BIODOSTĘPNOŚĆ WIELOPIERŚCIENIOWYCH WĘGLOWODORÓW AROMATYCZNYCH (WWA) W GLEBACH

W Komunikacie Komisji Europejskiej do Rady Europy, Parlamentu Europej­skiego, Europejskiego Komitetu Ekonomiczno-Społecznego oraz Komitetu Regio­nów nt. Strategia w dziedzinie ochrony gleby (KOM(2006)231, 2006) oraz wnio­sku dotyczącym Dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady ustanawiającej ramy dla ochrony gleb (KOM(2006)232, 2006) zanieczyszczenie jest wymieniane wśród głównych czynników degradujących środowisko glebowe na obszarze Europy, po­wodujących utratę przez gleby funkcji produkcyjnej, siedliskowej oraz retencyjnej (Maliszewska-Kordybach i Smreczak 2003, Karczewska 2012). Jedną z grup zanie­czyszczeń organicznych najczęściej występujących w glebach są wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA). Do grupy WWA należą związki m.in. o właści­wościach hydrofobowych, charakteryzujące się długimi czasami połowicznego roz­kładu i powinowactwem w stosunku do glebowej materii organicznej (Maliszewska- -Kordybach i in. 2008 i 2009). WWA mogą przechodzić do łańcucha żywieniowe­go człowieka, wywoływać procesy nowotworowe i mutagenezę oraz zaburzenia funkcji endokrynnych (Smreczak i in. 2013). Niektóre WWA w innych organizmach żywych, jak rośliny czy mikroorganizmy glebowe powodują zahamowanie ich wzrostu i rozwoju (Maliszewska-Kordybach i Smreczak 2000, Sverdrup i in. 2002, Klimkowicz-Pawlas i Maliszewska-Kordybach 2010, Suszek-Łopatka 2014).

Ze względu na niekorzystne efekty, jakie wywołują wysokie stężenia WWA w stosunku do wielu grup organizmów oraz ryzyko przechodzenia tych związków do wód gruntowych, w wielu krajach, w tym również w Polsce, zostały wprowa­dzone dopuszczalne stężenia w glebie pojedynczych związków z tej grupy lub sumy wybranych WWA. Limity te uwzględniają całkowitą zawartość zanieczyszczeń (Maliszewska-Kordybach i in. 2008, Karczewska i Kabała 2017).

Z badań przeprowadzonych w różnych ośrodkach naukowych wynika, że podob­nie jak w przypadku pierwiastków śladowych dla potrzeb przewidywania naraże­nia zdrowia człowieka i oceny efektów środowiskowych równie ważna jak analiza całkowitej zawartości jest analiza zawartości biodostępnej frakcji tych związków (Smreczak i in. 2013, Cachada i in. 2014, Ortega-Calvo i in. 2015). Frakcja biodo­stępna obejmuje związki rozpuszczone w roztworze glebowym i związane z wę­glem rozpuszczalnym oraz słabo zaadsorbowane na stałych komponentach gleby, ulegające w stosunkowo krótkim czasie szybkiej desorpcji do fazy wodnej (Harmsen 2004, Ortega-Calvo i in. 2015). Biodostępność WWA w glebach może zmieniać się w czasie, o czym decydują procesy „starzenia się” zanieczyszczeń odpowiedzialne za wiązanie węglowodorów w glebach oraz procesy rozkładu mikrobiologicznego powodujące ubytek tych związków z gleb (Karczewska 2012, Cachada i in. 2014, Ortega-Calvo i in. 2015).

Bioprzyswajalność (ang. bioavailability) WWA odnosi się do organizmów ży­wych, jest oznaczana z wykorzystaniem testów biologicznych, w których ocenia się bezpośrednie pobranie tych związków przez organizmy testowe oraz pośrednio, analizując oddziaływanie ekotoksyczne zanieczyszczeń organicznych czy zakres ich rozkładu (Maliszewska-Kordybach 1998, Sverdrup i in. 2002, Maliszewska--Kordybach i in. 2007, Klimkowicz-Pawlas i Maliszewska-Kordybach 2010). W celu oznaczenia ilości biodostępnych (ang. bioaccessible) form zanieczyszczeń w glebach coraz częściej stosuje się metody chemiczne. Jedną z najbardziej obie­cujących fizykochemicznych metod oznaczania frakcji biodostępnej WWA w gle­bach i osadach jest procedura analityczna wykorzystująca Tenax-TA jako sorbent zanieczyszczeń organicznych (Cornelissen 2005, Brand i in. 2012). Tenax-TA jest hydrofobowym polimerem adsorbującym cząsteczki WWA, które uległy desorpcji z fazy stałej do fazy wodnej gleb. Wyniki uzyskane z zastosowaniem tej metody były w wielu badaniach (Bogan i Sullivan 2003, Smreczak i in. 2008, Cachada i in. 2014) skorelowane z wynikami testów biologicznych. Zastosowanie chemicznych metod ma istotne znaczenie praktyczne, ponieważ umożliwia oznaczanie składu ilościo­wego i jakościowego biodostępnych WWA oraz analizę czynników, które decydują o zawartości tej formy związków w glebach.

Do niedawna biodostępność zanieczyszczeń organicznych była przedmiotem za­interesowania przede wszystkim naukowców próbujących wyjaśnić i zdefiniować procesy, które o niej stanowią oraz określić czynniki wpływające na procesy trans­formacji substancji szkodliwych w glebach. Obecnie w wielu krajach problematyka biodostępności zanieczyszczeń stała się ważnym zagadnieniem dla decydentów od­powiedzialnych za ochronę środowiska (Harmsen 2007, Brand i in. 2012, Ortega--Calvo i in. 2015); jest traktowana jako ważny wskaźnik w analizie ryzyka środo­wiskowego oraz w przewidywaniu efektywności bioremediacji zanieczyszczonych gruntów.

Pomimo że badania nad biodostępnością WWA w glebach trwają od kilku dekad, to jednak wiele czynników, szczególnie związanych z właściwościami gleb i związ­ków, wymaga szerszego wyjaśnienia (Cui i in. 2013, Cachada i in. 2014, Cipullo i in. 2018, Yu i in. 2018). Stosowanie w badaniach niewielkiej ilości gleb o podobnych właściwościach oraz pojedynczych związków dodawanych do gleb, wykorzysty­wanych jako związki modelowe dla całej grupy WWA nie wyjaśnia szeregu pro­cesów wpływających na biodostępność węglowodorów o bardzo zróżnicowanych właściwościach (Cachada i in. 2014, Yu i in. 2018, Cipullo i in. 2018). W dotychcza­sowych badaniach często też brakuje porównań pomiędzy biodostępnością WWA w glebach sztucznie zanieczyszczonych i zawierających historyczne zanieczyszcze­nia z tej grupy. Porównania takie są niezbędne, ponieważ wyniki badań z WWA dodawanymi do gleb są wykorzystywane m.in. do ustalania dopuszczalnych zawar­tości tych związków w glebach o różnym sposobie użytkowania.

Celem pracy była ocena czynników wpływających na biodostępność wielopier­ścieniowych węglowodorów aromatycznych w glebach sztucznie zanieczyszczo­nych i glebach wykazujących historyczne zanieczyszczenie związkami z tej grupy.

Cele szczegółowe pracy obejmowały:

1. Ocenę zawartości oraz udziału biodostępnej frakcji wielopierścieniowych wę­glowodorów aromatycznych w stosunku do całkowitej zawartości WWA w gle­bach sztucznie zanieczyszczonych oraz glebach wykazujących historyczne za­nieczyszczenie związkami z tej grupy.
2. Ocenę wpływu właściwości WWA, poziomu zanieczyszczenia gleb oraz właści­wości gleb i czasu oddziaływania zanieczyszczenia–gleba na zawartość frakcji biodostępnej wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych w glebach sztucznie zanieczyszczonych oraz glebach zawierających historyczne zanie­czyszczenia z tej grupy.

Badania zakładały weryfikację następujących hipotez:

1. Zawartość i udział frakcji biodostępnej WWA w ogólnej zawartości tych związ­ków zależy od czasu oddziaływania zanieczyszczenia–gleba.
2. Zawartość biodostępnych form WWA jest uwarunkowana poziomem zanieczysz­czenia gleb węglowodorami.
3. Zawartość biodostępnych form WWA zależy od właściwości węglowodorów i właściwości gleb.

Do zweryfikowania hipotez wykorzystano trzy serie doświadczeń. W seriach 1 i 2 zastosowano gleby sztucznie zanieczyszczone WWA, a w serii 3 – gleby histo­rycznie zanieczyszczone związkami z tej grupy.

Podstawowym parametrem, na podstawie którego oceniano ilość biodostępnych form WWA w glebach była zawartość operacyjnie zdefiniowanej frakcji potencjalnie biodostępnej. Frakcję tę stanowi suma WWA rozpuszczonych w roztworze glebo­wym i związanych z rozpuszczalnym węglem organicznym oraz ulegających szyb­kiej desorbcji z fazy stałej do fazy wodnej gleb. Do analizy frakcji biodostępnej zastosowano fizykochemiczną metodę z Tenaxem-TA.

Spis treści