Beata JANECKA - Pro Futuro

Beata JANECKA
Instytut Inżynierii Środowiska, Politechnika Częstochowska
email: bjanecka@is.pcz.czest.pl, tel. (034) 3257334
Test Lepidium jako wstępna ocena kierunków remediacji
Słowa kluczowe
test Lepidium – testy biologiczne – remediacja – zanieczyszczenia gleby
Key words
Lepidium test – biological test – remediation – soil contamination
Streszczenie
Wrażliwość rzeżuchy ogrodowej (Lepidium sativum) na czynniki fitotoksyczne stwarza
możliwość zastosowania tego gatunku w testach biologicznych do oceny stanu środowiska
gruntowego i wodnego. Test Lepidium jest szeroko stosowany do wstępnej, szybkiej i taniej
oceny fitotoksycznej gleby zanieczyszczonej metalami ciężkimi, związkami ropopochodnymi,
czy wielopierścieniowymi węglowodorami aromatycznymi.
Test znajduje również zastosowanie do oceny wpływu osadów ściekowych na glebę przy
ich rekultywacyjnym i rolniczym wykorzystaniu.
Artykuł jest oceną możliwości zastosowania testu Lepidium do wstępnej oceny kierunków
remediacji zwałowiska odpadów popłuczkowych z górnictwa rud cynkowo – ołowiowych.
Trafny wybór metod remediacji będzie skutkował powodzeniem w zastosowanych działaniach
rekultywacyjnych.
W pracach laboratoryjnych, testy biologiczne stają się konkurencyjne do standardowo stosowanych
analiz fizycznych i chemicznych.
1. Wprowadzenie
Pojęcie remediacji można zdefiniować jako naprawianie, ulepszanie, oczyszczanie gleby
(gruntu). Remediacji mogąpodlegać [Buczkowski i in. 2002]:
− źródła zanieczyszczenia lub skażenia,
− zanieczyszczona gleba,
− zanieczyszczone wody podziemne,
− zanieczyszczone powietrze glebowe.
Remediacji zanieczyszczonego terenu można dokonać poprzez [Buczkowski i in. 2002]:
297

Janecka B.: Test Lepidium jako wstępna ocena kierunków remediacji
− usunięcie lub rozkład zanieczyszczeń,
− przekształcenie zanieczyszczeń w formy mniej toksyczne, mobilne lub reaktywne,
− eliminację zanieczyszczenia ze środowiska poprzez zaburzenie drogi jego,
− przemieszczania się.
Remediacja jest niejednokrotnie procesem skomplikowanym i wieloetapowym. Wybór metody
powinien być poprzedzony charakterystyką terenu uwzględniającą następujące informacje
[Sas – Nowosielska i in. 2005]:
− ocenę zanieczyszczeń terenu metalami ciężkimi (głównie Pb, Zn i/lub Cd),
− ocenę możliwości wegetacji roślin,
− dostępność wody,
− dostępność do mediów,
− dostępność terenu dla pojazdów i sprzętu,
− dane historyczne dotyczące terenu,
− dane dotyczące warunków hydrologicznych i geologicznych.
Wzrost zainteresowania kosztami remediacji zanieczyszczonego środowiska stał się przyczyną
poszukiwania nie tylko efektywnych technologii oczyszczania ale również alternatywnych
narzędzi monitoringu. Obok tradycyjnych analiz chemicznych, często bardzo drogich,
zastosowanie znajdują testy biologiczne, podstawą których jest aktywność biologiczna roślin
oraz wrażliwość na czynniki toksyczne [Maila i Cloete 2005].
Wstępna charakterystyka terenu wymagającego remediacji powinna dostarczyć informacji
między innymi o obecności lub braku czynników toksycznych.
Wrażliwość korzeni Lepidium sativum (rzeżucha ogrodowa) na obecność związków mutagennych
oraz kancerogennych w podłożu pozwala na wykorzystanie tego gatunku w pracach
laboratoryjnych jako testu biologicznego.
Test Lepidium jest testem korzeniowym . Pod wpływem związków cytotoksycznych występuje
inhibicja procesów podziałowych komórek merystematycznych korzeni, co prowadzi
do zahamowania ich rozwoju [Broda i Grabias 1979; Walter i in. 2006; Maila i Cloete 2002;
Gong i in. 2001; Arambašić i in. 1995].
2. Materiał i metodyka badań
2.1 Charakterystyka odpadu
Badania przeprowadzono na materiale pobranym ze zwałowiska odpadów popłuczkowych
z górnictwa rud cynkowo - ołowiowych. zlokalizowanym w Piekarach Śląskich Zwałowisko
powstało w latach 1915 – 1930, stanowią go drobnoziarniste odpady dolomitu i szlamu o granulacji
0 - 10mm,. Z dostępnych wyników analiz chemicznych wynika, że zeskładowany na
zwale materiał zawiera około 6% Zn, 1,5% Pb i 0,1% Cd.
2.2 Stosowane dodatki organiczne
298

Krakowska Konferencja Młodych Uczonych 2007
Można sądzić, że jedną z przyczyn niepowodzeń w rekultywacji zwałowiska odpadów jest
wyraźny brak substancji organicznej, dlatego zasugerowano użycie następujących dodatków
organicznych:
− torf ogrodniczy,
− kompost z odpadów komunalnych pochodzący z katowickiej kompostowni,
− ustabilizowany osad ściekowy z jednej z katowickich oczyszczalni ścieków socjalno –
bytowych (pobrany z poletek osadowych),
− zużyte podłoża stosowane wcześniej do uprawy pieczarek.
Kompost, osad ściekowy jak również zużyte podłoża stosowane do uprawy pieczarek spełniają
wymagania stawiane przy wykorzystaniu tego typu materiału do celów rekultywacyjnych.
2.3 Metodyka badań
Podłoże do badań stanowił odpad pochodzący z przedmiotowego zwału oraz wybrane dodatki
modyfikujące jego skład. Do badań stosowano skiełkowane nasiona rzeżuchy ogrodowej
których korzenie osiągnęły długość ok.1mm.W pierwszej fazie doświadczenia określono
fitotoksyczność odpadu, oraz organicznych dodat-ków. Na płytce Petriego umieszczano
odpowiednio 20 g badanego podłoża, przykrywano bi-bułą, zwilżano i układano po 30
skiełkowanych Kontrolę przygotowano w podobny sposób
na wodzie destylowanej. Każdy wariant doświadczenia wykonano w 3 powtórzeniach. Płytki
umieszczono w cieplarce (25ºC) i inkubowano przez 24 godziny. Po inkubacji korzenie barwiono
czerwienią rutenową, a następnie pod binokularem mierzono ich długość.W drugiej
fazie doświadczenia badano sześć wariantów mieszanek, każdy w 5 powtórzeniach. Metodyka
badań była identyczna jak w fazie pierwszej.
3. Otrzymane wyniki
Tabela 1 zawiera otrzymane uśrednione wyniki długości korzeni rzeżuchy.
Tabela 1. Średnia długość korzeni rzeżuchy w zależności od wariantu doświadczenia
Table 1. Average length of Lepidium roots in different variants of the experiment
Wariant doświadczenia Średnia długość korzeni rzeżuchy
[mm]
Kontrola 14,5
Odpad 18,7
Torf 20,6
Kompost 7,7
Osad ściekowy 4,0
Podłoża stosowane do uprawy pieczarek 3,6
Na rysunki 1 przedstawiono wyniki testu Lepidium dla odpadu i stosowanych dodatków.
Najdłuższe korzenie rzeżuchy uzyskano na torfie co może sugerować, że ta substancja nie będzie
wpływała negatywnie na rozwój i wzrost roślinności stosowanej do rekultywacji. Najkrót-
299

Janecka B.: Test Lepidium jako wstępna ocena kierunków remediacji
szą długości korzeni otrzymano na podłożu do uprawy pieczarek. W stosowanych warunkach
odpad nie wykazywał właściwości mitodepresyjnych.
Długość korzeni rzeżuchy
[mm]
25
20
15
10
5
0
Kontrola
Odpad
Torf
Kompost
Osad ściekowy
Podłoża do uprawy pieczarek
Rys. 1. Średnia długość korzeni rzeżuchy w zależności od wariantu doświadczenia
Fig. 1. Average length of Lepidium roots in different variants of the experiment
W drugiej fazie doświadczenia badano sześć wariantów, każdy w 5 powtórzeniach. Metodyka
wykonania testu była identyczna jak w fazie pierwszej. (Tabela 2).
Kontrola Odpad
Tabela 2. Kombinacje doświadczenia w zależności od zastosowanego dodatku
Table 2. Experiment with different additives
Wariant doświadczenia
Kompost Torf Osad ściekowy
Odpad+1,5%
torfu
Odpad+2,5%
torfu
Odpad+5%
torfu
Odpad+10%
torfu
Odpad+1,5%
kompostu
Odpad+2,5%
kompostu
Odpad+5%
kompostu
Odpad+10%
kompostu
Tabela 3 przedstawia otrzymane uśrednione wyniki.
Odpad+1,5%
osadu ściekowego
Odpad+2,5%
osadu ściekowego
Odpad+5%
osadu ściekowego
Odpad+10%
osadu ściekowego
Podłoża stosowane
do uprawy pieczarek
Odpad+1,5%
podłoża stosowane
do uprawy pieczarek
Odpad+2,5%
podłoża stosowane
do uprawy pieczarek
Odpad+5%
podłoża stosowane
do uprawy pieczarek
Odpad+10%
podłoża stosowane
do uprawy pieczarek
Tabela 3. Średnia długość korzeni rzeżuchy w zależności od wariantu doświadczenia
Table 3. Average length of Lepidium roots in different variants of the experiment
300

Krakowska Konferencja Młodych Uczonych 2007
Wariant doświadczenia
Długość korzeni rzeżuchy w zależności od
procentowego udziału dodawanych substancji
[mm]
Kontrola 21,1
Odpad 21,4
Odpad + 1,5% torfu 15,7
Odpad + 2,5% torfu 15,5
Odpad + 5% torfu 18,9
Odpad + 10% torfu 19,0
Odpad + 1,5% kompostu 21,7
Odpad + 2,5% kompostu 22,3
Odpad + 5% kompostu 22,7
Odpad + 10% kompostu 11,9
Odpad + 1,5% osadu ściekowego 12,6
Odpad + 2,5% osadu ściekowego 11,9
Odpad + 5% osadu ściekowego 7,4
Odpad + 10% osadu ściekowego 5,1
Odpad + 1,5% podłoże do uprawy pieczarek 15,1
Odpad + 2,5% podłoże do uprawy pieczarek 13,1
Odpad + 5% podłoże do uprawy pieczarek 14,7
Odpad + 10% podłoże do uprawy pieczarek 10,9
Poniższe wykresy przedstawiają porównanie średnich długości korzeni rzeżuchy w zależności
od zastosowanego dodatku o tym samym udziale procentowym.
Długość korzeni
rzeżuchy [mm]
Długość korzeni
rzeżuchy [mm]
25
20
15
10
5
0
Kontrola
Odpad
Odpad+1,5%torfu
Odpad+1,5%kompostu
Odpad+1,5%osadu ściekowego
Odpad+1,5%podłoża do pieczarek
Rys. 2. Średnia długość korzeni rzeżuchy w zależności od stosowanego dodatku przy udziale
procentowym wynoszącym 1,5%
Fig. 2. Average length of Lepidium roots in different variants with 1,5% of additive
25
20
15
10
5
0
Kontrola
Odpad
Odpad+2,5%torfu
Odpad+2,5%kompostu
Odpad+2,5%osadu ściekowego
Odpad+2,5%podłoża do pieczarek
Rys. 3. Średnia długość korzeni rzeżuchy w zależności od stosowanego dodatku przy udziale
procentowym wynoszącym 2,5%
Fig. 3. Average length of Lepidium roots in different variants of experiment with 2,5%of additive
301

Długość korzeni
rzeżuchy [mm]
Długośc korzeni
rzezuchy [mm]
25
20
15
10
5
0
Janecka B.: Test Lepidium jako wstępna ocena kierunków remediacji
Kontrola
Odpad
Odpad+5%torfu
Odpad+5%kompostu
Odpad+5%osadu ściekowego
Odpad+5%podłoża do pieczarek
Rys. 4. Średnia długość korzeni rzeżuchy w zależności od stosowanego dodatku przy udziale
procentowym wynoszącym 5%
Fig. 4. Average length of Lepidium roots in different variants of experiment with 5%of additive
25
20
15
10
5
0
Kontrola
Odpad
Odpad+10%torfu
Odpad+10%kompostu
Odpad+10%osadu ściekowego
Odpad+10%podłoża do pieczarek
Rys. 5 Średnia długość korzeni rzeżuchy w zależności od stosowanego dodatku przy udziale
procentowym wynoszącym 10%
Fig. 5 Average length of Lepidium roots in different variants of experiment with 10%of additiv
Analiza danych graficznych wykazała, że niektóre dodatki wymagają rozważnego stosowania.
Dodatek torfu w ilości 5 i 10% do odpadu nie wpłynął na długość korzeni Lepidium
(ok. 20 mm). Na podłożu z dodatkiem kompostu najdłuższe korzenie uzyskano przy dawce 5%
i 10%. Osad ściekowy, wraz ze wzrostem dawki, hamował wydłużenie korzeni. Obserwując
zależności przy stosowaniu dodatku w postaci podłoża do uprawy pieczarek, można stwierdzić,
że przy udziale 1,5% i 10% uzyskano najlepsze wyniki.
Porównując wzrost korzeni rzeżuchy w różnych wariantach doświadczenia przy najniższym
udziale dodatków (1,5%) najlepsze efekty uzyskano stosując kompost. Spośród dodatków stosowanych
w ilości 2,5% również , najlepsze wyniki uzyskano stosując kompost. Analizując
dodatek substancji organicznej w ilości 5% , najdłuższe korzenie rzeżuchy uzyskano na wariancie
z 5% dodatkiem kompostu. Przy 10% dodatku substancji organicznej, najlepsze efekty
uzyskano stosując torf.
4. Podsumowanie i wnioski
Wykonanie testu Lepidium pozwoliło na sformułowanie następujących wniosków:
− można sądzić, że w materiale zwałowiska nie występują czynniki fitotoksyczne które
mogłyby powodować zakłócenia w rozwoju i wzroście roślinności
− szczególna wrażliwość nasion rzeżuchy na zanieczyszczenia organiczne wyklucza ich
obecność w materiale zwałowiska
302

Krakowska Konferencja Młodych Uczonych 2007
− proponowana metoda remediacji będzie polegała na wzbogaceniu podłoża w substancję
organiczną w optymalnych zawartościach procentowych sugerowanych przez uzyskane
wyniki testu Lepidium.Tak dla torfu – 5%, 10% dla kompostu – 1,5%, 2,5% lub 5%,
dla odpadowego podłoża po uprawie pieczarek – 1,5% lub 5%
− nie należy spodziewać się satysfakcjonujących efektów przy wykorzystaniu osadu ściekowego.
Zaobserwowano, że ze wzrostem dawki osadu następowało wyraźne skrócenie
korzeni rzeżuchy
Uzyskane rezultaty dają wstępną, ogólną wiedzę na temat specyfiki zwałowiska. Można
wnioskować, że przyczyną niepowodzeń rekultywacyjnych może być brak substancji organicznej
w podłożu. Testy biologiczne mogą być wykonywane jako wstępny etap charakterystyki
terenu przewidzianego do rekultywacji przed planowanymi doświadczeniami wazonowymi
oraz mikropoletkowymi.
Literatura
Badania sfinansowane w ramach realizacji projekt BW 401/204/07
[1] Buczkowski R., Kondzielski I., Szymański T., Metody remediacji gleb zanieczyszczonych
metalami ciężkimi, Wyd. Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, Toruń, 2002
[2] Sas – Nowosielska A., Kucharski R., Małkowski E., Feasibility studies for phytoremadiation of
metal – contaminated soli, in Manual for soil analysis – analysis – monitoring and assessing soil
bioremediation, Springer Verlag, Berlin – Heidelberg, 2005
[3] Maila M. P., Cloete T. E., The use of biological activities to monitor the removal of fuel
contaminants – perspective for monitoring hydrocarbon contamination: a review, International
Biodeterioration and biodegradation, nr 55, pp. 1 - 8, 2005
[4] Broda B., Grabias B., Ocena biologiczna aktywności cytotoksycznej niektórych związków
chemicznych występujących w środowisku człowieka za pomocą testów roślinnych I. Test
Lepidium, Farmacja Polska XXXV, nr 12, s. 707 – 709, 1979
[5] Walter I., Martínez, Cala V., Heavy metal speciation and phytotoxic effect of three sewage
sludges for agricultular uses, Enviromental Pollution, nr 139, pp. 507 – 514, 2006
[6] Maila M. P., Cloete T. E., Germination of Lepidium sativum as a method to evaluate polycyclic
aromatic hydrocarbons (PAHs) removal from contaminated soil, International Biodeterioration
and biodegradation, nr 50, pp. 107 – 113, 2002
[7] Gong P., Wilke B.-M., Strozzi E., Fleischmann S., Evaluation and refinement of a continuous
seed germination and early seedling growth test the use in the ecotoxicological assessment of soil,
Chemosphere, nr 44, pp. 491 – 500, 2001
[8] Arambašić M.B., Bjelić S., Subakov G., Acute toxicity of heavy metals (copper, lead, zinic),
phenol and sodium on Allium cepa L., Lepidium sativum L. and Daphinia magna St.:
comparative investigation and the practical applications, Pergamon, nr 2, pp.497 – 503, 1995
303

Janecka B.: Test Lepidium jako wstępna ocena kierunków remediacji
Lepidium phytotoxicity as a screening method for phytoremediation
of metal – polluted areas
Abstract
A high sensitivity of Lepidium sativum to phytotoxic substances makes it suitable for the
biological tests conducted to assess the state of land and water environment. Lepidium is
commonly used in tentative, quick and inexpensive phytotoxic properties of soil contaminated
with heavy metals, pertrochemical compounds and polycyclic aromatic hydrocarbons. The test
can also be used to assess the influence of sewage sediments, applied for remediation and
agriculture purpose.
The article describes the trials of applying the Lepidium test as an guidance of
phytoremediation possibilities of spoil dump.
304