Biomonitoring of Heavy Metal Air Pollution in Warsaw Using Two Moss Species Pleurozium schreberi and Sphagnum palustre

• Authors: Krassimira Ilieva-Makulec , Paweł Dariusz Plichta , Maciej Sierakowski

Title variants

PL

Biomonitoring zanieczyszczenia powietrza metalami ciężkimi w Warszawie z wykorzystaniem dwóch gatunków mchów Pleurozium schreberi i Sphagnum palustre

Abstracts

PL

Celem przeprowadzonych badań była ocena zanieczyszczenia powietrza metalami ciężkimi w Warszawie na podstawie przyrostów stężeń wybranych pierwiastków w tkankach mchów. Zastosowano metodę biomonitoringu aktywnego (moss-bag technique) wykorzystując dwa gatunki mchów Pleurozium schreberi (rokietnik pospolity) oraz Sphagnum palustre (torfowiec błotny). Próbki mchów pobrano w Kampinoskim Parku Narodowym, a przygotowane z nich pakieciki wyeksponowano na siedmiu stanowiskach na terenie Warszawy. Analizę metali zakumulowanych w mchach wykonano dwukrotnie w 2020 roku, po dwóch (sierpień-wrzesień) i czterech miesiącach (sierpień-listopad) ekspozycji. Zawartość metali ciężkich (Cr, Cu, Pb, Ni, Fe, Cd and Zn) w mchach oznaczono stosując technikę atomowej spektrometrii emisyjnej ze wzbudzeniem w plazmie indukowanej (ICP OES). Stwierdzono wyraźną zależność kumulacji metali ciężkich w mchach od lokalizacji stanowiska oraz terminu ekspozycji. Oba gatunki mchów kumulowały najwięcej metali w pobliżu emitorów zanieczyszczeń takich jak: huta ArcelorMittal Warszawa, drogi wylotowe lub drogi w mieście o dużym natężeniu ruchu, stacje paliw czy prace budowlane. Po 4 miesiącach ekspozycji, u obu gatunków mchów, największe przyrosty stężeń stwierdzono dla czterech pierwiastków: Cr, Pb, Ni i Cd. Wyższe koncentracje niektórych metali ciężkich w mchach w 2020 roku, w porównaniu z wcześniejszymi badaniami, wskazują na negatywny wpływ postępującej urbanizacji na zanieczyszczenie powietrza w Warszawie.

EN

The aim of the study was to assess air pollution with heavy metals in Warsaw, on the basis of the concentrations of selected elements in moss samples. The active biomonitoring method (moss-bag technique) was applied using two moss species Pleurozium schreberi and Sphagnum palustre. Moss samples were collected in the Kampinos National Park, and the prepared moss bags were distributed and exposed on seven sites in Warsaw. The analysis of metals accumulated in mosses was performed twice in 2020, after two (August-September) and four months (August-November) of exposure. The concentrations of seven heavy metals (Cr, Cu, Pb, Ni, Fe, Cd and Zn) in the mosses were determined, using an Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer (ICP OES). Our results showed a clear dependence of heavy metal accumulation in the mosses on the location of the exposition site and the exposure period. Both species of mosses were found to accumulate the most metals in the vicinity of pollutant emitters, such as the ArcelorMittal Warsaw smelter, exit roads or roads in the city with heavy traffic, petrol stations, or construction works. After 4 months of exposure, in both moss species, the highest increases in the concentrations were found for four elements: Cr, Pb, Ni and Cd.  Higher concentrations of some heavy metals in the mosses in 2020, as compared to previous studies, indicate a negative influence of progressing urbanisation on air pollution in Warsaw.

Keywords

PL

mchy; metale ciężkie; zanieczyszczenie powietrza; Warszawa; bioindykacja

EN

mosses; heavy metals; air pollution; Warsaw; bio-indication

• Publisher: Uniwersytet Kardynała Stefana Wyszyńskiego w Warszawie
• Journal: Studia Ecologiae et Bioethicae
• Year: 2021
• Volume: 19
• Issue: 4
• Pages: 111-124

Dates

published

2021

Contributors

author

Krassimira Ilieva-Makulec

• Instytut Nauk Biologicznych, Uniwersytet Kardynała Stefana Wyszyńskiego w Warszawie

• https://orcid.org/0000000275703822

author

Paweł Dariusz Plichta

• Centrum Ekologii i Ekofilozofii, Uniwersytet Kardynała Stefana Wyszyńskiego w Warszawie

author

Maciej Sierakowski

• Instytut Nauk Biologicznych, Uniwersytet Kardynała Stefana Wyszyńskiego w Warszawie

• https://orcid.org/0000000337702762

References

• Baczewska, Aneta H., Wojciech Dmuchowski, Barbara Gworek, Piotr Dąbrowski, and Paulina Brągoszewska. 2016. “Porównanie metod bioindykacyjnych w ocenie stopnia zanieczyszczenia środowiska metalami ciężkimi w Warszawie.” [Comparison of bio-indicaton methods for assessing the level of air pollution with heavy metals in Warsaw]. Przemysł Chemiczny 95(3): 334-338. doi.10.15199/62.2016.3.1
• Berg Torunn, and Eiliv Steinnes. 1997. “Use of mosses Hylocomium splendens and Pleurozium schreberi as bio-monitors of heavy metal deposition: from relative to absolute deposition values.” Environmental Pollution 98: 61-71.
• Chen, Y.E., Shenfang Yuan, Y.Q. Su, and Lei Wang. 2010. “Comparison of heavy metal accumulation capacity of some indigenous mosses in Southwest China cities: a case study in Chengdu city.” Plant Soil and Environment 56: 60-66.
• Chmielewski, Waldemar, Wojciech Dmuchowski and Barbara Gworek. 1993. „Wykorzystanie metody moss-bag w lokalnym biomonitoringu zanieczyszczenia powietrza metalami ciężkimi.” [Use of the moss-bag method in local biomonitoring of heavy metal air pollution]. Prądnik. Prace i Materiały Muzeum im. Prof. Wł. Szafera (7-8): 181-185.
• Dmuchowski, Wojciech, Marta Badurek, and Waldemar Chmielewski. 2001. “Ocena zanieczyszczenia powietrza metalami ciężkimi (Pb, Cr) w Warszawie w latach 1992-2000 metodą “moss-bag”.” [Atmospheric air pollution with heavy metals (Pb, Cr) in Warsaw in 1992-2000, measured by the “moss-bag” method]. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych 476: 99-105.
• Dmuchowski, Wojciech, and Andrzej Bytnerowicz, 2009. “Long-term (1992–2004) record of lead, cadmium, and zinc air contamination in Warsaw, Poland: Determination by chemical analysis of moss bags and leaves of Crimean linden.” Environmental Pollution 157: 3413–342.
• Feder, William A., William J. Manning, 1978, “Living plants as indicators and monitors.” In Handbook of Methodology for the Assessment of Air Pollution Effects on Vegetation, edited by Walter W. Heck, Sagar V. Krupa, and S.N. Linzon, 91-94. Pittsburgh: TE-2 Agricultural Committee, Air Pollution Control Association, PA.
• GIOŚ 2020 - Roczna ocena jakości powietrza w województwie mazowieckim. Raport wojewódzki za rok 2019, Warszawa: Główny Inspektorat Ochrony Środowiska. [Annual assessment of air quality in the Mazowieckie Voivodeship. The voivodeship report for the year 2019, Warsaw: Chief Inspectorate of Environmental Protection].
• GIOŚ 2021 - Roczna ocena jakości powietrza w województwie mazowieckim. Raport wojewódzki za rok 2020. Warszawa: Główny Inspektorat Ochrony Środowiska. [Annual assessment of air quality in the Mazowieckie Voivodeship. The voivodeship report for the year 2020, Warsaw: Chief Inspectorate of Environmental Protection].
• Goodman, Gordon T., and Taylor M. Roberts. 1971. “Plants and soil as indicators of metals in the air.” Nature 231: 287–292.
• Grodzińska, Krystyna. 1978. “Mosses as bio-indicators of heavy metal pollution in Polish national parks.” Water, Air, and Soil Pollution 9 (1): 83-97.
• Grodzińska, Krystyna, and Grażyna Szarek. 1995. “Skażenie środowiska Polski na tle Europy.” [Environmental pollution in Poland compared to Europe]. Wiadomości Botaniczne 39: 31-38.
• Grodzińska, Krystyna, Grażyna Szarek-Łukaszewska, and Barbara Godzik. 1999. “Survey of heavy metal deposition in Poland using mosses as indicators”. Science of The Total Environment 229 (1-2): 41-51.
• Hu, R., Y. Yan, X. Zhou, Y. Wang, and Y. Fang. 2018. “Monitoring heavy metal contents with Sphagnum junghuhnianum moss bags in relation to traffic volume in Wuxi, China.” International Journal of Environmental Research and Public Health 15, 374.
• Jóźwiak, Małgorzata A., and Kinga Cieplicka. 2012. “Zmiany makroskopowe w organach wegetatywnych mchu Pleurozium schreberi (Bird.) Mitt. pod wpływem zanieczyszczeń komunikacyjnych.” [Macro-scopic changes in vegetative organs of mosses Pleurozium schreberi (Brid.) Mitt. under the influence of traffic pollution]. Rocznik Świętokrzyski. Seria B - Nauki Przyrodnicze. Kieleckie Towarzystwo Naukowe 33: 33-46.
• Kłos, Andrzej. 2017. Mchy w biomonitoringu środowiska. [Mosses in environmental biomonitoring]. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN.
• Kostrz, Małgorzata, and Paweł Satora. 2017. “Związki odpowiedzialne za zanieczyszczenie powietrza.” [The compounds responsible for air pollution]. Ecological Engineering, 18(6): 89-95 DOI: 10.12912/23920629/79820.
• Malzahn, Elżbieta, and Józef Wójcik. 2012. “Metody stosowane w bioindykacji środowiska leśnego Puszczy Białowieskiej” [Methods used in the bio-indication of the forest environment in the Białowieża Primeval Forest]. Acta Agrophysica 19(2): 355-364.
• Rajfur, Małgorzata, Andrzej Kłos, Dorota Gawlik, Ludmila Hysplerova, and Maria Wacławek. 2010. “Akumulacja metali ciężkich w mchach Pleurozium schreberi eksponowanych w pobliżu toru wyścigów samochodowych w Kamieniu Śląskim.” [Accumulation of heavy metals in the mosses Pleurozium schreberi, exposed near the racing track in Kamien Śląski] Proceedings of ECOpole 4(2): 477-482.
• Roberts, Taylor M. 1972. “Plants as monitors of airborne metal pollution.” Journal of Environmental Planning and Pollution Control, 1: 92-97
• Rozbicka, Katarzyna, and Marta Michalak. 2015. “Charakterystyka stężeń wybranych zanieczyszczeń powietrza na obszarze Warszawy (Polska).” [Characteristic of selected air pollutants concentration in Warsaw (Poland)]. Scientific Review – Engineering and Environmental Sciences 68: 193–206.
• Suchara, Ivan, Matej Florek, Barbara Godzik, Blanka Mankovska, Gyula Rabnecz, Julie Sucharova, Zoltàn Tuba, and Paweł Kapusta. 2007. Mapping of main sources of pollutants and their transport in the Visegrad Space. Part I: Eight toxic metals. Export group on bio-monitoring the atmospheric deposition loads in the Visegrad countries. Průhonice, Výzkumný ústav Silva Taroucy pro krajinu a okrasné zahradnictví, v. v. i. Zvolen: KLEMO.
• Tavares, Helena M.C.F., and M. Teresa S.D. Vasconcelos. 1996. “Comparison of lead levels collected by Sphagnum auriculatum and by a low-volume aerosol sampler in the urban atmosphere of Oporto.” Toxicological Environmental Chemistry 54: 195-209. doi.org/10.1080/02772249609358312
• Traczewska, Teodora M. 2011. Biologiczne metody oceny skażenia środowiska. [Biological methods for assessing environmental pollution]. Wrocław: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej.
• Wójciak, Hanna. 2007. Flora Polski. Porosty, mszaki, paprotniki. [Lichens, bryophytes, ferns]. Warszawa: oficyna wydawnicza MULTICO.
• Zechmeister, Harald G., Krystyna Grodzińska, and Grażyna Szarek-Łukaszewska. 2003. “Bryophytes” In Bio-indicators and bio-monitors, edited by Bernd A. Markert, Anton M. Breure, and Harald G. Zechmeister, 329-375. Amsterdam: Elsevier Science B.V.
• Zimny, Henry. 2006. Ekologiczna ocena stanu środowiska. Bioindykacja i biomonitoring [Ecological environmental assessment. Bio-indication and bio-monitoring] Warszawa: Agencja Reklamowo-Wydawnicza Arkadiusz Grzegorczyk.

Identifiers

DOI

10.21697/seb.2021.19.4.09

Biblioteka Nauki

1991489