kłącza). Analizy mikrobiologiczne wykazały niską liczbę bakterii i grzybów na obszarze osadnika za wyjątkiem małej wysepki (wzniesienie) gdzie wcześniej stwierdzono obecność roślin. Bakterie obecne na obszarze badań zostały zaklasyfi kowane do 8 rodzajów. Niska liczba bakterii sugeruje brak substancji odżywczych, który z kolei upośledza rozwój mikrofl ory glebowej. Badania toksykologiczne wykazały niską toksyczność osadu w stosunku do mikroorganizmów, co wynika z jego zasadowego pH. Pewne gatunki, jak na przykład lucerna, mogą wpływać korzystnie na rozwój mikroorganizmów glebowych, co zademonstrowano w prezentowanych badaniach. Toksyczność odpadów po fl otacji miedzi była wyższa w stosunku do producentów. Żyto zwyczajne (Secale cereale) okazało się być najwrażliwszym gatunkiem. Zastosowanie wierzchniej warstwy gleby z obszarów przyległych mogłoby znacznie obniżyć fi totoksyczne własności odpadów i jednocześnie wzbogacić je w rodzime nasiona, które dałyby początek roślinom odpornym na niekorzystne warunki siedliskowe.

Słowa kluczowe

EN

flotation; copper; toxicity; phytosociology; reclamation

PL

flotacja; miedź; toksyczność; fitosocjologia; regeneracja

• Wydawca: Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Environmental Protection
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 40, no. 1
• Strony: 71--86
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Rybak J.

• Institute of Environmental Engineering, Technical University of Wroclaw Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wroclaw

autor

Kołwzan B.

• Institute of Environmental Engineering, Technical University of Wroclaw Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wroclaw

autor

Grabas K.

• Institute of Environmental Engineering, Technical University of Wroclaw Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wroclaw

autor

Pasternak G.

• Institute of Environmental Engineering, Technical University of Wroclaw Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wroclaw

autor

Krawczyńska M.

• Institute of Environmental Engineering, Technical University of Wroclaw Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wroclaw

Bibliografia

• [1] Bradshaw, A.D. & Chadwick, J. (1980). The restoration of land. Blackwell, Oxford, United Kingdom, 1980.
• [2] Carrasco, J.A., Armario, P., Pajuelo E. & Burgos A. (2005). Isolation and characterization of symbiotically effective Rhizobium resistant to arsenic and heavy metal after the toxic spill at the Annalcollar pyrite mine, Soil Biology & Biochemistry, 37, 1131-1140.
• [3] Dąbrowski, A., Gnot, S., Michalski, A., & Srzednicka J. (1994). Statistics. 14 hours with STATGRAPHICS®. Wydawnictwo Akademii Rolniczej we Wrocławiu, Wrocław 1994.
• [4] Fabienne, G., Antonis, C. & Hauke, H. (2003). Comparative 16S rDNA and 16S rRNA sequence analysis indicates that Actinobacteria might be a dominant part of the metabolically active bacteria in heavy metal contaminated bulk and rhizosphere soil, Environmental Microbiology, 10, 896-907.
• [5] Fukarek, F. (1967). Phytosociology. Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, Warszawa 1967.
• [6] Ge, H.W., Lian, M.F., Wen, F.Z., Yun, Y.F., Jian, F.Y. & Ming T. (2009). Isolation and characterization of the heavy metal resistant bacteria CCNWRS33-2 isolated from root nodule of Lespedeza cuneata in gold mine tailing in China, Journal of Hazardous Materials, 162, 50-56.
• [7] Giller, K., Witter, E. & McGrath, S.P. (1998). Toxicity of heavy metals to microorganisms and microbial processes in agricultural soils: a review. Soil Biology & Biochemistry, 30, 1389-1414.
• [8] Grabas, K, Spiak, Z., Gediga, K., Kaszubkiewicz, J., Kołwzan, B., Mizera, W. (2012). Remediation concept of the copper ore flotation tailings pond “Wartowice” No. 3. In: Innowacyjne rozwiązania rewitalizacji terenów zdegradowanych 2011 Skowronek J. (Ed.) Instytut Ekologii i Terenów Uprzemysłowionych, Katowice (s. 93-113), 2012 [in Polish].
• [9] Kołwzan, B. (2005). Bioremediation of soil contaminated with oil products. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2005.
• [10] Koszelnik-Leszek, A., Podlaska, M. & Tomaszewska, K. (2013). Diversity of vascular flora of waste dumps and dumping grounds in Lower Silesia, Archives of Environmental Protection, 39, 81-105.
• [11] Krawczyńska, M., Kołwzan, B., Rybak, J., Gediga, K. & Shcheglova, N.S. (2012). The influence of biopreparation on seed germination and growth. Polish Journal Of Envirnomnetal Studies, 21, 175-180.
• [12] Kreysa, G. & Wiesner, J. (1995). Bioassays for soils. Ad-Hoc-Committee Methods for Toxicological/ Ecotoxicological Assessment of soils; DECHEMA, Deutsche Gesellschaft fur Chemisches Apparatewesen, Chemische Technik und Biotechnologie e.V., Frankfurt am Main, DECHEMA, 1995.
• [13] Lazorchak, J.M., Suszcynskymeister, E.M., & Smith, M.E. (2000). A Sediment Toxicity Method Using Lemna minor, duckweed. Society of Environmental Toxicology and Chemistry, Nashville, TN, November 12-16, 2000.
• [14] Lewiński J. & Wolski W. (1996). Monograph of KGHM „Polska Miedź” S.A. Part V- waste dumps. Wydawnictwo KGHM „Cuprum” Sp. z o.o, Lubin, 1996.
• [15] Marrs, R.H. & Bradshaw, A.D. (1993). Primary succession on man-made wastes: the importance of resource acquisition. In Miles J. & Walton D.W.H. (Eds), Primary succession on land (pp. 113-136). Blackwell, Oxford, United Kingdom, 1993.
• [16] Matuszkiewicz, W. (2002). Key to identification of plant communities of Poland. Polskie Wydawnictwo Naukowe, Warszawa, 2002.
• [17] Małachowska-Jutsz, A., Matyja, K., & Ziembińska, A. (2011). Cadmium and copper toxicity assessment in activated sludge using TTC bioassay, Archives of Environmental Protection, 37, 4, 85-94.
• [18] McCall, Jun, J., & Struik H. (1995). Photo interpretative study of recovery of damaged lands near the metal smelters of Sudbury, Canada. Water, Air and Soil Pollution, 85, 847-852.
• [19] Mirek, Z.A., Piękoś-Mirkowa, A., Zając, A. & Zając M. (2002). Critical list of vascular plants in Poland. Instytut Botaniki PAN im. Władysława Szafera w Krakowie, Kraków, 2002.
• [20] Mizera, A. & Mizera, W. (2010). The assessment of water erosion development on the post-fl otation tailings pond no. 3 in Wartowice and its influence on reclamation of the area. Report of KGHM CUPRUM sp. z o.o. Wrocław - not published paper.
• [21] Monica, O.M., Julia, W.N. & Raina, M.M. (2008). Characterization of a bacterial community in an abandoned semiarid lead-zinc mine tailing site, Applied and Environmental Microbiology, 74, 3899-3907.
• [22] Munshower, F.F. (1994). Practical handbook of disturbed land revegetation. Lewis Publishing, Boca Raton, FL, 1994.
• [23] OPPTS 850.4400. (1996). Aquatic Plant Toxicity Test Using Lemna spp., Tiers I and II.
• [24] Show, L.J. & Burns, R.G. (2006). Enzyme activity profiles and soil quality. In J. Bloem, D. W. Hopkins & A. Benedetti (Eds.) Microbiological methods for assessing soil quality. CABI Publishing, Cambridge, USA.
• [25] Shu, W.S., Ye, Z.H., Zhang, Z.Q., Lan, C.Y. & Wong M.H. (2005). Natural colonization of plants on fi ve lead/zinc mine tailings in Southern China, Restoration Ecology, 13, 49-60.
• [26] Sikorski, Ł., Piotrowicz-Cieślak, A. I. & Adomas, B. (2013). Phytotoxicity of sodium chloride towards common duckweed (Lemna minor L.) and yellow lupin (Lupinus luteus L.), Archives of Environmental Protection, 39, 2, 117-128.
• [27] Piestrzyński, A. & Zaleska-Kuśmierczyk, M. (2007). Monograph of KGHM Polska Miedź SA. CBPM „Cuprum” SP z o.o., Wrocław 2007.
• [28] Rutkowski L. (2004). Key to identification of vascular plants in Lower Poland. Polskie Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 2004.
• [29] Yan, Y., He, J., Zhu, Ch., Cheng, Ch., Pan, X., Sun, Z. (2006). Accumulation of copper in brown rice and effect of copper on rice growth and grain in different rice cultivars, Chemosphere, 65, 1690-1696.
• [30] Zarzycki, K. (2002). Ecological indicative number for vascular plants in Poland, Instytut Botaniki PAN, Kraków 2002.