Beata JANECKA - Pro Futuro
Beata JANECKA - Pro Futuro
Beata JANECKA - Pro Futuro
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
<strong>Beata</strong> <strong>JANECKA</strong><br />
Instytut Inżynierii Środowiska, Politechnika Częstochowska<br />
email: bjanecka@is.pcz.czest.pl, tel. (034) 3257334<br />
Test Lepidium jako wstępna ocena kierunków remediacji<br />
Słowa kluczowe<br />
test Lepidium – testy biologiczne – remediacja – zanieczyszczenia gleby<br />
Key words<br />
Lepidium test – biological test – remediation – soil contamination<br />
Streszczenie<br />
Wrażliwość rzeżuchy ogrodowej (Lepidium sativum) na czynniki fitotoksyczne stwarza<br />
możliwość zastosowania tego gatunku w testach biologicznych do oceny stanu środowiska<br />
gruntowego i wodnego. Test Lepidium jest szeroko stosowany do wstępnej, szybkiej i taniej<br />
oceny fitotoksycznej gleby zanieczyszczonej metalami ciężkimi, związkami ropopochodnymi,<br />
czy wielopierścieniowymi węglowodorami aromatycznymi.<br />
Test znajduje również zastosowanie do oceny wpływu osadów ściekowych na glebę przy<br />
ich rekultywacyjnym i rolniczym wykorzystaniu.<br />
Artykuł jest oceną możliwości zastosowania testu Lepidium do wstępnej oceny kierunków<br />
remediacji zwałowiska odpadów popłuczkowych z górnictwa rud cynkowo – ołowiowych.<br />
Trafny wybór metod remediacji będzie skutkował powodzeniem w zastosowanych działaniach<br />
rekultywacyjnych.<br />
W pracach laboratoryjnych, testy biologiczne stają się konkurencyjne do standardowo stosowanych<br />
analiz fizycznych i chemicznych.<br />
1. Wprowadzenie<br />
Pojęcie remediacji można zdefiniować jako naprawianie, ulepszanie, oczyszczanie gleby<br />
(gruntu). Remediacji mogąpodlegać [Buczkowski i in. 2002]:<br />
− źródła zanieczyszczenia lub skażenia,<br />
− zanieczyszczona gleba,<br />
− zanieczyszczone wody podziemne,<br />
− zanieczyszczone powietrze glebowe.<br />
Remediacji zanieczyszczonego terenu można dokonać poprzez [Buczkowski i in. 2002]:<br />
297
Janecka B.: Test Lepidium jako wstępna ocena kierunków remediacji<br />
− usunięcie lub rozkład zanieczyszczeń,<br />
− przekształcenie zanieczyszczeń w formy mniej toksyczne, mobilne lub reaktywne,<br />
− eliminację zanieczyszczenia ze środowiska poprzez zaburzenie drogi jego,<br />
− przemieszczania się.<br />
Remediacja jest niejednokrotnie procesem skomplikowanym i wieloetapowym. Wybór metody<br />
powinien być poprzedzony charakterystyką terenu uwzględniającą następujące informacje<br />
[Sas – Nowosielska i in. 2005]:<br />
− ocenę zanieczyszczeń terenu metalami ciężkimi (głównie Pb, Zn i/lub Cd),<br />
− ocenę możliwości wegetacji roślin,<br />
− dostępność wody,<br />
− dostępność do mediów,<br />
− dostępność terenu dla pojazdów i sprzętu,<br />
− dane historyczne dotyczące terenu,<br />
− dane dotyczące warunków hydrologicznych i geologicznych.<br />
Wzrost zainteresowania kosztami remediacji zanieczyszczonego środowiska stał się przyczyną<br />
poszukiwania nie tylko efektywnych technologii oczyszczania ale również alternatywnych<br />
narzędzi monitoringu. Obok tradycyjnych analiz chemicznych, często bardzo drogich,<br />
zastosowanie znajdują testy biologiczne, podstawą których jest aktywność biologiczna roślin<br />
oraz wrażliwość na czynniki toksyczne [Maila i Cloete 2005].<br />
Wstępna charakterystyka terenu wymagającego remediacji powinna dostarczyć informacji<br />
między innymi o obecności lub braku czynników toksycznych.<br />
Wrażliwość korzeni Lepidium sativum (rzeżucha ogrodowa) na obecność związków mutagennych<br />
oraz kancerogennych w podłożu pozwala na wykorzystanie tego gatunku w pracach<br />
laboratoryjnych jako testu biologicznego.<br />
Test Lepidium jest testem korzeniowym . Pod wpływem związków cytotoksycznych występuje<br />
inhibicja procesów podziałowych komórek merystematycznych korzeni, co prowadzi<br />
do zahamowania ich rozwoju [Broda i Grabias 1979; Walter i in. 2006; Maila i Cloete 2002;<br />
Gong i in. 2001; Arambašić i in. 1995].<br />
2. Materiał i metodyka badań<br />
2.1 Charakterystyka odpadu<br />
Badania przeprowadzono na materiale pobranym ze zwałowiska odpadów popłuczkowych<br />
z górnictwa rud cynkowo - ołowiowych. zlokalizowanym w Piekarach Śląskich Zwałowisko<br />
powstało w latach 1915 – 1930, stanowią go drobnoziarniste odpady dolomitu i szlamu o granulacji<br />
0 - 10mm,. Z dostępnych wyników analiz chemicznych wynika, że zeskładowany na<br />
zwale materiał zawiera około 6% Zn, 1,5% Pb i 0,1% Cd.<br />
2.2 Stosowane dodatki organiczne<br />
298
Krakowska Konferencja Młodych Uczonych 2007<br />
Można sądzić, że jedną z przyczyn niepowodzeń w rekultywacji zwałowiska odpadów jest<br />
wyraźny brak substancji organicznej, dlatego zasugerowano użycie następujących dodatków<br />
organicznych:<br />
− torf ogrodniczy,<br />
− kompost z odpadów komunalnych pochodzący z katowickiej kompostowni,<br />
− ustabilizowany osad ściekowy z jednej z katowickich oczyszczalni ścieków socjalno –<br />
bytowych (pobrany z poletek osadowych),<br />
− zużyte podłoża stosowane wcześniej do uprawy pieczarek.<br />
Kompost, osad ściekowy jak również zużyte podłoża stosowane do uprawy pieczarek spełniają<br />
wymagania stawiane przy wykorzystaniu tego typu materiału do celów rekultywacyjnych.<br />
2.3 Metodyka badań<br />
Podłoże do badań stanowił odpad pochodzący z przedmiotowego zwału oraz wybrane dodatki<br />
modyfikujące jego skład. Do badań stosowano skiełkowane nasiona rzeżuchy ogrodowej<br />
których korzenie osiągnęły długość ok.1mm.W pierwszej fazie doświadczenia określono<br />
fitotoksyczność odpadu, oraz organicznych dodat-ków. Na płytce Petriego umieszczano<br />
odpowiednio 20 g badanego podłoża, przykrywano bi-bułą, zwilżano i układano po 30<br />
skiełkowanych Kontrolę przygotowano w podobny sposób<br />
na wodzie destylowanej. Każdy wariant doświadczenia wykonano w 3 powtórzeniach. Płytki<br />
umieszczono w cieplarce (25ºC) i inkubowano przez 24 godziny. Po inkubacji korzenie barwiono<br />
czerwienią rutenową, a następnie pod binokularem mierzono ich długość.W drugiej<br />
fazie doświadczenia badano sześć wariantów mieszanek, każdy w 5 powtórzeniach. Metodyka<br />
badań była identyczna jak w fazie pierwszej.<br />
3. Otrzymane wyniki<br />
Tabela 1 zawiera otrzymane uśrednione wyniki długości korzeni rzeżuchy.<br />
Tabela 1. Średnia długość korzeni rzeżuchy w zależności od wariantu doświadczenia<br />
Table 1. Average length of Lepidium roots in different variants of the experiment<br />
Wariant doświadczenia Średnia długość korzeni rzeżuchy<br />
[mm]<br />
Kontrola 14,5<br />
Odpad 18,7<br />
Torf 20,6<br />
Kompost 7,7<br />
Osad ściekowy 4,0<br />
Podłoża stosowane do uprawy pieczarek 3,6<br />
Na rysunki 1 przedstawiono wyniki testu Lepidium dla odpadu i stosowanych dodatków.<br />
Najdłuższe korzenie rzeżuchy uzyskano na torfie co może sugerować, że ta substancja nie będzie<br />
wpływała negatywnie na rozwój i wzrost roślinności stosowanej do rekultywacji. Najkrót-<br />
299
Janecka B.: Test Lepidium jako wstępna ocena kierunków remediacji<br />
szą długości korzeni otrzymano na podłożu do uprawy pieczarek. W stosowanych warunkach<br />
odpad nie wykazywał właściwości mitodepresyjnych.<br />
Długość korzeni rzeżuchy<br />
[mm]<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
Kontrola<br />
Odpad<br />
Torf<br />
Kompost<br />
Osad ściekowy<br />
Podłoża do uprawy pieczarek<br />
Rys. 1. Średnia długość korzeni rzeżuchy w zależności od wariantu doświadczenia<br />
Fig. 1. Average length of Lepidium roots in different variants of the experiment<br />
W drugiej fazie doświadczenia badano sześć wariantów, każdy w 5 powtórzeniach. Metodyka<br />
wykonania testu była identyczna jak w fazie pierwszej. (Tabela 2).<br />
Kontrola Odpad<br />
Tabela 2. Kombinacje doświadczenia w zależności od zastosowanego dodatku<br />
Table 2. Experiment with different additives<br />
Wariant doświadczenia<br />
Kompost Torf Osad ściekowy<br />
Odpad+1,5%<br />
torfu<br />
Odpad+2,5%<br />
torfu<br />
Odpad+5%<br />
torfu<br />
Odpad+10%<br />
torfu<br />
Odpad+1,5%<br />
kompostu<br />
Odpad+2,5%<br />
kompostu<br />
Odpad+5%<br />
kompostu<br />
Odpad+10%<br />
kompostu<br />
Tabela 3 przedstawia otrzymane uśrednione wyniki.<br />
Odpad+1,5%<br />
osadu ściekowego<br />
Odpad+2,5%<br />
osadu ściekowego<br />
Odpad+5%<br />
osadu ściekowego<br />
Odpad+10%<br />
osadu ściekowego<br />
Podłoża stosowane<br />
do uprawy pieczarek<br />
Odpad+1,5%<br />
podłoża stosowane<br />
do uprawy pieczarek<br />
Odpad+2,5%<br />
podłoża stosowane<br />
do uprawy pieczarek<br />
Odpad+5%<br />
podłoża stosowane<br />
do uprawy pieczarek<br />
Odpad+10%<br />
podłoża stosowane<br />
do uprawy pieczarek<br />
Tabela 3. Średnia długość korzeni rzeżuchy w zależności od wariantu doświadczenia<br />
Table 3. Average length of Lepidium roots in different variants of the experiment<br />
300
Krakowska Konferencja Młodych Uczonych 2007<br />
Wariant doświadczenia<br />
Długość korzeni rzeżuchy w zależności od<br />
procentowego udziału dodawanych substancji<br />
[mm]<br />
Kontrola 21,1<br />
Odpad 21,4<br />
Odpad + 1,5% torfu 15,7<br />
Odpad + 2,5% torfu 15,5<br />
Odpad + 5% torfu 18,9<br />
Odpad + 10% torfu 19,0<br />
Odpad + 1,5% kompostu 21,7<br />
Odpad + 2,5% kompostu 22,3<br />
Odpad + 5% kompostu 22,7<br />
Odpad + 10% kompostu 11,9<br />
Odpad + 1,5% osadu ściekowego 12,6<br />
Odpad + 2,5% osadu ściekowego 11,9<br />
Odpad + 5% osadu ściekowego 7,4<br />
Odpad + 10% osadu ściekowego 5,1<br />
Odpad + 1,5% podłoże do uprawy pieczarek 15,1<br />
Odpad + 2,5% podłoże do uprawy pieczarek 13,1<br />
Odpad + 5% podłoże do uprawy pieczarek 14,7<br />
Odpad + 10% podłoże do uprawy pieczarek 10,9<br />
Poniższe wykresy przedstawiają porównanie średnich długości korzeni rzeżuchy w zależności<br />
od zastosowanego dodatku o tym samym udziale procentowym.<br />
Długość korzeni<br />
rzeżuchy [mm]<br />
Długość korzeni<br />
rzeżuchy [mm]<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
Kontrola<br />
Odpad<br />
Odpad+1,5%torfu<br />
Odpad+1,5%kompostu<br />
Odpad+1,5%osadu ściekowego<br />
Odpad+1,5%podłoża do pieczarek<br />
Rys. 2. Średnia długość korzeni rzeżuchy w zależności od stosowanego dodatku przy udziale<br />
procentowym wynoszącym 1,5%<br />
Fig. 2. Average length of Lepidium roots in different variants with 1,5% of additive<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
Kontrola<br />
Odpad<br />
Odpad+2,5%torfu<br />
Odpad+2,5%kompostu<br />
Odpad+2,5%osadu ściekowego<br />
Odpad+2,5%podłoża do pieczarek<br />
Rys. 3. Średnia długość korzeni rzeżuchy w zależności od stosowanego dodatku przy udziale<br />
procentowym wynoszącym 2,5%<br />
Fig. 3. Average length of Lepidium roots in different variants of experiment with 2,5%of additive<br />
301
Długość korzeni<br />
rzeżuchy [mm]<br />
Długośc korzeni<br />
rzezuchy [mm]<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
Janecka B.: Test Lepidium jako wstępna ocena kierunków remediacji<br />
Kontrola<br />
Odpad<br />
Odpad+5%torfu<br />
Odpad+5%kompostu<br />
Odpad+5%osadu ściekowego<br />
Odpad+5%podłoża do pieczarek<br />
Rys. 4. Średnia długość korzeni rzeżuchy w zależności od stosowanego dodatku przy udziale<br />
procentowym wynoszącym 5%<br />
Fig. 4. Average length of Lepidium roots in different variants of experiment with 5%of additive<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
Kontrola<br />
Odpad<br />
Odpad+10%torfu<br />
Odpad+10%kompostu<br />
Odpad+10%osadu ściekowego<br />
Odpad+10%podłoża do pieczarek<br />
Rys. 5 Średnia długość korzeni rzeżuchy w zależności od stosowanego dodatku przy udziale<br />
procentowym wynoszącym 10%<br />
Fig. 5 Average length of Lepidium roots in different variants of experiment with 10%of additiv<br />
Analiza danych graficznych wykazała, że niektóre dodatki wymagają rozważnego stosowania.<br />
Dodatek torfu w ilości 5 i 10% do odpadu nie wpłynął na długość korzeni Lepidium<br />
(ok. 20 mm). Na podłożu z dodatkiem kompostu najdłuższe korzenie uzyskano przy dawce 5%<br />
i 10%. Osad ściekowy, wraz ze wzrostem dawki, hamował wydłużenie korzeni. Obserwując<br />
zależności przy stosowaniu dodatku w postaci podłoża do uprawy pieczarek, można stwierdzić,<br />
że przy udziale 1,5% i 10% uzyskano najlepsze wyniki.<br />
Porównując wzrost korzeni rzeżuchy w różnych wariantach doświadczenia przy najniższym<br />
udziale dodatków (1,5%) najlepsze efekty uzyskano stosując kompost. Spośród dodatków stosowanych<br />
w ilości 2,5% również , najlepsze wyniki uzyskano stosując kompost. Analizując<br />
dodatek substancji organicznej w ilości 5% , najdłuższe korzenie rzeżuchy uzyskano na wariancie<br />
z 5% dodatkiem kompostu. Przy 10% dodatku substancji organicznej, najlepsze efekty<br />
uzyskano stosując torf.<br />
4. Podsumowanie i wnioski<br />
Wykonanie testu Lepidium pozwoliło na sformułowanie następujących wniosków:<br />
− można sądzić, że w materiale zwałowiska nie występują czynniki fitotoksyczne które<br />
mogłyby powodować zakłócenia w rozwoju i wzroście roślinności<br />
− szczególna wrażliwość nasion rzeżuchy na zanieczyszczenia organiczne wyklucza ich<br />
obecność w materiale zwałowiska<br />
302
Krakowska Konferencja Młodych Uczonych 2007<br />
− proponowana metoda remediacji będzie polegała na wzbogaceniu podłoża w substancję<br />
organiczną w optymalnych zawartościach procentowych sugerowanych przez uzyskane<br />
wyniki testu Lepidium.Tak dla torfu – 5%, 10% dla kompostu – 1,5%, 2,5% lub 5%,<br />
dla odpadowego podłoża po uprawie pieczarek – 1,5% lub 5%<br />
− nie należy spodziewać się satysfakcjonujących efektów przy wykorzystaniu osadu ściekowego.<br />
Zaobserwowano, że ze wzrostem dawki osadu następowało wyraźne skrócenie<br />
korzeni rzeżuchy<br />
Uzyskane rezultaty dają wstępną, ogólną wiedzę na temat specyfiki zwałowiska. Można<br />
wnioskować, że przyczyną niepowodzeń rekultywacyjnych może być brak substancji organicznej<br />
w podłożu. Testy biologiczne mogą być wykonywane jako wstępny etap charakterystyki<br />
terenu przewidzianego do rekultywacji przed planowanymi doświadczeniami wazonowymi<br />
oraz mikropoletkowymi.<br />
Literatura<br />
Badania sfinansowane w ramach realizacji projekt BW 401/204/07<br />
[1] Buczkowski R., Kondzielski I., Szymański T., Metody remediacji gleb zanieczyszczonych<br />
metalami ciężkimi, Wyd. Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, Toruń, 2002<br />
[2] Sas – Nowosielska A., Kucharski R., Małkowski E., Feasibility studies for phytoremadiation of<br />
metal – contaminated soli, in Manual for soil analysis – analysis – monitoring and assessing soil<br />
bioremediation, Springer Verlag, Berlin – Heidelberg, 2005<br />
[3] Maila M. P., Cloete T. E., The use of biological activities to monitor the removal of fuel<br />
contaminants – perspective for monitoring hydrocarbon contamination: a review, International<br />
Biodeterioration and biodegradation, nr 55, pp. 1 - 8, 2005<br />
[4] Broda B., Grabias B., Ocena biologiczna aktywności cytotoksycznej niektórych związków<br />
chemicznych występujących w środowisku człowieka za pomocą testów roślinnych I. Test<br />
Lepidium, Farmacja Polska XXXV, nr 12, s. 707 – 709, 1979<br />
[5] Walter I., Martínez, Cala V., Heavy metal speciation and phytotoxic effect of three sewage<br />
sludges for agricultular uses, Enviromental Pollution, nr 139, pp. 507 – 514, 2006<br />
[6] Maila M. P., Cloete T. E., Germination of Lepidium sativum as a method to evaluate polycyclic<br />
aromatic hydrocarbons (PAHs) removal from contaminated soil, International Biodeterioration<br />
and biodegradation, nr 50, pp. 107 – 113, 2002<br />
[7] Gong P., Wilke B.-M., Strozzi E., Fleischmann S., Evaluation and refinement of a continuous<br />
seed germination and early seedling growth test the use in the ecotoxicological assessment of soil,<br />
Chemosphere, nr 44, pp. 491 – 500, 2001<br />
[8] Arambašić M.B., Bjelić S., Subakov G., Acute toxicity of heavy metals (copper, lead, zinic),<br />
phenol and sodium on Allium cepa L., Lepidium sativum L. and Daphinia magna St.:<br />
comparative investigation and the practical applications, Pergamon, nr 2, pp.497 – 503, 1995<br />
303
Janecka B.: Test Lepidium jako wstępna ocena kierunków remediacji<br />
Lepidium phytotoxicity as a screening method for phytoremediation<br />
of metal – polluted areas<br />
Abstract<br />
A high sensitivity of Lepidium sativum to phytotoxic substances makes it suitable for the<br />
biological tests conducted to assess the state of land and water environment. Lepidium is<br />
commonly used in tentative, quick and inexpensive phytotoxic properties of soil contaminated<br />
with heavy metals, pertrochemical compounds and polycyclic aromatic hydrocarbons. The test<br />
can also be used to assess the influence of sewage sediments, applied for remediation and<br />
agriculture purpose.<br />
The article describes the trials of applying the Lepidium test as an guidance of<br />
phytoremediation possibilities of spoil dump.<br />
304