Munkánk során potenciálisan toxikus fémek frakcióinak meghatározására alkalmazott analitikai módszereket kívántunk értékelni, azok talajféleségtől való függése alapján.
A talajféleségtől való függés mértéke döntően megszabja a módszer használhatóságát. Jelen dolgozat célja, hogy a Cu, a Zn, a Fe és a Ni környezeti mobilitása szempontjából értékelje a vizsgálatba vont egy- és többlépéses kioldásos módszereket.
Vizsgálatainkhoz a TIM adatbázisból származó négy, eltérő fizikai talajféleségű mintát választottunk (homok-, homokos vályog-, vályog- és agyag-talaj sorrendjében növekvő agyag- és humusztartalommal és pH-val).
Öt különböző kivonószerrel végzett egylépéses extrakciót és kétféle szekvens, azaz 3+1 lépéses egymás utáni extrakciós vizsgálatot végeztünk (BCR és McGrath módszerekkel).
Elvégeztük a minták Magyar Szabvány (MSZ 21470-50) szerinti, mikrohullámú kezeléssel egybekötött, H2O2+HNO3 eleggyel való roncsolását is. Az így megállapított elemtartalom környezetvédelmi szempontból teljes („összes”) elemtartalomnak tekinthető.
A mérési eredmények alapján megkíséreltük kiválasztani a vizsgálatba vont módszerek közül azokat, amelyek a talajból már biztonsággal meghatározható mennyiségű elemet vonnak ki, de a kivont mennyiség még nem a teljes elemtartalommal arányos.
A mikrohullámú feltárással kapott Zn-, Cu-, Fe- és Ni-tartalmak, a homok-, homokos vályog-, vályog- és agyag-talaj sorrendben, vagyis az agyag- és humusztartalmukkal, valamint pH-jukkal párhuzamosan nő. Egy olyan összetett rendszerben, mint a talaj, az egyes talajtulajdonságok, így az agyag- és humusztartalom, valamint a pH hatása vizsgálataink alapján nem különíthető el, de mint várható volt, a nagyobb agyag- és humusztartalmú és magasabb pH-jú talajok ezekből az elemekből többet halmoztak fel.
Mivel a kelátképzőket tartalmazó kivonószerek az összes réztartalomnak mintegy harmadát kivonták, a kivont mennyiség a réztartalommal volt arányos, vagyis a réztartalom növekedésével párhuzamosan nőtt.
Ezek a kivonószerek tehát Cu esetében kevésbé alkalmasak az egyes talajféleségek toxicitása közti különbségek kimutatására.
A rézzel ellentétben, a másik három elemnél az egyes talajféleségeknél kivont kis elemmennyiségek esetenként nagyságrendileg is különböztek, így az elméleti meggondolásunknak megfelelően feltételezhető, hogy az egyes talajféleségek toxicitása közti különbséget mutatják.
A két szekvens módszernél a vasnál kapott mérési eredményeket azok szórása miatt nem lehetett értékelni.
Megállapítható, hogy a BCR agresszívebb kivonószereket használ, mint a McGrath módszer, ennek megfelelően a BCR módszerrel a talajok átlagában az elemek 36, a McGrath módszerrel pedig csak 9%-át vontuk ki.
A BCR módszernél nincs vízszerű gyenge kivonószer, amiből a különböző talajok összes elemtartalmából felszabaduló ionok mennyiségére lehetne következtetni. Az ecetsav, a leggyengébb kivonószer, de a kicserélhető elemtartalom mellett kivonja a karbonátokhoz kötött, vagyis biztosan nem szabad ionos elemtartalmat is.
Mivel a BCR módszer minden kivonószerével sok elemet vonunk ki, nincs érdemi különbség az elemek egyes talajoknál mért kivonási százaléka között, ami figyelembe véve, hogy a talajok elemtartalma a homoktól az agyagtalajig nő, azt jelenti, hogy a kivont mennyiség az összes elemtartalommal arányos.
Lényegében ugyanezt mondhatjuk a McGrath módszer két agresszívebb kivonószeréről is, annak ellenére, hogy lényegesen kevesebb elemet vonnak ki. Ezzel szemben a módszer leírása szerint, a 0,1 mólos kalcium-kloridos kivonatból a vízoldható és kicserélhető elemtartalomra lehet következtetni, így minden bizonnyal a talajok toxicitását mutatja.
In this study, we aimed to evaluate some analytical methods used to determine the fractions of potentially toxic metals, based on their dependence on soil type.
The degree of dependence on soil type determines the applicability of the method. The aim of the present paper is to evaluate the single- and multi-step extraction methods included in the study in terms of the environmental mobility of Cu, Zn, Fe and Ni.
For the studies, we selected four samples with different physical soil types from the Soil Information and Monitoring System database.
In order to establish trends, soil samples were selected so that their clay and humus content, i.e., their adsorption capacity as well as their pH increased in the order of sand, sandy loam, loam and clay soils.
One-step extractions with five different extractants and two sequential extraction analyses including 3+1 steps were performed (BCR and McGrath methods).
We also performed the digestion of the samples with H2O2 + HNO3 solvent combined with microwave treatment according to the Hungarian Standard (MSZ 21470-50). The element content determined in this way can be considered as the "total" element content from the environmental point of view.
Based on the results of the analyses, we tried to select from the methods included in the study those that already extract a safe amount of elements from the soil, but the extracted amount is not yet proportional to the total element content.
The Zn, Cu, Fe and Ni contents resulting from microwave digestion increased in the order of sand, sandy loam, loam and clay soils, i.e. in parallel with the clay and humus content and pH of the soils.
As the extractants containing chelating agents extracted about one-third of the total copper content, the amount extracted was proportional to the copper content, i.e. it increased in parallel with the increase in copper content. Thus, in the case of copper, these extractants are less suitable for detecting differences in the toxicity of different soil types.
In contrast to copper, in the case of the other three elements, the small amounts extracted from each soil type also differed in order of magnitude, so according to our theoretical consideration, it can be assumed that they show a difference between the toxicity of each soil type.
The results obtained with iron using the two sequential methods could not be evaluated due to their standard deviation.
It can be stated that BCR uses more aggressive extractants than the McGrath method, accordingly, the BCR method extracted 36%, whereas the McGrath method only 9% of the elements on average of the soils.
The BCR method does not have an aqueous weak extractant, which would indicate the amount of ions released from the total element content of the different soils. Acetic acid is the weakest extractant, but in addition to the exchangeable element content, it also extracts the ionic element content bound to carbonates, which is certainly not free.
Because a large amount of elements is extracted with each extractant in the BCR method, there is no significant difference in the percentage of elements extracted for each soil, which, given that soil element content increases from sand to clay soil, means that the extracted amount is proportional to total element content.
Basically, the same can be said for the two more aggressive extractants of the McGrath method, despite the fact that they extract significantly less amount of elements. In contrast, as described in the method, the water-soluble and exchangeable element content can be inferred from the 0.1 M calcium chloride extract, thus it certainly indicates soil toxicity.
Adriano, D. C., 2001. Trace Elements In Terrestrial Environments. Springer. New York.
Alloway, B. J., 1995. Heavy Metals in Soils. Chapmann&Hall London.
Aydinalp, C., Marinova, S., 2003. Distribution And Forms Of Heavy Metals In Some Agricultural Soils. Polish Journal of Environmental Studies 12. (5) 629–633.
Beck, M., 1965. Komplex Egyensúlyok Kémiája. Akadémiai Kiadó. Budapest.
Buzás, I. 1987. Bevezetés A Gyakorlati Agrokémiába. Mezőgazdasági Kiadó, Budapest.
Buzás, I. 2012. Talaj-, Trágya És Növényvizsgálatok. Agrokémia és Talajtan. 61. Supplementum. 2. Szakkommentek, 7–46.
Buzás, I., 2020. Javaslat Néhány Agrokémiai Alapfogalom Pontosítására. Agrokémia és Talajtan. 60. (1-2) 91–105.
Casalino, C., Malandrino, M., Giacomino, A., Abollino, O., 2013. Total And Fractionation Metal Contents Obtained With Sequential Extraction Procedures In A Sediment Core From Terra Nova Bay, West Antarctica. Antarctic Science. 25. (1) 83–98.
Csathó, P., 1994. A Környezet Nehézfém Szennyezettsége És Az Agrártermelés. Mta Taki. Budapest.
Dániel, P., Kovács, B., Prokisch, J., Győri, Z., 1997. Heavy Metal Dispersion Detected In Soils And Plants Alongside Roads In Hungary. Chemical Speciation and Bioavailability. 9. (3) 83–93.
Gleyzes, C., Tellier, S., Astruc, M., 2002.Fractionation Studies Of Trace Elements In Contaminated Soils And Sediments: A Review Of Sequential Extraction Procedures.Trends Anal. Chem. 21. 451–467.
Győri, Z., Goulding, K., Blake, L., Prokisch, J. 1996. Changes In The Heavy Metal Contents Of Soil From The Park Grass Experiment At Rothamsted Experimental Station. Fresenius Journal of Analytical Chemistry. 354. (5-6) 699–702.
Győri, Z., Alapi, K., Sipos, P.Zubor, Á., 2003. Effects Of Heavy Metals On Floodplain Soils And Pastures Of The River Tisza, Hungary I. Examination Of Soil And Herbaceous Plants In The Upper Tisza. Adriano, D., C., Németh, T., Győri, Z. (eds.)Natural Attenuation of metals along the Tisza River-Floodplain-Wetlands Continuum. University Of Debrecen. Debrecen.
Győri, Z., Boros, N., Sipos, P., Bertáné Szabó, E., Kovács, K., Horváth, M., Takácsm, A., Heltai, G., 2015. Evaluation Of Heavy Metal Content Of Upper Tisza River Floodplain Soils During The Last Decade. Hungarian Journal of Industry and Chemistry. 43. (1) 15–19.
Heltai, G., 2005. Elemanalitikai És Speciációs Analitikai Módszerek Kifejlesztáse És Alkalmazása Mezőgazdasági-Környezetvédelmi Célokra. Mta Doktori Értekezés. Budapest.
Horváth, A., 2004. Talajszennyezés, Talajszennyező Források Egészségkárosító Hatása. Dura, G. (Szerk.) Környezet Egészségtani Jegyzetek. Fodor József Országos Közegészségügyi Központ Országos Környezet Egészségügyi Intézete Kiadványa. Budapest.
Joksic, A.S., Katz, S.A., Horvat, M., Milalcic, R., 2005. Comparison Of The Single And Sequential Extraction Procedures For Assessing Metal Leaching From Dregded Coastal Sediments. Water, Air and Soil Pollution. 165. 265–283.
Kádár, I., 1995. A Talaj-Növény-Állat-Ember Tápláléklánc Szennyeződése Kémiai Elemekkel Magyarországon. Mta Taki. Budapest.
Kubová, J., Matúš, P., Hagarová, I., Bujdoš, M., Medved, J., 2008. Extraction Procedures For Soil–Plant Metal Transfer Predictions In Contaminated Lands. Talanta. 75. 1110–1122.
Lakanen, E., Erviö, R., 1971. A Comparison Of Eight Extractants For The Determination Of Plant Available Micronutrients In Soil. Acta Agr. Fenn. 123. 223–232.
Lindsay, W.L., Norwell, W.A., 1978. Development Of DTPA Soil Test For Zinc, Iron, Manganese And Copper. Soil Science Society of America Journal. 42. 421–428.
Mcgrath, S. P., Cegarra, J., 1992. Chemical Extractability Of Heavy Metals During And After Long-Term Applications Of Sewage Sludge To Soil. Journal of Soil Science. 43. 313–321.
MSZ 20135:1999. A Talaj Oldható Tápelemtartalmának Meghatározása. Magyar Szabványügyi Testület. Budapest.
MSZ 21470-50:1998. Környezetvédelmi Talajvizsgálatok. Az Összes És Az Oldható Toxikuselem-, Nehézfém-, És A Króm (VI) Tartalom Meghatározása. Magyar Szabványügyi Testület. Budapest.
Pueyo, M., Mateu, J.,Rigol, A.Vidal, M.López-Sánchez, J.F., Rauret G., 2008. Use Of The Modified BCR Three-Step Sequential Extraction Procedure For The Study Of Trace Element Dynamics In Contaminated Soils. Environmental Pollution. 152. (3) 330–341.
Rauret, G., López-Sánchez, J. F., Sahuquillo, A., Rubio, R., Davidson, C., Ure, A., Quevauviller, P., 1999. Improvement Of The BCR Three Step Sequential Extraction Procedure Prior To The Certification Of New Sediment And Soil Reference Materials. J Environ Monit. 1. 57–61.
Sakan, S. M., Dordevic, D. S., Manojlovic, D. D., Predrag, P. S., 2007. Assessment Of Heavy Metal Pollutants Accumulation In The Tisza River Sediments. Journal of Environmental Managements. 90. 3382–3390.
Sanders, J. R., Trevor, Mcm., Christensen, B. T., 1986. Extractability And Bioavaiability Of Zinc, Cadmium And Copper In Three Danish Soils Sampled 5 Years After Application Of Sewage Sludge. J. Sci. Food Agric. 37. 1155–1164.
Satpathy, K., Mohanty, A. K., Prasad, M. V. R., Natesan, U., Sarkar, S. K., 2012. Studies On The Variations Of Heavy Metals In The Marine Sediments Off Kalpakkam, East Coast of India, Environmental Earth Sciences. 65. (1) 89–101.
Silva Filho, E. V., Jonathan, M. P., Chatterjee, M., Sarkar, S. K., Sella, S. M., Bhattacharya, A., Satpathy, K. K., 2011. Ecological Consideration Of Trace Element Contamination In Sediment Cores From Sudarban Wetland, India. Environmental Earth Sciences. 63. (6) 1213–1225.
Sungur, A.,Soylak, M.,Yilmaz, E., Yilmaz, S.,Ozcan, H., 2015. Investigation Of Heavy Metal Mobility And Availability By The BCR Sequential Extraction Procedure: Relationship Between Soil Properties And Heavy Metals Availability. Chemical Speciation and Bioavailibility. 6. (4) 219–230.
Ure, A. M., Quevauviller, Ph., Muntau, H., Griepink, B., 2006. Speciation Of Heavy Metals In Soi Ure Ls And Sediments. An Account Of The Improvement And Harmonization Of Extraction Techniques Undertaken Under The Auspices Of The BCR Of Commission Of The European Communities, International Journal of Environmental Analytical Chemistry. 51, (1) 35–151.
Takác, P., Szabová, T., Kozáriková, L., Benková, M., 2009. Heavy Metals And Their Bioavailability From Soils In The Long-Term Polluted Central Spiš Region Of SR. Plant Soil Environ. 55. (4) 167–172.
Tlustos, P., Száková, I., Stárkov, A., Pávliková, D., 2005. A Comparison Of Sequential Extraction Procedures For Fractionation Of Arsenic, Cadmium, Lead, And Zinc In Soil. Central European Journal of Chemistry. 3. (4) 830–851.
Várallyay, G., 1995. TIM: Talajvédelmi Információs És Monitoring Rendszer, 1. kötet. Módszertan. Földművelésügyi Minisztérium. Budapest.
Záray, G., Mihucz, V. G., 2006. Az Elemanalitika Korszerű Módszerei. Akadémiai Kiadó. Budapest.
Zimmerman, A. J.Weindorf, C. D., 2010. Heavy Metal And Trace Metal Analysis In Soil By Sequential Extraction: A Review Of Procedures. International Journal of Analytical Chemistry. 3. (4) 1–7.
Zhuang, P., Mcbride, M. B., (2013). Changes During a Century in Trace Element and Macronutrient Concentrations of an Agricultural Soil. Soil Scince. 178. (3) 105–108.