Biomonitoring znečištění atmosféry těžkými kovy pomocí chemické analýzy mechu

Bc. Kateřina HEJZLAROVÁ

Master's thesis

Bio-monitoring the pollution of the atmosphere by heavy metals using chemical analysis of moss

Abstract:

Ke zjišťování hodnot atmosférického spadu těžkých kovů se v rámci celoevropského biomonitorovacího průzkumu, který je součástí mezinárodního programu OSN EHK ICP Vegetace, používá spektrometrická analýza vzorků mechu. Cílem mé práce bylo pomocí stejné metody podrobněji stanovit úroveň znečištění atmosféry na území severovýchodních Čech vybranými 6 těžkými kovy (Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, a Zn) a zjistit, jak je naměřená koncentrace sledovaných prvků ovlivněna podkorunovými srážkami a zda se liší obsahy látek v mladších a starších segmentech mechu. Odběr vzorků jsem provedla opakovaně ve třech po sobě jdoucích letech (2011, 2012, 2013) na 12 lokalitách. Na každé z nich jsem zvolila 2 odběrová místa (pod korunami stromů a mimo okapovou zónu korun stromů) a každý vzorek byl následně ještě rozdělen na mladší a starší části rostlin. Celkem bylo analyzováno 144 vzorků mechu druhu travník Schreberův (Pleurozium schreberi). Naměřené koncentrace Cd, Cu a Pb byly signifikantně vyšší ve vzorcích odebraných pod korunami stromů než ve vzorcích odebraných na světlinách. Koncentrace Cd a Pb byly také signifikantně vyšší ve starších segmentech mechu. Naproti tomu koncentrace Cu byla vyšší v mladších částech rostlin. U Zn nebyl zjištěn signifikantní rozdíl ani mezi místy odběru ani mezi různě starými segmenty mechu. Naměřené koncentrace Cr a Ni byly tak nízké, že více než 50 % hodnot bylo pod mezí detekce přístroje, a výsledky proto nebylo možné statisticky vyhodnotit. V případě Cd, Cu a Pb se podařilo potvrdit předpoklad, že podkorunové srážky významně zvyšují obsah těchto látek v mechu. Zjištěné rozdíly v koncentracích Cd, Cu a Pb ve starších a mladších částech mechu nelze na základě této studie jednoznačně interpretovat, výrazně vyšší hodnoty koncentrace Cu v mladších segmentech ale poukazují na možnost, že je kov ze starších segmentů mechu vymýván. Za účelem porovnání nově získaných dat s výsledky mezinárodní studie jsem v r. 2013 odebrala vzorky také z 5 lokalit používaných pro účely uvedeného celoevropského biomonitorovacího průzkumu. Oproti předchozím zjištěním byly mnou naměřené hodnoty Cd a Cr výrazně vyšší. Naměřené koncentrace Cu, Ni, Pb a Zn byly ve většině případů v souladu s dlouhodobým trendem koncentrací těchto prvků na studovaném území.

Abstract:

The European bio-monitoring survey aimed at determining the atmospheric deposition rates of heavy metals, which is a part of the international UNECE ICP Vegetation programme, exploits spectrometric analysis of moss samples. The aim of my work was to determine, in greater detail, the level of air pollution in northeastern Bohemia with selected 6 heavy metals (Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, a Zn) using the same method and to find out how the concentrations of the monitored elements are influenced by throughfall and whether there are any differences in their levels between younger and older segments of the moss plants. I collected the moss samples repeatedly, in three consecutive years (2011, 2012, 2013) at 12 sampling plots. At each sampling plot, I chose 2 different sampling locations (under the tree canopy closure versus outside the canopy drip zone). Each sample was divided into two parts: one containing younger segments of the plants and the other containing older ones. In total, 144 samples of Pleurozium schreberi were analysed. The detected concentrations of Cd, Cu and Pb were significantly higher in samples collected under the canopy closure than in those collected in gaps. The concentrations of Cd and Pb were also significantly higher in older segments of the moss plants. On the contrary, the concentration of Cu was higher in younger segments of the plants. No significant differences have been found for Zn, neither as regards different sampling locations, nor as regards younger versus older segments of the moss plants. The concentrations of Cr and Ni measured were so low that over 50 % of all values were below the detection limit of the analytical device used, and therefore the results could not be statistically evaluated. In case of Cd, Cu and Pb, I managed to confirm the assumption that the throughfall significantly increases the contents of these substances in moss. The differences in concentrations of Cd, Cu and Pb between younger and older segments of the plants cannot be clearly interpreted based on this study. Nevertheless, the higher Cu concentration values found in the younger segments of the plants suggest that the metal may be washed out of the segments. To be able to compare the newly acquired data with the results of the international study, I also collected samples in 2013 from 5 sampling plots used for the European bio-monitoring survey mentioned above. As compared to the previous results, I found substantially higher concentrations of Cd and Cr. In most cases, the detected concentrations of Cu, Ni, Pb and Zn were in line with the long-term trend of the concentration values of these elements in the study area.

Keywords

bryomonitoring, emise, chrom, kadmium, měď, nikl, olovo, Travník Schreberův, zinek

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 19. 12. 2016

Thesis defence

• Supervisor: RNDr. Zbyněk Hradílek, Ph.D.

PALACKÝ UNIVERSITY OLOMOUC

Faculty of Science

Master programme / field:
Ecology and Environmental Protection / Environmental Science