Concentration of polycyclic aromatic hydrocarbons in Hypogymnia Physodes (L.)Nyl. thalli and changes to morphological structure / Kumulacja wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych w plechach Hypogymnia physodes (L.)Nyl. i zmiany w ich budowie morfologicznej

• Authors: Małgorzata Anna Jóźwiak
• Languages of publication: EN

Abstracts

EN

Apart from widely known anthropogenic pollutants as SO2, NOx, CO2, CO, there are another dangerous substances emitted to the air named polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH). In the air they occur in a form of vapours and aerosols deposited on dust particles of 10 μm (PM 10) and 2.5 μm (PM 2.5) in diameter. In cities, the air polluted by gases and atmospheric particulate was analysed using special automatic or semi-automatic equipment or analytic procedures. That is why a powerful development of bioanalytical techniques based on using organisms as bioindicators is observed in recent years. The lichens are the most frequently used organisms in bioindication. The purpose of this research is to evaluate air pollution by PAHs in urban agglomeration with the use of Hypogymnia physodes (L.)Nyl. The research was performed in two hundred thousand occupants in south-east Poland in 2004-2007. The lichens placed on tree branches of 30 cm on 4 crossroads, and the 3 branches were put in each research point. Before starting the exposition, the “O” sample had been collected that had been stored in a closed container before chemical analysis. The exposition period lasted for 3 months. Then PAHs were determined in collected lichens. The analysis was performed with high performance liquid chromatography (HPLC), LiChrosper (TM) column 100 RP - 18, UV detector; λ = 254 nm. The concentration was expressed in mg/kg of dry mass that is after deducting PAH value determined in “O” sample. The analysis of obtained results showed diverse concentration of the pollution in the analysed crossroads depending on the road traffic density and season. PAH concentrations were determined from 0.61 mg·kg-1 d.m. in the 1st quarter of 2004 to 2.56 mg·kg-1 d.m. in the 1st quarter of 2006, and from 0.48 mg·kg-1 d.m. in the 4th quarter of 2004 to 2.22 mg·kg-1 d.m. in the 4th quarter of 2006. Meteorological conditions influence the concentration of PAHs in lichens. The atmospheric precipitation contributed to the decrease of PAHs concentration in the air by scavenging the pollution with atmospheric particulate. The regression line amounted to y = 1.91759 - 0.00674 · x, at the confidence interval equal to p = 0.0308. A relation between the PAH concentration and air relative humidity turned out to be the most essential correlation. This relation indicates that the concentration of PAHs in the lichens increases with an increase of humidity. The line regression amounted to y = -1.04196 + 0.02897 · x, at the confidence interval equal to p = 0.0505.

PL

Obecnie obok powszechnie znanych zanieczyszczeń gazowych pochodzenia antropogennego, takich jak SO2, NOx, CO2, CO, do groźnych substancji dostających się do powietrza zalicza się wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA). W powietrzu występują w postaci par i aerozoli zalegających na cząstkach pyłu o średnicy 10 μm (PM 10) i 2,5 μm (PM 2,5). W miastach zanieczyszczenie powietrza gazami i pyłem zawieszonym bada się przy użyciu specjalistycznej automatycznej lub półautomatycznej aparatury lub z zastosowaniem procedur analitycznych. Takie tradycyjne podejście, polegające na wykorzystaniu aparatury pomiarowej i analizy chemicznej próbek, nie daje jednak pełnej informacji dotyczącej oddziaływań zanieczyszczeń na organizmy żywe. Dlatego też, w ostatnich latach obserwuje się dynamiczny rozwój technik bioanalitycznych wykorzystujących organizmy żywe jako biowskaźniki. Jednymi z najczęściej wykorzystywanych w bioindykacji organizmów są porosty. Celem badań była ocena zanieczyszczenia powietrza WWA w aglomeracji Kielc z wykorzystaniem Hypogymnia physodes (L.)Nyl. Badania przeprowadzono w dwustutysięcznym mieście położonym w południowo-wschodniej Polsce w latach 2004-2007. W mieście, na podstawie poziomu natężenia ruchu kołowego, wytypowano 4 skrzyżowania do badań WWA. Porost Hypogymnia physodes przywożono z Puszczy Boreckiej (NE Polska), obszaru, który dla Polski uznawany jest jako obszar wzorcowo czysty. Porosty, na gałązkach o długości 30 cm, transplantowano w wyznaczonych obszarach, po trzy gałązki w każdym punkcie. Przed każdą ekspozycją pobierano próbkę „O”, którą do czasu analizy chemicznej przechowywano w zamkniętym pojemniku. Ekspozycja każdorazowo trwała 3 miesiące. W zebranych porostach oznaczano WWA. Analizy dokonywano z zastosowaniem HPLC, kolumna Li Chrospher (TM) 100 RP - 18, detektor UV; λ = 254 nm. Stężenie podano w mg·kg-1 suchej masy netto, tj. po odjęciu wartości stężenia WWA oznaczonego w próbce „O”. Plechy po ekspozycji badano w mikroskopie elektronowym skaningowym FEI QUANTA 200 z cyfrowym zapisem obrazu. Analiza uzyskanych danych wykazała zróżnicowanie koncentracji zanieczyszczenia na badanych skrzyżowaniach w zależności od natężenia ruchu kołowego i pory roku. Na wartość stężenia WWA w porostach modyfikująco wpływają warunki meteorologiczne. Opad wpływał na obniżenie WWA w powietrzu poprzez wypłukiwanie go wraz z pyłem zawieszonym. Linia regresji dla skrzyżowania I wynosiła y = 1,91759-0,00674·x, przy przedziale ufności p = 0,0308. Najistotniejsza okazała się korelacja między stężeniem WWA a wilgotnością względną powietrza. Zależność ta wskazuje na wzrost stężenia WWA w porostach wraz ze wzrostem wilgotności. Linia regresji dla skrzyżowania I wynosiła y = -1,04196+0,02897·x, przedział ufności p = 0,0505.

Keywords

EN

air pollution; bioindicators; lichens; morphological change

PL

zanieczyszczenia powietrza; bioindykatory; porosty; zmiany morfologiczne

• Publisher: De Gruyter Open
• Journal: Ecological Chemistry and Engineering S
• Year: 2012
• Volume: 19
• Issue: 4
• Pages: 549-569

Dates

published

1 - 11 - 2012

online

13 - 11 - 2012

Contributors

author

Małgorzata Anna Jóźwiak

• Department of Environment Protection and Modelling of the Jan Kochanowski University, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce, Poland, phone [phone], fax [phone]

References

• [1] Brodo I.M. Ecology. 1961;42:838-841.
• [2] Sloof J.E. Atmos Environ. 1995;29:11-20.
• [3] Garty J, Delarea J. Symbiosis. 1987;3:49-56.
• [4] González CM, Orellana LC, Casanovas SS, Pignata ML, Atmos Environ. 1998;53:73-81. DOI: /10.1006/jema.1998.0194.
• [5] Carreras HA, Pignata ML, Environ Pollut. 2002;117:77-87. DOI:10.1006/jema.1998.0194.[PubMed][Crossref]
• [6] Calvelo S, Liberatore S. J Atmos Chem. 2004;49:199-210. DOI: 10.1016/S0269-7491(01)00164-6.[Crossref]
• [7] Malkholm MM, Bennett JP. Water Air Soil Pollut. 1998;102:427-436.
• [8] Jensen M, Chakir S, Feige GB. Photosynthetica. 1999;37(3):393-404.
• [9] Conti ME, Cecchetti G. Environ. Pollut. 2001;114:471-492. DOI: 10.1023/A:1007151625527.[Crossref][PubMed]
• [10] Conti ME, Tudino M, Stripeikis J, Cecchetti G. J Atmos Chem. 2004;49:83-94.
• [11] Budka D, Przybyłowicz WJ, Mesjasz-Przybyłowicz J, Sawicka-Kapusta K. Nuclear Instruments and Methods in Phys Res B. 2002;189:499-505.
• [12] Białońska D, Dayan FE. J Chem Ecol. 2005;31(12):2975-2991.[PubMed]
• [13] Sawicka-Kapusta K, Zakrzewska M, Gdula-Argasińska J. Air Pollut. 2005;13:465-475. DOI: 10.1007/s10886-005-8408-x.[Crossref]
• [14] Sawicka-Kapusta K, Zakrzewska M, Bydłoń G. Air Pollut. 2007;XV:353-362.
• [15] Jóźwiak M. Natural Environ Monit. 2007;8:51-56.
• [16] Cortés E. J. Radioanal Nuclear Chem. 2003;262(1):269-276.
• [17] Godinho RM, Freitas MC, Wolterbeek HTh. J Atmos Chem. 2004;49:355-361.
• [18] Poličnik H, Batič F, Cvetka RL. J Atmos Chem. 2004;49:223-230.
• [19] Garty J, Levin T, Lehr H, Tomer S, Hochman A. J Atmos Chem. 2004;49:267- 289.
• [20] Burton MAS. Biological monitoring of environmetal contaminants (plants), Rapost 32, GEMS - Monitoring and Assessment Research Centre, King’s College London, London: University of London;1986:32-65.
• [21] Jeran Z, Byrne AR, Batić F. Lichenologist. 1995;27(5):375-385.
• [22] Calatayud A, Temple PJ, Barrend E. Photosyntetica 2000;38:281-286. DOI: 10.1017/S002428299500048X.[Crossref]
• [23] Szczepaniak K, Bziuk M. Environ Res. 2003;93:221-230.[PubMed]
• [24] Jóźwiak MA, Jóźwiak M. Ecol Chem Eng S. 2009;16(3):323-334. DOI: 10.1016/S0013-9351(03)00141-5.[Crossref]
• [25] Häffner E, Lomsky B, Hynek V, Hallgren JE, Batic E, Pfanz H. Water Air and Soil Pollut. 2001;131:185-201.
• [26] Garty J, Kauppi M, Kauppi A. Arch Environ Contam Toxicol. 1997;32:285-290.[PubMed]
• [27] González CM, Pignata ML. Environ Pollut. 1997;97(3):195-203.[PubMed]
• [28] Cuny DCh, van Haluvin and Pesch R. Water Air Soil Pollut. 2000;125:273-289. DOI: 10.1016/S0269-7491(97)00102-4.[Crossref]
• [29] Freitas MC, Pacheco AMG, Baptista MS, Dionisio I, Vasconcelos MT, Carbal JP. Ecol Chem Eng S. 2007;14(7):631-643.
• [30] Schönbeck H. Eine Methode zur Erfassung der biologishen Wirkung von Luftverunreinigungen durch transplantieren Flechten. Staub., 1969;29:14-18.
• [31] Fabiszewski J, Brej T, Bielecki K. Plant indication examinations on environmental influence of copper smelter. Prace Wrocł Tow Nauk Ser B. 1983:1-100.
• [32] Pustelniak L. Application of the transplantation method in studies on the influence of the urban environment upon the vitality of Hypogymnia physodes (L.) Nyl. thalli. Zesz Nauk Univ Jagiell. 1991;22:193-201.
• [33] Sawicka-Kapusta K, Zakrzewska M. Air contamination in Świetokrzyski National Park between 1991-2001 using Hypogymnia physodes as bioindicator. Regional Monit Natural Environ. 2002;3:83-86.
• [34] Jóźwiak MA, Jóźwiak M, Kozłowski R. Bioindicative assessment methods of urban transport impact on the natural environment. Advances in Manufactur Sci Technol Polish Acad Sci. 2010;2:177-199.
• [35] Scheidegger C, Mikhailova I. Lichenologist. 2001;33(6):527-538.
• [36] Garty J. Canad J Bot. 1988;66(4):668-682. DOI: 10.1006/lich.2001.0347.[Crossref]
• [37] Tretiach M, Adamo P, Bargagli R, Baruffo L, Carletti L, Crisafulli P, Giordano S, Modenesi P, Orlando S, Pittao E. Environ Pollut. 2007;146:381-396.
• [38] Jóźwiak M. (Eds.) Report of Environment Protection in Kielce. Kielce City (In Polish); 2006.
• [39] Kojim Y, Inazu K, Hisamatsu Y, Okoci H, Nagojo T. Changes In concentration levels of polycyclic aromatic compounds associated with aiborne particulate master In downtown Tokio after introducing governmental diesel vehicle control. 21th International Symposium on Polycyclic Aromatic Compounds, August 5th-10th 2007 Throndheim, Norway; 2007.
• [40] Jasiewicz C, Spałek I, Baran A. Ecol Chem Eng A. 2007;14 (5-6):465-471.
• [41] Hale M.J. Fine structure of the cortex in the lichen family Permaliaceae viewed with the scaning-electron microscope. Smithsonian Contribution to Botany. 1973;10:1-92.
• [42] Garty J, Delarea J. Symbiosis. 1987;3:49-56.
• [43] Lumbsch HT, Kothe HW. Mycotaxon. 1992;43:277-282.
• [44] Scheidegger C. Reproductive strategies in Vezdea (Lecanorales, lichenized Ascomycetes): a low temperature scanning electron microscopy study of a ruderal species. Crypt Bot. 1995;5:163-171.
• [45] Nimis PL, Scheidegger C, Wolseley PA. (Eds.) Monitoring with Lichens end Monitoring Lichens. Amsterdam: Kluwer; 2002, 208.

Identifiers

DOI

10.2478/v10216-011-0039-2