Rail transport as a local source of soil contamination by heavy metals and polycyclic aromatic hydrocarbons

Środowisko glebowe jest ważnym miejscem krążenia materii i przepływ energii w przyrodzie. Odpowiedzialne za te obiegi są przede wszystkim mikroorganizmy żyjące w glebie, które rozkładają martwą materię organiczną na proste związki. W wielu badaniach udowodniono negatywny wpływ antropogenicznych zanieczyszczeń (np. metali ciężkich i wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych) na procesy glebowe. Można ten wpływ ocenić, m.in poprzez pomiar respiracji podstawowej mikroorganizmów, pomiar ich biomasy czy różnorodności funkcjonalnej. Istnieje wiele prac na temat emisji oraz wpływu na środowisko glebowe zanieczyszczeń z przemysłu oraz transportu drogowego, jednak badań oceniających skutki środowiskowe transportu kolejowego wciąż pozostaje niewiele. Niniejsza praca poświęcona jest zbadaniu jak zanieczyszczenia pochodzące z transportu kolejowego, czyli metale ciężkie i związki ropopochodne, wpływają na aktywność, biomasę i różnorodność funkcjonalną mikroorganizmów glebowych. W grudniu 2013 roku pobrano próbki gleby z dziewięciu różnych lokalizacji na północy Górnego Śląska oraz w okolicach Olkusza, w każdej z nich w trzech odległościach od torów kolejowych równych 0, 20 i 100 m. Następnie mierzono aktywność respiracyjną (BAS) i biomasę mikroorganizmów (SIR) oraz różnorodność funkcjonalną bakterii metodą płytek BIOLOG® . Zbadano także poziom pierwiastków biogennych, mikroelementów, związków ropopochodnych (TPH) oraz trzech metali ciężkich: cynku, ołowiu i kadmu. Odległość od torów nie miała bezpośredniego wpływu na poziom TPH oraz metali ciężkich, a także na wszystkie badane parametry biologiczne; może jednak dodatkowo obciążać glebę, gdy dominują inne zanieczyszczenia. Różnice w stężeniach metali ciężkich wynikały prawdopodobnie z sąsiedztwa przemysłowych źródeł emisji, nie wykazano jednak ich bezpośredniego wpływu na parametry biologiczne – prawdopodobnie z powodu przystosowania się grup bakterii do zanieczyszczeń lub obecności metali w formach biologicznie niedostępnych. Natomiast wykryte ilości związków ropopochodnych były niewielkie, jednak wywierały niewielki negatywny wpływ na respirację oraz różnorodność funkcjonalną bakterii. Podsumowując, kolej jako lokalne źródło zanieczyszczeń gleby ma niewielkie znaczenie.

The soil is an important space for matter and energy circulation. Responsible for this cycling are primarily soil microorganisms which break down organic matter into simple compounds. Many studies have demonstrated the negative effect of the anthropogenic pollution (eg. heavy metals and polycyclic aromatic hydrocarbons) to the soil processes. Now we can assess the environmental impact by measuring the microbial respiration, biomass or functional diversity. There are a lot of researches about the impact of pollution from industry or road transport to soil ecosystem, but studies about the environmental impact of rail transport are still undervalued. This work is dedicated to assess how rail pollution - heavy metals and petroleum compounds - affect the activity, biomass and functional diversity of soil microorganisms. In December 2013 years we collected soil samples from nine different locations in the north of Upper Silesia and in the vicinity of Olkusz, in each of the three distances from the railroad tracks equal 0, 20 and 100 m. Then we measured respiration activity (BAS) and microbial biomass (SIR) and functional diversity of bacteria using BIOLOG® tiles. We also examined the level of biogenic elements, trace elements, petroleum compounds (TPH) and three heavy metals: zinc, lead and cadmium. The distance from the track does not have direct influence on the level of TPH and heavy metals, as well as all the examined biological parameters; it could only additionally overloading the soil when dominate other contaminants. The differences in the concentrations of heavy metals were probably due to vicinity of many industrial emission sources. But them has not been demonstrated their direct impact on biological parameters - may be due to bacterial adaptations to living in polluted area or the presence of metals in biologically unavailable forms. In contrast, the amount of petroleum compounds detected were small, but had little negative effect on respiration and functional diversity of bacteria. In summary, the railway as a local source of pollution for soil has a unconsiderable importance.