Oryginalny artykul

Katarzyna Klimczaka,*, Barbara Gworeka, b
a
Instytut Ochrony Środowiska – Państwowy Instytut Badawczy, Warszawa; bSzkoła Główna
Gospodarstwa Wiejskiego, Warszawa
Akumulacja wielopierścieniowych
węglowodorów aromatycznych w roślinach
jedno- i dwuliściennych rosnących
na osadach ściekowych pochodzenia
petrochemicznego
Accumulation of polycyclic aromatic hydrocarbons in
monocotyledonous and dicotyledonous plants growing on
sewage sludges of petrochemical origin
Szesnaście wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) oznaczano w przemysłowych osadach ściekowych z oczyszczalni ścieków w PKN Orlen w Płocku w latach
2002–2004 oraz w 11 roślinach jedno- i dwuliściennych rosnących na tych osadach. Osady
zawierały do 1639 mg/kg sumy WWA, przy czym
głównym ich składnikiem był benzo[ghi]perylen (do 555 mg/kg). Największą zawartość sumy
WWA (377 mg/kg) stwierdzono w krwawniku pospolitym (głównie fenantren 90 mg/kg). Rośliny
dwuliścienne wykazywały większą skłonność
do akumulacji WWA niż rośliny jednoliścienne.
WWA o 4 pierścieniach w cząsteczce były akumulowane bardziej intensywnie niż WWA o 5
i 6 pierś­cieniach w cząsteczce.
Sixteen polycyclic arom. hydrocarbons (PAH) were detd.
in industrial sewage sludges from PKN Orlen, Plock, PL,
in 2002–2004 and in 11 mono and dicotyledonous plants
growing on the sludges. The sludges contained up to
1639 µg/kg of total PAH (main component benzo[ghi]
perylene up to 555 µg/kg). The highest content of total PAH
(377 µg/kg) was obsd. in yarrow (mainly phenanthrene
90 µg/kg). The dicotyledonous plants showed higher ability to accumulation of PAH comparing to monocotyledonous ones. The 3 and 4 ring PAH were accumulated more
intensive than the 5 and 6 ring PAH.
Z budową wewnętrzną WWA wiążą się określone właściwości biologiczne, rozumiane jako oddziaływanie na organizmy żywe. Część
WWA wykazuje silne działanie mutagenne, kancerogenne i teratogenne,
a także tendencję do kumulowania się w tkankach i organach organizmów
żywych, a zwłaszcza w tkance tłuszczowej, nerkach i wątrobie1). Związki
te znajdowane są w roślinach rosnących głównie na terenach o wysokim
stopniu uprzemysłowienia2–4), a głównym ich źródłem jest przemysł
petrochemiczny i karbochemiczny, a także koksownie, elektrownie,
spalarnie odpadów, odlewnie i huty. Szacuje się, że ok. 90% WWA obecnych w ściekach zostaje skoncentrowane w osadzie ściekowym podczas
oczyszczania ścieków5, 6). Skład jakościowy i ilościowy WWA w ściekach
zależy od ich rodzaju oraz technologii stosowanych w oczyszczalniach5, 7).
Dr inż. Katarzyna KLIMCZAK w roku 2000 ukończyła studia na Wydziale Rolniczym Szkoły
Głównej Gospodarstwa Wiejskiego. Obecnie jest
adiunktem w Instytucie Ochrony Środowiska PIB
w Warszawie. Specjalność – ekotoksykologia
i ocena ryzyka środowiskowego.
* Autor do korespondencji:
Autor do korespondencji: Instytut Ochrony Środowiska – Państwowy
Instytut Badawczy, ul. Krucza 5/11D, 00-548 Warszawa, tel.: (22) 625-10-05
wew. 77, fax: (22) 629-52-63, e-mail: [email protected]
230
Prof. dr hab. Barbara GWOREK – notkę biograficzną i fotografię Autorki
drukujemy w bieżącym numerze na str. 269.
90/2(2011)
Celem pracy było wykazanie jakościowej i ilościowej zależności
pomiędzy zawartością wybranych WWA w osadzie ściekowym, a ich
zawartością w roślinach na nim rosnących. Założono, że wskaźnikiem
włączenia WWA do łańcucha troficznego będzie akumulacja tych
związków w roślinach jedno- i dwuliściennych rosnących na podłożu
bogatym w WWA, jakim są osady ściekowe pochodzenia petrochemicznego.
Część doświadczalna
Materiał i metody
Obiekt badawczy stanowiła laguna osadów ściekowych Chełpowo,
na której od 20 lat składowany jest osad ściekowy powstający podczas
oczyszczania ścieków w PKN Orlen w Płocku. Skład gatunkowy
roślinności porastającej lagunę charakteryzuje się dużą różnorodnością, a roślinami dominującymi są: nawłoć późna (Solidago gigantea),
krwawnik pospolity (Achillea millefolium), wiklina (Salix sp.) oraz
perz pospolity (Agropyron repens). Badania prowadzono w latach
2002–2004 na przełomie lipca i sierpnia.
Próbki osadu ściekowego i roślin wysuszono w temperaturze pokojowej (poniżej 20°C), a następnie po rozdrobnieniu poddano analizie
chemicznej.
Analizę zawartości 16 wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych wymienionych na liście US EPA (naftalen, acenaften,
acenaftylen, fluoren, fenantren, antracen, fluoranten, piren, benzo[a]- antracen, chryzen, benzo[b]fluoranten, benzo[k]fluoranten, benzo[a]
piren, dibenzo[ah]antracen, benzo[ghi]perylen i indeno[1,2,3-cd]- piren) wykonano metodą wysokosprawnej chromatografii cieczowej
(HPLC) na zestawie firmy Waters, składającym się z wysokociśnieniowej pompy z czteroskładnikowym systemem gradientowego podawania rozpuszczalników, detektora fotodiodowego UV/VIS, detektora fluoroscencyjnego z programowaniem długości fal wzbudzenia
i emisji oraz komputerowego systemu z programem Millenium32,
sterującego pomiarami oraz zbierającego i przetwarzającego otrzymywane dane.
W celu określenia wielkości akumulacji WWA w roślinach oraz
zależności między wielkością akumulacji WWA w roślinach, a ich
zawartością w osadzie ściekowym, obliczono współczynniki akumulacji dla WWA, korzystając ze wzoru:
WA =
ZR
ZO
w którym WA oznacza współczynnik akumulacji, ZR zawartość WWA
w roślinie, a ZO zawartość WWA w osadzie ściekowym.
Wyniki badań
W badanych osadach ściekowych nie wykryto obecności naftalenu, acenaftylenu i acenaftenu, gdyż związki te prawdopodobnie
ulotniły się podczas suszenia i obróbki materiału badawczego,
a być może nawet przed pobraniem osadów do badań8). Zawartość
sumy oznaczonych WWA wahała się w granicach 1479,32–1638,62
μg/kg s.m. (tabela 1). W latach 2002 i 2003 dominującymi WWA
były związki o 5 i 6 pierścieniach w cząsteczce: benzo[ghi]perylen
oraz indeno[1,2,3-cd]piren, których procentowy udział w sumie
oznaczonych węglowodorów wynosił odpowiednio 38 i 34% oraz
19,4 i 14,5%. W następnej kolejności były benzo[b]fluoranten
i benzo[a]piren, stanowiące odpowiednio ok. 11,5 i 10% sumy
WWA. Najmniejszy procentowy udział miał antracen (odpowiednio
0,2 i 0,9%) oraz benzo[a]antracen (ok. 0,6%). W osadzie pobranym
w 2004 r. dominującymi WWA były fluoranten i piren, których udział
w sumie WWA wyniósł odpowiednio 19,4 oraz 16,2%. Ponadto
węglowodorem o procentowym udziale w sumie WWA większym niż
10% był fenantren.
Wyniki analiz materiału roślinnego wskazały, że dominującym
WWA był fenantren, którego procentowy udział w sumie WWA
90/2(2011)
Tabela 1. Zawartość WWA w osadach ściekowych pochodzących z przemysłowej oczyszczalni ścieków PKN Orlen, Płock, μg/kg s.m.
Table 1. PAH content in sewage sludges from an industrial wastewater treatment plant (PKN Orlen, Płock), μg/kg (dry mass)
Nazwa WWA
Liczba pierścieni
Rok pobrania
2002
2003
2004
Fluoren
3
33,85
29,85
56,27
Fenantren
3
94,92
118,10
208,22
Antracen
4
2,39
14,30
76,85
Fluoranten
4
63,00
59,80
305,65
Piren
4
23,90
80,80
255,14
Benzo[a]antracen
4
9,43
8,78
82,09
Chryzen
4
14,19
14,35
76,24
Benzo[b]fluoranten
5
170,34
185,69
124,94
Benzo[k]fluoranten
5
71,74
46,74
44,98
Benzo[a]piren
5
136,87
167,36
102,35
Dibenzo[ah]antracen
5
17,27
125,55
64,78
Benzo[ghi]perylen
6
554,68
550,55
94,20
Indeno[1,2,3-cd]piren
6
286,73
236,75
84,32
1479,32
1638,62
1576,02
Suma WWA
wahał się od 24% w krwawniku pospolitym (Achillea millefolium)
do 41,3% w perzu pospolitym (Agropyron repens) (tabele 2–4).
W następnej kolejności występowały fluoranten, piren oraz fluoren.
Zaobserwowano, że w roślinach pobranych w 2002 r. znaczny
udział w sumie WWA miał chryzen (na ogół powyżej 10%),
podczas gdy w tych samych roślinach zawartość fluorenu była
mniejsza w porównaniu do roślin pobranych w latach 2003–2004.
Najmniejszy udział w sumie WWA miał na ogół dibenzo[ah]
antracen (poniżej 1%). W rdeście powojowatym (Polygonum convolvulus) najmniejszy udział w sumie WWA miał benzo[ghi]perylen,
a w perzu pospolitym (Agropyron repens), wiechlinie łąkowej (Poa
pratensis) i krwawniku pospolitym (Achillea millefolium) indeno[1,2,3-cd]piren.
W roślinach rosnących na osadach pochodzenia petrochemicznego zaobserwowano najwyższą akumulację WWA o 3 pierścieniach w cząsteczce (tabela 5). Współczynniki akumulacji dla
tych węglowodorów wahały się w granicach 0,24–0,49 w roślinach jednoliściennych i 0,18–0,89 w roślinach dwuliściennych.
Wartość współczynników akumulacji dla 4-pierścieniowych WWA
wahała się w granicach 0,02–0,53 w roślinach jednoliściennych
i 0,02–0,93 w roślinach dwuliściennych. W przypadku 5-pierścieniowych WWA różnice między akumulacją tych związków
w roślinach jedno- i dwuliściennych były mniejsze (współczynniki
akumulacji odpowiednio 0,004–0,03 i 0,003–0,07). Najmniejsze
różnice w akumulacji badanych związków zaobserwowano w przypadku 6-pierścieniowych WWA. W roślinach jednoliściennych
wartość współczynników akumulacji tych węglowodorów mieściła
się w granicach 0,0009–0,01, zaś w roślinach dwuliściennych
0,001–0,01.
Akumulacja 3-pierścieniowych WWA zmniejszała się wyraźniej
w roślinach jednoliściennych wraz ze wzrostem zawartości tych
związków w osadzie ściekowym (rys. 1). Akumulacja związków
4-pierścieniowych również malała wraz ze wzrostem zawartości
tych związków w podłożu, przy czym zjawisko to było bardziej
wyraźne w przypadku roślin jednoliściennych (rys. 2). Podobnie,
akumulacja sumy 5-pierścieniowych WWA również malała wraz ze
wzrostem ich zawartości w podłożu (rys. 3). Różnica w obniżeniu
akumulacji tych związków w roślinach jedno- i dwuliściennych,
mierzona nachyleniem linii trendu, nie była jednak tak wyraźna,
231
Tabela 2. Zawartość WWA w roślinach porastających w 2002 r. petrochemiczne osady ściekowe, μg/kg s.m.
Table 2. PAH content in plants growing on petrochemical sewage sludges in 2002, μg/kg (dry mass)
Nazwa WWA
Fluoren
Liczba
pierścieni
Perz pospolity
Agropyron
repens
Krwawnik
pospolity
Achillea
millefolium
Nawłoć
późna
Solidago
gigantea
Wiklina
Salix sp.
Szczaw
polny
Rumex
acetosella
Wiesiołek
dwuletni
Oenothera
biennis
3
14,40
14,56
23,69
20,15
18,15
13,93
15,93
Komosa biała
Chenopodium
album
Fenantren
3
43,01
90,65
83,97
77,00
77,06
38,85
47,54
Antracen
4
2,48
4,66
3,01
2,21
3,70
2,34
2,99
Fluoranten
4
23,88
73,98
48,65
10,64
44,12
25,27
35,18
Piren
4
13,05
58,06
33,21
30,22
29,07
16,57
22,63
Benzo[a]antracen
4
8,63
32,59
22,05
18,62
12,09
11,11
48,08
Chryzen
4
12,02
66,38
59,49
43,50
11,73
17,46
48,36
Benzo[b]fluoranten
5
3,33
8,70
4,72
7,54
7,77
3,47
4,70
Benzo[k]fluoranten
5
1,19
3,51
1,70
3,04
2,30
1,20
1,39
Benzo[a]piren
5
6,83
12,44
10,03
9,95
9,92
1,99
3,42
Dibenzo[ah]antracen
5
0,86
1,15
0,48
0,77
0,77
0,28
0,39
Benzo[ghi]perylen
6
3,93
6,32
2,64
3,98
4,71
2,42
2,67
Indeno[1,2,3-cd]piren
6
1,46
4,20
1,93
3,39
2,33
1,55
1,42
135,07
377,20
295,57
231,01
223,72
136,44
234,70
Suma WWA
Rys. 1. Akumulacja sumy 3-pierścieniowych WWA w roślinach jednoi dwuliściennych rosnących na petrochemicznych osadach ściekowych
Rys. 2. Akumulacja sumy 4-pierścieniowych WWA w roślinach jednoi dwuliściennych rosnących na petrochemicznych osadach ściekowych
Fig. 1. Accumulation of total 3-ring PAH in monocotyledonous and dicotyledonous plants growing on petrochemical sewage sludges
Fig. 2. Accumulation of total 4-ring PAH in monocotyledonous and dicotyledonous plants growing on petrochemical sewage sludges
jak w przypadku WWA o 4 pierścieniach w cząsteczce. Akumulacja
6-pierścieniowych WWA była podobna, jak w przypadku 5-pierścieniowych WWA. Malała ona wraz ze wzrostem zawartości tych
związków w osadzie ściekowym (rys. 4). Nachylenie linii trendu
wykreślonych dla roślin jedno- i dwuliściennych było podobne,
chociaż w przypadku roślin jednoliściennych linia trendu była nieco
bardziej nachylona.
Rys. 3. Akumulacja sumy 5-pierścieniowych WWA w roślinach jednoi dwuliściennych rosnących na petrochemicznych osadach ściekowych
Fig. 3. Accumulation of total 5-ring PAH in monocotyledonous and dicotyledonous plants growing on petrochemical sewage sludges
232
90/2(2011)
Tabela 3. Zawartość WWA w roślinach porastających w 2003 r. petrochemiczne osady ściekowe, μg/kg s.m.
Table 3. PAH content in plants growing on petrochemical sewage sludges in 2003, μg/kg (dry mass)
Nazwa WWA
Fluoren
Liczba
pierścieni
Perz
pospolity
Agropyron
repens
Trzcinnik
piaskowy
Calamagrostis
epigejos
3
18,10
11,70
Krwawnik
pospolity
Achillea
millefolium
Nawłoć
późna
Solidago
gigantea
Wiklina
Salix sp.
Rdest
powojowaty
Polygonum
convolvulus
Przytulia
czepna
Galium
aparine
Gorczyca
polna
Sinapis
arvensis
16,50
54,20
19,50
14,10
13,50
14,90
Fenantren
3
54,90
29,00
53,00
77,45
44,10
34,80
34,30
43,40
Antracen
4
3,40
1,20
3,50
1,60
3,30
2,70
1,50
4,10
Fluoranten
4
28,30
19,60
47,00
42,45
20,50
19,10
23,00
32,30
Piren
4
16,20
9,40
34,20
24,55
31,60
10,30
11,20
18,40
Benzo[a]antracen
4
2,50
1,60
8,60
7,15
4,30
1,40
1,50
2,20
Chryzen
4
2,30
2,00
4,20
4,10
6,10
2,00
1,40
2,90
Benzo[b]fluoranten
5
1,90
1,30
2,30
2,65
3,60
1,70
1,00
2,20
Benzo[k]fluoranten
5
0,90
0,60
1,00
0,95
1,40
0,50
0,50
1,10
Benzo[a]piren
5
1,40
0,70
1,50
1,00
2,00
1,00
0,80
0,80
Dibenzo[ah]antracen
5
0,30
0,10
0,40
0,45
0,40
0,40
0,30
0,50
Benzo[ghi]perylen
6
1,10
0,60
0,90
0,85
1,30
0,70
0,50
1,20
Indeno[1,2,3-cd]
piren
6
1,50
0,90
1,20
1,05
1,20
0,90
0,70
1,10
132,08
78,70
174,30
218,45
139,30
89,60
90,20
125,10
Suma WWA
Tabela 4. Zawartość WWA w roślinach porastających w 2004 r. petrochemiczne osady ściekowe, μg/kg s.m.
Table 4. PAH content in plants growing on petrochemical sewage sludges in 2004, μg/kg (dry mass)
Nazwa WWA
Fluoren
Liczba
pierścieni
Perz
pospolity
Agropyron
repens
3
31,27
28,89
21,48
Trzcinnik
piaskowy
Calamagrostis
epigejos
Wiechlina
łąkowa
Poa
pratensis
Krwawnik
pospolity
Achillea
millefolium
Nawłoć
późna
Solidago
gigantea
Wiklina
Salix sp.
Rdest
powojowaty
Polygonum
convolvulus
Przytulia
czepna
Galium
aparine
42,49
50,39
61,33
26,14
28,70
Fenantren
3
70,05
51,68
41,11
74,74
82,87
76,61
56,96
48,80
Antracen
4
7,39
4,53
3,59
8,01
4,48
7,01
6,33
5,29
Fluoranten
4
46,49
27,20
27,1
50,83
41,98
38,94
34,57
28,87
Piren
4
28,67
19,14
15,54
26,32
29,97
26,06
25,98
19,51
Benzo[a]antracen
4
1,85
0,57
0,98
2,44
1,60
3,34
1,10
1,22
Chryzen
4
8,18
4,18
3,97
4,42
6,21
13,82
5,45
4,84
Benzo[b]fluoranten
5
4,62
2,72
2,74
4,14
3,62
6,12
3,16
2,81
Benzo[k]fluoranten
5
2,28
1,12
0,94
1,59
1,45
2,63
1,36
1,29
Benzo[a]piren
5
3,62
2,09
1,58
2,99
2,42
4,51
2,33
2,47
Dibenzo[ah]antracen
5
1,83
0,47
0,78
1,26
0,00
1,44
1,29
0,97
Benzo[ghi]perylen
6
1,81
0,91
0,79
0,76
1,20
2,16
1,06
1,03
Indeno[1,2,3-cd]piren
6
1,69
1,15
0,53
0,76
1,24
2,19
1,33
1,10
209,75
144,65
121,13
220,75
227,43
246,16
167,06
146,90
Suma WWA
Dyskusja
Zawartość WWA w osadach ściekowych pochodzenia petrochemicznego była niższa niż oczekiwano i wynosiła 1563 μg/kg s.m.,
podczas gdy inni autorzy w osadach ściekowych pochodzących z przemysłu karbochemicznego oznaczyli nawet ok. 100 000 μg WWA/kg
s.m.9). Literatura podaje, że w osadach ściekowych pochodzenia petrochemicznego zawartość WWA jest znacznie wyższa niż w osadach
ściekowych pochodzenia komunalnego10). Prawdopodobną przyczyną
niższej niż spodziewana średniej zawartości WWA było zastoso-
90/2(2011)
wanie w zakładzie nowoczesnej technologii oczyszczania ścieków.
Właściwości chemiczne petrochemicznych osadów ściekowych również mogły mieć wpływ na niższą zawartość omawianych związków.
Osady ściekowe PKN Orlen w Płocku charakteryzowały się odczynem
zasadowym, podczas gdy większe ilości WWA oznaczane są w podłożu o odczynie kwaśnym11).
W badanych osadach oznaczono najwięcej WWA o większej masie
cząsteczkowej. Największy procentowy udział w sumie WWA miały
węglowodory o 6 pierścieniach w cząsteczce, zaś najmniej było
związków 3-pierścieniowych. Procentowy udział badanych WWA
233
Tabela 5. Współczynniki akumulacji WWA o określonej liczbie pierścieni
w cząsteczce w roślinach jedno- i dwuliściennych rosnących na petrochemicznych osadach ściekowych
Table 5. Accumulation coefficients of PAH with varying ring number in the
molecule in monocotyledonous and dicotyledonous plants growing on petrochemical sewage sludges
WWA
Trójpierścieniowe
Czteropierścieniowe
Pięciopierścieniowe
Sześciopierścieniowe
Rośliny jednoliścienne Rośliny dwuliścienne
minimum maksimum minimum maksimum
0,24
0,019
0,004
0,0009
0,49
0,53
0,03
0,01
0,18
0,02
0,003
0,001
0,89
0,93
0,07
0,01
Rys. 4. Akumulacja sumy 6-pierścieniowych WWA w roślinach jednoi dwuliściennych rosnących na petrochemicznych osadach ściekowych
Fig. 4. Accumulation of total 6-ring PAH in monocotyledonous and dicotyledonous plants growing on petrochemical sewage sludges
o określonej liczbie pierścieni w sumie ich zawartości oznaczonej
w tych osadach można przedstawić w szeregu:
6-pierścieniowe > 5-pierścieniowe > 4-pierścieniowe > 3-pierścieniowe.
Uzyskane wyniki badań różnią się od wyników uzyskanych przez
innych autorów, którzy zaobserwowali najwyższy procentowy udział
WWA o 3 pierścieniach w cząsteczce. W badanych osadach ściekowych dominującym WWA był benzo[ghi]perylen12). Kolejnymi WWA,
których procentowy udział w sumie tych związków był najwyższy, to
indeno[1,2,3-cd]piren, benzo[b]fluoranten, fenantren i benzo[a]piren.
Węglowodorami o najmniejszym procentowym udziale w sumie WWA
były chryzen, benzo[a]antracen i antracen.
Zawartość WWA w roślinach rosnących na badanych osadach
ściekowych była wyższa niż ich zawartość w roślinach rosnących na
terenach niezanieczyszczonych, w których zawartość WWA nie przekracza na ogół 80 μg/kg s.m. i waha się od 0,1 do 90 μg/kg s.m.13, 14).
Zawartość WWA w roślinach dwuliściennych była wyższa niż
w roślinach jednoliściennych. Niektórzy autorzy podają, że rośliny dwuliścienne pobierają większe ilości WWA niż rośliny jednoliścienne9, 15).
We wszystkich badanych roślinach dominowały węglowodory
o 3 i 4 pierścieniach w cząsteczce, zaś najmniej było związków
6-pierścieniowych. Również inni autorzy stwierdzili w sumie WWA
dominujący udział węglowodorów o 3 pierścieniach w cząsteczce,
zaś kolejnymi związkami o największym procentowym udziale w ich
sumie były WWA 4-pierścieniowe16, 17). Badania te wskazały również
na najmniejszy procentowy udział węglowodorów o 6 pierścieniach
w cząsteczce. Przyczyną tego zjawiska może być obecność we
234
frakcji łatwo biodostępnej głównie węglowodorów o niższej masie
cząsteczkowej18). Zaobserwowano, że w roślinach jednoliściennych
dominowały węglowodory 3-pierścieniowe, a w roślinach dwuliściennych 4-pierścieniowe.
Występowanie badanych grup WWA w analizowanych roślinach,
bez względu do której klasy należały, można przedstawić w szeregu:
3-pierścieniowe > 4-pierścieniowe > 5-pierścieniowe > 6-pierścieniowe.
Kolejność występowania omawianych grup związków w roślinach
różniła się od kolejności ich występowania w badanych osadach
ściekowych. W roślinach oznaczono najwięcej WWA 3- i 4-pierścieniowych, podczas gdy w osadach ściekowych, na których te
rośliny rosły, dominowały związki o 5 i 6 pierścieniach w cząsteczce.
Uzyskane wyniki pozwalają przypuszczać, że istnieje wybiórczość
roślin w pobieraniu WWA, zaś przyczyną pobierania przez rośliny
w największych ilościach WWA o 3 i 4 pierścieniach w cząsteczce jest
najprawdopodobniej ich większa rozpuszczalność w wodzie w porównaniu do WWA o wyższej masie cząsteczkowej6). Zaobserwowano zróżnicowanie procentowego udziału węglowodorów o 5 i 6 pierścieniach
w cząsteczce w sumie WWA wśród roślin dominujących na badanych
osadach ściekowych, natomiast procentowy udział węglowodorów
3- i 4-pierścieniowych był na ogół zbliżony we wszystkich gatunkach.
Otrzymane wyniki pokazują, że skład jakościowy badanych WWA
w roślinach był podobny. Natomiast zawartość sumy tych związków
oraz poszczególnych węglowodorów różniła się pomiędzy gatunkami
badanych roślin. Spowodowane jest to najprawdopodobniej różnicami morfologicznymi i fizjologicznymi pomiędzy poszczególnymi
gatunkami. Przypuszcza się, że istnieją gatunki wykazujące większą
tendencję do pobierania WWA.
Uzyskane wyniki badań pozwalają przypuszczać, że zróżnicowanie
gatunkowe w pobieraniu WWA ma miejsce głównie w przypadku
WWA 5- i 6-pierścieniowych, gdyż procentowy udział tych związków
w roślinach był różny w zależności od gatunku. Natomiast procentowy
udział związków 3- i 4-pierścieniowych był na ogół zbliżony w badanych gatunkach roślin, zaś tendencja ta była niezależna od gatunku
rośliny.
Badania wykazały, że rośliny rosnące na osadach ściekowych
pochodzenia petrochemicznego akumulowały w największych ilościach fenantren i fluoranten. Badania innych autorów również
wskazują na większą akumulację WWA o 3 i 4 pierścieniach w cząsteczce i niewielką węglowodorów o większej masie cząsteczkowej19).
Kolejnymi WWA były fluoranten, fenantren a także benzo[b]fluoranten. Porównanie akumulacji wielopierścieniowych węglowodorów
aromatycznych w roślinach z zawartością tych związków w osadzie
ściekowym pozwoliło zaobserwować zmniejszanie się akumulacji
tych związków w większości roślin wraz ze wzrostem ich zawartości
w osadzie ściekowym. Odmienna tendencja miała miejsce jedynie
w przypadku benzo[k]fluorantenu (zarówno dla roślin jedno- jak
i dwuliściennych) oraz indeno[1,2,3-cd]pirenu (tylko dla roślin dwuliściennych). Prawdopodobną przyczyną obniżania się akumulacji WWA
w badanych roślinach wraz ze wzrostem ich zawartości w podłożu
była wysoka zawartość materii organicznej w osadach ściekowych,
która sięgała nawet 75%. Literatura podaje, że WWA są na ogół
bardziej dostępne dla roślin rosnących na glebach piaszczystych
o małej zawartości materii organicznej20). Wraz ze wzrostem zawartości materii organicznej w podłożu, np. po wprowadzeniu osadów
ściekowych, dostępność WWA dla roślin zmniejsza się. Spowodowane
jest to zwiększoną adsorpcją węglowodorów na cząsteczkach fazy
stałej gleby, co w konsekwencji zmniejsza ulatnianie się WWA oraz
powoduje obniżenie stężenia WWA w roztworze glebowym. Może to
prowadzić do zmniejszonego pobierania WWA z powietrza oraz z podłoża, przy jednoczesnym zwiększaniu się w nim zawartości omawianych związków. Wysoka zawartość substancji organicznej w podłożu
powoduje silną sorpcję WWA i obniżenie ich stężenia w roztworze
glebowym, istotnie zmniejszając biodostępność tych związków dla
organizmów żywych, w tym również dla roślin21, 22). Zjawiska te
90/2(2011)
mogą być również przyczyną zmniejszania się pobierania WWA
z podłoża przez rośliny, zaobserwowanego podczas badań wykonanych
w ramach pracy. Zwiększenie zawartości substancji organicznej oraz
zmniejszenie kwasowości gleby, będące wynikiem dodania do niej
kompostu, powoduje zwiększanie trwałości WWA w glebie23). Wynika
z tego, że zasadowy odczyn podłoża może również powodować
obniżenie biodostępności WWA dla organizmów żywych, w tym dla
roślin. Wcześniejsze badania wykazały, że zawartość węglowodorów
nie zwiększała się wykładniczo w życicy wielokwiatowej (Lolium
multiflorum), mimo zwiększania zawartości WWA w podłożu poprzez
dodawanie do niego rosnących dawek osadów ściekowych24), chociaż
są również wyniki odmienne, wykazujące, że zawartość WWA w częściach nadziemnych roślin rośnie wraz ze wzrostem ich zawartości
w podłożu25). Zaobserwowano także zwiększającą się zawartość WWA
w roślinach wraz ze wzrostem zawartości tych związków w podłożu na
początku doświadczenia, jednak akumulacja WWA zaczęła się zmniejszać wraz z upływem czasu17). Na ogół akumulacja WWA wykazywała
większą tendencję spadkową w przypadku roślin jednoliściennych,
rosnących zarówno na osadach ściekowych pochodzenia komunalnego, jak i petrochemicznego. Zjawisko to może być związane z faktem,
że rośliny dwuliścienne na ogół pobierają większe ilości WWA9, 15).
Można przypuszczać, że niewielka akumulacja WWA w częściach
nadziemnych roślin wynika z faktu, że WWA pobierane z podłoża
są magazynowane głównie w podziemnych częściach roślin, zaś ich
transport do części nadziemnych jest niewielki6). Potwierdzają to
badania wskazujące, że zawartość WWA w korzeniach i częściach
nadziemnych roślin zwiększa się wraz ze wzrostem zawartości
węglowodorów w podłożu, jednak zawartość WWA w korzeniach
była wyraźnie większa26). Również badania przeprowadzone przez27)
wskazywały na większą akumulację WWA w korzeniach roślin. Jednak
wg13) w częściach nadziemnych roślin znajduje się nawet 3 razy więcej
WWA niż w częściach podziemnych, co dowodzi, że transport wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych w roślinie jest możliwy. Niektórzy autorzy uważają również, że nawet ok. 95% całkowitej
zawartości fenantrenu i pirenu w nadziemnych częściach roślin może
być efektem transportu tych związków z korzeni26).
Wnioski
W badanych petrochemicznych osadach ściekowych procentowy
udział analizowanych WWA układał się w szeregu:
6-pierścieniowe > 5-pierścieniowe > 4-pierścieniowe > 3-pierścieniowe
a we wszystkich badanych roślinach porastających te osady w szeregu:
3-pierścieniowe > 4-pierścieniowe > 5-pierścieniowe > 6-pierścieniowe.
Badane rośliny dwuliścienne wykazały nieco wyższą zdolność do
akumulacji WWA w porównaniu do roślin jednoliściennych. W roślinach dwuliściennych średnia zawartość tych związków była większa
o 28%, w porównaniu do zawartości badanych WWA w roślinach
jednoliściennych.
Badane rośliny wykazały tendencję do wybiórczego pobierania
WWA 3- i 4-pierścieniowych (fenantren, fluoranten, fluoren, piren,
chryzen), niezależnie od ich zawartości w podłożu. Przyczyną tego
zjawiska była najprawdopodobniej większa rozpuszczalność tych
związków niż pozostałych.
Współczynniki akumulacji wskazują, że wraz ze wzrostem zawartości WWA w badanych osadach ściekowych następuje tendencja
do zmniejszania się akumulacji WWA w roślinach je porastających.
Zjawisko to było bardziej widoczne w roślinach jednoliściennych niż
dwuliściennych.
Otrzymano: 10-11-2010
LITERATURA
  1.C. Durand, V. Ruban, A. Amblès, J. Oudot, Environ. Pollut. 2004, 132, 375.
  2.A. Alfani, G. Maisto, M.V Prati., D. Baldantoni, Atmos. Environ. 2001, 35,
3553.
  3.Hwang Hyun-Min, T.L. Wade, J.L. Sericano, Atmos. Environ. 2003, 37,
2259.
  4.M.T. Piccardo, M. Pala, B. Bonaccurso, A. Stella, A. Redaelli, G. Paola, F.
Valerio, Environ. Pollut. 2005, 133, 293.
  5.B. Janoszka, D. Bodzek, M. Bodzek, Arch. Ochr. Środ. 1997, 23, nr 1-2,
55.
  6.S.R. Wild, K.C. Jones, J. Environ. Qual. 1992, 21, 217.
  7.J. Bernacka, L. Pawłowska, Ochr. Środ. Zas. Nat. 1999, 16, 25.
  8.S.R. Wild, K.S. Waterhouse, S.P. McGrath, K.C. Jones, Environ. Sci. Technol. 1990, 24, nr 11, 1706.
  9.B. Gworek, K. Klimczak, J. Łabętowicz, E. Biernacka, E. Polubiec, M. Borowiak, Roczn. Gleb. 2004, 55, nr 2, 163.
10.W. Bąkowski, D. Bodzek, Arch. Ochr. Środ. 1988, 14, nr 3-4, 197.
11.B. Maliszewska-Kordybach, Arch. Ochr. Środ. 1998, 24, nr 3, 79.
12.P. Oleszczuk, S. Baran, Arch. Ochr. Środ. 2005, 31, nr 4, 79.
13.L. Indeka, Chemiczne skażenia wybranych roślin uprawianych w rejonie
oddziaływania Mazowieckich Zakładów Rafineryjnych i Petrochemicznych, Rozprawy Naukowe i Monografie, Wydawnictwo SGGW, Warszawa
1985 r.
14.B. Smreczak, Roczn. Gleb. 1997, 48, nr 3-4, 37.
15.M.I. Bakker, B. Casado, J.W. Koerselman, J. Tolls, Ch. Kollöffel, Sci. Total
Environ. 2000, 263, 91.
16.M. Kluska, Arch. Ochr. Środ. 2005, 31, nr 1, 61.
17.A. Meudec, J. Dussauze, E. Deslandes, N. Poupart, Chemosphere 2006,
65, 474.
18.B . Smreczak, B. Maliszewska-Kordybach, Roczn. Gleb. 2003, 29,
nr 4, 41.
19.A.W. Watts, T.P. Ballestero, K.H. Gardner, Chemosphere 2006, 62, 1253.
20.R. Duarte-Davidson, K.C. Jones, Sci. Total Environ. 1996, 185, 59.
21.B. Maliszewska-Kordybach, B. Smreczak, Roczn. Gleb. 1999, 50, nr 1-2,
15.
22.B. Maliszewska-Kordybach, B. Smreczak, S. Martyniuk, Roczn. Gleb.
2000, 51, nr 3-4, 5.
23.B. Maliszewska-Kordybach, Arch. Ochr. Środ. 1992, nr 2, 153.
24.S. Kalembasa, B. Wiśniewska, M. Kluska, Arch. Ochr. Środ. 2004, 30, nr
2, 115.
25.B. Bałdyga, J. Wieczorek, S. Smoczyński, Z. Wieczorek, K. Smoczyńska,
Polish J. Environ. Studies 2005, 14, nr 4, 397.
26.Y. Gao, L. Zhu, Chemosphere 2004, 55, 1169.
27.S. Tao, X.C. Jiao, S.H. Chen, W.X. Liu, R.M. Coveney Jr, L.Z. Zhu, Y.M.
Luo, Environ. Pollut. 2006, 140, 406.
Uwaga:
Prenumeratorzy „Przemysłu Chemicznego” otrzymują bezpłatny dostęp do bazy publikacji czasopisma z lat 1993–2010 zawierającej ponad
2500 ar­tykułów naukowych i komentarzy. Odpowiednie adresy i hasła podaje prenumeratorom Zakład Kolportażu Wydawnictwa SIGMA-NOT Sp. z o.o.,
ul. Ku Wisle 7, 00-707 Warszawa, tel.: (22) 840-35-89, 840-59-49, fax: (22) 891-13-74.
Na witrynie www.sigma-not.pl można przeszukać bazę publikacji „Przemysłu Chemicznego” i wyszukać publikacje na interesujący temat, wg słowa
kluczowego, nazwiska autora, nazwy związku chemicznego.
Baza jest dostępna dla wszystkich, ale instytucje i osoby nie prenumerujące pisma muszą wnieść opłatę w wysokości:
• 3,00 zł netto (3,69 zł brutto) publikacja krótka (do 1 strony), plik PDF
• 5,00 zł netto (6,15 zł brutto) za jedną publikacją dwu i więcej stronicową w formie pliku PDF
• 9,00 zł netto (11,07 zł brutto) za cały zeszyt „Przemysłu Chemicznego” w formie pliku PDF.
Można wykupić dostęp czasowy do bazy, jego koszt wynosi 15,00 zł netto (18,45 zł brutto) za godzinę. Opłaty za elektroniczną wersję publikacji można
wnosić w formie SMS, karta kredytową i przelewem.
90/2(2011)
235